Zpětné klimatické vazby - jak klima reaguje na změny

Ačkoliv to zatím nevíme, tak klimatický systém naší planety je plný zpětných vazeb a při modelování klimatických předpovědí je přesná znalost zpětných vazeb naprosto klíčová. Co to tedy zpětné vazby jsou a jak fungují?

Negativní zpětné vazby

Zpětné vazby se týkají vzájemného ovlivňování prvků v nějakém systému. Vezměme si třeba dravé ptáky a jejich kořist – zajíce, hraboše apod. Pokud bude růst počet dravců, tak budou více lovit svou kořist a její množství se bude snižovat. Teď přichází ale důvod, proč se bavíme o vazbách zpětných. Snížené množství kořisti totiž zpětně působí na dravce – nemají co žrát, umírají hlady a počty dravců se snižují. Naopak počty zajíců a hrabošů mohou růst.^[2]

To je příklad negativní zpětné vazby. Systém je zde nastaven tak, že impuls působí na systém jedním směrem, ale systém působí na impuls opačným směrem. I přes svůj název jsou paradoxně negativní zpětné vazby celkem prima, protože zaručují, že je systém stabilní, v rovnováze. Třeba jako u populace hrabošů nemůže jejich počet rapidně růst, protože by ji dravci rychle zredukovali.

Pozitivní zpětné vazby

Pozitivní zpětné vazby fungují jinak. Pokud jste někdy byli na ne úplně prvotřídním koncertě, tak jednu z nich znáte. Pokud postavíte mikrofon příliš blízko reproduktoru, stane se taková nepříjemná věc. Když do mikrofonu promluví, tak reproduktor zvuk zesílí a do mikrofonu přijde nový zesílený zvuk, který reproduktor znovu zesílí a tak to jde dál a dál.^[3]

Vzniká tak pozitivní zpětná vazba, protože původní impuls je systémem zpětně ještě zesilován. Pozitivní zpětné vazby svým působením narušují rovnováhu systému. Proč ale zmiňuji zpětné vazby u klimatu? Pojďme se prvně podívat na příklady těchto klimatických vazeb.

Pozitivní klimatické zpětné vazby

Vazba vodní parou

Při oteplení atmosféry se zvýší kapacita vzduchu absorbovat vodní páru a také se zintenzivní vypařování vody. Díky tomu se do ovzduší dostane více vodní páry a protože se jedná o skleníkový plyn, tak se zvýší teplota atmosféry, která opět zesiluje výpad vody. Uvádí se, že tato zpětná vazba je schopna zdvojnásobit již existující oteplení.^[14]

Tání ledovců

Asi nejčastěji zmiňovanou pozitivní zpětnou vazbou je tání ledovců. Led, popř. sníh, velmi dobře odráží sluneční záření, tzn. pohltí málo záření. Led má vysokou odrazivost, cizím termínem albedo. Pokud se ale zvýší teplota okolí, tak led začne tát a odkrývá se povrch pod ním s nižší odrazivostí – půda popř. moře. Vzniká tak smyčka, kdy teplota okolí roste, led díky tomu roztává, odkrývá se povrch více absorbující sluneční záření, což způsobuje další nárůst teploty okolí a další tání.^[4]

Tání permafrostu

V poslední době mediálně často probíraná zpětná vazba se týká permafrostu. Permafrost je označení pro půdu, jejíž teplota byla pod bodem mrazu více než 2 roky v kuse.^[7] Bavíme se tedy o Sibiři, severu Kanady, Grónsku, Aljašce, Antarktidě, ale i o vysokohorských oblastech jako např. Tibet nebo Andy. Permafrost funguje jako velký mrazák. Při běžných teplotách, pokud rostlina nebo živočich zemře, se mikrobi pustí do rozkládání. Při tomto rozkladu vzniká mimo jiné metan a oxid uhličitý – skleníkové plyny. Tím, že ale tato těla zamrznou, se rozklad zastaví a žádné skleníkové plyny dále neunikají. Do téhle chvíle je vše v pořádku.

Když k tomu ale přidáme náhlé zvýšení teploty, jaké zažíváme posledních dekádách, tak se permafrostovému mrazáku otevřou dveře a jeho obsah začne tát. Konkrétně se rozeběhnou rozkladné procesy v organické hmotě uložené v permafrostu po stovky až tisíce let. Tím se uvolní velké množství skleníkových plynů, které zvýší teplotu atmosféry a budou dále urychlovat tání permafrostu.^[5] Pozitivní zpětná vazba jako vyšitá.

Negativní klimatické zpětné vazby

Zvýšená radiace Země

Tato negativní zpětná vazba stojí na jednoduchém fyzikálním principu. Čím teplejší těleso je, tím více tepla z něj uniká do okolí. Rostou jeho tepelné ztráty.^[6] Je to stejné jako s domem v zimě. Čím vyšší teplota v něm je, tím více tepla z něj uniká do okolí, což vám působí proti původní změně. Proto musíte víc topit, abyste teplotu v domě udrželi. Na planetární úrovni tento princip funguje stejně. Čím je planeta teplejší tím více tepla do vesmíru z ní uniká.

Klimatické modely

Klimatické modely jsou podobně jako meteorologické modely  matematické simulace, které se v tomto případě snaží předpovědět chování klimatu. Klimatické zpětné vazby jsou jejich nejproblematičtější proměnnou, protože jich je mnohem více než jsme si zde uvedli, např. směřování a síla mořských proudů, reakce vegetace na zvýšené množství oxidu uhličitého, množství srážek apod. Dnešní klimatické modely jsou díky množství naměřených dat a naší znalosti klimatického systému velmi přesné.^[13]

Závěr

Asi se ptáte, které vazby jsou silnější - negativní nebo pozitivní? To nelze snadno stanovit, spíš bych to položil takto. Neexistuje systém s dokonalou pozitivní zpětnou vazbou, např. že by se teplota na zemi mohla libovolně zvyšovat nebo hluk z reproduktorů růst nad všechny meze při akustické zpětné vazbě. Vždy nějaká negativní zpětná vazba převáží a uvede systém do rovnováhy.

Zdaleka to ale neznamená, že negativní zpětné vazby mají sílu vrátit klimatický systém nazpátek, třeba do doby před průmyslovou revoluci, kdy současná změna klimatu začala. Negativní zpětné vazby mají moc ustálit klimatický systém v určitém rovnovážném stavu. Jaký ten stav bude a jaká teplota při něm bude, to se ještě uvidí.

Proč jsme se vůbec o zpětných vazbách bavili? Zpětné vazby nám pomáhají pochopit fyziku klimatu a předpovídat jeho změny. S jejich znalostí pochopíme střídání dob ledových a meziledových a budeme velmi odolní vůči různým dezinformačním kampaním, které využívají toho, že se jedná o složité téma a málo lidí se v něm dobře orientuje.