Mimozemské klimatické vlivy - Může za změnu klimatu Slunce nebo zemská oběžná dráha?

V diskuzích o klimatických změnách se můžete setkat s argumenty, že na zemské klima mají silný vliv Slunce a změna jeho aktivity. Argument z podobného ranku se také týká toho, že se vzdálenost Země od Slunce mění. V tomto videu si vysvětlíme oba tyto vlivy a k tomu navíc také to, co způsobovylo v historii naší planety změny dob ledových a meziledových.

Slunce

Protože je země vážně velká a uhlíku je na ní také hodně, budeme se bavit ne kilogramech nebo tunách, ale rovnou o gigatunách uhlíku (GtC, Gigatons of carbon). Pro upřesnění, jedna gigatuna se rovná jedné miliardě tun. Kde a kolik uhlíku se tedy nachází?

• 100 milionů GtC najdeme v zemské kůře (vápenec, grafit, diamant)
• 38 000 GtC je obsaženo ve vodách moří a oceánů – ve velké míře je uhlík v moři součástí CO₂ rozpuštěného ve vodě, podobně jako v minerálce. Pouze 1 000 GtC se nachází ve svrchních vrstvách moří a oceánů, které se účastní výměny s atmosférou. Zbytek CO₂ se nachází ve větších hloubkách.
• Podle různých odhadů je 5 000-10 000 GtC ve fosilních palivech (ropa, uhlí, zemní plyn), která vznikala po dobu milionů let z těl mrtvých rostlin a živočichů.
• 800 GtC najdeme v atmosféře a to hlavně ve formě oxidu uhličitého. Zbytek uhlíku je součástí metanu, oxidu uhelnatého a látek typu CFC a HCFC.
• 2300 GtC se nachází v půdě a to jak v anorganické podobě, tak v organické podobě jako např. humus.
• Posledním důležitým zásobníkem je biosféra, tedy rostliny a živočichové. Drtivý podíl uhlíku v ní je uloženo v rostlinách,  obzvláště ve stromové vegetaci. Ta v sobě obsahuje 550 GtC uhlíku. [1]

Uhlíkové toky

Toky uhlíku mezi jednotlivými zásobníky se dají dělit podle různých hledisek, ale nám se bude hodit dělení na pomalé a rychlé toky. Vynecháme pomalé toky, které zahrnují horninové pochody – vznik vápence a procesy související s pohybem pevninských desek. Ty trvají dlouhé tisíce i miliony let a pro podstatu klimatických změn nejsou relevantní. [1]

Atmosféra-moře

Začněme tím, co se mění nejdynamičtěji, a to je atmosferický oxid uhličitý. Ten se z atmosféry do moří a oceánů dostává deštěm, kapky jej při pádu absorbují nebo se do oceánu dostanou přímou výměnou na vodní hladině.

Na chvíli se teď zastavme u schopnosti oceánů pohlcovat CO₂. Jejich absorpční schopnost, stejně jako u každé kapaliny, se silně odvíjí od teploty. Čím vyšší teplota, tím měně je voda schopna rozpuštěný CO₂ v sobě udržet. Což je jev, který aktuálně probíhá, díky zvyšující se teplotě oceánů a moří. [2]

Když se podíváme na tento graf od amerického úřadu pro oceány a atmosféru tak vidíme, že za posledních 120 let se svrchní vrstvy oceánu ohřály oteplily o něco málo přes 1 °C. To se vám může zdát málo. Když ale vezmeme v úvahu o jak obrovské množství vody se jedná, uvědomíme si, jak velké množství tepla k tomu bylo potřeba.

Když se podíváme na tento graf od amerického úřadu pro oceány a atmosféru tak vidíme, že za posledních 140 let se svrchní vrstvy oceánu ohřály oteplily o zhruba 1 °C. To se vám může zdát málo. Když ale vezmeme v úvahu o jak obrovské množství vody se jedná, uvědomíme si, jak velké množství tepla k tomu bylo potřeba.

Acidifikace (okyselování oceánů)

Jako přímý následek absorbce CO₂ se mění chemické prostředí moří a oceánů. Když se oxid uhličitý rozpouští ve vodě, tak jako produkt této reakce vzniká slabá kyselina uhličitá [3]. Prostředí moří se tak okyseluje, chemicky řečeno jí klesá PH.

Na tomto grafu z měření na Hawai lze dobře vidět růst koncentrace CO₂ v atmosféře (červená křivka), nárůst obsaho CO₂ ve vodě (tmavě modré body) a klesající PH (světle modré body), které je přímý následek rozpuštěného CO₂ ve vodě. To má negativní následky na mořský život, např. na korály, protože jejich schránky z vápenatých sloučenin jsou tímto kyselým prostředím rozpouštěny. [5]

Atmosféra – vegetace - půda

Zde se s CO₂ odehrává několik procesů, které působí proti sobě. Na jedné straně máme dýchání rostlin a živočichů, které odebírá z atmosféry kyslík a dodává CO₂, rozklad těl rostlin a zvířat uvolňující metan. To jsou procesy emitující skleníkové plyny. Na druhé máme fotosyntézu rostlin, která odebírá CO₂ z atmosféry a nahrazuje jej kyslíkem. V součtu ale fotosyntéza převažuje a vegetace CO₂ více pohlcuje než vytváří.[????]

Vliv člověka na uhlíkové toky

Člověk pro rozvoj své civilizace potřeboval více a více jídla a energie, které získával zemědělstvím a odlesňováním. Do 18. století aktivita člověka na klima neměla až tak závažný vliv. Objevem parního stroje a spuštěním průmyslové revoluce však rozvoj civilizace dostal pořádnou dávku steroidů. Spalováním fosilních paliv jako ropa, uhlí a zemní plyn a výrobou betonu vzal uhlík, který by jinak zůstal uložený v horninách a ve formě CO₂ jej vypustil do atmosféry. Jinými slovy, člověk vzal velké množství uhlíku z pomalého cyklu a přesunul jej do rychlého uhlíkového cyklu. K tomu taky odlesnil obrovská území, která zastavěl a tím snížil množství vegetace schopné pohlcovat CO₂.

Celkové emise skleníkových plynů v roce 2018 dosáhly rekordní hodnoty ekvivalentu 51,8 GtCO₂. Dobrá zpráva je, že ne všechen CO₂ v atmosféře zůstává. Zhruba 1/3 si stahuje vegetace, 1/3 oceán a 1/3 v atmosféře zůstává. 

Důkazy původu nárůstu CO₂

Mohli byste namítnout: „To by ale mohl říct každý, kde máš nějaké důkazy!“. Kromě zdrojů na konci tohoto textu, které tvrdí to samé, tu jsou 2 velmi silné důkazy.

Izotopové složení

Uhlík na Zemi se nachází ve třech formách: C-12, C-13, C-14.  Uhlík má vždy 6 protonů a může mít v jádru k tomu 6, 7 nebo 8 neutronů. Číslo za písmenem C vždy značí součet protonů a neutronů v jádru uhlíku.

Důležitý je pro nás ten poslední, nejméně zastoupený izotop. C-14 vzniká na okraji atmosféry z dusíku, který je bombardován kosmickým zářením. Je radioaktivní, pomalu se totiž rozpadá. Za cca 5700 let se jej polovina rozpadne. Jak ale souvisí s nárůstem CO₂ v atmosféře? Přes odbočku k fosilním palivům.

Ty vznikají z těl rostlin a živočichů dlouhé miliony let. Za tu dobu se skoro všechen radioaktivní uhlík dávno rozpadl. V ropě a uhlí je tedy prakticky nulové množství C-14. Když se podíváme na tento graf, tak podíl uhlíku C-14 v atmosféře klesá. To se mohle stát jen díky tomu, že je do atmosféry dodáván uhlík z fosilních paliv, které v sobě C-14 nemají. Podíl atmosferického C-14 vůči celkovému CO₂ klesá i když jeho absolutní množství zůstává stabilní.

Pokles koncentrací kyslíku

Pokud si ale stále myslíte, že CO₂ v atmosféře mohl přijít třeba ze sopečné činnosti, mám tu ještě pádnější argument. Na tomto grafu vidíte pokles koncetrací kyslíku v atmosféře v závislosti na nárůst koncentrací CO₂. Což by odpovídalo situaci, kdy se spalují fosilní paliva - množství kyslíku v atmosféře by klesalo o množství potřebné ke spálení paliva. V grafu níže ale jdeme ještě dále.

Body na levé straně grafu reprezentují naměřené hodnoty koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého mezi lety 1990-2000. Tyto hodnoty velmi dobře kopírují naši představu o tom, jak člověk spaluje fosilní paliva a jak oxid uhličitý interaguje s oceánskou vodou a vegetací. U těchto dějů známe jejich chemii a ze známého množství spáleného paliva jsme schopni odhadnout změny koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře. Teorie je zde podpořena naměřenými daty.