Ojciec zmian klimatu – Svante Arrhenius

Ojciec zmian klimatu – Svante Arrhenius

30 czerwiec 2005

Za porośniętym drzewami wałem, który graniczy z kampusem Uniwersytetu Sztokholmskiego, znajduje się budynek 92E, willa z czerwonej cegły, wielkości remizy strażackiej, odwrócona tyłem do Roslagsvägen, głównej arterii łączącej stolicę z oddalonym o 70 km Norrtälje.

Nieliczne oznaczenia na budynku nie zdradzają niczego z jego historii. Tabliczka nad wejściem identyfikuje go jako Café Bojan, studencką stołówkę, a kilku bezkoszulkowych studentów siedzących na ławce w porannym słońcu przywołuje skojarzenia z czymś zupełnie banalnym.

Pod koniec XIX wieku budynek 92E był domem i laboratorium Svante Arrheniusa, chemika który został pierwszym szwedzkim laureatem Nagrody Nobla. Był mu pisany znacznie większy wpływ, niż mógłby sobie wyobrazić, daleko wykraczający poza jego główny nurt pracy naukowej. Nieświadomie odkrył tajemnice ziemskiej atmosfery, a czyniąc to, zapoczątkował badania nad tym, co wielu uważa za największe zagrożenie dla współczesnej ludzkości. Można go uznać za ojca nauki o zmianach klimatu.

Ten tytuł byłby dla niego zaskoczeniem, nawet dla niego samego. Syn geodety, Svante Arrhenius świetnie radził sobie w szkole, wykazując szczególne zdolności do arytmetyki, jednak jego różnorodność myślenia i skłonność do nieortodoksyjnych teorii okazały się dla niego poważnym ciosem na studiach. Jego badania doktorskie, rozpoczęte na Uniwersytecie w Uppsali na północ od Sztokholmu, dotyczyły przewodnictwa elektrolitów, lecz idee przedstawione w rozprawie wprawiły profesorów w zakłopotanie i skutkowały przyznaniem mu najniższej możliwej oceny pozytywnej. W jednej chwili wszelkie nadzieje na pozostanie w Uppsali legły w gruzach, po czym wyruszył w podróż po europejskich laboratoriach, zanim kilka lat później znalazł zatrudnienie w Sztokholmie.

Arrhenius zainteresował się debatą, która zajmowała wówczas środowisko naukowe, przyczynami epok lodowcowych. Czy mogło być tak, zastanawiał się, że ogromne wahania poziomu atmosferycznego CO₂, trwające dziesiątki milionów lat, były ich wyzwalaczem?

Związek między CO₂ a temperaturą Ziemi został dostrzeżony już wcześniej. To francuski uczony Joseph Fourier jako pierwszy zauważył, że niektóre gazy atmosferyczne otulają planetę niczym szklany klosz, przepuszczając światło słoneczne, lecz pochłaniając promieniowanie podczerwone. Oznacza to, że atmosfera jest ogrzewana zarówno od góry, jak i od dołu: najpierw przez promienie słoneczne, które przez nią przenikają, a następnie przez promieniowanie podczerwone emitowane przez Ziemię podczas jej nocnego ochładzania się.

Svante Arrhenius postawił sobie za cel obliczenie, jak bardzo para wodna i CO₂ w atmosferze ogrzewają planetę. Z prac innych badaczy wiedział, że CO₂ jest tylko częścią procesu. O ile CO₂ i inne gazy zatrzymują promieniowanie podczerwone i w ten sposób ogrzewają atmosferę, o tyle cieplejsze powietrze może zatrzymać więcej pary wodnej, która sama w sobie jest najsilniejszym czynnikiem efektu cieplarnianego. A zatem wzrost poziomu CO₂ w atmosferze powodowałby, że para wodna wielokrotnie wzmacniałaby efekt ocieplenia.

Potem nastąpił rok tego, co Arrhenius określił mianem „żmudnych obliczeń”. Jego punktem wyjścia był zestaw pomiarów wykonanych przez amerykańskiego astronoma Samuela Langley’a, który próbował ustalić, ile ciepła Ziemia otrzymuje od pełni Księżyca. Arrhenius połączył te dane z informacjami o globalnych temperaturach, aby obliczyć, jaka część docierającego promieniowania była pochłaniana przez CO₂ i parę wodną, a tym samym ogrzewała atmosferę.

Po wykonaniu od 10 tysięcy do 100 tysięcy obliczeń Arrhenius uzyskał przybliżone, lecz użyteczne wyniki, które opublikował w 1896 roku. Doszedł do wniosku, że jeśli poziom CO₂ spadnie o połowę, temperatura powierzchni Ziemi obniży się o 4–5°C. Jego obliczenia miały też drugą stronę: podwojenie stężenia CO₂ wywołałoby wzrost temperatury o około 5–6°C.

Poza sporem o epoki lodowcowe Arrhenius dostrzegał również, że działalność człowieka w postaci masowego spalania węgla podnosi poziom CO₂ w atmosferze ponad naturalne wartości, które czynią Ziemię zdatną do życia. Niemal mimochodem oszacował, że spalanie węgla doprowadzi do stopniowego wzrostu stężenia CO₂ o około 50% w ciągu 3 tysięcy lat, perspektywę, którą uważał za całkowicie optymistyczną. Podczas wykładu w tym samym roku stwierdził:

„Mielibyśmy wówczas pewne prawo oddać się przyjemnemu przekonaniu, że nasi potomkowie, choć dopiero po wielu pokoleniach, będą mogli żyć pod łagodniejszym niebem i w mniej jałowym otoczeniu niż to, które jest naszym udziałem obecnie.”

Jako pierwszy, który przypisał twarde liczby efektowi cieplarnianemu, Arrhenius nie mógł trafić idealnie ze swoimi szacunkami. Sądził, że 50-procentowy wzrost CO₂ zajmie tysiąclecia, tymczasem współczesne pomiary pokazują 30-procentowy wzrost już w samym XX wieku. Uważał też, że podwojenie CO₂ podniesie temperaturę o 5–6°C; dziś naukowcy oceniają ten wzrost raczej na 2–3°C.

(Nie)mierzalny Wszechświat | Psychologia totalitaryzmu – Mattias Desmet

W kolejnych dekadach jego prace były krytykowane, potwierdzane i znów krytykowane. Wielu badaczy odrzucało jego wnioski, wskazując na nadmierne uproszczenie klimatu oraz brak uwzględnienia zmian zachmurzenia i wilgotności. Oceany miały pochłonąć nadmiar CO₂ wtłaczany do atmosfery, a resztę miała zaabsorbować roślinność, prowadząc do bujniejszego krajobrazu, argumentowali sceptycy.

W 1938 roku, dziewięć lat po śmierci Arrheniusa, który otrzymał Nagrodę Nobla za badania nad roztworami jonowymi, angielski inżynier Guy Callendar nadał teorii efektu cieplarnianego nowy impet. Specjalista od technologii parowych, meteorologią zajmował się pobocznie i zainteresował się sugestiami dotyczącymi trendu ocieplenia. Callendar zestawił pomiary temperatur od XIX wieku i zauważył wyraźny wzrost. Następnie sprawdził poziomy CO₂ w tym samym okresie i odkrył, że w ciągu 100 lat wzrosły one o około 10%. Ocieplenie było prawdopodobnie skutkiem wyższego stężenia CO₂.

Istnienie narastającego efektu cieplarnianego było przedmiotem gorących sporów aż do momentu, gdy w latach 50. po wojnie pojawiło się finansowanie badań i naukowcy zaczęli uzyskiwać twarde dane. W 1956 roku fizyk Gilbert Plass potwierdził, że dodanie CO₂ do atmosfery zwiększa ilość pochłanianego promieniowania podczerwonego, dodając, że industrializacja podniesie temperaturę Ziemi o nieco ponad 1°C na stulecie. Pod koniec lat 50. Plass i inni amerykańscy naukowcy zaczęli ostrzegać urzędników rządowych, że ocieplenie klimatu może w przyszłości stać się poważnym problemem.

Nieświadomie Stany Zjednoczone już wcześniej zaczęły monitorować to, co wielu uważało za bezpośrednie skutki ocieplającego się świata. Okręty podwodne operujące w Arktyce wykonywały precyzyjne pomiary grubości pokrywy lodowej nad sobą. Gdy Pentagon opublikował te dane niemal 40 lat później, ujawniły one zdumiewające topnienie lodu, średnio o 40%, czyli około 1,3 metra od 1953 roku.

W latach 60. badacze z Scripps Institution of Oceanography w San Diego podjęli się ambitnego zadania wykonania ogromnej liczby pomiarów atmosferycznego CO₂. Celem było ustalenie poziomu bazowego, z którym można by porównywać przyszłe odczyty po dekadzie lub dwóch.

Charles Keeling spędził dwa lata, prowadząc pomiary na Antarktydzie oraz na zboczach wulkanu Mauna Loa na Hawajach i już w tak krótkim czasie odnotował wzrost poziomu CO₂. Doszedł do wniosku, że oceany nie pochłaniają gazów cieplarnianych emitowanych przez przemysł. Zamiast tego emisje prowadziły do wzrostu stężenia CO₂.

„To było odkrycie przełomowe. Po raz pierwszy naukowcy wiedzieli, że oceany nie wchłoną całego tego dwutlenku węgla” — mówi Mike Hulme z Tyndall Centre for Climate Change Research na Uniwersytecie Anglii Wschodniej.

Mimo to niewielu postrzegało wówczas efekt cieplarniany i związane z nim ocieplenie jako problem. Ówczesne modele komputerowe sugerowały umiarkowane wzrosty temperatury. być może o 2°C w ciągu setek lat.

Do lat 80. zmiana klimatu stała się mega dyscypliną naukową, przyciągającą badaczy z wielu dziedzin, z których każda atakowała problem z innej strony. Jedna technika okazała się szczególnie użyteczna. Głębokie rdzenie lodowe wydobywane z Grenlandii i innych miejsc zawierały pęcherzyki powietrza sprzed setek tysięcy lat. Analizując uwięzione w nich powietrze, naukowcy ustalili poziomy CO₂ w atmosferze podczas dawnych epok lodowych. W 1987 roku rdzeń pobrany z centralnej Antarktydy wykazał, że w ciągu poprzednich 400.000 lat stężenie CO₂ spadało do 180 części na milion (ppm) w najbardziej ekstremalnych okresach zlodowaceń i wzrastało do 280 ppm w cieplejszych okresach, lecz ani razu nie było wyższe. Tymczasem w powietrzu atmosferycznym zmierzono 350 ppm, wartość bezprecedensową od niemal pół miliona lat.

Dla głównego nurtu nauki dowody na to, że ocieplenie jest skutkiem działalności człowieka, stawały się zbyt poważne, by je ignorować. Podczas gdy jedni badacze odkrywali dowody na istnienie efektu cieplarnianego i powodowane przez niego ocieplenie, inni wskazywali na odmienne procesy wpływające na globalny klimat. Wulkany, na przykład, wyrzucają do atmosfery miliony ton dwutlenku siarki, który tworzy aerozole odbijające światło słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Erupcja wulkanu Pinatubo na Filipinach w 1991 roku wprowadziła do atmosfery około 20 milionów ton tego gazu, co doprowadziło do globalnego ochłodzenia o około 0,5°C rok później. Naukowcy uważają dziś, że ocieplenie obserwowane na początku XX wieku można w dużej mierze wyjaśnić brakiem aktywności wulkanicznej.

Nowy sposób wyjaśniania – David Deutsch
Wpływ Słońca na temperatury na Ziemi – wywiad z Valentiną Zharkovą

Zmiany intensywności promieniowania słonecznego również wskazywano jako czynnik napędzający zmiany klimatu. Według Joanny Haigh z Imperial College London około jedna trzecia ocieplenia od 1850 roku może być wyjaśniona aktywnością Słońca. Wskazywanie rozmaitych czynników wpływających na ocieplenie zostało podchwycone przez mniejszość twierdzącą, że globalne ocieplenie jest w znacznie większym stopniu napędzane przez naturę niż przez działalność człowieka, a wynikająca z tego kontrowersja do dziś pozostaje nierozstrzygnięta.

Do 1988 roku Organizacja Narodów Zjednoczonych powołała Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC), którego zadaniem stał się przegląd istotnych badań naukowych. Najnowsze szacunki panelu wskazują na ocieplenie rzędu 1,4–5,8°C do roku 2100, w zależności od tego, jakie strategie, o ile w ogóle, zostaną przyjęte w celu ograniczenia emisji. W XX wieku temperatura wzrosła o 0,6°C, z czego około połowa tego wzrostu nastąpiła po 1970 roku.

Prawdopodobnie najbardziej skoordynowaną próbą ograniczenia globalnych emisji był Protokół z Kioto. Od momentu rozpoczęcia jego ratyfikacji w 1997 roku ponad 100 państw przyjęło to porozumienie, które po raz pierwszy zobowiązało je do redukcji emisji sześciu gazów cieplarnianych.

Obecnie ledwie mija tydzień bez publikacji ważnego badania dotyczącego zmian klimatu. Nowy rok rozpoczęła lawina prac ostrzegających, że Prąd Zatokowy może się zatrzymać, ośrodki narciarskie będą musiały przenieść się na wyższe wysokości, a antarktyczne lodowce topnieją w szybkim tempie. Ponad 100 lat po tym, jak Arrhenius postanowił odkryć, dlaczego świat okresowo pogrążał się w epokach lodowych, uczony ten stał się filarem mega dyscypliny, jaką są dziś badania nad globalnym ociepleniem.

W sztokholmskim wydziale meteorologii Erland Kallen rozmyśla nad postępem dokonanym od czasów pierwszych obliczeń Arrheniusa.

„Nawet gdy wszedłem w tę dziedzinę 20 lat temu, byłem bardzo sceptyczny wobec globalnego ocieplenia. Było zbyt wiele niepewności, nie widziałem, jak ktokolwiek mógłby powiedzieć coś sensownego na ten temat. Dziś trudno mi dostrzec jakiekolwiek inne wyjaśnienie”.

 

Oś czasu

1898

Szwedzki naukowiec Svante Arrhenius przedstawia teorię efektu cieplarnianego i oblicza, że podwojenie stężenia dwutlenku węgla w atmosferze spowoduje wzrost temperatur o 5–6°C.

1956

Amerykański badacz zajmujący się bronią, Gilbert Plass, prowadzi badania klimatu w wolnym czasie i analizuje, w jaki sposób dwutlenek węgla zatrzymuje ciepło. Ogłasza, że zmiana klimatu może stać się poważnym problemem dla przyszłych pokoleń.

1979

W Genewie odbywa się Pierwsza Światowa Konferencja Klimatyczna, zorganizowana przez Światową Organizację Meteorologiczną. Ekstremalne zjawiska pogodowe z wcześniejszych lat dekady skupiły uwagę opinii publicznej na klimacie.

1982

Rdzenie lodowe z lądolodu Grenlandii ujawniają dramatyczne wahania temperatury w obrębie jednego stulecia z przeszłości, niezwykle krótkiego okresu w skali zmian klimatycznych. Naukowcy uznają również rok 1981 za najcieplejszy w historii pomiarów.

1997

Wynegocjowany zostaje Protokół z Kioto, zakładający redukcję emisji gazów cieplarnianych o 5,2% poniżej poziomów z 1990 roku do 2012 roku w krajach rozwiniętych, w tym w byłym bloku komunistycznym.

2005

Protokół z Kioto wchodzi w życie 16 lutego. Traktat zostaje ratyfikowany przez ponad 140 krajów. Stężenie dwutlenku węgla osiąga 372 części na milion, poziom wyższy niż kiedykolwiek w ciągu co najmniej ostatnich 420.000 lat.

Źródło: The father of climate change

Zobacz na: Mit Śladu Węglowego – Mark Kaufman
Maurice Strong: żegnamy człowieka, który wynalazł „zmiany klimatu”
Nadchodząca Epoka Lodowcowa [1978]
NASA: Nawożenie dwutlenkiem węgla zazielenia Ziemię
Krucjata przeciwko dwutlenkowi węgla [CO2] – prof. William Happer
Prof. William Happer rozprawia się z mitem o zanieczyszczeniu dwutlenkiem węgla
W płaszczu Ziemi jest tyle samo wody, co we wszystkich oceanach
Ich własnymi słowami: Alarmiści klimatyczni obalają swoją „Naukę™” | Prof. Larry Bell