Klimatické změny v historii planety

Velké klimatické změny na Zemi nejsou nic nového. Planeta Země za svou asi 4,5 mld. let dlouhou historii, z toho asi 3,5 mld. let s vyvíjejícím se životem, prožila mnohem drastičtější klimatické změny, než jaké zažíváme v současné době. I když razantní klimatické změny probíhají před našima očima, pokračuje podivný spor o ně. Jaká jsou základní fakta?

Počátky Země a vývoj klimatu

Planeta Země začíná jako shluk prachu, který se postupně formuje do koule a taví se na tekutou kouli. Dochází k utuhnutí povrchu Země a jeho postupnému ochlazování. Dostatečné ochlazení povrchu Země umožňuje vznik tekuté vody na Zemi a časem i vznik světového praoceánu, dílčích pramoří (na rozdíl od dneška nebyly slané), na pevninách též řek a jezer.

Energeticky náročné odpařování tekuté vody a mnohem později i tání sněhu a ledu na tekutou vodu spotřebuje množství tepla. Kondenzace vodní páry na vodu a tuhnutí tekuté vody na sníh a led provází naopak uvolňování velkého množství tepla. Změna skupenství vody se tak stává velmi důležitým regulátorem teploty povrchu Země a velmi stabilních průměrných teplot povrchu Země.

V hlubších vrstvách praoceánu vzniká za příznivých okolností život. Nejprve vznikají jednoduché organické látky, později aminokyseliny, ještě později se z nich vyvíjí nejjednodušší mikroorganismy živočišného charakteru, viz teorie ruského učence Oparina o vzniku života. Vznik nejjednodušších organismů v praoceánu možná spustil dopad velkého meteoritu, ale celkem vzato to dnes není podstatné.

Rostoucí nedostatek živočišné potravy časem způsobuje, že se část primitivních mikroorganismů učí v praoceánu asimilovat CO2 s vodou v procesu fotosyntézy na cukry a vytvářet tak primární zdroje rostlinné potravy. Vznikají tak prasinice, které produkují vzdušný kyslík O2. Kyslík se nejprve rozpouští v praoceánu, později se uvolňuje i do atmosféry. Současně se snižuje koncentrace oxidu uhličitého CO2 v praoceánu a později i v ovzduší.

Čtěte také: Klimatické podmínky

S rostoucím množstvím kyslíku v ovzduší se dostává i do stratosféry, kde kosmické paprsky jeho molekuly štěpí a vzniká stratosférický ozón. Časem vzniká ve stratosféře ochranný ozónový štít, chránící povrch Země před kosmickým zářením. Umožňuje tehdejším organismům osídlit nejprve vrchní vrstvy praoceánu, po té mělká pramoře, řeky, jezera a nakonec i pevninskou souš.

Po rozmrznutí povrchu Země před asi 600 milióny let začínají prvohory a rychlý rozvoj života v moři. Teprve později (silur, devon) život začíná osídlovat také pevniny, nejprve řeky a na nich ležící jezera ve směru od moře, později i jejich okolí.

Podstatné je, že část těl odumřelých rostlin a živočichů vypadává z přírodního koloběhu a časem se mění na ložiska uhlí a snad i ropy a zemního plynu. Zejména o vzniku ropy a zemního plynu toho nevíme zdaleka dost. Jisté je, že vázání CO2 na fosilní paliva vede ke snižování jeho koncentrace v ovzduší.

Stejným směrem působí i hromadění vápnitých skořápek tehdejších živočichů na dně moří, z kterých se časem stávají ložiska vápenců a dolomitů. Současně se zvyšuje koncentrace kyslíku v ovzduší až na obvyklých 21 %.

Přinejmenším od rozmrznutí planety, ale zřejmě i dříve, se s životem rozvíjejí i globální životodárné ekosystémy, které svou činností do jisté míry spoluvytváří příznivé podmínky pro život na Zemi. Doplňují již existující složky spoluvytvářející příznivé podmínky pro život, jako je ochranný stratosférický štít. Stále složitější vazby mezi množstvím živočišných a rostlinných organismů tyto globální životodárné ekosystémy posilují.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Další vývoj probíhá relativně stabilně, byť rozhraní jednotlivých geologických útvarů je vesměs primárně vyvoláno velkými změnami klimatu, spojenými s masovým vymíráním nedostatečně přizpůsobivých druhů rostlin, živočichů a ekosystémů.

Svou roli hrají i pohyby kontinentů (relativně nedávný přesun Antarktidy k nehostinnému jižnímu pólu Země znamenal až na výjimky zánik života na ní, spojení Střední a Jižní Ameriky před asi 2 miliónu let vedlo k vyhubení jihoamerických vačnatců vyššími savci tam migrující ze severu), vrásnění pohoří a jejich postupná eroze, velké sopečné výbuchy či dopady větších kosmických těles způsobovaly nemalé katastrofy.

V mladších třetihorách dochází k ochlazování klimatu až k nástupu delších dob ledových, střídaných kratšími dobami meziledovými, kdy u nás bylo někdy i teplejší klima než dnes. Začátek čtvrtohor a současně dob ledových a meziledových se udává před 3-2,5 milióny let. Střídání dob ledových a meziledových trvá dodnes, byť žijeme již 10-15 000 let v době po poslední době ledové, poledové, která by podle zkušeností s minulými meziledovými dobami měla končit. V rámci něho zaznamenáváme „malé doby ledové“ (v Evropě 16. - 18. století) a „malá teplá období“ (v Evropě 10. - 13. století).

Samozřejmě, je nutné striktně rozlišovat vývoj počasí (může se měnit i několikrát za den) od vývoje klimatu, který by měl být dlouhodobě stabilní a jeho případné změny by měly být spíše pozvolné.

Ano, planeta Země zažila a život na ní přežil mnohem drastičtější změny klimatu, než které probíhají dnes a na které je zaděláno do budoucna. Jsou tu ale dva velké rozdíly. Předně ony minulé drastické klimatické změny provázelo masové vymírání tehdejších rostlinných a živočišných druhů a ekosystémů, odhady se pohybují kolem 80 %. Druhou skutečností je, že tyto drastické klimatické změny obvykle probíhaly nesrovnatelně pomaleji (výjimkou je rozhraní druhohor a třetihor, vyvolané primárně dopadem většího kosmického tělesa), a zbylý život se byl schopen na ně adaptovat.

Čtěte také: Luboše Motla o klimatické změně

Skleníkový efekt a jeho vliv

Skleníkový efekt je přírodní jev, který objevil a pospal Svante Arrbenies roku 1896, daný zákony fyziky. Skleníkový efekt říká, že v ovzduší Země existují tzv. skleníkové plyny (GHG), které, když na povrch Země dopadají sluneční paprsky a odráží se zpět do vesmíru, tyto plyny je odráží zpět na povrch Země, čímž oteplují její povrch. V konkrétních podmínkách Země je její povrch skleníkovým efektem aktuálně oteplován asi o 35oCelsia.

Kdyby nebyl skleníkový efekt na Zemi, planeta Země by se vší pravděpodobností zamrzla a život na ní by zaniknul, popř. živořil v blízkém okolí moří oteplených aktivními sopkami a výrony horkých vod či plynů z nitra Země.

Problémem jsou změny velikosti skleníkového efektu, jeho velmi rychlého zesilování, jež se aktuálně navenek projevují mimořádně rychlým oteplování klimatu. Provází je četné jevy, lidově zvané rozval klimatu: zvyšování průměrných teplot, tání ledovců, stoupání hladiny moří a zatápění nízko položených území mořem, prudký nárůst extrémů počasí, způsobující přírodně ekologické katastrofy (ničivé vichřice, velké povodně, velká sucha, nejednou se střídajících v rychlém sledu atd.).

Skleníkových plynů (GHG) je řada. Nejvýznamnějším je vodní pára, jejíž koncentrace se ale v ovzduší Země podle klimatologů dlouhodobě nemění, což je zdrojem řady dohadů. Druhý základní GHG je oxid uhličitý CO2. Třetí základní GHG je metan CH4. Čtvrtý základní GHG je oxid dusný N2O (nikoliv oxidy dusíku - NO a NO2, jak se občas můžeme dočíst). Pátým významným GHG jsou freóny, které známe hlavně v souvislosti s ničením ochranného ozónového štítu Země ve stratosféře. Sami o sobě se v přírodě nevyskytují. Vyrábí je a o ovzduší vypouští neodpovědná lidská činnost.

Dopad GHG na klima (radiační potenciál) se přepočítává na tzv. CO2ekv., tj. radiační potenciál CO2. Aktuálně CO2 = 1, CH4 = 25, N2O = 298 CO2ekv.

Relativně přesně jsou získávány koncentrace CO2 hlubokými vrty do ledovců v Grónsku a v Antarktidě. V ledových bublinkách se vyskytuje tehdejší vzduch. Spolu s datováním jednotlivých vrstev ledovců bylo možné zmapovat výskyt CO2 asi 800 000 let nazpět poměrně spolehlivě. Vznikl tak základní graf (č. 2), kdy zvyšování koncentrací CO2 v ovzduší následuje zvyšování průměrných teplot povrchu Země a obráceně, včetně vzniku dob ledových a dob meziledových.

Z výše uvedeného se odvozuje, že prudký růst antropogenních emisí GHG, v prvé řadě CO2, které generuje stále masovější spalování fosilních paliv, dále snižování rozsahu lesů, nešetrné obdělávání zemědělské půdy, velkochovy dobytka, skládky odpadů apod., způsobuje růst koncentrace CO2 v ovzduší a následně oteplování klimatu.

Mnohé druhy emisí GHG (freóny) příroda neprodukuje. Příroda „skladuje“ velké množství metanu ve věčně zmrzlé půdě a na dně moří vysokých zeměpisných šířek. Oteplování klimatu spouští jejich uvolňování ve velkém a tím další zesilování skleníkového efektu (přímá pozitivní zpětná vazba). Stejným směrem působí zhoršování albeda (ubývání bílých ledových a sněhových ploch, odrážejících sluneční paprsky) a odlesňování.

Antropogenní emise GHG lze snižovat zejména snižováním spalování fosilních paliv, snižováním jejich těžby (podmínkou je ale jejich náhrada vhodným mixem tří skupin opatření - úspor paliv a energie, využíváním šetrných druhů obnovitelných zdrojů energie, využíváním jaderné energie), ochranou a rozšiřováním lesů, zachycováním a spalováním emisí metanu (za vzniku vody a CO2, který má mnohem slabší radiační potenciál než CH4), snižováním chovu dobytka, regulací dalších výrob produkujících významné emise GHG.

Antropogenní emise GHG v ČR v roce 2017 činily 128,7 mil. t CO2ekv. Po zohlednění propadů emisí CO2ekv. ze změn využívání krajiny šlo o čistý příspěvek k zesilování skleníkového efektu ve výši 126,5 mil. t. CO2ekv. Emise CO2 se na tom podílely 81,7 %, emise CH4 10,7 %, emise N2O 4,6 %, emise freónů 2,9 % a mezinárodní letecká doprava 0,9 % CO2ekv.

Zjevná nepřesnost těchto čísel spočívá ve skutečnosti, že zde nejsou zahrnuty emise CO2ekv., zejména CH4, který provází zejména těžbu dovážené ropy a zemního plynu, resp. reálný příspěvek ČR ke klimatickým změnám je ještě vyšší. Stranou nechávám četné války o ropu, které její bilanci dál výrazně zhoršují.

Podstatné je, že ČR s emisemi CO2ekv. ve výši asi 12 t na obyvatele a rok patří dlouhodobě mezi 20 států s nejvyššími měrnými emisemi CO2ekv. na obyvatele a rok.

Spor o skleníkový efekt

Současná klimatická změna je způsobena činností člověka. Tím se výrazně liší od změn klimatu v minulosti. Spalování uhlí, ropy a zemního plynu a některé další činnosti mění složení atmosféry a přidávají do ní skleníkové plyny.

Planetární klima vzniká souhrou velkého množství fyzikálních procesů: sluneční záření je hlavním zdrojem energie, skleníkové plyny mění prostup tepelného záření atmosférou a ovlivňují tak celkovou energetickou rovnováhu planety, oceánské a atmosférické proudy distribuují teplo do různých oblastí planety.

Čím vyšší jsou koncentrace CO2 v atmosféře, tím vyšší je teplota planety. Zvýšení koncentrace oxidu uhličitého o 10 ppm způsobí oteplení planety asi o 0,1 °C -⁠ tento vztah je přibližný, ale dostatečně přesný, aby byl užitečný k odhadům budoucího vývoje. Často se jako citlivost klimatu nazývá oteplení, ke kterému by došlo při zdvojnásobení koncentrací CO2.

Vyšší teploty a častější sucha nepříznivě ovlivňují zdraví lesů a pěstování potravin, vzestup hladin oceánů ohrožuje města na pobřeží a kvůli tání horských ledovců chybí voda v povodích, která jsou jimi napájena. To jsou příklady dopadů klimatické změny. Velikost dopadů, s nimiž se budeme setkávat v následujících desetiletích, přímo závisí na tom, kolik skleníkových plynů do atmosféry ještě vypustíme.

Každý ekosystém má svůj „bod zlomu“, tedy moment, kdy začne být změna přírodních podmínek natolik významná, že už ji tento ekosystém není schopen dále zvládat a „zlomí se“ - podobně jako větev stromu při příliš velkém zatížení.

Z grafu můžeme také vidět, že rok 2024 byl nejteplejším v historii měření, kdy teplotní anomálie dosáhla hodnoty 1,47 °C. V první dvacítce nejteplejších let není žádný z minulého století, všechny rekordní roky jsou ze století jednadvacátého.

V Evropě a severní Asii jsou současné teploty o 2-3 °C teplejší než před sto lety, v arktických oblastech až o 4 °C. Tempo, kterým oteplení v posledním století probíhá, je asi desetkrát rychlejší, než změny teplot planety kdykoliv v historii lidstva.

Například v celosvětovém průměru byl rok 2016 o 1,2 °C teplejší než průměr z let 1850-1900, ale jen o 0,6 °C teplejší než průměr z let 1981-2010. Na těchto stránkách používáme jako referenční období roky 1850-1900, protože např. Pařížská dohoda, ale i většina vědeckých publikací, vztahuje hodnoty dosaženého nebo předpokládaného oteplení planety právě k touto období. Toto období se označuje se jako pre-industriální, což znamená před průmyslovou revolucí.

Světová teplotní anomálie je pak vypočtena jako vážený průměr místních teplotních anomálií pro jednotlivé měřicí stanice. Vážený průměr koriguje rozdílnou hustotu měřicích stanic v různých místech.

Data pocházejí z měření více než 20 000 stanic na souši, měření lodí i plovoucích bójí a vědeckých stanic v Arktidě a Antarktidě. Z toho asi jen 6000 stanic má teplotní záznamy starší než 100 let a okolo 1000 stanic z doby před rokem 1880.

Teplota planety jako celku je však z dlouhodobého pohledu určena radiační rovnováhou, tedy rozdílem mezi množstvím energie, které planeta přijímá od Slunce a množstvím energie, které planeta ve formě tepelného záření vyzáří do vesmíru. Množství záření, které planeta přijímá od slunce se mění jen málo v rámci slunečních cyklů, a tyto změny pozorovanému nárůstu teplot neodpovídají. Naopak množství energie, kterou Země vyzáří ve formě tepelného záření do vesmíru, silně záleží na chemickém složení atmosféry - na koncentracích skleníkových plynů.

Klima se měnilo, mění a měnit bude. Co se ale děje nyní? Je to poprvé v historii planety, kdy člověk mění klima na globální úrovni a z dlouhodobého hlediska ohrožuje život vlastní i životy ostatních druhů na planetě. A na rozdíl od předchozích změn klimatu, tato změna je bezprecedentně rychlá a dnes jí nazýváme již klimatickou krizí.

Malá doba ledová

Zatímco v současnosti nás tíží oteplování planety, v minulosti lidé řešili opačný problém, pro který se vžil pojem malá doba ledová. Tato změna klimatu, kterou lze pozorovat přibližně mezi 13. a 19. stoletím, ovlivnila především život na evropském kontinentu.

Lidé ve středověku a raném novověku neměli takové možnosti jako dnes, aby mohli mimořádně mrazivá období vědecky zkoumat. Orientovali se podle vlastních znalostí a zkušeností předků. Že vládnou jiné klimatické podmínky, nicméně poznali jednoduše podle většího množství sněhu, nižších teplot, a především neúrody, ze které pramenil nedostatek jídla a hlad.

Před moderními výzkumy 20. a 21. století se lidé o existenci historického ochlazení dozvídali prostřednictvím obrazových a písemných záznamů. Jak vnímali malou dobu ledovou současníci, se zrcadlí v dobovém umění. Bílé vánoční období a zasněženou krajinu zachycují například obrazy Pietera Brueghela staršího Lovci ve sněhu (1565) a Klanění tří králů ve sněhu (1567).

Malá doba ledová zanechala svou stopu rovněž ve slavných houslích zvaných stradivárky. Jejich tvůrce Antonius Stradivarius je vyrobil na přelomu 17. a 18. století, kdy bylo podnebí obzvlášť chladné, proto došlo ke zpomalení růstu stromů, což vedlo k větší hustotě dřeva. Právě ta přispěla k nezaměnitelnému zvuku nástroje.

Další zdroj informací o malé době ledové představují písemné prameny, jako jsou kroniky či soupisy půdy. Z těch je patrné, že se nestabilní počasí podepsalo na kvalitě obilí, které v důsledku zimy nedozrálo. Také se snížila produkce fazolí či hrachu. Vinaři napříč Evropou si stěžovali nejen na špatnou úrodu, ale i na kyselejší chuť hroznů, a vegetační období se mnohdy zkrátilo o jeden až dva měsíce.

Termín malá doba ledová byl poprvé použit v roce 1939 americkým geologem nizozemského původu Françoisem Émilem Matthesem, který se badatelsky věnoval severoamerickým ledovcům. Podle něj se malá doba ledová vztahovala na časově delší období posledních 4 000 let, které dnes známe pod názvem neoglaciál.

Ucelené vědecké zachycování teplot sahá teprve do doby před dvěma sty lety. Právě kvůli absenci přístrojových měření ze starších období měli klimatologové ztíženou práci a badatelé si museli pomoci jinými metodami. Zde jim přišly vhod dobové záznamy dávných kolegů i laické veřejnosti nebo klášterní anály, uvádějící informace o velikosti sklizně v daném roce. Dále se měřily výkyvy na základě změn cen komodit, zejména již zmiňovaného obilí. Momentálně nejpřesnější analýza vychází ze zkoumání struktury a složení ledovců.

Začátek malé doby ledové předznamenalo období od konce 13. do počátku 15. století. Tehdy se stabilní klima začalo měnit v nepředvídatelné počasí s teplými a suchými léty, silnými bouřkami a poryvy větru. Výsledky nejnovějších výzkumů sedimentů ukázaly, že prudká proměna nastala náhle na přelomu 13. a 14. století. Její příčinou zřejmě nebyl pouze jeden faktor, nicméně ji s nejvyšší pravděpodobností z velké části způsobila vulkanická činnost a sopečné výbuchy.

Mezi další klíčové faktory patřily změny v oceánském proudění či sluneční činnosti. U té je od 13. do 19. století možné pozorovat celkem čtyři etapy takzvaného minima sluneční aktivity, které vždy doprovázelo studenější období, růst ledovců a neúroda půdy.

Co se týče konkrétního teplotního ochlazení, podle vědců se malou dobou ledovou rozumí mírné snížení teplot především severní polokoule, kde během 15. až 19. století poklesly přibližně o 0,6 °C oproti dřívějšímu průměru. Jakkoliv se tato hodnota nezdá být vysoká, došlo k výraznému vychýlení do té doby zažitých procesů a návaznosti přírodních cyklů.

Vědci dokázali na základě datování zuhelnatělých stromů a analýzy geochemických údajů identifikovat domnělého původce začátku malé doby ledové. Tím měl být vulkán Samalas na indonéském ostrově Lombok, který vybuchl koncem 13. století. Jeho erupce byla dostatečně silná, aby dokázala způsobit změny klimatu, zároveň se vyvržený materiál geochemicky shoduje se vzorky sopečného skla objeveného v ledových jádrech Arktidy a Antarktidy.

V roce 1783 způsobila desetileté ochlazení o 4,8 °C erupce sopky Laki na Islandu. Měla negativní důsledky nejenom pro Islanďany, kteří přišli o 80 % ovcí a 50 % skotu, ale i pro obyvatele Velké Británie, kde zemřelo zhruba 23 000 lidí na otravu ze zplodin jedovatého mraku, jenž byl viditelný i v Berlíně a v českých zemích.

tags: #klimatické #změny #v #historii #planety

Oblíbené příspěvky:

• Nádherné hory Eiger na fototapetě
• Statistiky odpadu v Číně
• Zkušenosti se školami v přírodě
• Aristotelovo pojetí člověka
• Yannick Box