Podnebna občutljivost – definicija, merjenje in vpliv podvojitve CO2

Zemlja se segreva, ker ljudje v ozračje spuščamo toplogredne pline. Temu pravimo učinek tople grede. Največji prispevek k sedanjemu segrevanju ima ogljikov dioksid (CO₂), katerega glavni vir je kurjenje fosilnih goriv, predvsem premoga. Podnebna občutljivost poenostavljeno pomeni, koliko se bo povprečna temperatura Zemljinega površja spremenila kot posledica povečanja koncentracije CO₂ v ozračju.

Kaj točno pomeni “podvojitev CO₂”?

Običajna meritev podnebne občutljivosti se nanaša na spremembo temperature pri dvakratni koncentraciji CO₂ glede na predindustrijsko raven (približno leto 1750). To pomeni npr. rast s približno 280 ppm CO₂ na približno 560 ppm. Ko znanstveniki govorijo o radiačnem prisilu, navajajo, da po podvojitvi CO₂ ostane na Zemljini površini približno 3,7 W/m² dodatne energije — vrednost, ki se v pogovornem smislu pogosto zaokroži tudi na 4 W/m².

Vrste podnebne občutljivosti

Equilibrium Climate Sensitivity (ECS) — enakovredna (ekvilibrijska) podnebna občutljivost: dolgoročna sprememba povprečne globalne temperature po tem, ko se ozračje in oceani v novem ravnovesju odzovejo na dvakratno koncentracijo CO₂. ECS običajno zajema učinke glavnih povratnih zank (npr. vodne pare, led-albedo, spreminjanje oblakov).
Transient Climate Response (TCR) — prehodna odzivnost: temperaturna sprememba ob počasnem (npr. 1 % letno) povečevanju CO₂ v obdobju, ko se sistem še ne nahaja v polnem ekvilibriu; je običajno nižja od ECS, ker vključuje omejeno ogrevanje zaradi počasi segrevajočih se oceanov.

Kako znanstveniki merijo in ocenjujejo podnebno občutljivost?

Obstajajo trije glavni pristopi:

Podnebni modeli (GCM): računalniški modeli, ki vključujejo fizikalne enačbe za atmosfero, oceane, led in biosfero, simulirajo odziv sistema na podvojitev CO₂. Ti modeli vključujejo različne podmodelne reprezentacije oblakov in drugih procesov.
Opazovanja sodobnega vremena in energije: izračunamo radiačni prisil in merimo, koliko toplote se hrani v ozračju in oceanih, ter iz tega ocenjujemo razmerje med prisilom in temperaturnim odzivom (poenostavljena oblika: ΔT = ΔF / λ, kjer je ΔF radiačni prisil in λ povratni parameter).
Paleoklimatske rekonstrukcije: uporaba podatkov iz ledenih jeder, sedimentov, koral in drugih virov za oceno, kako je klima reagirala na naravne spremembe koncentracij CO₂ in drugih prisil v daljni preteklosti (npr. ledene dobe, topli intervali).

Povratne zanke in glavni viri negotovosti

Končna velikost segrevanja za dano prisil je močno odvisna od povratnih zank:

Vodna para: topla atmosfera zadrži več pare, kar krepi segrevanje (pozitivna povratna zanka).
Oblaki: vpliv oblakov je ena največjih negotovosti — nekateri tipi oblakov hladijo, drugi segrevajo, njihove odzive je težko natančno modelirati.
Led-albedo: taljenje ledu zmanjšuje odbojnost površja, kar poveča absorpcijo sončne energije (pozitivna povratna zanka).
Aerosoli in biogeokemične povratne zanke: delci v zraku lahko lokalno hladijo (odbojnost) ali segrevajo, spremembe v ciklih ogljika vplivajo na trajnost vnosa CO₂.

Kakšne so ocene in negotovost?

Mednarodni panel za podnebne spremembe (IPCC) je v svojih najnovejših ocenah navedel, da je najbolj verjetno območje vrednosti za ECS nekje okoli 3 °C, z verjetnim razponom približno 2,5–4 °C. TCR ima nižji razpon (IPCC navaja približno 1,4–2,2 °C). Razponi odražajo negotovosti predvsem zaradi oblačnih povratnih zank in drugih nereprezentiranih procesov v modelih.

Preprosta enačba za razumevanje

Če poznamo radiačni prisil ΔF in povratni parameter λ (povprečni učinek vseh povratnih zank), lahko približno zapišemo:

ΔT ≈ ΔF / λ

Za podvojitev CO₂ je ΔF približno 3,7 W/m² (pogosto zaokroženo na 4 W/m²), zato bo končna ΔT odvisna od velikosti λ, ki izhaja iz skupnega učinka povratnih zank.

Zakaj je to pomembno za politiko in družbo?

Ocena podnebne občutljivosti pomaga določiti, koliko emisij ogljika lahko še izpustimo, da bi ostali pod določenimi cilji ogrevanja (npr. 1,5 °C ali 2 °C).
Večja občutljivost pomeni krajše časovne okvire za ukrepanje in strožje omejitve emisij, saj manj emisij pomeni hitrejši presežek varnih meja.
Razumevanje negotovosti usmerja raziskave: npr. boljše opazovalne mreže za oblake, izboljšave modelov in paleoklimatske študije lahko zmanjšajo razpon možnih izidov.

Zaključek

Podnebna občutljivost je ključni koncept za razumevanje, kako močno in kako hitro se bo svet ogreval ob povečevanju CO₂. Čeprav osnovna ocena novega radiačnega prisila ob podvojitvi CO₂ znaša približno 3,7 W/m² (pogosto zaokroženo na 4 W/m²), končna sprememba temperature ni določena le s tem prisilom, temveč tudi z zapletenimi povratnimi zankami in procesi v atmosferi, oceanih in biosferi. Najbolj verjetna vrednost za enakovredno (ECS) podnebno občutljivost je okoli 3 °C, pri čemer so še vedno prisotne pomembne znanstvene negotovosti, ki vplivajo na izbiro in nujnost politik za zmanjševanje emisij.

Kako občutljivo je podnebje?

Podnebni znanstveniki ne poznajo dobro občutljivosti podnebja, vendar menijo, da je verjetno med 1,5 °C in 4,5 °C. Če bi bilo torej v ozračju dvakrat več CO₂ kot leta 1750, bi bila Zemlja po več tisoč letih verjetno toplejša za 1,5 °C do 4,5 °C.

Kako to vemo?

Podnebno občutljivost lahko ugotovimo na tri načine. Prvi način je, da si ogledamo meritve temperature, opravljene vsako leto od leta 1750, in jih primerjamo z meritvami, koliko toplogrednih plinov je bilo v istem času v ozračju. Drugi način je, da poskušamo ugotoviti, koliko toplogrednih plinov je bilo in kakšna je bila temperatura v daljni preteklosti, preden so jih ljudje začeli meriti. Na primer z merjenjem, koliko CO₂ je v drobnih mehurčkih zraka, ujetih globoko v polarnem ledu pred tisočletji. Tretji način je izdelava računalniških modelov podnebnega sistema.

Zakaj je pomembno bolje poznati občutljivost podnebja?

Cilj Pariškega sporazuma je ohraniti globalno segrevanje pod 2 °C. Če je podnebje zelo občutljivo, bo to zelo težko, zato bi morali ljudje in države hitreje preiti na uporabo čistejše energije. Če pa podnebje ni zelo občutljivo, bi bilo morda škoda denarja, če bi prenehali uporabljati elektrarne na premog, ki so še vedno skoraj nove. Zato je zelo pomembno natančneje ugotoviti, kakšna je občutljivost podnebja.

Zakaj je to težko ugotoviti?

Težko je ugotoviti, kako občutljivo je podnebje, saj se po tem, ko se zaradi učinka tople grede Zemlja nekoliko segreje, pojavi veliko različnih vrst povratnih učinkov, ki lahko segrevanje pospešijo ali upočasnijo. Zaradi toplote na primer iz morja izhlapi več vode, ta vodna para pa je toplogredni plin, zaradi česar se Zemlja še bolj segreje. Znanstveniki so dokaj prepričani, da večina povratnih informacij pospešuje segrevanje: ker pa so povratne informacije tako zapletene, jih ne razumejo najbolje, včasih pa njihovi računalniki niso dovolj hitri, da bi opravili dovolj izračunov za dober odgovor. Projekt, pri katerem sodelujejo, da bi bolje razumeli, se imenuje projekt CMIP (Coupled model intercomparison project). Ena od stvari, ki jih skušajo bolje razumeti, so oblaki, saj bi lahko imeli velik pomen.

Ta diagram prikazuje splošno predstavo o občutljivosti podnebja. Ko ljudje izpuščajo CO2 , se Zemlja segreva. To segrevanje je še večje zaradi večine povratnih informacij. Obstaja veliko različnih vrst povratnih informacij. Ena od povratnih informacij je, da se ob prvem segrevanju stopi led, ki je odbijal veliko sončne svetlobe, zato lahko sončna svetloba posije na morje, ki je bilo prej pod ledom, in morje postane toplejše.

Različni načini govorjenja o občutljivosti podnebja

Ljudje, ki razmišljajo o 21. stoletju, lahko o občutljivosti podnebja govorijo drugače kot tisti, ki razmišljajo o tisočletjih v prihodnosti.

Ko se količina CO2 preneha povečevati

Če se količina CO₂ vsako leto postopoma poveča za 1 %, je prehodni podnebni odziv (TCR) povečanje temperature do leta, ko se podvoji. To je verjetno med 1 °C in 2,5 °C. Ker je to nekoliko podobno temu, kar bi se lahko zgodilo v tem stoletju, je to morda za večino ljudi najbolj uporaben način, kako govoriti o podnebni občutljivosti, ko govorijo o Pariškem sporazumu.

Ko je temperatura oceana uravnotežena s temperaturo ozračja.

Toda večina dodatne toplote segreva oceane, in ko se količina CO₂ preneha povečevati, del te toplote zapusti oceane in tisočletja počasi segreva ozračje. Ravnovesna podnebna občutljivost (ECS) je temperatura, ki bi jo Zemlja dosegla, ko bi se ozračje ponovno uravnovesilo z oceani, če bi se količina CO₂ prenehala povečevati, vendar bi ostala na dvojni ravni.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj povzroča segrevanje Zemlje?

O: Ljudje v ozračje vnašamo toplogredne pline, kar imenujemo učinek tople grede.

V: Kaj je največji vir ogljikovega dioksida v ozračju?

O: Največ ogljikovega dioksida (CO2) v ozračje vnaša kurjenje premoga.

V: Kaj pomeni podnebna občutljivost?

O: Podnebna občutljivost pomeni, koliko se bo Zemlja segrela, če se v ozračje sprosti določena količina CO2. Običajno se nanaša na to, koliko bolj toplo bi bilo, če bi bilo v ozračju dvakrat več CO2 kot leta 1750, preden so ljudje začeli kuriti veliko premoga.

V: Koliko dodatne toplote se ujame, ko se količina CO2 v ozračju podvoji?

O: Ko se količina CO2 v ozračju podvoji, se vsako sekundo na vsakem kvadratnem metru Zemlje ujamejo dodatni 4 jouli toplote.

V: Kako vroča bo Zemlja po dolgem času, če se količina CO2 podvoji?

O: Znanstveniki menijo, da bo Zemlja po dolgem času, če se CO2 podvoji, za približno 3 °C bolj vroča.

V: Kaj preprečuje, da bi del toplote uhajal z Zemlje?

O: Toplogredni plini preprečujejo, da bi del toplote uhajal z Zemlje, zato se to imenuje "učinek tople grede".