Co je skleníkový efekt - působí na klima?

Co je skleníkový efekt - působí na klima?

[*] Přibližně 30 % sluneční energie dopadající do atmosféry se odráží od zemského povrchu
[*] Analýza vzduchových bublin v antarktickém ledu ukazuje, že okolí se historicky nemění
Pojem skleníkový efekt se ve sdělovacích prostředcích objevuje v posledních letech poměrně často. Zpravidla v souvislosti s hrozbou možného globálního oteplování v budoucnu. V posledních týdnech, po návštěvě premiéra Václava Klause na výzkumném pracovišti Ústavu ekologie krajiny na Bílém Kříži v Beskydech, nabyla diskuse v tomto směru na razanci. Diskuse v nás však vyvolává dojem, že řada jejích účastníků operuje s pojmem skleníkový efekt, aniž si uvědomuje jeho fyzikální podstatu, a že je ignorován podstatný rozdíl mezi skleníkovým efektem jakožto fyzikálním principem na jedné straně a možnými budoucími změnami klimatu v důsledku zesilování skleníkového efektu na straně druhé. Ve svém článku se pokusíme tento názorový nepořádek uspořádat.

Pravděpodobná podstata vzniku skleníkového efektu

Hlavním zdrojem energie pro Zemi je Slunce, které vyzařuje v oblasti krátkovlnného, tedy viditelného záření pohlcovaného zemským povrchem. Energie se však nemůže v pevném tělese Země ani v její atmosféře hromadit, vyzařuje tedy energii přijatou od Slunce zpět. Na rozdíl od Slunce vyzařuje Země převážně v oboru dlouhovlnného, tedy tepelného záření. Obecně platí, že čím vyšší je teplota tělesa, tím více energie vyzařuje. Protože celkové množství energie vyzářené Zemí známe - musí být stejné s množstvím energie, které Země přijme od Slunce - můžeme určit takzvanou vyzařovací teplotu Země. Ta je přibližně rovna -18 0C. Průměrná teplota povrchu Země, spočítaná z měření na celé zeměkouli (takzvaná průměrná globální teplota), je však podstatně vyšší - asi +15 0C. Příčinou tohoto rozdílu je skutečnost, že atmosféra je pro tepelné záření velmi málo propustná - atmosférou projdou jen asi čtyři procenta záření zemského povrchu, zbývajících 96 procent je v atmosféře pohlceno. Z těchto pohlcených 96 procent pak je malá část (asi osmina) vyzářena z atmosféry ven do meziplanetárního prostoru, ostatních sedm osmin se vrací zpět k zemskému povrchu, který se tak ohřívá na teplotu vyšší, než je výše zmíněná vyzařovací teplota. Tento mechanismus, tedy oteplování spodních vrstev atmosféry v důsledku její schopnosti propouštět krátkovlnné sluneční záření a pohlcovat dlouhovlnné záření zemského povrchu, se nazývá skleníkový efekt: Stejně jako v běžném skleníku "záření může snadno dovnitř, ale jen obtížně se dostává ven".
Skleníkový efekt je tedy zodpovědný za to, že teplota na Zemi je v globálním průměru o celých 33 stupňů vyšší, než je vyzařovací teplota, a tedy vlastně zodpovědný za to, že je naše planeta pro lidstvo vůbec obyvatelná. Skleníkový efekt je způsoben některými plyny obsaženými v atmosféře, které se proto běžně označují jako skleníkové plyny. Nejdůležitějšími skleníkovými plyny jsou vodní pára a oxid uhličitý: Příspěvek vodní páry k celkovému skleníkovému efektu činí 21 0C, oxid uhličitý zvyšuje globální průměrnou teplotu o 7 0C. Další plyny, jako jsou ozón, oxid dusný a metan, přispívají k skleníkovému efektu zvýšením teploty dohromady o zbývajících 5 0C.

Skleníkový efekt a vliv na změny globální

Ačkoliv je největší část skleníkového efektu vyvolána vodní párou, nejvíce se v souvislosti s možnými budoucími klimatickými změnami a globálním oteplováním mluví o oxidu uhličitém. Proč?
Spalováním fosilních paliv (uhlí, ropa) je od počátku průmyslové revoluce v 19. století uvolňováno do atmosféry čím dál větší množství oxidu uhličitého. Protože se oxid uhličitý v atmosféře rozpadá jen velmi pomalu (jeho střední doba života přesahuje 100 let), stále se zvyšující produkce vede k jeho hromadění v atmosféře a k stále se zrychlujícímu nárůstu jeho koncentrací.
Měření založená na analýze vzduchových bublin zachycených v antarktickém ledu jednoznačně ukazují, že v průběhu uplynulého tisíciletí byly až do začátku 19. století koncentrace oxidu uhličitého víceméně neměnné, ale za posledních necelých 200 let se zvýšily asi o 30 procent. Tím se zmenšila propustnost atmosféry pro tepelné záření země, což má za následek zesílení skleníkového efektu.
Protože je klimatický systém Země velmi složitý a mnohé fyzikální procesy probíhající v atmosféře a oceánech nejsou ještě plně prozkoumány, nelze automaticky tvrdit, že zesilování skleníkového efektu povede ke zvýšení globálních teplot.
Ke zjištění vlivu zesíleného skleníkového efektu na klima naší Země se proto používají poměrně složité prostředky: Možné budoucí klima se počítá pomocí takzvaných modelů všeobecné cirkulace atmosféry, které nejsou ničím jiným než soustavou poměrně složitých diferenciálních rovnic. Jednotlivé modely (na světě je jich v současnosti několik desítek) se v odhadech možného budoucího klimatu navzájem liší, některé jeho rysy jsou však naprosté většině modelů společné, a lze je proto považovat za vysoce pravděpodobné.
Dojde-li ke zvýšení koncentrací skleníkových plynů na dvojnásobek, můžeme očekávat, že globální průměrná teplota Země se zvýší o 1,45 až 4 stupně. V důsledku toho se zmenší plocha sněhové pokrývky a mořského ledu a o několik desítek centimetrů se zvýší mořská hladina. Dále v mírných zeměpisných šířkách, do nichž patří většina Evropy, bude v zimě více srážek, v důsledku oteplení převážně ve formě deště.
V této souvislosti je nutné zdůraznit, že oteplení se týká globálního průměru, a není tudíž vyloučeno, že zatímco v některých oblastech se může oteplit podstatně více (pravděpodobně např. v Arktidě), jinde se může v porovnání se současností dokonce ochladit.

Doporučení vědecké obce pro politiky

Naskýtá se otázka, za jak dlouho, pokud vůbec někdy, ke zdvojnásobení koncentrací oxidu uhličitého v atmosféře dojde. Odpověď nemohou poskytnout vědci, ale lidstvo samo. Budou-li emise skleníkových plynů růst i do budoucna stejným tempem jako dosud, tedy asi o jedno procento ročně, dočká se země dvojnásobných koncentrací asi za sedmdesát let.
Nepřijmou-li se tedy na naší planetě opatření, která by uvolňování skleníkových plynů do atmosféry výrazně omezila (jako je například přechod na alternativní zdroje energie), za pouhých sedmdesát let se klima země s velkou pravděpodobností změní tak, jak jsme naznačili v předchozím odstavci. I kdyby se však podařilo opatření na snížení emisí brzy přijmout, koncentrace oxidu uhličitého ještě dlouho porostou, samozřejmě pomaleji než při růstu emisí bez omezení, neboť jeho odbourávání z atmosféry probíhá velmi pomalu.
Ještě zbývá jedna, možná nejdůležitější otázka: Můžeme už v současné době pozorovat nějaké důsledky zesilování skleníkového efektu? Než se pokusíme o odpověď, musíme zdůraznit, že anomálie pozorované v posledních letech ve střední Evropě, jako bylo extrémně horké léto 1994, poměrně dlouhá zima 1995/96 a studené léto 1996, nejsou důkazem, který by mohl potvrdit či vyvrátit hypotézu změny klimatu a globálního oteplování.
Území zasažené těmito anomáliemi je totiž v rámci celé Země poměrně malé; abychom mohli hovořit o klimatické změně, museli bychom takovou změnu najít v globálním měřítku. Vezmeme-li řadu průměrných ročních globálních teplot, které jsou k dispozici od poloviny minulého století, zjistíme, že od šedesátých let se země jako celek výrazně otepluje (viz graf).

S omezováním emisí už neradno otálet

Globální teplota v posledních letech byla o asi 0,4 0C vyšší než začátkem šedesátých let a o asi 0,8 0C vyšší než koncem minulého století. Deset nejteplejších roků za celé více než stočtyřicetileté období se vyskytlo během posledních šestnácti let, tedy od roku 1980, a rok 1995 je v celé dlouhé řadě globálních teplot vůbec nejteplejší. Ani tato zjištění nás však neopravňují k zjednodušujícímu závěru, že pozorované změny globálních teplot jsou důkazem, že globální oteplování v důsledku zesilování skleníkového efektu už začalo.
Na druhou stranu studie porovnávající pozorované teploty se simulacemi pomocí atmosférických modelů, které byly zveřejněny v posledních dvou letech, naznačují, že zesílení skleníkového efektu v kombinaci se zvýšením koncentrací aerosolů síry je pravděpodobnou příčinou pozorovaného zvýšení globálních teplot (viz kresba). Na definitivní potvrzení či vyvrácení této hypotézy si musíme ještě nějaký čas počkat.
Protože však další zesilování skleníkového efektu povede neodvratně, ať v bližší či vzdálenější budoucnosti, ke změnám klimatu na Zemi, s omezením emisí oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů do ovzduší by lidstvo otálet nemělo.
RADAN HUTH, JOSEF ŠTEKL, Ústav fyziky atmosféry Akademie věd ČR
Průměrné roční teploty povrchu Země, vyjádřené jako odchylky od dlouhodobého průměru za období 1880 - 1920. Lomená čára označuje skutečně pozorované teploty, čárkovaná čára teploty simulované modelem za předpokladu zvyšování pouze koncentrací oxidu uhličitého, plná čára pak teploty simulované modelem za předpokladu zvyšování koncentrací oxidu uhličitého i aerosolů síry. Povšimněte si dobré shody plné čáry s křivkou pozorovaných teplot od šedesátých let. (Převzato z knihy Klimatická změna 1995, publikované pro Mezivládní panel o změnách klimatu.)
Průměrná teplota povrchu Země, zjištěná z meteorologických pozorování: roční průměry (čárkovaně) a pětileté průměry (plnou čarou). Teploty jsou vyjádřeny jako odchylky od průměru za léta 1951 - 1980. Můžeme pozorovat dlouhodobé oteplování od konce minulého století do roku 1940, poté slabé ochlazování a od šedesátých let opět nárůst teplot. (Podle studie J. Hansena a kol., zveřejněné v Geophysical Research Letters v loňském roce.)