Dwutlenek węgla w atmosferze - czy naprawdę jest go coraz więcej? O ile więcej?
Spalając węgiel, ropę i gaz produkujemy dwutlenek węgla. Co roku dziesiątki miliardów ton tego gazu trafiają do atmosfery. Od początku epoki przemysłowej jego ilość w atmosferze z niecałych 0.03% wzrosła do blisko 0.04% i rośnie coraz szybciej. Te ułamki procenta to bardzo dużo - wiemy, że w ciągu ostatnich setek tysięcy lat nigdy w atmosferze nie było go tak wiele. Także tempo wzrostu stężenia dwutlenku węgla jest bezprecedensowe w historii.
Temperatura Ziemi w ciągu 100 lat wzrosła jedynie o 0.8°C, a już obserwujemy znaczące zmiany klimatu. Zmiany klimatu dopiero się rozpoczęły. Gazy cieplarniane zwiększają docierającą do powierzchni Ziemi energię, ale oceany, mające olbrzymią bezwładność cieplną, jeszcze się nie ogrzały znacząco. Znacznie wyraźniejsze ocieplenie, sięgające 2-3°C obserwujemy nad lądami, szczególnie we wnętrzu Azji, oraz w Arktyce.
Wstajemy rano i patrzymy przez okno. Pada czy jest słonecznie? Jest zimno czy też ciepło? To są pytania o pogodę. Pogoda to stan atmosfery w danej chwili. Może się zmieniać z godziny na godzinę. Opisując pogodę, tak jak w prognozie pogody, zazwyczaj określamy temperaturę, ilość i rodzaj opadów, prędkość wiatru, zachmurzenie i zjawiska atmosferyczne, np. burze lub gradobicia. A czym jest klimat? Czym się różni pogoda w danym miejscu od klimatu tego miejsca? Klimat to stan parametrów pogody uśredniony po kilkudziesięciu latach. Oczywiście klimat danego miejsca też może się zmieniać w czasie, a obecne, zapoczątkowane przez ludzi, zmiany klimatu mogą drastycznie przemienić klimat całej planety.
Ziemia otrzymuje od Słońca najwięcej energii na równiku, a najmniej na biegunach. Ogrzane powietrze w rejonach równikowych unosi się i ochładza, a para wodna skrapla i opada jako deszcz. Na biegunach zimne powietrze opada. Jednak obrót Ziemi wokół osi powoduje, że cyrkulacja ta dzieli się na mniejsze komórki. Na klimat wpływają też masy lądowe i oceaniczne, prądy morskie, wysokość terenu i wiele innych czynników. Dowiedz się, jak to działa.
Efekt cieplarniany najłatwiej zrozumieć na przykładzie zwykłej szklarni. Szkło przepuszcza światło Słońca. Ziemia pochłania tą energię i wypromieniowuje w podczerwieni, dla której szkło jest nieprzezroczyste - szkło pochłania tą energię i nagrzewa się. Pod rozgrzanym szkłem rozgrzewa się powietrze.
Naturalny efekt cieplarniany podnosi temperaturę o 33°C. Biorąc pod uwagę fakt, że średnia temperatura Ziemi wynosi 14°C, można wyliczyć, że temperatura Ziemi bez efektu cieplarnianego wynosiłaby -18°C, a Ziemia od bieguna po równik byłaby pokryta lądolodem. Życie, jakie istnieje w obecnej formie, nie byłoby możliwe. 
Jest wiele niezależnych sposobów określenia, jaki był klimat i skład atmosfery dawno temu, kiedy nie mierzyliśmy tego bezpośrednio. Wyciągamy wnioski z zapisów historycznych, zasięgu lodowców górskich, odwiertów głębinowych, grubości słojów drzew i koralowców, pyłków i pozostałości roślinnych i zwierzęcych w osadach jezior i oceanów, zawartości pierwiastków w pozostałościach organizmów żywych, zależnych od środowiska cech organizmów żywych, różnorodnych pomiarów zawartość izotopów w osadach, pozostałościach organicznych i skałach. Doskonałym źródłem wiedzy są też badania liczących setki tysięcy lat rdzeni lodowych z Grenlandii i Antarktydy i uwięzionych w nich pęcherzyków gazu.
ocieplenia po trwającej 100 tysięcy lat epoce lodowej. Od setek tysięcy lat trwa cykl epok lodowcowych przerywanych okresami ocieplenia. Wszystkie te zmiany były powodowane zmianami docierającej do Ziemi energii słonecznej.
Cykle epok lodowcowych to rezultat zmian orbity Ziemi. Stosunkowe niewielkie wahania otrzymywanej od Słońca energii, w wyniku działania kliku dodatnich sprzężeń zwrotnych - zmiany rozmiaru czap polarnych, przepływu dwutlenku węgla i metanu między oceanami i atmosferą oraz zmiany ilości pary wodnej w atmosferze - powodowały znaczne zmiany temperatury. Przez ostatnie stulecia okresom niższej aktywności słonecznej odpowiadały niższe temperatury, zaś podczas wyższej aktywności Słońca temperatura Ziemi rosła. Ta korelacja załamała się kilkadziesiąt lat temu - moc Słońca zaczęła spadać, a temperatura planety mimo to rosła. 
Oczywiście aktywność słoneczna. Jednak to nie wszystko. Ostatnio znacząco wzrósł wpływ gazów cieplarnianych, szczególnie dwutlenku węgla. Do lat ’70 XX wieku był on równoważony przez ochładzający wpływ aerozoli siarkowych, jednak wprowadzenie kontroli ich emisji pomogło ujawnić się efektowi cieplarnianemu. Wpływ na temperaturę mają też np. wybuchy wulkanów i fluktuacje prądów oceanicznych.
Węgiel od dawna krążył pomiędzy atmosferą, biosferą, glebą i oceanami. Do tego kręgu dopływało trochę dwutlenku węgla z wulkanów, ale podobna ilość węgla była usuwana przez plankton i wietrzenie skał. Wszystko było w równowadze do momentu, aż sięgnęliśmy do wielkiego, powstałego przed dziesiątkami milionów lat rezerwuaru paliw kopalnych. Rok po roku, pochodzący ze spalania nadmiar dwutlenku węgla zaczął kumulować się w atmosferze oraz w oceanach, zakwaszając je. To tak, jakby do rachunku, na który wpływa 100 zł dziennie i z którego co codziennie również wypłacamy taką samą kwotę podłączył się haker, wypłacając sobie tylko 4% - 4 złote dziennie. Po 25 dniach z konta zniknie 100 zł. Po 25 dniach kolejne. Wpadniemy w długi i przyjdzie nam płacić od niego odsetki. 4% - prawie nic. Cóż... Prawie robi dużą różnicę.
Hydraty metanu to krystaliczna forma wody i metanu - cząsteczki metanu są uwięzione w "klatkach" z cząsteczek wody. Hydraty wyglądają jak lód, a w dotyku mają konsystencję styropianu. Hydraty metanu są stabilne w warunkach wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury. I dlatego mało kto je widział - ich pokłady są zgromadzone w stokach oceanicznych, a w większości przypadków przykryte warstwą osadów. Co by się stało, gdyby temperatura wzrosła? Będące w stanie stabilności (nasycenia) pokłady hydratów metanu pod wpływem rosnącej temperatury mogą stać się niestabilne, prowadząc do odtlenienia oceanów, stworzenia warunków dla produkujących toksyczny siarkowodór bakterii siarkowych, a po wyzwoleniu do atmosfery gwałtownego dalszego podniesienia temperatury planety. Naukowcy uważają, że wyzwolenie się hydratów metanu było istotnym elementem szeregu tzw. Wielkich Wymierań w historii Ziemi. 
Jak może dojść do zagłady życia poprzez nagromadzenie w atmosferze wielkich ilości siarkowodoru w wyniku wzrostu temperatury planety? Naukowcy są zdania, że może to nastąpić w wyniku namnożenia się fotosyntetyzujących bakterii siarkowych, które produkują wielkie ilości tego gazu, oraz, że zjawiska takie miały już miejsce kilkukrotnie w historii Ziemi. W każdym z okresów wielkich wymierań - z wyjątkiem końca kredy - oceany co najmniej raz osiągały stan anoksji (skrajnego zubożenia wody w tlen). Bakterie te żyją w środowiskach beztlenowych, a związane z destabilizacją hydratów metanu odtlenienie oceanów może stworzyć doskonałe warunki dla ich rozwoju. Środowisko siarkowe rozszerza się od dna do powierzchni oceanu, zabijając życie tlenowe. Produkowany przez bakterie siarkowodór trafia do atmosfery i zabija życie lądowe oraz niszczy powłokę ozonową. Ginie większość gatunków. 
Możemy stworzyć modele klimatu, bazujące na podstawowych prawach fizyki, z uwzględnieniem mechanizmów chemicznych i biologicznych. Dodajemy czynniki zewnętrzne, np. zmiany mocy Słońca i wybuchy wulkanów. Dzielimy powierzchnię Ziemi na małe elementy i wyliczamy, co się w nich zdarzy krok po kroku. Dobry model powinien odtwarzać pomiary - zmiany temperatury, opady, wiatry itp. Jeśli udaje się to wszystko poprawnie odtworzyć, dodajemy dodatkowe czynniki, np. zwiększenie ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i badamy, jak będzie zmieniać się klimat. Badania wskazują, że nie można wytłumaczyć obserwowanych zmian klimatu jedynie wpływem czynników naturalnych - to nasza emisja gazów cieplarnianych wyraźnie zmienia klimat planety. 
Sprzężenia zwrotne kształtują klimat w skali planetarnej. To właśnie ich wzajemne interakcje decydują czy planeta jest w stanie epoki lodowcowej lub jego ciepłej odwrotności. Czy jest przyjazną ludziom Gają, jak nasza obecna Ziemia, czy też Ziemią - Śnieżką lub przypominającą wnętrze piekarnika Ziemią-Wenus. Jakie sprzężenia zwrotne mogą zadziałać, nasilając efekt cieplarniany? Na przykład rozpad lodów Arktyki, zanik roślinności związany z szybkim przesuwaniem się stref klimatycznych, szybsza respiracja dwutlenku węgla z gleby, brak możliwości absorpcji dwutlenku węgla przez rozgrzane i zakwaszone oceany, większa ilość pary wodnej w atmosferze czy wyzwolenie metanu z wiecznej zmarzliny i hydratów metanu.
