Jak zmieniłaby się temperatura w ciągu kilku najbliższych lat – pozostałaby niezmieniona, wzrosłaby czy spadła?
Wzrosłaby. Dlaczego? Ponieważ znikłyby aerozole, a działanie długo żyjących gazów cieplarnianych nie zmieniłoby się znacząco. Dopiero w dłuższym horyzoncie czasowym moglibyśmy liczyć na spadek temperatury. Dopóki spalamy coraz więcej paliw kopalnych emitując coraz więcej aerozoli, skutecznie maskujemy wpływ gazów cieplarnianych.
Wiemy mniej więcej, ile dodatkowo Ziemia otrzymuje watów na metr kwadratowy. Ale jak przełoży się to na przyszłe zmiany klimatu? Jak bardzo zmieni się temperatura, poziom oceanów i co jeszcze może się zdarzyć? Czy modele klimatu są wystarczająco precyzyjne, żeby na odpowiedzieć na te pytania?
Modele klimatu są coraz lepsze i dokładniejsze, kolejne generacje modeli już od lat ’70 XX wieku dają zbliżone wyniki. Jednak modele klimatu wciąż mają wiele słabości.
Można wyliczyć, że podwojenie koncentracji dwutlenku węgla będzie wiązać się ze zwiększeniem pozostającej przy powierzchni Ziemi energii o 4 W/m2. Gdyby nie towarzyszyły temu inne zmiany, to w oparciu o prawo Plancka umożliwiające określenie związku pomiędzy temperaturą a wypromieniowywaną energią, temperatura Ziemi wzrosłaby o 1,2°C, czyli wcale nie tak dużo.
Dlaczego przy traktowaniu Ziemi jako ciała doskonale czarnego bez działania sprzężeń zwrotnych zmiana temperatury ΔT wyniesie 1,2°C?
Energia otrzymywana przez powierzchnię Ziemi rośnie z 236 do 236+4 W/m2. Energia ta musi zostać wypromieniowana, a ponieważ trzeba wypromieniować jej więcej, więc wzrośnie temperatura. Dla naszego uproszczonego oszacowania wystarczy zastosowanie prawa Stefana-Boltzmanna, które wiąże strumień wypromieniowywanej przez ciało energii (wyrażonej w W/m2) z jego temperaturą (wyrażoną w stopniach Kelvina, czyli stopniach Celsjusza powiększonych o 273).
Wypromieniowywana Energia = stała Stefana-Boltzmanna * (Temperatura)4
Przy wzroście energii wypromieniowywanej przez Ziemię z 236 do 240 W/m2, średnia temperatura Ziemi wzrośnie z 14°C (czyli 287K) do 287K+ ΔT, gdzie ΔT jest właśnie szukaną wartością wzrostu temperatury.
Porównując stan końcowy (E=240 W/m2, T=287K+ΔT) i początkowy (E=236 W/m2, T=287K) mamy:
po przekształceniu ze względu na poszukiwaną zmianę temperatury ΔT otrzymujemy
A więc przy wzroście strumienia energii o 4 W/m2 wzrost temperatury wyniósłby 1,2 stopnia (nieważne czy Kelwina, czy Celsjusza – są sobie równe).
Inaczej mówiąc bez sprzężeń zwrotnych wymuszanie 1 W/m2 przekłada się na 0,3°C wzrostu temperatury. Jednak to nie cały obraz. W przyrodzie działają zarówno dodatnie sprzężenia zwrotne, takie jak towarzyszące wzrostowi temperatury topnienie czap polarnych czy wyzwalanie dwutlenku węgla z ogrzewających się oceanów, towarzyszą też ujemne sprzężenia zwrotne, takie jak wzmożone powstawanie chmur odbijających światło Słońca czy przyspieszone rośnięcie lasów w atmosferze zawierającej większą ilość CO2. Przyjrzyjmy się przykładowo chmurom. Nie potrafimy ich dobrze modelować chmur, nie potrafimy nawet powiedzieć, czy w cieplejszym świecie będzie mniej czy więcej chmur, czy będą jaśniejsze czy ciemniejsze, a nawet czy będą stanowić dodatnie czy ujemne sprzężenie zwrotne. Co gorsza aerozole wpływają na powstawanie chmur na wiele różnych skomplikowanych sposobów. Ilość różnorodnych sprzężeń zwrotnych jest bardzo wysoka, a ich złożoność bardzo komplikuje obliczenia, jak bardzo wzrośnie temperatura przy wzroście stężenia dwutlenku węgla. Według modeli podwojenie ilości dwutlenku węgla w atmosferze spowoduje wzrost temperatury prawdopodobnie o około 3°C, ale może to być także 1,5 do 4,5°C.
Jak sobie poradzić z tym problemem?
Wbrew powszechnej opinii modele nie są wcale głównym źródłem informacji o przyszłych zmianach klimatu. Tym źródłem wiedzy są dane paleoklimatyczne. Na podstawie tego, co się działo w przyszłości i dlaczego miało to miejsce, możemy całkiem dokładnie przewidzieć, jak zmiana wymuszania radiacyjnego przełoży się na zmiany temperatury, poziomu oceanów i jakich jeszcze zdarzeń możemy się spodziewać.
Następna część cyklu: Epoka lodowcowa.
