Výzkum historie změny klimatu

Historie výzkumu změny klimatu popisuje objev a zkoumání událostí změny klimatu v geologických a historických obdobích, včetně globálního oteplování , ke kterému dochází od 20. století . Systematický výzkum přírodních klimatických změn začal v první polovině 19. století postupnou rekonstrukcí cyklů doby ledové a dalšími změnami klimatického prostředí v rámci paleoklimatologie a kvartérního výzkumu . Již na konci 19. století bylo podezření na lidské vlivy na zemský klimatický systém prostřednictvím skleníkových plynů, ale o odpovídajících výpočtech se do 60. let silně pochybovalo. Detailní popisy výzkumu historie změn klimatu , zejména antropogenní klimatické změny zjištěny v průběhu 20. století , lze nalézt například v kapitole 1 v IPCC Čtvrtá hodnotící zpráva a blíže americkým fyzikem a vědecký historik Spencer R. Weart . Zpracování v německém jazyce založené na práci Spencer Weart lze nalézt na domovské stránce Skeptical Science .

Zatímco skleníkový efekt byl objeven již v roce 1824, vliv oteplování klimatu na stále rostoucí koncentraci oxidu uhličitého v zemské atmosféře bylo možné kvantifikovat až ke konci 50. let 20. století díky vylepšeným metodám měření a širší databázi. Ačkoli někteří vědci zjistili, že klima může ochlazovat i člověkem způsobené znečištění ovzduší, klimatický výzkum stále více upřednostňoval předpoklad oteplování od poloviny 70. let minulého století. V 90. letech 20. století došlo díky pokročilým počítačovým modelům a hlubšímu porozumění studeným věkům k následujícímu konsensu: Skleníkové plyny hrají hlavní roli ve změně klimatu a emise způsobené lidmi jsou primárně zodpovědné za pokračující globální oteplování .

Dvě stě let výzkumu klimatických změn

Objevování základů

První teorie doby ledové

Jako jeden z prvních průkopníků prehistorického myšlení měl anglický polymath Robert Hooke na základě fosilií z jury (jako jsou amonity a mořské želvy ) již na konci 17. století podezření, že v jihoanglickém podnebí muselo být podstatně tepleji. rané geologické časy. Na základě toho navrhl určit klima prvotních stanovišť pomocí fosilií . Proti tehdy rozšířené víře v mýtus biblického stvoření nebyl předpoklad pravěké epochy, která zahrnovala podstatně delší období než historicky doložená lidská historie, schopen zvítězit až o století později. V průběhu osvícenství a s rozvojem geologie do moderní vědy od roku 1750 se postupně prosazovala myšlenka prehistorických dob. Jak však ukázal čedičový spor , mnoho vědců bylo v jejich myšlení stále ovlivněno náboženskými představami . Inženýr a geograf Pierre Martel učinil první příspěvek k vytvoření teorie doby ledové v roce 1742 . Podle jeho názoru byly ledovce Chamonix kdysi mnohem rozsáhlejší, což v minulosti naznačovalo chladnější klima. Podobný názor zastával i jeho švýcarský krajan Gottlieb Sigmund Gruner , který v roce 1778 ve své knize Cesty po nejpodivnějších regionech Helvetie spojil konglomerát starých terminálních morén s dřívějšími ledovcovými porosty. ^{S. 69} S těmito znalostmi Martel a Gruner předběhli dobu o desetiletí. Možnost rozsáhlých zalednění v důsledku klimatu formovaného dobou ledovou byla na konci 18. století příliš revoluční myšlenka, než aby ji věda přijala.

Bludný kámen uloženy podle Fennoscan ledovém příkrovu na ostrově Rujána .

Mezi lety 1780 a 1830 proběhla zásadní debata, částečně nábožensky motivovaná, mezi neptunisty a plutonisty (čedičový spor ). Ústředním tématem neptunistů byla potopa , která byla až do první poloviny 19. století často považována za skutečnou geologickou událost nebo jako synonymum několika globálních povodňových katastrof. Kontroverze mezi Neptunisty a Plutonisty se ukázala také ve sporu o původ a „migraci“ nevyrovnaných bloků ( balvanů ) uložených ledovci doby ledové v alpské oblasti, v severoněmecké nížině a ve Skandinávii, které jsou charakteristické pro ledovce krajiny. Hádanka široce roztroušených balvanů byla od roku 1760 stále intenzivněji diskutována, přičemž kromě oblíbené teorie driftu byly jako vysvětlení transportu nevyrovnaných bloků použity především záplavy způsobené vodou, bahnem a sutinami a vulkanické erupce. ^{P. 108 ff} V té době tam byl ještě dlouhá cesta z hlubšího porozumění ledovcových dynamiky a ledové morfologie , a to bylo jen dílem a výzkum Louis Agassiz , Johann von Charpentier , Karl Friedrich Schimper a Ignaz Venetz která začala namalovat stále diferencovanější obraz klimatu doby ledové od roku 1830 a souvisejících procesů.

V této rané fázi výzkumu však postulované změny klimatu nemohly být ani časově omezeny, ani rudimentárně datovány, a o možných příčinách bylo stejně málo jasno.

Slunce jako příčina změny klimatu?

V roce 1801 astronom Wilhelm Herschel zjistil, že mezi lety 1650 a 1800, což je období později známé jako malá doba ledová , se zdálo , že malý počet slunečních skvrn je spojen se špatnou sklizní pšenice, a dospěl k závěru, že teploty jsou neobvykle nízké. Spojení, které postuloval mezi cyklickými změnami sluneční aktivity a přirozenými výkyvy klimatu, však byla v té době již kontroverzní a následně byla znovu a znovu diskutována ve vědě až do konce 20. století.

Výzkum se zaměřuje na čtvrtohorní dobu ledovou

Mezníky ve výzkumu vědy o změně klimatu mezi lety 1820 a 1930

V polovině 19. století shromáždili nyní početnější zastánci teorie doby ledové tolik důkazů a „ svědků klimatu “ o existenci dřívější doby ledové , že postupně bylo stále obtížnější ignorovat předložené argumenty. V průběhu geologického průzkumu Severní Ameriky také vyšlo najevo, že studená fáze pozorovaná v Evropě nebyla regionálním fenoménem, ​​ale zjevně zasáhla celou severní polokouli . Model doby ledové byl dále potvrzen objevem velmi starých stop zalednění v Africe, Austrálii a Indii, které jsou podle současných znalostí přiřazeny permocarbonovému zalednění zhruba před 300 miliony let.

Jako jeden z nejvíce neúnavných exponentů švýcarský přírodovědec Louis Agassiz (1807–1873) vedl kampaň za vědecké přijetí konceptu doby ledové. Na četných cestách v kombinaci s přednáškami před akademickým publikem a také vydáním několika knih přispěl rozhodujícím způsobem k popularizaci svých myšlenek. Přesto kolem roku 1850 nebyl vědecký konsenzus na toto téma ještě v nedohlednu. To se zpozdilo hlavně z následujících důvodů: ^{s. 532 a násl}

• Postul „Zimního světa“ podle výzkumníků, jako byl Karl Friedrich Schimper, znamenal relaps většiny současných geologů de Georges Cuviera založených katastrofou a s ní spojeným Kataklysmentheorie . Tento pohled byl nyní považován za zastaralý a vyvrácený a byl nahrazen „moderním“ realistickým konceptem anglického geologa Charlese Lyella .
• Současně s geologickými nálezy doby ledové byly v odpovídajících stratigrafických vrstvách nalezeny také jasné náznaky dřívějších teplých období . Tato zřejmá nekompatibilita se stal zastaralý s pokroky v chronostratigrafii a geochronologie , především zjištění, že kvartérní ledová bylo přerušeno několikrát interglacials jako je EEM Teplé věku .
• Představy o možném rozsahu a tokovém chování ledovců vycházely z příkladu alpských ledovců po celá desetiletí. Tehdejší geologové vyvodili z této místní perspektivy globální závěry a tehdejší geologové téměř jednomyslně odmítli zvýšení velikosti ledových polí, která pokrývala polovinu kontinentů. Tato doktrína se dramaticky změnila, když ve druhé polovině 19. století začal průzkum a měření grónského ledového plechu .

Teorie o době ledové byla až na výjimky obecně přijata nejpozději do roku 1880 a v podobě kvartérního výzkumu se vyvinula v důležitý pilíř geověd. Po dlouhou dobu však neexistoval žádný podložený teoretický model, který by dokázal fyzicky správně popsat příčiny různých teplých a studených období v historii Země. Bez ohledu na to se základy dnešní klimatologie objevily částečně paralelně s teorií doby ledové a v jejich počátcích sahají hluboko do 19. století.

Teplota, teplo a tepelné záření

Rozsáhlé používání teploměrů , včetně skleníků , začalo v první polovině 18. století (teplotní stupnice podle Fahrenheita , Réaumura a Celsia v letech 1724, 1730 a 1742). V roce 1767 měřil Horace-Bénédict de Saussure intenzitu slunečního záření v údolích a ve výšce jako teplotu ve skleněných vitrínách umístěných jeden na druhém. Ve vylepšené verzi, prvním „ solárním varném boxu “, dosahoval teplot přes 100 ° C.

Pozorování dynamiky teplotních změn vedlo Josepha Blacka , objevitele oxidu uhličitého , ve druhé polovině 18. století k rozlišení množství tepla od teploty . Založil koncepty latentního tepla a tepelné kapacity , ale měl špatnou představu o pohonu tepelného toku kompenzujícího teplotní rozdíly , viz kalorická teorie . V roce 1791 Pierre Prévost na základě experimentů Saussura a Marca-Auguste Picteta , kteří zmapovali horká a studená tělesa na teploměrech pomocí kovových konkávních zrcátek , došel k závěru , že tepelnou rovnováhu mezi těly lze stanovit pouze radiací (viz Prévostova věta ).

Jean Baptiste Fourier

Jean Baptiste Joseph Fourier, Portrét Juliena Léopolda Boillyho (1796)

Jean Baptiste Joseph Fourier (1768–1830) vysvětlil atmosférický skleníkový efekt v roce 1824. Všiml si, že Země je mnohem teplejší, než by to hrubý odhad bez atmosféry umožňoval. Zjistil, že atmosféra je velmi „ průhledná “ pro viditelné světlo, ale ne pro infračervené záření vyzařované vyhřívanou zemí . Mraky by zjemnily noci tím, že absorbují toto záření. Porovnal účinek s účinkem varného boxu Saussure.

Fourier správně rozpoznal, že většina výsledného ohřevu varného boxu není způsobena skleníkovým efektem, ale zabráněním proudění . Zahřívání boxu bylo založeno především na tom, že sluneční záření fungovalo jako zdroj tepla a bylo zabráněno cirkulaci mezi vnějším a vnitřním vzduchem. Termín odvozený skleníkový efekt (anglický skleníkový efekt ), který byl vytvořen na počátku 20. století, je v klimatologii běžný dodnes, přestože atmosférický skleníkový efekt je založen zejména na klimatických dopadech různých skleníkových plynů . Fourier také správně uvedl, že jak přirozené změny, tak vlivy lidské civilizace mohou mít dopad na klima. Takové změny však očekával pouze prostřednictvím změn odrazivosti, tj . Zemského albeda . Přestože byl Fourier nepochybně jedním z nejlepších matematiků a vědců své doby, nebyl schopen matematicky popsat oteplovací účinek skleníkového efektu.

John Tyndall

John Tyndall

„Stejně jako přehrada způsobuje bobtnání místní řeky, naše atmosféra, která působí jako bariéra pro záření ze Země, vytváří na zemském povrchu nárůst teplot.“

V roce 1862 , John Tyndall (1820-1893) výstižně popsal přirozený skleníkový efekt . V průběhu rozsáhlých měření prováděných s tehdy přesnou přesností identifikoval plyny, které za to mohou. Zjistil, že za většinu skleníkového efektu může vodní pára. Stejně správně popsal přínos ostatních plynů, jako je oxid uhličitý (CO ₂ ) nebo ozon (O ₃ ), jako jasně slabší, ale nikoli zanedbatelný.

Již v roce 1856, americký Eunice Newton Foote byl pozorován v experimentech silnější oteplování ve vzduchem plněné skleněných válců slunečním zářením, v případě, že vzduch obsažený byl vlhký nebo nahrazeny CO ₂ . Poznamenala, že vyšší koncentrace CO ₂ v atmosféře by byly spojeny s vyššími teplotami na Zemi. Naměřené teplotní rozdíly v jejich experimentálním uspořádání však dominovaly jiné vlastnosti plynů.

Tyndallova měření byla mimo jiné založena na předběžných pracích Macedonia Melloniho , který byl průkopníkem technologie měření, která je k tomu potřebná. V Tyndallově aparátu byla použita trubice dlouhá asi jeden metr, jejíž konce překryl okénky z kamenné soli , protože ty jsou na rozdíl od skleněných tabulí průhledné pro infračervené záření. Na jeden konec umístil vroucí vodu, jejíž teplotu je velmi snadné udržet stabilní na bodu varu, a na druhý konec termočlánek připojený k citlivému ampérmetru. Vychýlení ampérmetru bylo měřítkem množství infračerveného záření, které se mohlo dostat trubicí do termočlánku. Vyšetřování absorpčního spektra plynů v zemské atmosféře nebylo předmětem jeho měření; zaměřil se na kvantifikaci absorpční kapacity pro infračervené záření.

Přesvědčen o správnosti tehdejší kontroverzní teorie doby ledové cestoval od poloviny padesátých let 19. století několikrát do Švýcarska (v roce 1856 spolu s biologem Thomasem Henrym Huxleyem ), kde studoval plasticitu ledu a chování toku ledovců na místě. . Výsledkem bylo v následujících letech velké množství článků na toto téma, které se objevovaly v časopisech v angličtině, němčině a francouzštině. Na základě geologických a geofyzikálních otázek se Tyndall věnoval meteorologii a vlivu skleníkových plynů na klima. ^{S. 495 a násl} Tvrdil, že mírný pokles koncentrace oxidu uhličitého v zemské atmosféře způsobí mírný pokles globální teploty. To však ovlivňuje koncentraci mnohem účinnější vodní páry skleníkových plynů, což v konečném důsledku vede k silnému ochlazení.

Abychom podrobně porozuměli klimatickým mechanismům dřívějších teplých a studených období, byly však zapotřebí další fyzikální znalosti, které byly v podstatě získány až v průběhu 20. století. Vědcům, kteří koncem 19. a začátkem 20. století poukázali na to, že lidé byli schopni svou prací změnit zemské klima, se dlouhou dobu věnovala malá pozornost. Podle obecných odhadů se v příštích několika stoletích neočekávalo ani oteplování, ani antropogenní vliv na zemský klimatický systém nebyl metrologicky ověřitelný. Navíc kvůli nedostatku systematických měření neexistovaly žádné významné důkazy o změně koncentrací skleníkových plynů v zemské atmosféře až do poloviny 20. století.

James Croll

Schéma Milankovitchových cyklů zahrnující přehled
precese (precese) , šikmost ekliptiky (šikmost) ,
excentricita (excentricita) , variabilita slunečního záření na Zemi (sluneční síla) a období chladu a tepla (fáze zalednění) .

Již na počátku 19. století se spekulovalo o různých astronomických příčinách doby ledové. V roce 1824 dánský geolog Jens Esmark publikoval hypotézu, že oběžná dráha Země kolem Slunce byla v prehistorických dobách silně excentrická a podobala se periodicky se opakující kometě . Ve třicátých letech 19. století francouzský matematik Siméon Denis Poisson na základě tehdy převládající éterové teorie předpokládal, že vesmír byl rozdělen na teplejší a chladnější oblasti, kterými se sluneční soustava po dlouhou dobu pohybovala. ^{S. 475 a násl} První fundovanou a fundovanou teorii doby ledové zformuloval skotský přírodovědec James Croll (1821–1890). Na základě výpočtů matematika Josepha-Alphonse Adhémara a astronoma Urbaina Le Verriera se v senzačním článku v časopisu Philosophical Magazine v roce 1864 zastával myšlenky, že změny na oběžné dráze Země v souvislosti se silnou zpětnou vazbou od ledového albeda jsou zodpovědné za mohla být zodpovědná za vznik dob ledových. Byl prvním, kdo poukázal na sílu tohoto zpětnovazebního odkazu v globálním klimatickém systému. Kolem roku 1870 byla možnost kosmických nebo slunečních vlivů na zemské klima vědecky diskutována na širším základě.

Crollovu teorii podpořily konkrétní výpočty ve 20. a 30. letech Milutin Milanković a Wladimir Köppen . Do 60. let 20. století se však jen několik klimatologů domnívalo, že příčinu doby ledové je třeba hledat v Milankovićových cyklech : změna intenzity slunečního záření byla ve srovnání s pozorovanými teplotními výkyvy velmi malá. Bylo příliš malé, i když byla vzata v úvahu zpětná vazba albedo vodní páry a ledu. Kromě toho byly nalezeny geologické nálezy o minulých dobách ledových, které této teorii zjevně odporovaly. V první polovině 20. století byla klimatická data o minulých dobách ledových a jejich cyklických procesech příliš nepřesná na to, aby podpořila nebo vyvrátila teze Crolla a Milankoviće.

Fyzikální zákony

Kromě Tyndallovy práce byly zásadní základy Kirchhoffova radiačního zákona formulovaného Gustavem Robertem Kirchhoffem v roce 1859 a Stefan-Boltzmannova zákona vyvinutého v roce 1879 Josefem Stefanem a Ludwigem Boltzmannem . Ten umožnil vypočítat výkon vyzařovaný radiátorem při určité teplotě. Wilhelm Wien doplnil Stefan-Boltzmannův zákon v roce 1893. Pomocí Wienova výtlakového zákona bylo nyní možné vypočítat vlnovou délku nejvyššího toku fotonů vyzařovaného zářičem při určité teplotě. V roce 1900 Max Planck konečně spojil tyto zákony do Planckova radiačního zákona , který dodnes představuje nejdůležitější fyzický základ pro pochopení rozpočtu radiace Země .

Svante Arrhenius

Svante Arrhenius , jeden z průkopníků v historii vědy o globálním oteplování

Švédského fyzika a chemika Svante Arrheniuse (1859–1927) fascinovala Tyndallova myšlenka, že měnící se koncentrace oxidu uhličitého by mohla být zásadním faktorem vysvětlujícím velké teplotní skoky mezi teplými a ledovými dobami. V návaznosti na přípravné práce Samuela Pierponta Langleyho jako první provedl rozsáhlé výpočty. Nakonec vypočítal značně zjednodušený klimatický model , který počítal několik měsíců bez jakékoli strojové pomoci. V roce 1896 publikoval své výsledky spolu s hypotézou, že snížení koncentrace oxidu uhličitého na polovinu by stačilo k zahájení doby ledové. Bylo skvělé, že vzal v úvahu zpětnou vazbu k ledovému albedu, kterou popsal James Croll ve svých výpočtech.

Významnou podporu pro svou teorii získal mimo jiné od Nilse Ekholma a Thomase Chrowdera Chamberlina . V publikaci vydané v roce 1899 Cyrus F. Tolman odhaduje, že světové oceány obsahují asi 18krát tolik oxidu uhličitého ve formě kyseliny uhličité, než kolik je v atmosféře; rozpustnost oxidu uhličitého je však závislá na teplotě. Je tedy docela možné, že se jedná o rezervoáry, ve kterých _byl během dob ledových _rozpuštěn atmosférický CO ₂ . Mohlo by to být uvolněno s rostoucím globálním oteplováním, a tím mít zesilující účinek na příslušný trend globálních průměrných teplot.

Arrhenius zpočátku pouze jako sekundární aspekt zmínil, že antropogenní akumulace CO ₂ v atmosféře by mohla dále zvýšit aktuální teplotu Země. Podrobně to probral až v publikaci, která se objevila v roce 1906. Pro citlivost na klima určil 5 až 6 ° C. Na základě celosvětových emisních sazeb z roku 1896 očekával, že obsah atmosférického oxidu uhličitého potřebný k takovému zvýšení teploty bude za zhruba 3000 let dvakrát vyšší, a jen za několik století očekával, že nárůst teploty bude vůbec měřitelný . Doufal v „rovnoměrnější a lepší klimatické podmínky“ a „mnohonásobně větší úrodu“. Ale také chápal, že trvalé využívání fosilních paliv by v dlouhodobém horizontu způsobilo problémy kvůli souvisejícímu globálnímu oteplování.

Arrheniovy současník Walther Nernst se chopil Arrheniových myšlenek a navrhl výrobu dalšího oxidu uhličitého k ohřevu zemské atmosféry. Chtěl za to spalovat uhlí, které se nedalo ekonomicky těžit.

Počátek 20. století: Kritika a odmítnutí

V první polovině 20. století byla Arrheniova teorie zpočátku do značné míry proti. Jeho předpoklady vycházely z příliš mnoha nepotvrzených a zjednodušujících předpokladů, že skepse byla oprávněná. Arrhenius ve svých výpočtech zohlednil pouze zpětnou vazbu led-albedo a zpětnou vazbu vodní páry, při absenci konkrétních údajů, pouze prostřednictvím odhadovaných hodnot. Neuvažoval ani o přenosu tepla konvekcí a oceánskými proudy a postrádal znalosti o koncentracích atmosférických skleníkových plynů z doby ledové, aby podpořil svoji teorii doby ledové. Do svých úvah také nezahrnul do svých výpočtů možné změny tvorby mraků způsobené oteplením. Mraky však mohou výrazně změnit radiační bilanci Země a někteří vědci jeho doby předpokládali, že oteplení zvýšenou tvorbou mraků to zcela kompenzuje.

V roce 1900 se objevila publikace známého fyzika Knuta Ångströma . V tomto vysvětlil, že snížení obsahu atmosférického oxidu uhličitého na polovinu by pouze změnilo absorpci infračerveného záření o 0,4%, což nemůže mít žádný významný vliv na klima. Jak se později ukázalo, laboratorní asistent Ångströma provedl měření nesprávně, spektrometry, které byly v té době k dispozici, byly pro tento úkol příliš nepřesné a také špatně interpretoval výsledky měření. Ångström mylně předpokládal, že absorpční spektra vodní páry a oxidu uhličitého se do značné míry překrývají a že absorpční účinek stopového plynu je proto zanedbatelný. To však byl výsledek v té době nedostatečných měřicích zařízení pro toto měření. Při správném měření by asistent Ångströma zjistil 1% změnu absorpce v důsledku snížení koncentrace oxidu uhličitého na polovinu. Další chyba vznikla ze skutečnosti, že Ångströmův asistent prováděl měření na hladině moře. I kdyby zde nebyly žádné měřitelné absorpční rozdíly, účinek změny koncentrace skleníkového plynu oxidu uhličitého by nic nezměnil: Skleníkový efekt ve vyšších vrstvách atmosféry je rozhodující pro sílu celkového skleníkového efektu, kde vzduch je velmi suchý kvůli převládající zimě. Překrývání absorpčního pásma oxidu uhličitého s pásmem vodní páry má tedy celkově malý účinek. Protože vzduch ve vysokých nadmořských výškách je nejen velmi suchý, ale také podstatně méně hustý než na zemi, zvýšení koncentrace oxidu uhličitého tam rozhodně zvyšuje skleníkový efekt ve formě zvýšené absorpce. Země v průměru vyzařuje své teplo do vesmíru ve výšce 5500 m. Nárůst průměrných globálních koncentrací skleníkových plynů znamená, že oblast, ve které Země vyzařuje, je posunuta do větších výšek. Protože je tam chladněji, teplo tam sálá méně efektivně; dodatečné nahromadění tepla způsobí, že se všechny vrstvy atmosféry níže zahřívají, dokud vyzařující vrstva znovu neztratí tolik energie ve směru prostoru, kolik je vyzařováno ze slunce. Arrhenius poznal nedostatky Ångströmova argumentu a vehementně nesouhlasil.

1930: Guy Stewart Callendar

Chronologická posloupnost klimatické vědy, 1930–1960

Ve 30. letech 20. století bylo ve Spojených státech zaznamenáno, že teploty v jejich regionu se během předchozích desetiletí zvýšily; Většina vědců předpokládala přirozený klimatický cyklus a zvýšený skleníkový efekt byl jen jednou z mnoha možných příčin.

Po vyhodnocení teplotních údajů za posledních 50 let z 200 meteorologických stanic Guy Stewart Callendar (1898–1964) stanovil statisticky významnou globální míru oteplování o 0,005 ° C. Cítil, že toto oteplování je příliš výrazné a rozsáhlé, než aby bylo založeno na přirozeném kolísání klimatu. V dokumentu publikovaném v roce 1938 odhadoval množství oxidu uhličitého emitovaného za posledních 50 let na 150 000 milionů tun. Předpokládal, že asi tři čtvrtiny z toho jsou stále v atmosféře. Odhadl, že oteplování vyplývající z tohoto množství skleníkových plynů je 0,003 ° C / rok (od roku 2011: 0,02 ° C / rok) a předpokládal koncentraci CO ₂ 274 ppm v roce 1900; Extrapolací odhadované roční míry emisí 4 500 milionů tun oxidu uhličitého v té době očekával atmosférickou koncentraci oxidu uhličitého 396 ppm pro rok 2100 (této hodnoty bylo dosaženo v roce 2013). Odhadoval, že oteplování plynoucí ze spalování fosilních paliv bude 0,20 ° C pro 20. století, 0,39 ° C pro 21. století a 0,57 ° C pro 22. století. Callendar také považoval globální oteplování za něco pozitivního, protože se zdálo, že antropogenní oteplování v dohledné budoucnosti zahání riziko brzy se opakující doby ledové.

1940: Hermann Flohn

Hermann Flohn byl prvním německým výzkumníkem klimatu, který od své inaugurační přednášky v roce 1941 na univerzitě ve Würzburgu reprezentoval globální klimatický dopad antropogenně zvýšených koncentrací CO ₂ nebo antropogenních klimatických změn a publikoval o tom řadu publikací až do své smrti v roce 1997. Mezinárodně je Flohn považován za jednoho z průkopníků mezinárodního a národního klimatického výzkumu a od poválečného období se opakovaně zmiňuje o problému CO ₂ . Ačkoli tato pozice byla v té době mezi klimatology kontroverzní, získal podporu odborníků, včetně předního klimatologa Michaila Ivanoviče Budyka .

Polovina 20. století: nejprve odmítnutí, poté přijetí

I když jednotliví vědci zdůrazňovali klimatický význam zvyšování koncentrací oxidu uhličitého ve velmi rané fázi, Callendarova práce byla do značné míry kritizována. V té době neexistovaly žádné spolehlivé důkazy o tom, že by se úroveň CO _{2 v} atmosféře skutečně zvýšila. Dostupné údaje o atmosférickém obsahu CO ₂ byly velmi nepřesné. Měření vedla k hodnotám, které se od sebe tak silně odchýlily, v závislosti na místě měření a době měření, že nebyla známa ani průměrná koncentrace, ani nebylo možné detekovat možné zvýšení. Světové oceány obsahují 50krát více oxidu uhličitého ve formě oxidu uhličitého než celá atmosféra. Vzhledem k tomu, že se oxid uhličitý dobře rozpouští ve vodě, drtivý počet vědců předpokládal, že všechna dodatečná množství stopového plynu oxidu uhličitého přiváděného lidmi zmizí v moři. Zejména proto, že bylo známo, že množství CO ₂ emitovaného spalováním fosilních paliv je pouze nepatrným zlomkem množství, které se převádí v rámci metabolických procesů, jako je fotosyntéza a dýchání .

O práci Tyndall, Arrhenius a Callendar se už téměř nemluvilo. Obsahovaly také příliš mnoho tezí, které nebylo možné v dohledné budoucnosti zkontrolovat. Nepopiratelné nálezy ledových dob stále čekaly na řešení, ale doby ledové byly vysvětleny geologickými příčinami, které lokálně ovlivnily klima prostřednictvím změněných větrných a oceánských proudů. Jen málokdo si v té době myslel, že jsou globální klimatické změny možné. Výzkum financovaný americkou armádou ve čtyřicátých letech vedl k časným předpovědím změny klimatu a tání polárních ledovců. Protože však tato zjištění armáda tajila , bylo toto téma diskutováno pouze sporadicky a ne veřejně.

V roce 1951 Americká meteorologická společnost v Přehledu meteorologie napsala : „Myšlenka, že zvýšení množství oxidu uhličitého v atmosféře může změnit klima, nebyla nikdy rozšířená a nakonec byla zavržena, když se zjistilo, že veškeré infračervené záření absorbované oxidem uhličitým byl již z Vodní pára je absorbována. “Že je to špatně a Arrhenius měl pravdu, když jeho námitka byla již zveřejněna téměř o 20 let dříve - mimo jiné EO Hulburt a Guy Callendar.

Konec padesátých let: Teorie je oživena

Padesátá léta přinesla enormní nárůst znalostí ve všech oblastech vědy. V důsledku studené války americká vláda zvýšila výdaje na výzkum v mnoha oblastech vědy a techniky, včetně geologie, oceánografie a meteorologie. Armáda se zajímala o to, jak je absorbováno záření z atomových bomb a jak je spád distribuován v atmosféře a oceánech. Chtěli také vědět, kdy někdo někde provede test nadzemní atomové bomby. Sotva existovala oblast, která by mohla být pro armádu nedůležitá.

Jedním z nejdůležitějších úspěchů v paleoklimatologii byla kombinace radiometrického datování s chromatografií a hmotnostní spektrometrií . To umožnilo určit absolutní věk a tím i čas vzniku mnoha zkamenělin.

Klíčová technologie radiokarbonového seznamování

Willard Libby již vyvinul metody počítání pro velmi nízké úrovně radioaktivity ve třicátých letech minulého století. V návaznosti na to zavedl radiokarbonové datování v roce 1949 . Pomocí této revoluční metody bylo možné s dříve neznámou přesností určit stáří uhlíkatých zkamenělin, které nebyly starší než 50 000 let. Nadzemní testy jaderných zbraní vedly k silnému zvýšení koncentrace radioaktivních ¹⁴ C, efektu jaderných zbraní . S pomocí nové technologie Libby bylo nyní možné detekovat ¹⁴ C generovaný testy atomové bomby .

Ředitel amerického Scripps Institution of Oceanography , Roger Revelle , studoval chemii oceánů intenzivně na začátku své kariéry v roce 1930. Byl považován za odborníka v této oblasti a nashromáždil obrovské znalosti o výměně plynu mezi atmosférou a oceány. Neměl však adekvátní metody ke studiu výměny plynů oxidu uhličitého, a tak se obrátil k jiným věcem.

Aby bylo možné absorbovat další oxid uhličitý generovaný spalováním fosilních paliv, musely se oceány promíchat. V rámci výzkumného projektu Revelle náhodou zjistil, že radioaktivní uhlík, který se vytvořil při testu podvodní bomby, se pohyboval ve vrstvě, která byla jen jeden metr silná, ale táhla se přes stovky kilometrů čtverečních. To ukázalo k jeho velkému úžasu, že ve vodní vrstvě nedocházelo téměř k žádnému vertikálnímu míchání. Pokud to platilo pro ¹⁴ C z jaderných testů, pak to muselo platit pro každou další látku, která byla přivedena do oceánů - včetně oxidu uhličitého.

Jednoho dne se Revelle dozvěděl o práci Hanse E. Suesse , který se zabýval optimalizačními metodami pro nové radiokarbonové datování. To šlo dobře s jeho výzkumnými projekty o míchání oceánů a výměně plynu; Naštěstí měl rozpočet na nábor Suesse, aby s ním pracoval na řešení nevyřešených otázek ohledně výměny oxidu uhličitého v oceánech.

Konfliktní výsledky

Po vyhodnocení ¹⁴ C studií Revelle a Suess publikoval v roce 1957, že průměrná doba zdržení oxidu uhličitého v atmosféře, bylo asi 10 let. To bylo v dobré shodě s výsledky výzkumné skupiny vedené Jamesem R. Arnoldem , který dříve pracoval ve Willard Frank Libby a v současné době pracuje na Princetonské univerzitě . V roce 1958 se Arnold přestěhoval do Revelle v tehdy nově založeném kampusu Kalifornské univerzity v San Diegu .

Vědci odhadovali dobu úplného převrácení oceánů na několik set let. Výsledky naznačují, že oxid uhličitý produkovaný spalováním fosilních paliv se v oceánech rozpouští velmi rychle, takže je nepravděpodobné, že by se v atmosféře hromadil. To by však způsobilo spekulace o možném globálním oteplování způsobeném člověkem, které bylo způsobeno zvýšením koncentrace stopového plynu, nepodstatným.

Tyto výsledky však byly v rozporu s analýzami Guye Callendara. Nikdy ho nebavilo poukazovat na to, že (poměrně nepřesné) řady měření stopového plynu oxidu uhličitého, které měl k dispozici, jasně naznačovaly, že se to hromadí v atmosféře. Existovala však mnohem důležitější indikace: Ve svých studiích radiokarbonového datování Suess zjistil, že mladší vzorky dřeva mají posunutý poměr ¹² C / ¹⁴ C: čím byli mladší, tím méně ¹⁴ C obsahovali. A méně, než by bylo možné odůvodnit radioaktivním rozpadem. Tento efekt by mohl být vysvětlen, kdyby byl oxid uhličitý v atmosféře smíchán s oxidem uhličitým, který pocházel ze spalování fosilních paliv, ve kterém se ¹⁴ C téměř úplně rozpadlo kvůli svému stáří. Tento efekt se později stal známým jako Suessův efekt . Argumenty nebylo možné odmítnout. Revelle a Suess hledaly chyby ve své práci. Nejprve se pokusili vysvětlit rozpor tím, že do svých úvah nezahrnuli příjem oxidu uhličitého rostlinami. Nakonec však hlavní problém našli Bert Bolin a Erik Eriksson: Vědci zkoumali výměnu látek za přítomnosti rovnovážné koncentrace mezi atmosférou a oceány. Spalování fosilních paliv však vede ke stálému toku CO ₂ a neexistuje rovnováha. Pokud se vezme v úvahu také velmi pomalá cirkulace oceánů, vede to ke zcela jinému výsledku: podle toho by se atmosférický oxid uhličitý rychle rozpustil, ale stejně rychle by byl znovu vypuštěn do atmosféry, takže pouze asi 25% by bylo absorbováno oceány. Vztah mezi atmosférickými emisemi a absorpcí v oceánech byl pojmenován po Rogeru Revellovi a nazýval se faktorem Revelle .

Vše nyní nasvědčovalo tomu, že Callendar měl pravdu, že se v atmosféře skutečně hromadí oxid uhličitý.

Měření klíčenek

Aby byla objasněna otázka, zda zvýšení koncentrace skleníkového plynu oxidu uhličitého v atmosféře předpovídané Revelle a Suessem lze skutečně detekovat měřením, Scripps Institute aplikoval s projektem měření atmosférického oxidu uhličitého pro mezinárodní geofyzikální rok 1957/58 . Projektem byl pověřen mladý chemik Charles David Keeling ; O rok později přišel s „Keelingovou křivkou“ pojmenovanou po něm, což byl první jednoznačný důkaz, že koncentrace tohoto skleníkového plynu roste. Na rozdíl od svých předchůdců, kteří v tomto úkolu neuspěli, Keeling provedl svá měření daleko od zdrojů a jímek stopového plynu a poprvé použil nedisperzní infračervený senzor s nastavením měření, které přineslo výsledky nejvyšší přesnosti . Jeho naměřené hodnoty dostaly další přesnost díky tomu, že je nezaznamenával selektivně, ale nepřetržitě na několika stanicích, které byly od sebe daleko od sebe.

Největší experiment v historii lidstva?

Absorpční spektra plynů v zemské atmosféře

V roce 1956 Gilbert Plass poprvé použil počítače k ​​výpočtu očekávaného oteplení a poprvé byla do těchto modelových projekcí začleněna přesná absorpční spektra CO ₂ . Fyzici z Univerzity Johna Hopkinse provedli odpovídající měření a Plass se k těmto datům mohl vrátit jako součást spolupráce. Jako první dokázal, že se absorpční pásy vodní páry a oxidu uhličitého nepřekrývají. Zjistil také, že globálnímu oteplování způsobenému zvýšením koncentrace oxidu uhličitého by nebylo možné zabránit, i kdyby byly absorpční pásy zcela superponovány. Vypočítal globální oteplování o 3,6 ° C pro předpokládané zdvojnásobení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře. Pro rok 2000 předpokládal o 30% vyšší obsah oxidu uhličitého v atmosféře a v důsledku toho očekával globální oteplování asi o jeden stupeň.

Na základě těchto údajů již nebylo možné očekávat měřitelné antropogenní globální oteplování po staletí, ale po desetiletí. Skleníkový efekt byl přesněji kvantifikován Plassovými výpočty a zvýšení koncentrace skleníkového plynu oxidu uhličitého bylo nyní jasně zdokumentováno. Roger Revelle to komentoval často citovanými slovy: „Lidstvo zahájilo rozsáhlý geofyzikální experiment, který v této podobě v minulosti nikdy neexistoval, a v budoucnosti nebude ani podruhé.“

60. léta 20. století

Průměrné teploty se globálně snížily od čtyřicátých let minulého století a během šedesátých let minulého století. Pochybnosti o teorii oteplování způsobeného člověkem se potvrdily, protože koncentrace oxidu uhličitého během této doby stouply. Mluvilo se o globálním ochlazování pomocí aerosolů . Někteří výzkumníci vinili z rostoucího znečištění ovzduší chlazení . V době industrializace zbraní souvisejících s válkou až do roku 1945 v Evropě přibývaly zimy s extrémním chladem. V období do roku 1960 byly také domy vytápěny výhradně uhlím a topný olej ještě nebyl k dispozici v dostatečném množství. Tento smogový problém způsobený spalováním uhlí se měl s rychlou industrializací Číny opakovat o 50 let později.

První klimatické modely

Historie klimatické vědy od roku 1960 do roku 2010

Dostupnost prvních počítačů vedla k první numerické předpovědi počasí v padesátých letech minulého století a samozřejmě byla touha používat počítače k ​​výpočtu klimatologických procesů. To však zpočátku přineslo více zmatku než objasnění a vyvolávalo pochybnosti o správnosti teze o globálním oteplování.

S pomocí přesných údajů o absorpci vodní páry a oxidu uhličitého, které Gilbert Plass publikoval před několika lety, vypočítal Fritz Möller jednorozměrný klimatický model, do kterého zahrnoval nejen vodní páru uvolněnou dodatečným ohřevem, tj. nazývá se zpětná vazba vodní páry , ale také výměna tepla mezi půdou a atmosférou. K jeho úžasu jeho výpočty ukázaly masivní oteplování a za určitých podmínek dokonce nekonečné oteplování, které stále sílilo, dokud se všechny oceány nevypařily. Ale za předpokladu, že by oteplení mělo za následek jednoprocentní nárůst oblačnosti, zcela by to kompenzovalo oteplovací účinek 10% zvýšení samotné koncentrace oxidu uhličitého. A nikdo neznal reakci tvorby mraků na změnu teploty. Správný popis vlivu mraků byl zásadním problémem a měl by jím zůstat i v příštích desetiletích.

Důvod spirály oteplování identifikovaný Möllerem byl rychle nalezen: Ve svém jednorozměrném klimatickém modelu vzal v úvahu přenos tepla mezi zemí a vzduchem, nikoli však přenos tepla konvekcí . Syukuro Manabe si to uvědomil již v polovině 60. let a společně s Richardem Wetheraldem to dále rozvinul . „Manabe-Wetheraldův jednorozměrný radiačně-konvektivní model“ vytvořený v roce 1967 je považován za první rozumně realistický model atmosféry, který zohledňoval jak rozpočet radiace Země, tak probíhající konvekci. Tento model ukázal oteplení o 2,3 ° C, které by bylo důsledkem zdvojnásobení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře.

První satelit pro pozorování Země

Reprezentace satelitu Nimbus-3

V polovině 60. let byla pro klimatologii dostupná další klíčová technologie : satelity pro pozorování Země . Druhá generace satelitů TIROS byla operačně využívána pro výzkum klimatu od roku 1966 a byla vybavena radiometry a spektrometry . Od této chvíle bylo možné měřit tepelnou bilanci Země, její ledovou pokrývku nebo spektrum a intenzitu slunečního záření z vesmíru. Měření související se sluneční energií byla poprvé zcela bez falšování atmosférických vlivů a vedla k přesné definici sluneční konstanty , kterou dříve bylo možné určit jen přibližně.

Pomocí satelitu Nimbus III dokázal Manabe v roce 1969 ověřit svůj klimatický model pomocí naměřených dat z vesmíru. Byl tam dobrý zápas.

Počet a kvalita vestavěných satelitních přístrojů se měla v příštích desetiletích prudce zvýšit, přičemž značného pokroku bylo dosaženo také v miniaturizaci .

První varování

Michail Ivanovič Budyko vykonal další průkopnickou práci . Vypočítal radiační bilance pro příchozí a odcházející záření v arktických oblastech a poskytl kvantitativní informace pro zpětnou vazbu led-albedo, která byla dříve popsána pouze kvalitativně . Důrazně varoval před výslednými klimatickými změnami, které se však daly očekávat až v příštím století.

V roce 1965 se vědecký poradní výbor prezidenta USA Lyndona B. Johnsona obrátil na Rogera Revelleho s žádostí o informace o možných účincích globálního oteplování způsobeného oxidem uhličitým. Ve zprávě publikované ve stejném roce Revelle a jeho kolegové mimo jiné předpovídali mimo jiné, že atmosféra bude do roku 2000 obsahovat přibližně o 25% více oxidu uhličitého, což by změnilo atmosférickou tepelnou bilanci takovým způsobem, že významné změny klimatu mohlo dojít. Uvedli „s rozumnou jistotou“, že „fosilní paliva jsou v současné době jediným zdrojem CO ₂ přidávaným do systému oceán-biosféra-atmosféra “ a uzavřeli abstrakt:

Odborníci proto doporučili, aby byly prozkoumány příležitosti a rizika geoinženýrství . Cílem bylo zvýšit albedo zemského povrchu, aby se kompenzoval oteplovací účinek rostoucí koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře.

Kolem roku 1965 bylo další hodnocení následující:

70. léta 20. století

Rozpor zvyšujících se koncentrací oxidu uhličitého navzdory celosvětově klesajícím teplotám přiměl Johna D. Hamakera vyvinout teorii, podle které by zvýšený skleníkový efekt prostřednictvím změn tvorby mraků, změněných vzorců srážek a procesů v biosféře zpočátku způsoboval oteplování, ale následně zvýšenou námrazu na vedení Polska a prostřednictvím ledové albedo by zpětná vazba spustila začátek doby ledové. Na základě výsledků výzkumu z pozdějších let - zejména prostřednictvím údajů z ledového jádra Vostoku - však byla jeho teorie vyvrácena.

Globální průměrné teploty nadále klesaly až do poloviny 70. let, což vedlo k prudké kontroverzi v klimatologii. Už tehdy bylo podezření, že příčinou pozorovaného ochlazení mohou být masivní aerosolové vstupy do atmosféry. Například George Kukla a Reid Bryson mimo jiné varovali prezidenta USA, že se spustí doba ledová. V práci publikované mimo jiné Stephenem Schneiderem se spekulovalo o možnosti, že chladicí účinek aerosolů může maskovat oteplovací účinek skleníkových plynů. Problém byl v tom, že v té době chyběly znalosti o přesném rozsahu účinků chlazení nebo oteplování, a proto nikdo nevěděl, který účinek je silnější.

Na druhou stranu však výrazně větší skupina výzkumníků varovala před výrazným globálním oteplováním, které přijde. Vzhledem k současným emisím oxidu uhličitého by oteplování mohlo vést k polárnímu moři bez ledu již v roce 2050. Německá Physical Society také varoval před člověkem způsobené klimatické změny v tiskové zprávě pro 36. do fyziky konferenci v roce 1971. „Pozorovatelné efekty jsou stále velmi malé“, ale pokud industrializace a populační růst budou pokračovat nekontrolovaně, „nejpozději za dvě nebo tři generace dojde k bodu, kdy nevyhnutelně dojde k nevratným důsledkům globálních rozměrů“. Pokud bude růst spotřeby fosilních paliv pokračovat, pak by v roce 2000 bylo dosaženo atmosférické koncentrace CO ₂ „mezi 370 a 380 ppm“.

V roce 1975 Wallace Broecker napsal v abstraktu jedné ze svých publikací:

Broecker měl se svou prognózou pravdu - dokonce i bez posílení přibližně 80letým přirozeným cyklem, což v té době také mylně předpokládal, způsobily vzestup teploty zejména rostoucí koncentrace CO ₂ . Nejen, že jeho práce byla často citována, byl také převzat termín globální oteplování v něm použitý . Globální oteplování nebo jeho překlad Globální oteplování se stalo synonymem pro změnu klimatu způsobenou člověkem.

Nepravidelné změny klimatu a krátká teplá období

Obraz minulých dob ledových lze sledovat stále jasněji a ukázal, že změny klimatu mohou nastat velmi rychle. V úplném kontrastu s předpokladem neměnného a stabilního klimatu, který byl rozšířený po celá desetiletí, vše nyní naznačovalo, že i malé změny parametrů mohou mít za následek náhlou změnu klimatu . Přípravné práce z roku 1966 již poskytly důkazy o tom, že na konci poslední doby ledové došlo k rychlým a násilným klimatickým změnám. Nálezy, které pocházely výhradně z jader sedimentů z mořského dna kolem Grónska v 60. letech 20. století, bylo nyní možné nalézt také na jiných místech na Zemi a s dalšími detekčními metodami, jako je např. B. Ledová jádra jsou smířena. Rovněž důsledně ukazovali, že teplé období, jako bylo období holocénu, nebylo pravidlem, ale výjimkou v historii čtvrtohorního klimatu . Krátká teplá období se střídala s dlouhými chladnými obdobími. Ani v 70. letech 20. století nebylo možné poskytnout žádné metrologické důkazy pro dlouho předpovídané, ale nikdy nepotvrzené globální oteplování. Současné teplé období, holocén, navíc trvalo 11 700 let, zatímco poslední teplé období, Eemovo teplé období , skončilo po období 11 000 let. U některých se zdálo, že hrozící doba ledová je pravděpodobnější než oteplení.

První globální klimatické modely

Průzkumy jádra z Grónska ukázaly, že spolu s podnebím slanost mořské vody v minulosti kolísala. Severoatlantická Aktuální zřejmě několikrát změnil. To podpořilo předpoklad, že oceánské proudy hrají důležitou roli ve změně klimatu kvůli velkému množství energie, kterou mohou transportovat. Syukuro Manabe uznal velký význam oceánů pro pochopení změny klimatu a v roce 1969 navrhl první klimatický model, pomocí kterého modeloval chování oceánů. Bohužel ani v 70. letech nebyly počítače zdaleka natolik výkonné, aby dokázaly počítat tak složitý klimatický model po dlouhou dobu. K ¹⁴ C vyšetřování podle Revelle a Suesse ukázaly, že oceány potřeboval téměř 1000 let na na otáčku. V geologických časových intervalech to bylo krátké, ale doba jedné oceánské revoluce byla zjevně příliš dlouhá jako doba výpočtu pro komplexní klimatický model. Klimatické modely, které kromě radiační rovnováhy a konvekce zohledňují také chování oceánů, proto musely být značně zjednodušeny, aby zůstaly předvídatelné.

Spolu s oceánografem Kirkem Bryanem se Manabemu podařilo navrhnout zjednodušený klimatický model, který zahrnoval radiační bilanci a konvekci, stejně jako roční období a chování oceánů. V roce 1979 mohl být jejich model vypočítán na období 1000 let. I když to mělo mnoho nedostatků, mělo to některé vlastnosti klimatu naší Země; Například pouštní oblast Sahary a silné srážky v oblasti Pacifiku se vyvinuly, aniž by vědci speciálně navrhli model, který by tyto jevy ukázal.

paleoklimatologie

Stupně izotopů v časovém poloměru hranice neogen - kvartér

Pomocí klimatických modelů se nyní vědci pokusili správně reprodukovat klima v dobách ledových i v moderní době. Pokud by to bylo úspěšné, bylo by možné vědět, jaké zpětné vazby ovlivňují klimatický systém a do jaké míry, a tyto parametry by bylo možné použít k odhadu rozsahu budoucího oteplování. Předpokladem pro to však bylo poznat klima minulých dob ledových. Přesně o to se v sedmdesátých letech pokusil projekt CLIMAP , protože pokroky v oblasti izotopové analýzy a hmotnostní spektrometrie umožnily lépe a lépe rekonstruovat klimatickou minulost.

V roce 1953 Willi Dansgaard ukázal, že složení ¹⁸ O (kyslík-18) a ² H (vodík) v dešťové vodě kolísá v závislosti na převládající teplotě. Na základě předběžných prací Cesare Emilianiho použili princip takzvané hladiny izotopů kyslíku JD Hays, John Imbrie a Nicholas Shackleton k analýze teplotního profilu čtvrtohor . Analýza pokrývající období jednoho milionu let přesvědčivě odhalila, že za silné klimatické výkyvy v této době byly zodpovědné výkyvy sluneční intenzity v důsledku změn na oběžné dráze Země. Tolik citovaná „studie kardiostimulátoru“ Hays, Imbrie a Shackleton z roku 1976 odstranila poslední pochybnosti o správnosti teorie Crolla a Milankoviče; toto stalo se populární pod termínem Milanković cykly . Mírně upravená teorie je od 80. let nedílnou součástí paleoklimatologického a kvartérního výzkumu a je nepostradatelným nástrojem jak při rekonstrukci doby ledové, tak při výzkumu různých událostí klimatických změn v průběhu fanerozoika .

Kromě toho lze Milankovićovy cykly použít také k předpovědi budoucího klimatického vývoje. Na základě svých analýz Shackleton očekával novou dobu ledovou během příštích 20 000 let.

Nebezpečí zřícení ledových štítů

Na začátku 70. let teoretické úvahy o struktuře ledových příkrovů ukázaly, že jsou ve své podstatě nestabilní a za určitých podmínek mají tendenci se hroutit. Glaciolog John Mercer pak v roce 1978 uznal, že západoarktarský ledový příkrov má speciální topologii, která může vést k takovému kolapsu. Ledová pokrývka Západní Antarktidy spočívá na skalních plochách, které jsou pod hladinou moře; tamní mořské dno stoupá, čím dál se vzdaluje od kontinentálního šelfu směrem k moři, a pak zase klesá. Uzemnění vedení je bod, ve kterém vrstva ledu ztratí kontakt s pevné zemi a začíná plavat. Od této chvíle už nemluvíme o ledové pokrývce, ale o ledové polici. Pokud by kontaktní linie ledové pokrývky způsobená taveninou překonala nejvyšší bod tohoto profilu, nastoupila by nezastavitelná dynamika, která by měla za následek zrychlený a nezastavitelný kolaps ledovce. Mercer zdůraznil, že takový kolaps by byl jedním z prvních katastrofálních důsledků změny klimatu způsobené člověkem. Ve stejné publikaci zmínil, že taková událost bude ohlašována rozbitím několika velkých antarktických ledových příkrovů.

Jiné zdroje oteplování

V následujících letech vědci zjistili řadu dalších faktorů, které také přispívají ke globálnímu oteplování.

Jiné skleníkové plyny

Atmosférické chemie velký pokrok. Plánovaná výstavba flotily vysoko létajících nadzvukových letadel a také velký počet očekávaných vesmírných letů upozornily vědce na účinky souvisejících emisí ve stratosféře. Studie ukázaly, že ozonová vrstva by dojít k poškození tím, oxidy dusíku a CFC , které, kromě má velmi dlouhou životnost v atmosféře, také měl obrovský potenciál jako skleníkového plynu . Poprvé byly také zdůrazněny účinky dříve opomíjených skleníkových plynů, jako je metan a oxid dusný . Těmto hlasům se však dostalo malé pozornosti, koneckonců šlo pouze o složky vzduchu, jejichž koncentrace byla velmi nízká, dokonce i ve srovnání se stopovým plynem oxid uhličitý. Lidé raději spekulovali o tom, do jaké míry by kyselina sírová mohla změnit odrazivost (tj. Albedo ) Země změnou tvorby mraků a tím působit chladivě.

Odpadní teplo

V prvních dvou zprávách Římskému klubu z let 1972 a 1974 byly kromě antropogenního skleníkového efektu poprvé diskutovány také příčiny globálního oteplování jako „tepelné znečištění“ odpadním teplem. S jejich hypotetickým pokračováním s maximálním využitím fotovoltaické energie by v příštích stoletích bylo dosaženo globálního růstového limitu určeného právě snesitelným oteplováním. S výhradním využitím neobnovitelných energií s ročním nárůstem o 2% byl vypočítán antropogenní příspěvek odpadního tepla ke globálnímu oteplování nejméně o 3 stupně v roce 2300, což vzhledem k jednoduchosti použitého modelu překvapivě dobře souhlasí s novějšími, složitějšími simulacemi.

První světová konference o klimatu

Syukuro Manabe (květen 2018)

James E. Hansen

Ústředním milníkem pro uznání změny klimatu jako „vážného problému“ a průlom v mezinárodním výzkumu klimatu byla 1. světová konference o klimatu v roce 1979, která se uskutečnila z iniciativy Hermanna Flohna (člena expertní skupiny WMO ) , mezi ostatními . Výsledkem světové konference o klimatu byla zásadní deklarace a zahájení světového programu výzkumu klimatu a IPCC .

Události, jako je sucho v oblasti Sahelu, zvyšovaly politický tlak na osoby s rozhodovací pravomocí, kteří však nebyli rozhodnuti, jak konkrétní hrozba ve skutečnosti byla, protože samotní vědci v oblasti klimatu byli rozděleni. Vědecký poradce vlády USA (geofyzik!) Se rozhodl jmenovat panel odborníků, který v diskusi nebyl zatěžován. Pod vedením Jule Gregory Charney byly provedeny rozhovory s odborníky, kteří ještě nebyli zapojeni do probíhající debaty. Charneyho skupina porovnávala dva klimatické modely, jeden japonského klimatu a meteorologa Syukura Manabeho , druhý amerického výzkumníka klimatu a pozdějšího ředitele NASA Jamese E. Hansena . Oba modely se lišily v detailech, ale ne v klíčovém tvrzení, že zvýšení koncentrace stopového plynu oxidu uhličitého by nepochybně vedlo k významnému zvýšení teploty. Experti mimo jiné zkontrolovali. pomocí jednoduchých, jednorozměrných modelů atmosféry určit, zda předchozí modely mohly zanedbávat významný účinek - ale nic nenašly. Aby se oteplení dalo očekávat, když se obsah oxidu uhličitého v atmosféře zdvojnásobil, Manabeho model ukázal 2 stupně, Hansenův model ukázal oteplení o 4 stupně. Nakonec bylo dohodnuto, že nejpravděpodobnější hodnota byla 3 stupně, protože jsme dobře věděli, že to byl nakonec jen odhad.

Ve „Zprávě ad hoc studijní skupiny pro oxid uhličitý a klima“ z roku 1979 s názvem „Oxid uhličitý a klima, vědecké hodnocení“ Národní rady pro výzkum bylo vedle ní uvedeno , že výrazné oteplení v důsledku tepelné setrvačnosti oceány lze očekávat jen za několik desetiletí. Zpráva byla později zkráceně nazývána Charneyovou zprávou a její obsah byl v dobré shodě se zprávou skupiny odborníků JASON, která se objevila ve stejném roce.

Začátek analýzy zemského systému

Už v šedesátých letech vědci poznali, že procesy v klimatickém systému jsou výsledkem velkého počtu vzájemně souvisejících procesů. Lze to pochopit pouze tehdy, pokud lze vzájemnou působnost všech zúčastněných složek a procesů pochopit a zmapovat ve vhodné formě. V roce 1972 byl ve Vídni založen Mezinárodní institut pro analýzu aplikovaných systémů na podporu výzkumu v této oblasti . V důsledku toho americká NASA v roce 1983 založila Výbor pro vědu o systému Země a v roce 1992 Potsdamský institut pro výzkum dopadů na klima . Od té doby věda o pozemských systémech prováděná v těchto ústavech zkoumá vývoj a účinky globálních změn životního prostředí.

80. léta 20. století

Počet vědeckých publikací o změně klimatu byl v 80. letech přibližně dvakrát vyšší než v 70. letech minulého století. Vyšlo najevo mnoho podrobností o historii klimatu: Například náhlé změny klimatu, které již byly objeveny v 70. letech, byly podrobněji popsány jako Heinrichovy události a Dansgaard-Oeschgerovy události . Znalosti o síle skleníkového efektu a změnách koncentrací skleníkových plynů byly nyní tak dobré, že T. Wigley a Philip D. Jones v roce 1981 v časopise Nature napsali publikovaný článek: „Ačkoli názor, že zvýšení koncentrace oxidu uhličitého vede k oteplování klimatu, je rozšířený, toto oteplování zatím nelze zjistit kvůli hluku v klimatickém systému. “ Ve své práci vysvětlují, že toto oteplování bude pouze dostatečně výrazné, aby bylo dostatečně jasné ke konci století vyniká hlukem v pozadí.

V Německu byla kvůli smogu vážná dopravní omezení a problém zvyšujícího se znečištění ovzduší byl uznán. Helsinský protokol , který vstoupil v platnost v roce 1987, snížil znečištění po celém světě a zvrátil trend ochlazování pozorovaný od čtyřicátých let minulého století. Ale nejenže je od roku 1974 opět tepleji, 1988 se dokonce zapsal do historie jako nejteplejší rok od zahájení systematických záznamů počasí.

Řídicí mechanismus Země

Na začátku 80. let vědci zjistili, že uhlíkový cyklus má nějaký regulační mechanismus, který udržuje Zemi v teplotním rozmezí, které je po většinu času příznivé pro rozvoj života. Již dlouho je známo, že skleníkový plyn oxid uhličitý vstupuje do atmosféry vulkanickou aktivitou a je opět odstraněn zvětráváním hornin. Proces zvětrávání horniny má dvě základní vlastnosti. Jeho intenzita na jedné straně závisí na průměrné teplotě Země a při vyšších teplotách se váže více uhlíku a na druhé straně běží velmi pomalu. Dalo se tedy předpokládat, že v historii Země musely existovat fáze, ve kterých tento proces selhal, protože reagoval příliš pomalu. Geologové nakonec našli vhodné vrstvy hornin v Namibii: Starší vrstvy byly pokryty dlouhotrvajícím zaledněním, které, jak bylo známo, zasáhlo velké části zeměkoule. Vzhledem k tomu, že ledové povrchy velmi účinně odrážejí přicházející sluneční světlo, byla k opětovnému osvobození Země od této námrazy nutná velmi vysoká koncentrace skleníkových plynů. A ve skutečnosti mladší vrstvy nad ním svědčily o velmi vysoké rychlosti zvětrávání poté, jak se dalo očekávat v teplém podnebí. Během dlouhé doby ledové bylo zvětrávání velmi nízké, zatímco sopky přišroubovávaly oxid uhličitý v atmosféře neustále se zvyšující, začaly tát ledem a chladicí „zrcadlo“ bílého ledu se tak stále zmenšovalo, co led- zpětná vazba albedo na Proces oteplování se zrychlil, dokud veškerý led neroztál a Země nebyla v horkém podnebí. Toto extrémně teplé klima trvalo desítky tisíc let, přesně tak, jak by se dalo očekávat na základě dynamiky zvětrávání hornin. Důvodem bylo, že masy ledu tály podstatně rychleji, než mohl oxid uhličitý z atmosféry zmizet. Objevem regulačního mechanismu byl nalezen zásadní prvek pro objasnění takzvaného paradoxu slabého mladého slunce . Vědci dlouho hledali vysvětlení skutečnosti, že kapalná voda existovala v celé historii Země, přestože sluneční záření v Archeanu bylo asi o 25% slabší než dnes a v průběhu několika miliard let se stabilně zvyšovalo.

Klimatické modely

Výzkumníci nyní do svých výpočtů zahrnuli také výkyvy sluneční aktivity a začali brát v úvahu detaily pevninských hmot. Parametrizovali například rychlost, s jakou déšť odtéká na různých půdách, a nižší odrazivost ( albedo ) lesů ve srovnání s pouštěmi. Navzdory velkému úsilí byly klimatické modely v mnoha ohledech nedostatečné i v 80. letech minulého století. Simulační běhy trvající několik let obvykle skončily v nerealistických podmínkách; Při absenci alternativ modeláři často vybírali parametry bez empirického základu, jen aby vyloučili takové nemožné stavy.

Jedním z nevyřešených problémů v 80. letech byl nízký teplotní rozdíl mezi polárními a rovníkovými oblastmi, který nebyl v klimatických modelech nalezen a který zjevně existoval v dobách ledových. Data CLIMAP neodpovídají modelům, bez ohledu na to, jak se je vědci pokusili parametrizovat. Srovnání 14 klimatických modelů také ukázalo, že mraky nebyly v modelech dostatečně znázorněny. Dostupné údaje ze satelitů bohužel nebyly dostatečně přesné, aby na základě pozorování tento nedostatek napravily.

Nebezpečí jaderné zimy

Když se v 80. letech 20. století zdálo, že studená válka eskalovala, začali fyzikové atmosféry zkoumat možné důsledky globální jaderné války. Několik nezávislých studií okamžitě poukázalo na nebezpečí jaderné zimy , které by vyplývalo z masivní aerosolové infiltrace, kterou by způsobil výbuch velkého počtu atomových bomb. Protože taková událost ohrozí další existenci lidstva, diskuse o ní si získala pozornost veřejnosti. Téma bylo zpracováno i v médiích a bylo mimo jiné předmětem úspěšného televizního filmu Den poté , který byl následně uveden v mnoha kinech po celém světě.

Arrhenius potvrdil

Dokonce i Alfred Wegener vzal grónský led v ledových jádrech 30. let, aby z něj získal cenné informace o minulém klimatu. Pokroky ve fyzikální a chemické analýze umožnily výzkumníkům v následujících letech získávat ze vzorků stále více informací. Po letech neúspěšného úsilí byli počátkem roku 1980 konečně připraveni spolehlivě zrekonstruovat koncentraci oxidu uhličitého v uplynulých dnech z malých vzduchových bublin uložených v ledu. To, co bylo zjištěno, byla senzace: Na vrcholu poslední doby ledové před 20 000 lety byla koncentrace oxidu uhličitého jen poloviční než v teplém období 20. století. Toto byl první důkaz toho, co John Tyndall, Svante Arrhenius a Thomas Chamberlin tušili před 80 lety, ale během svého života to nedokázali: drastický pokles koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře byl nezbytný pro vznik doby ledové. Další jistotu poskytlo vrtání v Antarktidě, při kterém jádro vrtáku umožnilo rekonstrukci posledních 150 000 let. Ukazoval průběh koncentrace oxidu uhličitého v průběhu celého cyklu doby ledové: teplý - studený - teplý. Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře byla úžasně synchronizována s teplotní křivkou, byla nízká v době ledové a vysoká v teplé fázi.

metan

Ledová jádra vykazovala nejen nahoru a dolů v koncentraci CO ₂ , ale téměř přesně rovnoběžně s tím také nahoru a dolů v koncentraci metanu. Bylo to vysoko, když bylo teplo, a nízko, když byla zima. Izotopové studie ukázaly, že zdrojem tohoto metanu byly živé bytosti. Při hledání možných kandidátů bylo nalezeno mnoho možných zdrojů: rýžová pole, bakterie v žaludcích přežvýkavců, v půdě bažin a bažin. Živé bytosti měly zjevně významný vliv na vývoj globálního klimatu.

Přestože koncentrace tohoto skleníkového plynu byla výrazně nižší než koncentrace CO ₂ a v atmosféře měla průměrnou dobu pobytu pouze 12 let, účinek metanu jako skleníkového plynu po dobu 20 let je 72krát větší než u CO ₂ . Koncentrace atmosférického metanu se v 80. letech zvyšovala o 1% ročně. Od konce 16. století se zvyšuje.

Ještě více skleníkových plynů

Veerabhadran Ramanathan , 2009

Oceánograf Veerabhadran Ramanathan patřil ke skupině těch, kteří v polovině 70. let varovali před zanedbávanými skleníkovými plyny ve velmi nízkých koncentracích. V roce 1981 Ramanathan napsal, že velmi silný skleníkový efekt samotných freonů by mohl do roku 2000 zahřát Zemi o celý stupeň, pokud by emise tohoto plynu pokračovaly jako dříve; V roce 1985 publikoval v senzačním článku, že ne méně než 30 stopových plynů působí jako skleníkové plyny a že lidé již významně zvýšili koncentraci řady těchto plynů a nadále tak činí. Celkově vzato by plyny měly téměř stejný potenciál globálního oteplování jako oxid uhličitý, který byl dosud jediným středem úvah.

Stalo se tak, že v roce jeho vydání byla objevena ozónová díra nad Antarktidou . Atmosférickí chemici tedy měli ve svých varováních ohledně ohrožení ozonové vrstvy pravdu. A politici mimo obor mohli také vidět, jak velký vliv mohou mít stopové plyny v nejmenší koncentraci na atmosféru. Pokud bylo globální oteplování pouze oxidem uhličitým hrozbou, bylo nyní jasné, že problém je v jádru mnohem větší. Bylo zapotřebí mezinárodní akce. O dva roky později, v roce 1987, Montrealský protokol rozhodl o zákazu výroby freonů a v roce 1988 byl zřízen Mezivládní panel pro změnu klimatu nebo zkráceně IPCC.

Cíl jednoho stupně

Poté, co se v záznamech údajů o globálních teplotách v 80. letech začalo objevovat oteplování, které se očekávalo po mnoho let, si vědci položili otázku, jaké vlivy změny klimatu způsobené člověkem jsou stále přijatelné a kde má být hranice nebezpečných změn klimatu vidět. Německá fyzikální společnost prosila na tiskové konferenci 22. ledna 1986 a společně s Německou meteorologickou společností v roce 1987 o splnění cíle jednoho stupně. Pokud je globální oteplování překročeno o jeden stupeň oproti průměrné hodnotě, která existovala před lidskými zásahy do světového klimatu, lze očekávat vážné negativní důsledky.

IPCC je založen

V listopadu 1988 byl založen Program OSN pro životní prostředí (UNEP) a Světová meteorologická organizace (WMO), Mezivládní panel pro změnu klimatu ( Mezivládní panel pro změnu klimatu , IPCC). IPCC byl založen pod vedením konzervativní Reaganovy administrativy s úkolem shrnout zprávy a doporučení všech předních vědců v oblasti klimatologie, přičemž u každé zprávy byl nezbytný konsenzus zúčastněných vlád.

90. léta 20. století

V 90. letech se počet vědeckých publikací o změně klimatu opět zdvojnásobil. V roce 1990 bylo pouze 40 konferencí, na kterých byly prezentovány příspěvky o globálním oteplování, v roce 1997 jich bylo již více než 100. Nárůst znalostí byl odpovídajícím způsobem velký.

V roce 1992 bylo ve Švýcarském federálním technologickém institutu v Curychu (ETH Curych) založeno Světové středisko pro sledování radiace a následně rozšířeno. Výsledkem byla celosvětová síť více než 50 pozemních stanic, jejichž výsledky měření lze vyvolat téměř v reálném čase a které umožňují vyhodnocení všech příslušných složek záření, včetně globálního , reflexního a přímého záření , jakož i pozemských složek jako je atmosférické protiradiační záření . Díky tomu bylo možné přesně zkoumat, dokumentovat a archivovat změny ve skleníkovém efektu nebo radiačním vynucování v rámci Globálního pozorovacího systému klimatu (GCOS).

Ledové jádro Vostok

Vyhodnocení ledového jádra Vostok: Zobrazena je teplotní křivka, koncentrace oxidu uhličitého, koncentrace metanu a síla slunečního záření, takzvané sluneční záření za posledních 400 000 let.

Na konci devadesátých let se rusko-francouzskému výzkumnému týmu z východoantarktické stanice Vostok podařilo obnovit ledové jádro v nové rekordní délce přes 3000 metrů. To ukázalo čtyři kompletní cykly doby ledové s trváním 100 000 let, každý v průběhu posledních 420 000 let. Pomocí zdokonalených analytických metod lze vysledovat shodu s Milankovićovými cykly, která již byla v Grónsku překvapivá, a paralelní vzestup a pokles koncentrací oxidu uhličitého a metanu. Bližší analýza potvrdila předpoklad učiněný před lety: Ke zvýšení koncentrace oxidu uhličitého vždy došlo po zvýšení teploty. Zatímco dřívější výsledky naznačovaly časové zpoždění 600 až 800 let, novější práce naznačují, že mezi oteplením a vzestupem koncentrace CO ₂ došlo k malému nebo žádnému časovému zpoždění několika let nebo desetiletí.

Oteplování neprobíhalo synchronně; došlo k výraznému časovému rozdílu mezi severní a jižní polokoulí, přičemž oteplování jižní polokoule začíná před oteplováním severní polokoule.

Hodnocení jádra ledu opět prokázalo důležitost skleníkových plynů a dalších mechanismů zpětné vazby: Mírná změna radiační rovnováhy Země vyvolaná Milankovićovými cykly byla posílena změnou koncentrace atmosférických skleníkových plynů. Spolu se zpětnou vazbou na albedo z ledu, zpětnou vazbou na vodní páru a dalšími, slabšími prvky zpětné vazby, byl účinek tak velký, že vedl k příchodu a odchodu ledových dob. Nebylo jasné, zda uvolněný oxid uhličitý pochází ze světových oceánů, z permafrostu, z hydrátů metanu nebo z jiných zdrojů. Jisté bylo, že nárůst koncentrace těchto plynů byl důsledkem tohoto mírného oteplení a dále jej zesílil.

Zatímco v průběhu kvartérní doby ledové se koncentrace skleníkových plynů často zvyšovala jako reakce na tendenci oteplování Milankovićových cyklů, lidské (antropogenní) emise jsou v současné době zodpovědné za koncentraci skleníkových plynů před skutečným nárůstem teploty. Účinek je v obou případech samozřejmě stejný: zvyšující se oteplování spojené s dalším uvolňováním skleníkových plynů, jak by tomu mohlo být například v oblastech rozmrazování permafrostu. Totéž platí pro hydrát metanu přítomný v mnoha oceánských oblastech, který je uložen v pevné formě na šelfových základnách a v hlubokém moři a váže velké množství metanu řádově kolem 10 bilionů tun. V nadcházejících desetiletích by zvýšené uvolňování metanu z hydrátů metanu nebo permafrostu mohlo být jasným varovným signálem pro samostužující oteplovací spirálu.

1. a 2. hodnotící zpráva IPCC

Zpráva První hodnocení IPCC , která byla zveřejněna v roce 1990, je uvedeno, že je jisté, že existuje přirozená skleníkový efekt a že lidé se zvýšením koncentrace některých skleníkových plynů, což povede ke globálnímu zvýšení teploty. Doposud však existuje jen málo empirických důkazů o změně klimatu způsobené člověkem („malé pozorovací důkazy“).

Ve druhé hodnotící zprávě publikované o šest let později, jejímž předsedou byl Benjamin D. Santer, bylo poprvé uvedeno: Vážení dat naznačuje, že lidé mají znatelný vliv na globální klima 20. století („ důkazů “naznačovalo, že na klima 20. století existoval„ rozpoznatelný “lidský vliv”).

Aerosoly

Účinky aerosolů na klima jsou diskutovány od 50. let 20. století : skleníkový efekt v důsledku interakce s infračerveným zářením a rozptyl a absorpce slunečního světla jako přímé efekty, jakož i nepřímý účinek jako kondenzační jádra pro vodní páru, přičemž dokonce tmavé aerosoly mohly mít chladivý účinek - známka celkového účinku byla i po 90. letech stále nejistá.

Jiná situace byla u jasných síranových aerosolů. James E. Hansen použil data z vulkanických erupcí z Mount Agung v roce 1963 a El Chichón v roce 1982 ke kvantifikaci chladicího účinku sopečných erupcí. Již od šedesátých let tedy bylo jasné, že síranové aerosoly mají na klima chladivý účinek, což lze také dobře pochopit pomocí ledových jader pro erupce daleko v minulosti.

Erupce Pinatubo v roce 1991 se pro klimatology ukázala jako dar z nebes. Nyní mohli zkontrolovat, zda jejich předpoklady o účincích síranů byly správné, protože sopka emitovala téměř 20 milionů tun oxidu siřičitého, což je sulfátový mrak velikosti amerického státu Iowa . Hansenova skupina předpovídala ochlazení o půl stupně, které by se primárně projevilo nad vyššími severními šířkami a které by trvalo několik let. Přesně to bylo pozorováno.

Klimatické modely

V devadesátých letech byly klimatické modely parametrizovány se znalostí emisí chladicího síranu ze sopečných erupcí. Tím by bylo možné vyřešit rozpor: Pokud by citlivost na klima, tj. H. očekávané oteplení, když se koncentrace oxidu uhličitého zdvojnásobí, ve skutečnosti v rozmezí tří stupňů, to se mělo projevit v průběhu globální průměrné teploty v 60. a 70. letech 20. století, ale toto nebylo možné pozorovat. Poté, co se součástí modelů stal chladicí účinek oxidu siřičitého, bylo také snadné zobrazit teplotní profil 20. století.

Problém nadměrného teplotního rozdílu mezi polárními a ekvatoriálními šířkami by mohl být také vyřešen v tomto desetiletí: Vyšetřování ledových jader ukázalo, že rekonstrukce studie CLIMAP, která během doby ledové ukázala téměř nezměněné teploty v rovníkových zeměpisných šířkách, byla pravděpodobně nesprávná.

Zatímco v předchozích desetiletích musely být některé parametry v klimatických modelech vybrány bez fyzického základu, aby se zabránilo tomu, že model předpokládá nerealistické podmínky, v devadesátých letech klimatické modely zjevně dosáhly kvality, která byla tak dobrá, že je již nelze vytvořit. za tímto účelem byli schopni reprodukovat nesprávná naměřená data výběrem vhodných parametrů.

Dvojstupňový cíl

Dvoustupňový cíl byl pak na konci devadesátých let formulován jako mezinárodně použitelný limit pro právě přijatelnou změnu klimatu . Možná to bylo poprvé navrženo Německou poradní radou pro globální změnu (WGBU) . WBGU schválil limit ve zprávě z roku 1995. Dvoustupňový cíl přijali politici a zaměřili se na evropskou politiku ochrany klimatu . Vychází z předpokladu, že při překročení globálního oteplování o dva stupně body zvratu ( bodů převrácení by bylo dosaženo) by se mohly objevit nevratné a těžko předvídatelné negativní důsledky.

2000s

Prostorové rozložení globálního oteplování: Graf ukazuje teplotní anomálie v období 2000–2009 (nahoře), dosud nejteplejší dekádě, a ve srovnání s tím roky 1970–1979. Jsou zobrazeny anomálie, tj. Odchylky od dlouhodobého průměru za období 1951–1980, nikoli absolutní teploty.

První desetiletí 21. století bylo nejteplejším od začátku systematických teplotních záznamů. Při pohledu na jednotlivé roky byly roky 2005 a 2010 nejteplejšími roky od zahájení měření.

V klimatologii je již dlouho známo, že více než 90% tepla, které do klimatického systému přivedou lidé prostřednictvím zvýšení koncentrace skleníkových plynů, neskončí v atmosféře, ale v oceánech. Údaje o teplotě oceánů byly bohužel jen velmi neuspořádané a zejména z hlubokého moře bylo velmi málo údajů, takže nebylo možné učinit žádné spolehlivé prohlášení o možném oteplování oceánů.

Projekt Argo , který začal v roce 2000, řešil právě tento problém. S pomocí flotily automatizovaných potápěčských bójí nebo unášených bójí bylo nyní možné zaznamenávat vývoj teploty a tepelný obsah oceánů v dříve nemožné kvalitě a množství. V listopadu 2002 byl v rámci projektu Argo přenesen miliontý datový profil. To znamená, že počet oceánografických měření prováděných výzkumnými plavidly v celém 20. století byl již v rané fázi projektu zdvojnásoben. V současné době se ve všech světových oceánech používá přibližně 3 960 bójí Argo (k červnu 2020), přičemž se stále častěji používají takzvané plováky „Deep Argo“ , které zaznamenávají teplotu, obsah tepla a vzorce proudění v hlubokém moři oblasti také.

3. hodnotící zpráva IPCC

Ve třetí hodnotící zprávě zveřejněné IPCC v roce 2001 mohl být vliv lidí na klima prokázán nejen s větší jistotou, ale také díky zlepšené situaci v datech již bylo možné kvantifikovat rozsah lidského vlivu o změně klimatu. Zatímco druhá hodnotící zpráva uváděla znatelný dopad lidí na klima, nyní existovaly silné náznaky, že lidé mění klima Země. Abychom si představili, jak velký je vliv lidí, zpráva obsahovala teplotní rekonstrukci Michaela E. Manna , která se stala všeobecně známou jako diagram hokejky .

Naklápěcí prvky

Od 70. let je známo, že klima Země často reaguje chaoticky: Malé změny mohou mít zásadní dopady; to se v minulosti při náhlých klimatických změnách často stávalo. V roce 2000 Hans Joachim Schellnhuber poukázal na to, že v klimatickém systému a v ekosystémech existuje také řada prvků, které mají tendenci procházet obtížnými nebo nevratnými změnami; To znamená, že zůstávají ve svém novém stavu, i když účinek, který změnu vyvolal, opět zmizel. Toto chování je v teorii systémů známé jako hystereze . Od té doby, co byl poprvé zmíněn ve vědecké literatuře, byla v systému Země nalezena řada sklápěcích prvků , včetně grónského ledového příkrovu a amazonského deštného pralesa .

Potvrzení desítek let starých předpovědí klimatickými vědci

Porovnáním satelitních dat zaznamenaných v roce 1970 s měřeními z roku 1997 bylo poprvé možné v publikaci vydané v roce 2001 dokázat, že se změnilo emisní spektrum Země. Ve spektrech byl intenzivní skleníkový efekt v důsledku výrazně zvýšené koncentrace skleníkových plynů od roku 1970 jasně rozpoznatelný. Další studie by navíc mohla také ukázat, že radiační působení se zvýšením koncentrace atmosférické koncentrace oxidu uhličitého ve skleníku zvýšilo natolik, že to lze také dokázat měřením v rámci 8leté datové řady . Výsledek této studie byl potvrzen v roce 2015 v kontextu další práce, ve které byla data vyhodnocována za období 10 let.

V roce 2003 přišla další předpověď: Britský meteorolog Ernest Gold publikoval v roce 1908, že se dalo očekávat, že tropopauza se bude zvyšovat s rostoucí koncentrací CO _{2 v} důsledku zvýšeného skleníkového efektu. To bylo nyní také možné změřit.

Po celá desetiletí vědci v oblasti klimatu předpokládali, že teplejší svět povede k uvolňování oxidu uhličitého a metanu z permafrostu. Jak bylo zjištěno v 90. letech minulého století analýzou údajů jádra vrtáku, ve skutečnosti se to v historii Země stávalo pravidelně. Strach vznikl již v roce 2000: V letních měsících bylo možné pozorovat velký nárůst koncentrace těchto plynů ve velkých oblastech permafrostu na Sibiři a Aljašce. Kromě emisí skleníkových plynů pocházejících z lidí existují v současné době také emise z fosilních zdrojů uhlíku, které v důsledku oteplování způsobeného člověkem odplyňují Zemi.

V roce 2002 vzbudil kolaps antarktického ledového příkrovu Larsen B mezinárodní pozornost; v roce 2008 se Wilkinsův ledový list otevřel ; to byly ukazatele, které John Mercer viděl v roce 1978 jako znamení blížícího se kolapsu západoantarktického ledového příkrovu.

Antropocén

V roce 2008 Stratigrafická komise londýnské geologické společnosti zjistila , že nyní existuje dostatek argumentů, které naznačují, že lidé zahájili nový stratigrafický segment. Vyhynutí druhů , nadměrný rybolov , okyselení oceánů , globální oteplování a další procesy vyvolané lidmi již ovlivnily Zemi tak silně, že byl a je generován jasný a udržitelný biostratigrafický signál. Termín antropocén (ze starořeckého ἄνθρωπος ánthrōpos „ muž “) byl zvolen proto, že člověk se stal primárním faktorem, který formuje Zemi. Rozhodnutí o implementaci antropocénu do stratigrafického systému leží na Mezinárodní komisi pro stratigrafii (ICS), v jejíž pracovní skupině pro „antropocén“ se v současné době podrobně diskutuje o různých aspektech návrhu.

Další potvrzení

Ve čtvrté hodnotící zprávě IPCC z roku 2007 je hlavní příčinou globálního oteplování uvedena jako „velmi pravděpodobná“ s udávanou pravděpodobností přes 90% jako emise skleníkových plynů způsobené lidmi. Místopředsedkyně IPCC Susan Solomonová při prezentaci zprávy 2. února 2007 citovala hlavní poselství zprávy:

Také v roce 2007, IPCC dostal na Nobelovu cenu za mír společně s bývalým americkým viceprezidentem Alem Gorem . V roce 2009 byla „Kodaňská diagnostika“ aktualizována poté, co se v roce 2007 objevil AR4. Autoři napsali, že rozsah některých vývojů uvedených v poslední zprávě IPCC byl podceněn. Arktický mořský ledový kryt v roce, kdy byla zveřejněna AR4 (2007), byl o 40% nižší, než počítačové modely předpovídaly. Nárůst hladiny moří za posledních 15 let byl o 80% vyšší než prognóza IPCC. V souladu s tím byly předpovědi budoucího vzestupu hladiny moře do roku 2100 revidovány směrem vzhůru: mezitím se očekával dvojnásobný vzestup.

Také v roce 2009 zahájil časopis Nature Climate Change novou platformu, na které mohou vědci publikovat svá zjištění o procesech a důsledcích změny klimatu.

2010s

Rok 2011 byl nejen rokem s nejvyšším kdy měřené oxidu uhličitého obsahu v atmosféře, to byl také rokem z největších vůbec měřených oxidu uhličitého světových emisí , s nárůstem o 3% ve srovnání s předchozím rokem. Vzhledem k investicím do energetických zdrojů emitujících oxid uhličitý se zdálo, že 80% nárůst míry emisí v letech 2010 až 2020 je téměř jistý.

Rychlý pokrok v radiometrickém datování a vývoj biogeochemických detekčních metod v kontextu paleoklimatologie vedl ke značnému zvýšení přesnosti měření a tím k částečnému přehodnocení geologických, geofyzikálních a biologických událostí. Pomocí moderních metod datování bylo možné přesněji zúžit klimatické výkyvy geologické minulosti, rekonstruovat je ve stále větším detailu a porovnávat jejich průběh či rozsah se současným oteplováním. Tato a podobná šetření rozhodujícím způsobem přispěla k tomu, že se základní znalosti dokumentované ve vědecké literatuře neustále rozšiřují. Podle přehledové studie z roku 2016 bylo v letech 1980 až 2014 publikováno přes 220 000 recenzovaných prací na téma klimatologie.

Analýzou satelitních měření, která nyní pokrývají více než 30 let, bylo v roce 2013 možné dalším způsobem jasně demonstrovat dopad člověka na probíhající změnu klimatu. Data měření ukázala ochlazení stratosféry se současným oteplováním troposféry. Tento efekt nastává pouze v případě, že je oteplování způsobeno zvýšením koncentrace skleníkových plynů, protože zvýšená sluneční aktivita by také zahřála stratosféru.

Pátá hodnotící zpráva IPCC

V páté hodnotící zprávě IPCC (září 2013) byla potvrzena prohlášení z předchozích zpráv o klimatu a sníženy nejistoty týkající se vlivu člověka na klima. Odborníci nyní píší, že je extrémně pravděpodobné , že hlavním důvodem pozorovaného globálního oteplování od roku 1950 jsou lidé.

Tání Západní Antarktidy překračuje bod zvratu

V roce 2014 bylo v několika nezávislých publikacích zjištěno, že tání západní antarktické ledové pokrývky již s největší pravděpodobností dosáhlo bodu zlomu ; H. ledová pokrývka je nyní tak nestabilní, že další tání již nelze zastavit (viz překlopné prvky v zemské soustavě ). Ledová pokrývka velikosti Francie se s největší pravděpodobností v příštích 100 až 300 letech rozpadne, což způsobí, že hladina moře stoupne o jeden metr v celosvětovém průměru. Tato zjištění potvrdila předpovědi Johna Mercera z roku 1978.

V oblasti Antarktického poloostrova se 12. července 2017 odlomil kus asi 5800 km² ledového šelfu Larsen C , čímž se jeho plocha zmenšila přibližně o 12%. Hmotnost ledovce se pohybuje kolem jednoho bilionu tun; je to jeden z největších ledovců, jaké kdy byly pozorovány. Demolice ohrožuje destabilizaci a rozpuštění Larsen C.

Naproti tomu ve východní Antarktidě neexistuje jasný trend. V červnu 2018 mezinárodní tým odborníků, složený z přibližně 80 pozemských systémů a geologů, publikoval dosud nejrozsáhlejší studii na toto téma s výsledkem, že východoantarktická ledová pokrývka je v současné době v hlavních oblastech stabilní a na rozdíl od jiných antarktických regionech, nevykazuje žádné významné ztráty hmotnosti.

Překročen limit jednoho stupně

Roky 2014, 2015 a 2016 byly globálně nejteplejšími roky od zahájení pravidelných klimatických záznamů. Bylo to vůbec poprvé, kdy byly globální teplotní rekordy stanovovány po dobu tří po sobě jdoucích let. Byl tak dosažen cíl 1 stupně stanovený Německou fyzikální společností a Německou meteorologickou společností na konci 80. let minulého století jako limit pro nebezpečné změny klimatu. Atmosférická koncentrace oxidu uhličitého ve skleníku přitom překročila hranici 400 ppm. V důsledku tohoto oteplení se nyní na 10% plochy za léto místo předchozího objevily extrémní tepelné anomálie, ke kterým došlo v období 1950–1981 pouze s pravděpodobností 0,13% - takzvané 3 sigma události. čas na daleko méně než jednom procentu zemského povrchu. V roce 2017 studie zjistila, že klimatické modely, na nichž jsou založeny zprávy IPCC, velmi pravděpodobně podcení očekávané oteplování do konce století. V případě nekontrolovaných emisí je tedy očekávaný nárůst teploty o přibližně 0,5 Kelvina vyšší, než se dříve předpokládalo. V této souvislosti několik současných studií dospělo k závěru, že na rozdíl od předindustriálních výkyvů klimatu dochází k současnému oteplování současně na všech kontinentech, nebylo v jeho rychlém vývoji překročeno žádnou klimatickou změnou za posledních 2 000 let a je pravděpodobně také bez srovnatelného příkladu v nedávné geologické historii by měl. Všechny paleoklimatologické datové řady navíc naznačují, že oteplování, ke kterému došlo v 21. století, dosud překonává teplotní hodnoty holocénního optimálního klimatu (asi před 8 000 až 6 000 lety).

Pokračování globálního oteplování

Rekonstrukce vývoje globální teploty za posledních 2000 let, včetně antropogenního oteplování (podle PAGES 2k Consortium, 2019).

Mezi vědci panuje široká shoda v tom, že aktuálně pozorovaná změna klimatu bude v předpokládaném dalším průběhu postupovat rychleji než všechny známé fáze oteplování za posledních 50 milionů let. I během teplotního maxima Paleocene / Eocene - extrémně výrazného teplého podnebí v geologicky velmi krátkém časovém období - měl atmosférický přísun uhlíku a s tím spojené zvýšení teploty výrazně nižší roční průměrné míry nárůstu než v současnosti. Na rozdíl od dřívějších předpokladů se dodatečný vstup CO ₂ bude snižovat pouze postupně, a to i při rozsáhlém zastavení emisí, a bude stále do značné míry zjistitelný za několik tisíc let. Na základě toho některé studie předpokládají delší teplé období v rozmezí 50 000 až 100 000 let s přihlédnutím ke klimatické citlivosti systému Země . Různé prvky převrácení v zemském systému byly identifikovány jako další potenciální nebezpečí , které by zahájilo krátkodobé a nevratné procesy, pokud by teplota stále stoupala. Takový vývoj by vážně změnil obraz Země, zejména kvůli souvisejícímu posunu klimatických a vegetačních zón a rozsáhlému tání západoantarktických a grónských ledových příkrovů s odpovídajícím vzestupem hladiny moří.

Naproti tomu přirozené kontrolní mechanismy vazby oxidu uhličitého, jako jsou sedimentace nebo geochemické procesy zvětrávání (CaCO ₃ zvětrávání), jsou příliš pomalé na to, aby přinesly udržitelné snížení CO ₂ v rozumném časovém období . Kompletní výměna atmosférického oxidu uhličitého na základě cyklu uhličitan-křemičitan trvá přibližně 500 000 let. Ačkoli je o oceánech známo, že jsou účinnou jímkou ​​uhlíku , ve střednědobém horizontu _je v hlubinných sedimentech uložena pouze relativně malá část CO ₂ . Kromě toho by bylo možné značné množství CO ₂ (společně s metanem) znovu odplynit, když se zvýší teplota mořské vody. Relativně pomalou reakci cyklu anorganického uhlíku na rychlý nárůst skleníkových plynů znal již Svante Arrhenius . Ačkoli ke konci 19. století měly emise v té době poměrně malý význam, Arrhenius ve své práci O vlivu kyseliny uhličité ve vzduchu na zemi výslovně zmínil dlouhý retenční čas uhlíku v atmosféře a v oceánech. Teplota (1896). Úloha povětrnostních procesů jako důležitého ovlivňujícího faktoru v klimatickém systému je již dlouho specializovaným tématem odborné literatury a na širším základě se zabývala až od 80. let 20. století.

Hlavním aspektem současného globálního oteplování je jeho dopad na další ledovou událost v cenozoické době ledové . Trend ochlazování v průměru ≈0,1 ° C za tisíciletí, který začal po klimatickém optimu holocénu, je považován za předzvěst a první známku blížícího se klimatu doby ledové. Nedávno publikované studie, které jsou založeny na přesné analýze minulých fází doby ledové, včetně Milankovićových cyklů , docházejí k závěru, že chladné období je způsobeno mírnými výkyvy klimatického systému Země a především postupnými změnami v parametrech oběžné dráhy Země . Podle toho by za normálních podmínek (bez antropogenních emisí) začala další doba ledová až za několik desítek tisíc let. Toto období, které je u interglaciálu, jako je holocén , neobvykle dlouhé, bude s vysokou pravděpodobností trvat celkem 100 000 let, a tedy téměř dvojnásobné, pokud je počáteční hodnota atmosférického CO ₂ nad 500 ppm. To znamená selhání celého cyklu doby ledové v důsledku zásahu člověka do klimatického systému.

Společenskovědní výzkum změny klimatu

Poté, co bylo uznáno, že problém klimatu souvisí s lidským chováním a rozhodováním v rámci sociálních systémů , byly od 70. let zkoumány také společenskovědní aspekty změny klimatu . Stephen H. Schneider byl jedním z prvních klimatologů, kteří se vyslovili pro interdisciplinární výzkum (tj. Včetně sociálních věd při výzkumu změny klimatu) a pořádali na toto téma workshopy . V roce 1983 poukázal na to, že základem problému CO ₂ (zvyšování emisí) je sociálněvědní téma. Rozsah budoucích emisí CO ₂ do značné míry závisí na lidském chování, včetně: z hlediska populace (reprodukční chování), spotřeby fosilních paliv na obyvatele nebo odlesňování a opětovné zalesňování. Kromě sociálně-vědeckých analýz příčin globálního oteplování byly v rané fázi diskutovány také sociální reakce na antropogenní změnu klimatu, jako je vnímání rizika , rozhodování nebo adaptace na klimatické změny. Nicholas Stern mimo jiné shrnul ekonomické aspekty změny klimatu v roce 2006 ( Sternova zpráva ). S ohledem na nedostatek aktivit na ochranu klimatu byl navzdory rostoucí jistotě vědeckých znalostí o změně klimatu navíc zintenzívněn výzkum příčin jevu „nečinnosti“. Kromě jednotlivých faktorů - v kontextu sporu o globálním oteplování - od Naomi Oreskes zkoumá podrobněji, jak ekonomicky motivované zájmové skupiny zejména šíření pochybnosti o vědeckých poznatků (viz změně klimatu popírání ) a jak to následně ovlivňuje politická rozhodnutí.

literatura

• Tobias Krüger: Objev ledových dob - mezinárodní recepce a důsledky pro porozumění klimatické historii. Schwabe-Verlag, Basilej, 2008, ISBN 978-3-7965-2439-4 .
• Mark David Handel, James S.Risbey: Úvahy o více než století výzkumu změny klimatu . In: Klimatické změny . páska 21 , č. 2 , 1. června 1992, ISSN  1573-1480 , str. 91-96 , doi : 10,1007 / BF00140913 ( springer.com ). 
• Mark D. Handel, James S.Risbey: Komentovaná bibliografie o skleníkovém efektu a změně klimatu. In: Climatic Change 21 (2), 1992, pp. 97-255, doi: 10.1007 / BF00140914 .
• James R. Fleming: Historické pohledy na změnu klimatu. Oxford, New York, Oxford University Press , 1998, ISBN 0-19-518973-6 .
• G. Stanhill: Růst vědy o změně klimatu: A scientometric study. In: Climatic Change 48 (2-3), 2001, s. 515-524, doi: 10,1023 / A: 1010721600896 .
• Spencer R. Weart : Objev globálního oteplování . Harvard University Press , 2003, 2008, ISBN 978-0-674-03189-0 .
• H. Le Treut, R. Somerville, U. Cubasch, Y. Ding, C. Mauritzen, A. Mokssit, T. Peterson, M. Prather: Historical Overview of Climate Change Science . In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis . Příspěvek pracovní skupiny I k hodnotící zprávě čtvrté části Mezivládního panelu pro změnu klimatu [Solomona, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, KB Averyt, M. Tignor a HL Miller (eds .)]. Cambridge University Press , Cambridge, Velká Británie a New York, NY, USA, 2007.
• Bert Bolin : Historie vědy a politiky změny klimatu. Cambridge University Press, 2007, ISBN 978-0-521-88082-4 .
• Naomi Oreskes , Erik M. Conway : Obchodníci pochybností: Jak hrstka vědců zahalila pravdu o problémech od tabákového kouře po globální oteplování. Bloomsbury Press, 2010, ISBN 978-1-59691-610-4 .
  • Machiavellis of Science. Síť popření. Wiley-VCH, Weinheim 2014, ISBN 978-3-527-41211-2 .
• Mike Hulme : Objev změny klimatu. In: M. Hulme: Proč se neshodneme na změně klimatu. Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-0-521-89869-0 .
• J. Donald Hughes: Změna klimatu: Historie znalostí o životním prostředí. In: Kapitalismus Přírodní socialismus 21 (3), 2010, s. 75-80, doi: 10,1080 / 10455752.2010.508619 .
• Matthias Heymann : Climate Constructions: From Classical Climatology to Climate Research . In: NTM Journal for the History of Science, Technology and Medicine 17 (2), 2009, pp. 171–197, doi: 10.1007 / s00048-009-0336-3
• Matthias Heymann: Evoluce klimatických myšlenek a znalostí. In: Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change 1 (4), 2010, s. 581–597, doi: 10,1002 / wcc.61 .
• Jinfeng Lia, Ming-Huang Wanga, Yuh-Shan Hob: Trendy ve výzkumu globální změny klimatu: Index citace vědy Rozšířená analýza. In: Global and Planetary Change 77 (1–2), 2011, s. 13–20, doi: 10,1016 / j.gloplacha.2011.02.005 .
• Mark Carey: Klima a historie: kritický přehled historické klimatologie a historiografie klimatických změn. In: Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change 3 (3), 2012, doi: 10.1002 / wcc.171 .
• Spencer R. Weart: Vzestup interdisciplinárního výzkumu klimatu. In: PNAS 110, Suppl. 1, 2013, s. 3657-3664, doi: 10,1073 / pnas.1107482109 .
• G. Thomas Farmer, John Cook : Climate Change Science: A Modern Synthesis . Svazek 1 - Fyzické klima. Springer Science + Business Media , 2013, ISBN 978-94-007-5756-1 , doi: 10.1007 / 978-94-007-5757-8 .

webové odkazy

• Americký fyzikální institut : Objev globálního oteplování . Web pro stejnojmennou knihu od Spencera Wearta
• Přednáška Tyndall: GC43I. Úspěšné předpovědi , přednáška Raye Pierrehumberta na podzimním setkání AGU 2012 Americké geofyzikální unie
• Video na konci doby ledové vysvětlující časové zpoždění mezi nárůstem teplot a vzestupem koncentrací skleníkových plynů: Změna klimatu: Rozpletlo se „časové zpoždění 800 let“ (anglicky)

Individuální důkazy