Komitet Nauk Geologicznych PAN, część 3

February 7, 2020

Część trzecia i ostatnia. Część pierwszą można przeczytać tutaj, drugą tutaj.

Temperaturą na powierzchni Ziemi rządzi Słońce. Nasłonecznienie (insolacja) jest zależne od aktywności naszej gwiazdy. Im większa aktywność, tym więcej emitowanej energii i tym wyższa temperatura na Ziemi. Aktywność Słońca maleje od kilku (jedenastoletnich) cykli słonecznych, jednak mimo to temperatura na Ziemi nie spada. To zjawisko może niepokoić. Zgodnie bowiem z trendem aktualnego cyklu Milankowicza, wzmocnionego malejącą insolacją, temperatura na Ziemi powinna spadać i powinniśmy zmierzać w kierunku kolejnego glacjału (Fig. 5, linia fioletowa). Jest jednak odwrotnie, czego dowodzą dane obserwacyjne ostatnich dekad, nie tylko fizyczne, ale i przyrodnicze. Takie przyrodnicze przesłanki pozwalają sformułować hipotezę, że wzrost temperatury w ciągu ostatnich dekad jest powiązany przyczynowo z działalnością człowieka. Mimo to, trwa jednak naukowa dyskusja, w jakim stopniu CO₂ jest odpowiedzialny za wzrost temperatury (Curry & Webster, 2011). Na przykład, Monnin et al. (2004) wskazują na stopniowy spadek temperatury na Ziemi od ok. 5000 lat, przy jednoczesnym wzroście koncentracji CO₂ i CH₄ (Fig. 5). Z kolei współczesny wzrost temperatury i gazów cieplarnianych bardzo przypomina sytuacje z okresu preborealnego, kiedy pomiędzy 11 500 a 11 000 lat poziom koncentracji CO₂ oraz temperatura dynamicznie rosły, aczkolwiek bez ingerencji człowieka (Fig. 5).

Jest prawdą, że Słońce jest głównym źródłem energii napędzającej ziemski system klimatyczny. Aby jednak wytłumaczyć zmiany temperatury aktywnością słoneczną, aktywność ta też musiałaby być zmienna, a jak wyjaśniałem we wcześniejszym komentarzu, mierzony zakres zmian irradiancji (a także rekonstruowane wartości dla wieków ubiegłych) jest niewystarczający, by spowodować duże zmiany temperatury. Tym bardziej, że aktywność słoneczna, jak sami zauważają geolodzy z KNG, w ostatnich dekadach spada.

Co do “naukowej dyskusji” o roli dwutlenku węgla, KNG PAN znowu wprowadza w błąd opinię publiczną. Niemal wszyscy aktywni zawodowo klimatolodzy akceptują, że to czynniki antropogeniczne odpowiadają za obserwowany w ostatnim stuleciu długoterminowy wzrost temperatur; “niemal wszyscy”, bo istnienie konsensusu naukowego w dowolnej dziedzinie nie wyklucza istnienia jednostek, które taki stan rzeczy kontestują. Przykładowo, choć zdecydowana większość geologów akceptuje teorię tektoniki płyt, członkowie KNG PAN z pewnością pamiętają hipotezę rozszerzającej się Ziemi, i kilku swoich kolegów którzy tej hipotezy są od wielu lat bezkompromisowymi orędownikami.

Czy w takiej sytuacji członkowie KNG PAN zgodziliby się z tezą, że “trwa naukowa dyskusja” na temat poprawności tektoniki płyt, i że tak naprawdę nie wiadomo, czy Ziemia nie była dwukrotnie mniejsza ćwierć miliarda lat temu? Podejrzewam, że nie. Podejrzewam, że traktują ekspandystów jako sympatycznych, ale nieszkodliwych oszołomów, którzy nie potrafią zmodyfikować swoich poglądów i przyznać się do błędu. A za kilkanaście lat, kiedy ostatni ekspandyści opuszczą ten łez padół, będzie można traktować ten epizod jako ciekawą anegdotkę z historii nauki.

Sytuacja naukowców kontestujących antropogeniczne przyczyny globalnego ocieplenia wygląda podobnie. Są oni w większości już na emeryturze, rzadko publikują w czasopismach naukowych (i coraz częściej są to predatory journals albo azjatyckie OA o bardzo niskim progu akceptacji manuskryptów), a prezentowane przez nich publicznie opinie nie odzwierciedlają aktualnego stanu badań nad klimatem. Widać to zresztą po zacytowanym przez KNG artykule Curry i Webstera [1]: jest on esejem opublikowany w dziale opinii Biuletynu Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego. Nie będę zajmował się nim szczegółowo, mogę tylko zapewnić czytelnika, że zawiera liczne błędy merytoryczne, zdradzające że autorzy wyszli daleko poza granice własnej specjalizacji [2]. Niektóre z tych błędów wypunktowane są w komentarzu autorstwa kilku naukowców, do których badań odwoływali się Curry i Webster [3].

Kolejnej cytowanej w stanowisku Komitetu Nauk Geologicznych pracy, jak podejrzewam, autorzy nie przeczytali. Artykuł Monnina i in. [4] poświęcony jest bowiem problemowi synchronizacji rekonstrukcji stężeń dwutlenku węgla w kilku rdzeniach lodowych, a problem rozbieżności trendów w holocenie (“The Holocene Conundrum”) został rozpoznany dopiero kilka lat później, dzięki rekonstrukcji Marcotta et al. [5]. Szczegółowo odniosę się do tej kwestii poniżej.

Na koniec wypada zauważyć, że współczesny wzrost temperatury i gazów cieplarnianych tylko powierzchownie przypomina sytuację z okresu preborealnego. Wzrost zawartości dwutlenku węgla, o którym pisze KNG, nastąpił w tempie 15 ppm na około 100 lat [6]; obecnie zwiększenie poziomu o 15 ppm zajmuje tylko 5-6 lat. Również tempo wzrostu średniej globalnej temperatury było wtedy niższe niż obecnie, i najsilniej zaznaczało się w rejonie północnego Atlantyku [7].

Źródło: Marcott et al. (2014) [6].

Oczywiście, samo to że 11 tysiące lat temu nastąpiła zmiana klimatu z przyczyn naturalnych nijak nie podważa roli dwutlenku węgla w obecnym ociepleniu.

Modele klimatyczne

Wzrost temperatury globalnej w ciągu ostatnich 300 lat (Fig. 3, Fig. 5) jest faktem, któremu zaprzeczyć nie można. Dyskusyjne jednak jest nie tylko tempo tego wzrostu w porównaniu do podobnych wzrostów znanych z poprzednich okresów historycznych (patrz rozdział poprzedni), lecz przede wszystkim prognozy na przyszłość, które tworzy się w oparciu o modele klimatyczne. W zasadzie wszystkie modele (przygotowane przez mocne zespoły badawcze i publikowane w najlepszych czasopismach naukowych), przewidywały wzrost temperatury na Ziemi w latach 1975-2025. Średnia wzrostu dla wszystkich modeli wyniosła ok. 1,2°C (Fig. 6), przy czym wyniki znacząco różniły się między sobą. Co więcej, współczesne pomiary temperatury w środkowej troposferze dają wynik trzykrotnie niższy od wartości średniej, przewidywanej przez omawiane modele (Fig. 6). Podobnie, modelowanie klimatu w holocenie (ostatnie 11,2 tys. lat – por. Fig. 5, linia zielona) rozmija się z obserwacjami przyrodniczymi (Liu et al. 2014). Przyczyny takiego stanu rzeczy są przedmiotem dyskusji (przyjęte parametry wyjściowe dla modelowania, techniki pomiarowe, algorytmy programów obliczeniowych), wykraczającej poza zakres niniejszego opracowania.

Ponownie mogę tylko ubolewać nad tym, że geolodzy z KNG PAN korzystają z naprędce wygooglanych obrazków, i nie zadali sobie trudu by zajrzeć do źródeł naukowych, mimo że publikacji poświęconym pomiarom i modelowaniu temperatury troposfery są dosłownie dziesiątki, w tym niektóre zajmujące się szczegółowo wymienionymi wyżej zagadnieniami, jak rzekome trzykrotne zawyżenie tempa wzrostu temperatury (np. [8] [9] [10]). Jest prawdą, że przewidywania przyszłych zmian klimatu w oparciu o symulacje modeli są obarczone niepewnościami; modele są z definicji niedoskonałym odzwierciedleniem rzeczywistości, i drobne różnice w odwzorowaniu procesów zachodzących w atmosferze i oceanach skutkują różnymi prognozami tempa i amplitudy zmian parametrów klimatycznych. Tym niemniej, wszystkie modele konsekwentnie przewidują znaczącą zmianę klimatu — temperatury, opadów, zachmurzenia, cyrkulacji atmosferycznej — jeśli będziemy kontynuować spalanie paliw kopalnych, a różnice pomiędzy prognozowanymi scenariuszami zawierają się pomiędzy wariantami “będzie źle” i “będzie bardzo źle”.

Wykres, który znaleźli w internecie autorzy stanowiska KNG PAN, różnice te jednak zawyża, minimalizując jednocześnie niepewności związane z pomiarami temperatury troposfery: szeregi obserwacyjne zostały uśrednione, nie widać więc różnic pomiędy różnymi analizami pomiarów. W rzeczywistości obserwowane zmiany temperatury pozostają w obrębie wiązki symulacji przeprowadzonych w ramach projektu CMIP5 (choć w dolnym jej zakresie, co oznacza że średnio większość modeli zawyża nieco tempo zmian temperatury troposfery).

Porównanie wyników modelowania zmian klimatu holocenu jest jeszcze bardziej skomplikowane. Cytowany przez KNG artykuł Liu et al. [11] wskazuje, że choć faktycznie źródłem rozbieżności symulowanych i rekonstruowanych trendów temperatury mogą być błędy modeli, a konkretnie zbyt słabe sprzężenia zwrotne związane z albedo lodu i śniegu, przynajmniej za część rozbieżności może też odpowiadać błędy rekonstrukcji paleoklimatycznych, wynikające z biasów sezonowych i przestrzennych. Takim tropem poszły np. analizy [12] [13]. Dodam jeszcze, że problem nie dotyczy tylko rozbieżności pomiędzy modelami z jednej strony a rekonstrukcjami z drugiej, ale również pomiędzy rekonstrukcjami opartymi o różne typy proxy.

Niezależnie od przyczyny, wpływ niepewności związanych z przyczynami i przebiegiem zmian klimatu w holocenie mają niewielki wpływ na naszą ocenę przyczyn obecnego globalnego ocieplenia. Jak wyjaśniałem w poprzednich częściach komentarza, wiedza dotycząca odległej przeszłości zawsze będzie obciążona większymi niepewnościami, więc nierozstrzygnięte jeszcze rozbieżności pomiędzy symulacjami a rekonstrukcjami nie są wystarczającym powodem, by odrzucać ustalenia oparte o współcześnie przeprowadzane pomiary i obserwacje.

Podsumowanie i wnioski praktyczne

Dane geologiczne, analizowane w różnych skalach czasowych, nie potwierdzają prostej uniwersalnej zależności przyczynowo-skutkowej między wzrostem poziomu CO₂ w atmosferze a wzrostem temperatury, sugerując większą złożoność zjawiska zmienności temperatury naszej planety. Z drugiej strony nie wykluczają takiej zależności w konkretnych przypadkach, a w szczególności zjawiska sprzężenia zwrotnego, czyli wzmacniania naturalnego trendu wzrostu temperatury przez wywołane tym wzrostem, ale także antropogeniczne, podnoszenie się poziomu CO₂ w atmosferze. Wynika stąd wniosek, że nawet jeśli obserwowany obecnie wzrost temperatury jest zjawiskiem naturalnym, to antropogeniczny CO₂ może ten trend wzmocnić. Jeśli zatem wzrost temperatury uznajemy za zjawisko niepożądane, to należy próbować go minimalizować. Głównym dostępnym ludzkości działaniem w tym kierunku jest ograniczenie spalania węgla i węglowodorów, gdyż emitujemy rocznie ok. 3,7×10¹⁰ ton CO₂ /rok (Le Quéré et al., 2018), tj. o dwa rzędy wielkości więcej niż obecnie wszystkie wulkany na Ziemi razem wzięte (2×10⁸ ton rocznie, wg US Geological Survey).

Dane geologiczne nie potwierdzają prostej uniwersalnej zależności przyczynowo-skutkowej między wzrostem poziomu CO₂ w atmosferze a wzrostem temperatury, bo temperatura Ziemi nie zależy tylko od poziomu CO₂ w atmosferze. Istnieją też inne czynniki, z których niektóre mają znaczenie tylko w geologicznej skali czasu, jak konfiguracja kontynentów albo ewolucja Słońca na ścieżce Hertzsprunga–Russella. Tym niemniej, nawet po uwzględnieniu tych czynników okazuje się, że obecne ocieplenie planety nie jest “naturalnym trendem wzrostu temperatury”, i że antropogeniczny dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane z nawiązką wystarczają do wytłumaczenia tego zjawiska.

Spalając węgiel i węglowodory kopalne odwracamy bieg naturalnych procesów geologicznych. Ostatnie dwa miliardy lat, a w szczególności ostatnie pół miliarda lat, to okres naturalnej sekwestracji dwutlenku węgla (fotosynteza) z atmosfery do skorupy ziemskiej poprzez grzebanie materii organicznej w osadach i jej przekształcanie w złoża węgla oraz węglowodorów stałych, płynnych i gazowych (metan). Równolegle CO₂ był sekwestrowany dzięki wietrzeniu chemicznemu w postaci skał węglanowych. Węgiel odkładał się w skorupie powoli i dość systematycznie, czego efektem był blisko dwudziestokrotny spadek koncentracji CO₂ w atmosferze - od ok. 7000 ppm (+-40%) w kambrze (Fig. 1) do poziomu ok. 300 ppm w roku 1950. Z punktu widzenia ewolucji atmosfery ziemskiej dziś dwutlenku węgla prawie nie ma. Tak niski poziom koncentracji CO₂ w atmosferze mógł być – podobnie jak w karbonie (Fig. 1) – istotną przyczyną globalnego zlodowacenia, które zaczęło się ok. 33 mln lat temu powstawaniem pokryw lodowych na Antarktydzie i nasilało się aż do zamarznięcia Oceanu Arktycznego ok. 2 mln lat temu. Zgodnie z prawem Henry’ego, coraz zimniejszy ocean światowy pochłaniał coraz więcej CO₂, napędzając schładzanie powierzchni Ziemi poprzez zmniejszanie efektu cieplarnianego (w myśl tego samego prawa, ogrzany ocean odda do atmosfery nadmiarowy CO₂). W efekcie, mamy dziś największe zlodowacenie globalne w ciągu ostatniego pół miliarda lat. Przyszliśmy na świat w tym wyjątkowym czasie i, chcemy czy nie, jesteśmy dziećmi globalnego chłodu. Istnieje ryzyko, że wraz z jego odejściem, odejdziemy i my. Wydaje się zatem roztropne podtrzymanie obecnego stanu geosystemu jak najdłużej będzie to możliwe.

Ten fragment jest o tyle interesujący, że w miarę poprawnie (pomijając kilka nieścisłości, które prostowałem już wcześniej) opisuje cywilizację przemysłową jako czynnik odwracający, poprzez utlenianie paliw kopalnych, trwające miliony lat naturalne procesy geologiczne, co oczywiście kontrastuje z próbami minimalizacji wpływu człowieka na klimat, którą widać w poprzedzających akapitach.

Z pragmatycznego punktu widzenia, najbardziej skuteczne są/będą te działania, które wykorzystują procesy pochłaniania CO₂ i usuwania go z atmosfery w takiej ilości, w jakiej jest emitowany do atmosfery wskutek działalności człowieka. Z czystej przezorności, należy jednak rozważyć scenariusze najgorsze z możliwych i zacząć działania adaptacyjne, niezależnie od tego czy scenariusze te są, czy nie są prawdziwe.

Zadziwiające, że KNG PAN nie mówi tutaj wprost o konieczności redukcji emisji dwutlenku węgla, mimo że bez tego nie da się wdrożyć technologii wychwytywania i składowania CO₂ na skalę wymaganą do zrównoważenia tychże emisji.

Spory naukowe dotyczące roli CO₂ w procesie zmian klimatu, często uwarunkowane konfliktami grupowymi lub personalnymi, powinny iść torem przyjętym w dyskursie naukowym, a nie odbywać się na forum publicznym, gdyż rozbieżne oceny powodują zamęt pojęciowy, chaos informacyjny, a nawet panikę, szczególnie wśród młodzieży.

Święte słowa, ale z jakiegoś powodu członkowie KNG się do własnej rekomendacji nie stosują. Dlaczego nie prowadzą sporu naukowego dotyczącego roli CO₂ torem przyjętym w dyskursie naukowym? Gdzie ich badania na ten temat, wystąpienia konferencyjne, recenzowane publikacje? Dlaczego wypowiadają się przede wszystkim na forum publicznym, w mediach masowych i prasie, i drugi już raz wprowadzają zamęt pojęciowy i chaos informacyjny publikując stanowisko niezgodne z ustaleniami nauki?

“Panikująca” młodzież jest już bardziej ogarnięta niż trzydziestu kilku profesorów geologii. Przynajmniej wie, jak cytować raporty IPCC.

Skomplikowane procesy, które rządzą klimatem, wymagają prowadzenia interdyscyplinarnych badań przez różne grupy o różnych specjalnościach, nie tylko w ramach IPCC, z pewnością także i w Polsce. Powinny to być badania cyklicznych fluktuacji klimatycznych w przeszłości Ziemi i ich uwarunkowań odczytywanych z zapisu kopalnego, monitorowanie poznanych dotąd czynników sprawczych, modelowanie ich udziału w przekształceniach klimatu i weryfikowanie sporządzanych modeli w odniesieniu do zdarzeń przeszłych dla oceny ich wiarygodności w prognozowaniu zdarzeń przyszłych.

Takie badania się oczywiście od dawna prowadzi, i biorą w nich udział również polscy geolodzy.

Niestety, interdyscyplinarne badania prowadzone przez różne grupy o różnych specjalnościach nie przyniosą żadnego pożytku, jeśli ich wyniki są ignorowane, tak jak autorzy stanowiska KNG PAN ignorują ustalenia nauki z ostatnich 20-30 lat.

Cytowana literatura

1) Curry J. A. i Webster P. J. (2011): “Climate Science and the Uncertainty Monster”, doi: 10.1175/BAMS-D-10-3139.1.

2) Tak naprawdę główną autorką artykułu jest Judith Curry (Peter Webster jest prywatnie jej mężem, i pracował na tym samym uniwersytecie, co może wyjaśniać dlaczego zgodził się figurować jako współautor), co widać po tym, że większość formułowanych w nim tez pojawiło się w licznych internetowych dyskusjach prowadzonych jużw 2010 roku, a także na jej własnym blogu. Najbardziej irytujące jest to, że nawet w tych dyskusjach wielokrotnie próbowano prostować błędy i nieporozumienia Curry, np. dotyczące znaczenia “most” w kontekście atrybucji globalnego ocieplenia, niezrozumienia przedziałów ufności, oszacowań wymuszenia antropogenicznego aerozolu, tuningu modeli itd. — dobre przykłady, ze strony obecnego dyrektora NASA GISS, można znaleźć tutaj, tutaj i tutaj (patrz też te posty Gavina Schmidta z 2012, 2014 i 2017 roku. Pomimo tego, Curry powtórzyła te same argumenty w późniejszym artykule.

3) Hegerl G., et al. (2011): “Comment on “Climate Science and the Uncertainty Monster” J. A. Curry and P. J. Webster”, doi: 10.1175/BAMS-D-11-00191.1.

4) Monnin E., et al. (2004): “Evidence for substantial accumulation rate variability in Antarctica during the Holocene, through synchronization of CO₂ in the Taylor Dome, Dome C and DML ice cores”, doi: 10.1016/j.epsl.2004.05.007.

5) Marcott S. A., et al. (2013): “A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years”, doi: 10.1126/science.1228026.

6) Marcott S. A., et al. (2014): “Centennial-scale changes in the global carbon cycle during the last deglaciation”, doi: 10.1038/nature13799.

7) Shakun J. D., et al. (2012): “Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation”, doi: 10.1038/nature10915.

8) Santer B. D., et al. (2016): “Comparing Tropospheric Warming in Climate Models and Satellite Data”, doi: 10.1175/JCLI-D-16-0333.1.

9) Santer B. D., et al. (2017): “Causes of differences in model and satellite tropospheric warming rates”, doi: 10.1038/ngeo2973.

10) Thorne P. W., et al. (2011): “A quantification of uncertainties in historical tropical tropospheric temperature trends from radiosondes”, doi: 10.1029/2010JD015487.

11) Liu Z., et al. (2014): “The Holocene temperature conundrum”, doi: pnas.1407229111.

12) Baker J. L., et al. (2017): “Holocene warming in western continental Eurasia driven by glacial retreat and greenhouse forcing”, doi: 10.1038/ngeo2953.

13) Marsicek J., et al. (2018): “Reconciling divergent trends and millennial variations in Holocene temperatures”, doi: 10.1038/nature25464.