Wulkany a globalne ocieplenie - wywiad z fizyczką atmosfery Aleksandrą Kardaś

Decydując się na ten wywiad zastanawiałem się czy wskutek stopniowo postępującego globalnego ocieplenia jesteśmy skazani w przyszłości na zagładę. Chciałem także raz na zawsze rozprawić się z szeroko pokutującym mitem jakoby wulkany produkowały więcej cieplarnianego CO2 niż ludzka działalność gospodarcza i przemysłowa. Dane prezentowane przez setki badaczy nie pozostawiają złudzeń: ziemski klimat się ociepla. I to dzięki spalaniu paliw kopalnych, od których użycia jesteśmy wciąż uzależnieni. Jaka będzie przyszłość kolejnych pokoleń? Czy w ciągu kolejnych dekad grozi nam katastrofa klimatyczna? Są to ważkie pytania, z którymi ludzkość będzie musiała się prędzej czy później zmierzyć. Rozmawiam z dr Aleksandrą Kardaś, fizyczką atmosfery z serwisu Naukaoklimacie.pl, współautorką książki „Nauka o klimacie”, która już niedługo pokaże się w księgarniach.

Jakie są możliwe przyszłe (mniej lub bardziej niepokojące) scenariusze ewolucji zachodzących zmian klimatycznych? Kiedy orientacyjnie osiągniemy tzw. punkt krytyczny (bez powrotu)? Czy rzeczywiście kres cywilizacji jest już coraz bliżej?

Najogólniej mówiąc, spodziewamy się dalszego wzrostu średniej temperatury, co objawia się między innymi częstszym występowaniem fal upałów, i czemu towarzyszy zmniejszanie zasięgu lodu morskiego, masy lodowców i lądolodów oraz wzrost poziomu morza. Rośnie i będzie rosło prawdopodobieństwo ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak burze, silny wiatr, ulewy. To, na ile zmienią się statystyki, częstość występowania i intensywność tych zjawisk zależy od tego, ile gazów cieplarnianych zostanie w sumie wyemitowane do atmosfery. Według najnowszego raportu specjalnego IPCC fizycznie możliwe (choć niezwykle trudne) jest zatrzymanie wzrostu średniej temperatury na poziomie 1,5°C powyżej stanu z epoki przedprzemysłowej. Jeśli jednak w gospodarce nie nastąpią radykalne zmiany, trzeba liczyć się z tym, że do końca wieku średnia temperatura wzrośnie nawet o 4°C. Żeby uzmysłowić sobie, co oznacza taka zmiana, warto sięgnąć po przykład z historii klimatu: 4-5°C to różnica temperatury dzieląca dzisiejsze czasy od epoki lodowej. Wtedy było właśnie o tyle chłodniej a nasza planeta wyglądała zupełnie inaczej.

Opisując przechodzenie planety do „zupełnie innego stanu” zwraca się uwagę na grupę kluczowych zjawisk, mających duże znaczenie dla tego jak sama planeta wygląda i jak rozwija się dalsza zmiana klimatu. Należą do nich np. zanik lodu arktycznego, wysychanie Amazonii czy rozmarzanie wieloletniej zmarzliny. Przynoszą one nie tylko zmiany w krajobrazie. Ocenia się, że gdy osiągną pewien poziom zaawansowania, dalsze emisje gazów cieplarnianych przez człowieka nie będą już potrzebne by je „dokończyć” - tzn. zamiana rozpraszającej promieniowanie słoneczne powierzchni lodu na ciemną powierzchnię wody spowoduje pochłanianie takich ilości energii słonecznej, która wystarczy do stopienia pozostałych resztek, emisje gazów cieplarnianych ze zmarzliny staną się wystarczające, żeby związane z nimi ocieplenie stopiło całą itd. Dla każdego z tych procesów „punkt krytyczny” leży gdzie indziej, dlatego trudno jest ustalić jeden konkretny punkt krytyczny dla całej Ziemi. Im więcej z nich przekroczymy, tym bardziej zmieni się świat. Wiadomo, że przynajmniej w przypadku topnienia Antarktydy Zachodniej punkt krytyczny już minęliśmy i choć zajmie to dużo czasu, ta część lądolodu spłynie do morza.

Mam nadzieję, że nasza cywilizacja zdoła sobie poradzić z tym, nie ma co ukrywać, bardzo poważnym zagrożeniem. Symboliczny „Zegar Zagłady”, którego wskazania co roku publikuje Bulletin of the Atomic Scientists wskazuje jednak już tylko 2 minuty do północy, co jest związane właśnie z zagrożeniem zmianą klimatu.

Jakie są przykładowe mniej lub bardziej widoczne skutki antropogenicznego ocieplenia klimatu, tudzież powiązane z nimi sprzężenia zwrotne?

O najbardziej oczywistych konsekwencjach już opowiedziałam, może więc podam kilka innych przykładów. Przykładowo, ciesząc się tegoroczną ciepłą i słoneczną jesienią zapominamy, że zjawisko, któremu ją zawdzięczamy, czyli spowodowane przez ocieplanie Arktyki spowalnianie prądu strumieniowego, zimą przyniesie nam smog.

Z kolei ciesząc się ciepłymi zimami, podczas których zdecydowanie mniej wydajemy na opał, nie zwracamy uwagi, że umożliwiają one także całoroczne żerowanie kleszczy i namnażanie się bakterii i wirusów chorobotwórczych, które te kleszcze przenoszą. Nie każdy też orientuje się, że wcześniejsze nadejście wiosny powoduje, że rośliny zielenią się i kwitną wcześniej, przez co są narażone na przymrozki w bardziej wrażliwym momencie swojego rozwoju.

Oprócz wspomnianych przeze mnie wcześniej sprzężeń zwrotnych związanych z zanikiem lodu arktycznego czy rozmarzaniem wieloletniej zmarzliny, warto zwrócić uwagę na przykład na towarzyszący ociepleniu wzrost wilgotności powietrza, który nasila zapoczątkowany przez nas wzrost średniej temperatury, oraz zmiany w zachmurzeniu. Do niedawna brano pod uwagę możliwość, że gdy za wzrostem temperatury oceanu pójdzie nasilenie parowania, pojawi się również więcej chmur, które być może ograniczą ocieplanie się klimatu, ograniczając ilość docierających do powierzchni Ziemi promieni słonecznych. Okazało się jednak, że w praktyce zmiany w zachmurzeniu wyglądają inaczej: ubywa chłodzących Ziemię chmur niskich, przybywa sprzyjających ocieplaniu chmur na wyższych piętrach atmosfery. Zamiast hamowania globalnego ocieplenia mamy więc jego napędzanie.

Czy jesteśmy w stanie przestać patrzeć krótkowzrocznie, kolektywnie dogadać się i podjąć skuteczne kroki ku zahamowaniu emisji gazów cieplarnianych do ziemskiej atmosfery? W jaki sposób możemy to zrobić? Odnoszę niepokojące wrażenie nieodwracalności niektórych procesów (np. topnienia polarnych pokryw lodowych) związanych z globalnym ociepleniem.

To pytanie bardziej do badaczy społeczeństwa i historii polityki. Przykład Protokołu Montrealskiego, który spowodował wycofanie z produkcji substancji niszczących ozon i w rezultacie powolną odbudowę chroniącej nas przed promieniowaniem UV warstwy ozonowej w atmosferze, pokazuje jednak, że czasem się to udaje.

Rzeczywiście są procesy, których możemy nie zdążyć zatrzymać. Przykładem jest wspomniana przeze mnie wcześniej Antarktyda Zachodnia, której podłoże jest tak ukształtowane, że nawet zatrzymanie ocieplenia nie zapobiegnie już jej stopieniu przez ocean. Poważnie zagrożona jest też Amazonia, gdzie przedłużające się susze powodują wymieranie kolejnych połaci lasu, co z kolei utrudnia zatrzymywanie przez niego wilgoci i zwiększa obciążenie w porze suchej.

Dlaczego kwestia globalnego ocieplenia wzbudza tak duży sprzeciw wśród klimatycznych negacjonistów? W jaki sposób można ich przekonać że ten niepokojący proces trwa i wymaga zmiany ludzkiej świadomości na poziomie globalnym?

Psychologowie tłumaczą nam, że ludzie z jednej strony nie są ewolucyjnie przygotowani do zrozumienia zagrożeń takich jak zmiana klimatu – nadciągających stopniowo, i trudnych do zaobserwowania. Kto z nas ma w głowie statystyki pogód z ostatnich 100 lat? Wydaje nam się, że lata zawsze były takie ciepłe jak dziś a powodzie przecież też co jakiś czas się zdarzały.

Dodatkowo, przyjmując do wiadomości, że coś się jednak dzieje, przynajmniej część z nas czuje się zobowiązana, by coś w tej kwestii zrobić. Recepty na zatrzymanie ocieplenia mogą być niewygodne – wymagać od nas zmiany przyzwyczajeń albo poniesienia wydatków. Dlatego niektórym wygodniej jest po prostu wyprzeć problem.

Badania pokazują, że zmiana klimatu to jedna z kwestii, które są nie tylko trudne do zrozumienia ale też których zrozumienie mogą blokować rozmaite bariery psychologiczne – na przykład wspomniana niechęć do zmian albo niechęć do „odstawania” od swojego środowiska. „Zwalczanie” czyjegoś stanowiska jest bardzo trudne i może skutkować jego wzmocnieniem. Dlatego lepiej jest może próbować opowiadać, tłumaczyć, zamiast zajmowania się chwytliwymi bzdurami – serwować „chwytliwe fakty”, pokazywać jak pracują naukowcy i dlaczego warto korzystać z ich dokonań.

Czym będzie skutkować nieuchronne ocieplanie się klimatu Arktyki? Czy topnienie lodowców np. na Islandii może zdestabilizować systemy magmowe tamtejszych podlodowych wulkanów?

Ocieplanie się klimatu Arktyki będzie skutkować coraz mniejszym zasięgiem lodu morskiego i coraz silniejszym nagrzewaniem się tych rejonów. W efekcie zmniejszy się różnica temperatur pomiędzy strefą podbiegunową i podzwrotnikową, co skutkuje spowalnianiem prądu strumieniowego a w rezultacie – przedłużonym występowaniem jednolitej, niezmiennej pogody w Europie czy Ameryce Północnej. To oznacza dla nas długie fale ciepła oraz mrozów.

Obserwuje się także zmiany geologiczne – topnieje wieloletnia zmarzlina, nasila się erozja wybrzeży chronionych dotąd przylegającym do nich lodem morskim. Oba procesy powodują destabilizację podłoża.

Rzeczywiście, pojawiają się sygnały, że cofanie się lodowców może skutkować w niektórych miejscach zwiększaniem się aktywności wulkanicznej. Wycofanie się lodu oznacza, że zmniejsza się nacisk na płaszcz Ziemi i to może powodować zmiany w przepływach magmy. Jednak oczekuje się, że zaobserwowanie takich efektów będzie wymagało raczej setek lat.

Czy mamy bezpośrednie dowody topnienia wieloletniej zmarzliny na Syberii czy w Kanadzie? W jaki sposób metan może pogłębić globalne ocieplenie?

Tak, obserwacje potwierdzają, że w wielu regionach wieloletnia zmarzlina robi się coraz mniej trwała. Trzeba pamiętać, że podobnie jak w przypadku lodu morskiego, mamy tu do czynienia z rocznymi cyklami. Powierzchniowa warstwa gruntu w Arktyce w wielu miejscach rozmarza latem a zamarza zimą, głębiej znajduje się warstwa, która nie rozmarza przez wiele lat. Obecnie obserwujemy, że warstwa rozmarzająca sięga coraz głębiej, gdzie indziej to, co kiedyś rozmarzało raz na kilkanaście – kilkadziesiąt lat, teraz rozmarza co kilka itd. Obserwacje nie zawsze wymagają zaawansowanych metod i czujników. Rozmarzanie zmarzliny powoduje w niektórych miejscach katastrofy budowlane a na wybrzeżach – widoczne gołym okiem odłamywanie się i spływanie kawałów lądu.

Skąd pojawił się szeroko powielany wśród denialistów zmian klimatycznych mit o tym iż wybuchające wulkany generują więcej CO2 niż działalność przemysłowa człowieka? W jaki sposób najłatwiej ten mit obalić?

Wydaje mi się, że najprościej jest podać fakty: w ciągu roku wulkany emitują do atmosfery ponad 100 razy mniej dwutlenku węgla niż działalność człowieka. W dodatku towarzyszące dużym erupcjom emisje aerozolu siarczanowego do stratosfery skutkują 1-2 letnim ochłodzeniem Ziemi (i tu można nawiązać, bo niektórzy słyszeli takie hasło, do „roku bez lata” po erupcji Tambory).

Trudno jednoznacznie powiedzieć, skąd wziął się ten mit. Myślę, że przede wszystkim zasila go przekonanie, że skoro coś silnie dymi, to pewne emituje dużo dwutlenku węgla (który, nawiasem mówiąc, jest przecież przezroczysty). W serwisie Nauka o klimacie opisujemy jeden z możliwych rodowodów hasła „jeden wulkan emituje więcej...” (Korzenie mitu „Wulkany emitują więcej CO2 od nas”). Myślimy, że mogło zacząć się od artykułu naukowego na temat towarzyszących dużym erupcjom (np. Long Valley Caldera w Kalifornii, 700 000 lat temu) emisjom chloru, które faktycznie są imponujące w porównaniu z dokonaniami człowieka. Informacja ta była następnie przekręcana – raz zmieniano datę erupcji (na jedną z erupcji dwudziestowiecznych), raz ilość substancji, raz jej rodzaj. W połączeniu z faktem, że wiele osób słysząc słowo „emisje” nie wnika już w to, jakie substancje są emitowane, mamy receptę na niezłe zamieszanie.

Czy potężne erupcje wulkaniczne (choć sporadyczne) np. o sile Tambora (1815 rok) czy Pinatubo (1991 rok) byłyby w stanie schłodzić ziemski klimat na dłużej?

Podczas dużych erupcji uwalniane przez wulkany związki siarki mogą dostać się do wyższych warstw atmosfery, stratosfery, gdzie pozostawać mogą przez dłuższy czas, nawet kilka lat. Aerozol siarczanowy obniża ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi i w ten sposób obniżają jej średnią temperaturę. Efekt trwa zwykle od roku do kilku lat.

Ile CO2 emituje przeciętnie jeden wulkan (w ciągu dnia bądź roku)? Czy istnieją dokładne dane na ten temat? I jak one się mają do przemysłowych i rolniczych emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych?

Dokładny skład gazów wulkanicznych i tempo ich uwalniania są bardzo zróżnicowane, chyba więc nie ma sensu mówić o „przeciętnym wulkanie”. Z podsumowania „Deep Carbon Emissions from Volcanoes” opublikowanego w przez Mineralogical Society of America dowiadujemy się, że współcześnie aktywne wulkany mogą emitować od poniżej 0,01MtCO2 rocznie (wulkan Douglas, USA) do ok. 19 MtCO2 rocznie (Nyiragongo, Kongo). Dla porównania, w Polsce w 2016 wyemitowano dzięki spalaniu paliw kopalnych ok. 319 MtCO2 a sama elektrownia w Bełchatowie emituje rocznie trzydzieści kilka MtCO2. Aktywność wulkaniczna zmienia się z roku na rok, jednak nawet w przypadku występowania dużych erupcji związane z nią emisje gazów cieplarnianych są ponad 100 razy mniejsze niż te związane z działalnością człowieka.

Oczywiście wulkany są stale monitorowane, przede wszystkim ze względu na związane z nimi zagrożenia – chodzi nie tylko o możliwość erupcji ale też wpływ gazów takich jak związki siarki, chloru czy selenu na jakość powietrza, skład deszczu i zakwaszenie gleby w okolicy.

Udział dwutlenku węgla w gazach wulkanicznych jest na ogół bardzo mały: trudno zaobserwować związany z obecnością wyziewów wzrost koncentracji CO2 na tle dość wysokiego tła atmosferycznego (400 cząstek CO2 na milion cząstek powietrza). Dużo łatwiej zaobserwować obecność dwutlenku siarki lub innych gazów, których normalnie jest w atmosferze dużo mniej. Dlatego wiele pomiarów emisji CO2 z wulkanów polega na tym, że na podstawie próbek pobranych bezpośrednio na zboczu wulkanu określa się udział dwutlenku węgla z uwalnianej mieszaniny gazów a następnie na podstawie ciągłych pomiarów koncentracji dwutlenku siarki np. z użyciem satelitów czy monitorujących wulkan kamer UV, oblicza się, ile emitują dwutlenku węgla.

Zainteresowanym kuchnią pomiarów gazów wulkanicznych polecam mój artykuł „CO2 z wulkanów – jak to się mierzy?” (część 1, część 2) oraz Volcano blog Toma Peringa.

Jakie obecne bądź przyszłe działania ludzkości związane z globalnym ociepleniem mogą napawać optymizmem?

Z wydanego ostatnio Specjalnego raportu IPCC dotyczącego następstw globalnego ocieplenia klimatu o 1,5°C wynika, że niektóre z działań niezbędnych do powstrzymania zmiany klimatu już są w różnych regionach świata podejmowane. Dodatkowo, posunięcia, które mogłyby ograniczyć zmianę klimatu, w dużej mierze sprzyjają też rozwiązywaniu innych problemów społecznych, takich jak ubóstwo, nierówności, narażenie dużych grup ludzi na niedobór żywności, wody czy zagrożenia związane ze zjawiskami pogodowymi. Ja zawsze lubię korzystać z możliwości załatwienia kilku spraw za jednym zamachem, mam nadzieję, że reszta ludzkości podobnie.

Na zdjęciach stratosferyczny obłok erupcyjny w trakcie erupcji wulkanu Pinatubo (Filipiny) w 1991 roku oraz zanik lodowca Columbia na Alasce (zdjęcia z lat 2009 i 2015, James Balog i Extreme Ice Survey)

Przydatne linki:

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/korzenie-mitu-wulkany-emituja-wiecej-co2-od-nas-172

https://pdfs.semanticscholar.org/4e58/5f447a80c2965cb72c56945e4e9b2306833f.pdf

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/co2-z-wulkanow-jak-to-sie-mierzy-czesc-1-91

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/co2-z-wulkanow-jak-to-sie-mierzy-czesc-2-92

http://www.volcano-blog.com/

https://www.yaleclimateconnections.org/2018/02/the-permafrost-bomb-is-ticking/

Mój starszy krótki tekst (temat będzie powracał jak bumerang):

https://wulkanyswiata.blogspot.com/2016/12/w-jaki-sposob-wulkany-wpywaja-na.html

EDIT: 26 października 2018 roku aleucki wulkan Semisopochnoi wyemitował obłok popiołu na wysokość 3.6 km. Niewielkie emisje popiołu mają także miejsce z japońskiego wulkanu Kuchinoerabujima. Aktywność strombolijska i wulkaniańska obejmująca eksplozje i wylewy lawy wulkanów Barren Island (Andamany) i Anak Krakatau (Indonezja) w toku.