Globální klimatický systém

Jak klimatický systém funguje?

O existenci globálního klimatického systému Země lze hovořit od vzniku atmosféry, což nastalo před 4,5 miliardami let. Život na Zemi (biosféra) vznikl zhruba před 3,8 mld. let. Od této chvíle do dnešní dnů existuje atmosféra a tudíž i klimatický systém ve výrazné interakci s biosférou; vzájemně se ovlivňují.

Klimatický systém v rámci historie Země nikdy nebyl, není a patrně nikdy nebude zcela stabilní. Mění se vlivem proměny vnějších podmínek, tedy faktorů, které na něj působí.

V rámci systému existuje celá řada zpětných vazeb, které jsou dvojího typu:

Pozitivní zpětné vazby, kdy změna jednoho parametru vyvolá odezvu jiného parametru, jehož změna zase zpětně působí na první parametr a to ve stejném směru. Účinek každého faktoru se tak zpětně zesiluje. Příkladem je například tání sněhu a ledu – sníh je bílý a díky své barvě odráží sluneční paprsky zpět do vesmíru. Pokud část sněhu vlivem oteplení roztaje, objeví se na jeho místě zemský povrch, který je tmavší barvy, ten více slunečních paprsků pohltí a zahřívá tak více sebe i okolní vzduch. Toto oteplení vede k roztátí dalšího sněhu a to zase k dalšímu oteplení povrchu a tak dále.

Negativní zpětné vazby, fungující opačným způsobem. Změna jednoho parametru vyvolá změnu jiného, který zpětně zase působí na první, avšak opačným, tedy utlumujícím směrem. Příkladem z podobného soudku je zalednění oceánu. Pokud dojde k oteplení, část ledu roztaje. Tím dojde k naředění slané oceánské vody a tato méně slaná voda pak zamrzá i při menším mrazu, takže se ledová pokrývka zase může snadněji obnovit.

Kdyby se v klimatickém systému nacházely pouze pozitivní zpětné vazby, tak by systém zcela zkolaboval, protože by se donekonečna ohříval, nebo ochlazoval. Kdyby existovaly pouze negativní zpětné vazby, tak by se dlouhodobě prakticky vůbec neměnil. Ve skutečnosti je systém protkán nepopsatelným množstvím zpětných vazeb jak negativních, tak pozitivních. Pozitivní vazby se podílejí na proměnách klimatu, negativní ho stabilizují.

Je pravdou, že pro plné pochopení fungování klimatického systému bychom museli znát všechny existující zpětné vazby na Zemi a jejich možnosti, což je bohužel nereálné. Z tohoto důvodu nejsme schopni vývoj klimatického systému předpovídat s naprostou jistotou ani přesností. Dosažené poznatky o celé řadě důležitých vazeb a o fungování systému za různých vnějších podmínek v minulosti nám však umožňují aspoň kvalifikovaně odhadovat budoucí vývoj. O tom, jaké faktory na systém působí, budou další kapitoly.

Další důležitou vlastností klimatického systému je jeho cykličnost. V rámci vývoje systému existuje velké množství cyklů, tedy pravidelného střídání. Délky cyklů jsou velmi rozmanité. Složením cyklů do sebe však získáme nepřehledný vývoj, který je vytvořen tolika pravidelnými cykly různé délky, až je ve výsledku nepravidelný. Působení klimatických faktorů je tak v každém okamžiku unikátní, nikdy v minulosti ani v budoucnosti Země neopakovatelné. Zkrátka, takové podmínky jaké působí na klimatický systém právě nyní, nikdy v minulosti nenastaly a už ani nikdy nenastanou. Přesto některé cykly mají důležitější roli než jiné a ve vývoji klimatu tak jisté opakující se pravidelnosti nacházíme.

Klíčové je, že klimatický systém je natolik složitý, že není v možnostech současné vědy ho popsat s takovou přesností, abychom mohli zcela přesně předpovědět jeho další vývoj a to ani ve chvíli, kdy budeme znát přesné působení všech faktorů, které ho ovlivňují.

Které faktory na klimatický systém působí?

Existuje celá řada dílčích faktorů, které mají vliv na klimatický systém Země. Ty podstatné si nyní vyjmenujeme. Seznam v sobě zahrnuje několik problémů – faktory nejsou na stejné úrovni ve významu, natož pak v časovém horizontu, v jakém působí. Jsou seřazeny od těch nejvzdálenějších po ty nám nejbližší.

Zároveň platí, že některé klimatvorné faktory jsou zároveň i samy o sobě důsledkem jiných probíhajících změn. U některých existuje obousměrná interakce, kdy faktor sice ovlivňuje klima, ale sám je také klimatem ovlivňován.

Je jasné, že v takto složitém systému máme značný problém kvantifikovat podíl jednotlivých faktorů na klimatických změnách jak v minulosti, tak i současnosti. Přesto pomocí řady vědeckých metod docházíme k aspoň základní představě o jejich významnosti. Soudobé poznatky se mohou v budoucnu ukázat jako nepřesné, či dokonce neplatné, ale to je už úděl vědy. V tuhle chvíli se musíme opírat o to, co si myslíme, že víme.

Velkým problémem je, že přestože změny působení některých faktorů jsou velice pomalé, mohou vyvolat náhlé změny, právě díky existenci pozitivních zpětných vazeb v klimatickém systému.

Faktory jsme seřadili od těch Zemi nejvzdálenějších po nám nejbližší.

Pohyb Sluneční soustavy Galaxií Jedná se o málo popsaný faktor, který ovšem z hlediska aktuální problematiky klimatických změn zřejmě nehraje roli, protože působí ve velmi dlouhodobém horizontu stovek milionů let. Vliv na současnou klimatickou změnu: pravděpodobně žádný, vzhledem k dlouhému časovému horizontu změn, bohužel však chybí dostatečné vědecké poznatky.

Změny oběžné dráhy Země kolem Slunce Naše planeta neobíhá kolem Slunce stále stejným způsobem. Mění se výstřednost její dráhy, zemská osa mění svůj sklon a také dochází k jejímu stáčení. Tyto změny se dějí v řádu desetitisíců let a soudí se, že právě ony vyvolávaly doby ledové v posledních 2 milionech let. Přesto, že uvedené faktory se proměňují pomalu, díky nastartování zpětných vazeb dokáží změnit klima na Zemi velice skokově. Jejich mechanismus působení však do značné míry známe, a proto můžeme tvrdit, že aktuální změna klimatu není jejich důsledkem. Vliv na současnou klimatickou změnu: pravděpodobně žádný, jelikož nynější vývoj těchto faktorů by měl nyní nahrávat spíše k ochlazování, což se ale neděje, pozorujeme pravý opak.

Změna zářivé energie Slunce Pod tímto pojmem si je třeba představit vývoj Slunce coby hvězdy. Ta během času mění svou velikost i teplotu. Jedná se o změny v horizontu stovek milionů let. Slunce mírně roste a jeho výkon se za dobu existence Země zvedl o 25 %, což samozřejmě není málo. Vliv na současnou klimatickou změnu: žádný, vzhledem k dlouhému časovému horizontu změn

Aktivita Slunce Jako aktivitu Slunce označujeme jiný parametr, než je vývoj Slunce coby hvězdy. Jde o to, že povrch Slunce vykazuje cyklickou aktivitu, která se viditelně projevuje výskytem takzvaných slunečních skvrn, které můžeme pomocí dalekohledů pozorovat i ze Země. V době, kdy je na slunečním povrchu více skvrn, má Slunce vyšší energetický výkon a také zesiluje sluneční vítr (proud částic směřujících od Slunce). Množství skvrn se cyklicky mění a tato změna zřejmě působí na pozemské klima už v řádu desítek let. Vliv na současnou klimatickou změnu: zřejmě významný, i když nikoliv klíčový. Mělo by se jednat o dílčí faktor současné klimatické změny. Proto s mu věnujeme v samostatné kapitole. (viz. kapitola: Sluneční aktivita – podceňovaný faktor v klimatické změně?)

Vývoj kontinentů a horstev na Zemi V důsledku deskové tektoniky se v řádu milionů let mění poloha kontinentů na planetě. To pak ovlivňuje globální proudění mořské vody a vzduchu. Pokud rozložení kontinentů umožňuje proudění vody ve vyšších zeměpisných šířkách a navíc se na pólech nachází kontinent, nahrává to chladnějšímu klimatu, pokud umožňují proudění kolem rovníku a kolem pólů není pevnina, vede to k teplejšímu klimatu. Současné rozložení kontinentů na jižní polokouli je typickým příkladem chladné konfigurace, zatímco rozložení na severní polokouli je neutrální.. Vliv na současnou klimatickou změnu: zcela jistě žádný, časový horizont změn je příliš velký, pohyby kontinentů umíme přesně změřit a současné posuny rozhodně nemohou klima ovlivnit v řádu desítek let, po které nynější změny sledujeme.

Sopečná činnost Země Vulkanismus má na klima vliv sekundárním působením, konkrétně přes složení atmosféry, na které působí. Sopečný materiál obsahuje jak pevné částice (aerosoly), které klima ochlazují (ale jen v řádu měsíců nebo několika let), tak skleníkové plyny, které klima oteplují v řádu desítek let. Nejnovější poznatky ukazují, že vulkanismus je také ovlivňován změnami klimatu – je vyšší při teplejším klimatu, neboť to urychluje erozi a způsobuje nadlehčování zemské kůry, což vede k intenzivnějšímu vulkanismu. To pak zpětně může vyvolat další oteplení, jedná se o příklad pozitivní zpětné vazby. Vliv na současnou klimatickou změnu: pravděpodobně nevýznamný, jelikož aktivita sopek nebyla v posledních desítkách let zvýšená, takže by neměla žádné oteplení vyvolat.

Cirkulace vody v oceánech Uvádění tohoto faktoru je trochu sporné, neboť pohyb vody v oceánech je více důsledkem klimatického působení, než že by samy mořské proudy ovlivňovaly globální klima. Nicméně ho do skupiny faktor zařazujeme, zejména díky anomálii El Nino, jejíž působení má vliv na klima a jejíž příčina dosud není dostatečně dobře vysvětlena. Navíc pohyb proudů je ovlivněn i rotací Země kolem své osy. Vliv na současnou klimatickou změnu: předpokládáme, že spíše nevýznamný, i když působení jevu El Nino není zcela prozkoumáno. I této anomálii věnujeme podorbněji v kapitole Proč se teplota Země mění i z roku na rok?.

Albedo zemského povrchu Podle jednoduchého fyzikálního zákona platí, že čím tmavší těleso, tím více pohlcuje záření Slunce a tím více se zahřívá. To platí i pro Zemi. Projevuje se to zejména díky změně rozložení ledu a sněhu na Zemi- ledovce coby bílé plochy odrážejí světlo, tmavší oceány a zemský povrch ho pohlcují. Tento faktor je opět spíše důsledkem, než příčinou změn a je jednou ze zpětných vazeb. Čím více je sněhu a ledu, tím více světla je odraženo a planeta má tendenci chladnout. Na albedu se projevuje i změna v krajinném pokryvu, což ovlivňuje i člověk přeměnou krajiny. Nezdá se však, že by přímá lidská činnost měnila albedo zásadně. Vliv na současnou klimatickou změnu: přeměna krajiny vlivem člověka velmi nepatrně zvýšila albedo Země, což zřejmě nahrává mírnému snižování teploty. Tento aspekt je ale přehlušen jinými a důležitějšími faktory. Do budoucna by mohl akcelerovat klimatickou změnu v důsledku tání ledovců a mořského ledu.

Složení atmosféry Země Soudobé poznatky označují právě tento faktor za nejdůležitější při změnách v současném klimatu. Jde o to, že některé látky nacházející se v atmosféře vykazují schopnost pohlcovat dlouhovlnné záření Země a tím se oteplovat. Takovým sloučeninám říkáme skleníkové plyny. Jiné látky, aerosoly, zase přispívají k tvorbě oblačnosti, která sluneční svit odráží a tím planetu ochlazuje. Jejich množství v atmosféře pak ovlivňuje globální teplotu. Vliv na současnou klimatickou změnu: pravděpodobně klíčový, právě jemu věnujeme další články pod kapitolou Skleníkový efekt.

Přímý vliv člověka Tímto se rozumí činnost lidí, která uvolňuje do atmosféry teplo, např. vytápění budov. Jedná se zejména o městské tepelné ostrovy, které oteplují lokální klima a mohou v celkovém součtu ovlivnit i klima globální. Vliv na současnou klimatickou změnu: zatím spíše minimální, městské tepelné ostrovy nemají globální dopady.

Na základě vědeckého badání existuje přesvědčení, že klíčovým faktorem, který zvyšuje teplotu na Zemi v posledních desítkách let, je měnící se složení atmosféry.