Gazy cieplarniane na chłodno

Idąc za ciosem, częstuję was kolejną ciekawostką, albo raczej dawką potrzebnej wiedzy. Tym razem ze styczniowego Przekroju. Dużo już pisałam o ocieplaniu klimatu, zwykle też dyskusje pod tymi postami były bardzo żywe. Prosta sprawa. Temat wywołuje wiele kontrowersji, poglądy są podzielone, ludzie potrafią skakać sobie do oczu, kiedy różnią się zdaniem w tym konkretnym aspekcie. Uważam, że to ciekawy artykuł, aczkolwiek nie ma w nim nic, czego byśmy już nie wiedzieli. W każdym razie przeczytać na pewno warto! Publikacje o ociepleniu klimatu i wywołujących je gazach są coraz bardziej podporządkowane rozmaitym ideologiom. Gdzie więc szukać prawdy? Najlepiej u badaczy przeszłości. Tym zależy wyłącznie na wyjaśnieniu przemian klimatu miliony lat temu.

5961

Pewnie, że wygodnie zwalić całą winę na dwutlenek węgla. Że to tylko on odpowiada za przegrzewanie się naszej planety. Że wystarczy ograniczyć jego emisję, a Ziemia ochłodzi się do idealnej dla nas temperatury. Że wahania w jego stężeniu są w stanie wytłumaczyć każde zlodowacenie czy ocieplenie w historii. Ale wygoda nie oznacza, niestety, prawdy. Dobitnie przekonali się o tym badacze przeszłości Ziemi. Tych, którzy zajmowali się zmianami klimatu na naszej planecie, od dawna intrygowało ocieplenie sprzed blisko 50 milionów lat. Miało ono miejsce w epoce zwanej eocenem, kiedy w Anglii rozpościerały się lasy deszczowe. Brytyjskie wybrzeża porastały zarośla mangrowe, w których dominowały rozłożyste palmy. Między nimi pływały krokodyle, aligatory i ciepłolubne żółwie. Dalej od brzegów roiło się od rekinów, płaszczek i mieczników. Był to najcieplejszy czas w historii Ziemi od chwili wymarcia dinozaurów 65 milionów lat temu do dzisiaj. Jeśli szukać współczes-nych odpowiedników eoceńskiego klimatu Anglii, to najbliżej mu do gorących wybrzeży Azji Południowo-Wschodniej. Ale dlaczego wówczas było aż tak ciepło? Uwaga, idzie Wielka Piątka! Początkowo oczywiście uważano, że wszystko wytłumaczy zawartość dwutlenku węgla w atmo-sferze. Wystarczy ją tylko policzyć. Umożliwić to miały choćby skamieniałości liści miłorzębu. To drzewo, w eocenie bardzo pospolite, przetrwało dziś jako wielka rzadkość, relikt pradawnych czasów. Dla paleontologów to o tyle szczęśliwy przypadek, że można łatwo porównać dzisiejsze i kopalne rośliny. Na przykład hodując miłorzęby w powietrzu o różnym stężeniu dwutlenku węgla, można zaobserwować, jak zmienia się struktura jego liścia. Wszystko to pracowicie opisano, po czym zbadano skamieniałości z eocenu. ?Ku wielkiemu zdziwieniu wszystkich ? pisze David Beerling w książce ?The Emerald Planet? ? liście ujawniły, że poziom dwutlenku węgla był podobny do stanu w dzisiejszej atmo-sferze?. Brzmiało to niewiarygodnie. Próbowano więc zbadać zawartość tego gazu innymi metodami. Skupiono się na skamieniałościach morskich glonów, które utrwalają stężenie dwutlenku węgla w morskiej wodzie. Po wszystkich wyliczeniach wyszło, że ?45 milionów lat temu atmosfera zawierała do czterech razy więcej dwutlenku węgla niż dzisiaj?. Udało się? Niestety, wcale nie. To było o wiele za mało, by uzasadnić tak wielkie ocieplenie planety. Jakkolwiek by liczono, wychodziło, że regiony polarne nadal pokryte są lodowcami, a zimą pada śnieg. Ogrzanie Ziemi na tyle, by wyhodować palmy i mangrowce w Anglii, wymagałoby ośmiokrotnie większego stężenia dwutlenku węgla niż dzisiaj. A do takiego poziomu było jeszcze daleko. Paleo-klimatolodzy porzucili więc wygodny model z dwutlenkiem węgla w roli jedynej gwiazdy sceny i zabrali się do poszukiwania bardziej złożonej prawdy. Przejdźmy jednak do podstaw. Czyli do promieni słonecznych, które przebijają się przez przezroczystą atmosferę Ziemi i docierają do jej powierzchni. Tam duża część światła zmienia się w ciepło. Fale podczerwone mogą odbić się od naszej planety i polecieć z powrotem w kosmos. Tyle że na przeszkodzie stoją te same gazy, które wcześniej bez trudu przepuściły je w postaci światła. I ciepło, zamiast uciekać gdzieś we wszechświat, zostaje i ogrzewa Ziemię. Gazy cieplarniane działają więc podobnie jak szkło czy przezroczysta folia w cieplarni. Tę funkcję pełnią dzięki swej budowie, która ? jak twierdzi Beerling ? polega na ?asymetrycznym ułożeniu trzech atomów?. To dlatego ani cząsteczki tlenu (O2), ani azotu (N2), ani wodoru (H2) nie przechwytują ciepła. Natomiast dobrze sobie z tym radzą para wodna (H2O), dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), tlenek azotu (N2O) i ozon (O3). Gdyby ich nie było, nasza planeta wychłodziłaby się do średniej temperatury około ?18 stopni Celsjusza. Gdyby ich było za dużo, ogrzałaby się równie zabójczo jak planeta Wenus. Wulkany grzeją, góry chłodzą Spośród Wielkiej Piątki gazów cieplarnianych najsilniej działa... nie, nie dwutlenek węgla, lecz para wodna. Według różnych szacunków odpowiada za 36 do 70 procent efektu szklarniowego. Doug Macdougall w książce ?Zamarznięta Ziemia? pisze jednak, że ?jej zawartość w atmosferze nie powoduje zmian temperatury, tylko się do nich ?przystosowuje?. Wyższa temperatura sprzyja parowaniu, co pociąga za sobą wzrost stężenia pary wodnej w powietrzu, natomiast niższa temperatura wywołuje przeciwny skutek. Para jest więc najprawdopodobniej czynnikiem wzmacniającym, a nie inicjującym oziębianie klimatu?. To samo dotyczy również globalnego ocieplenia. W poszukiwaniu gazów ?inicjujących? zmiany klimatu trzeba się więc obrócić ku numerowi dwa. A to miejsce zajmuje właśnie dwutlenek węgla. Pierwotnym jego źródłem są wulkany. To one, jak się przypuszcza, zainicjowały również ocieplenie eoceńskie. Między 60 a 55 milionów lat temu gigantyczne erupcje zalały lawą rejon północnego Atlantyku. Skały z nich utworzone spotyka się dziś na Grenlandii, Islandii, w Wielkiej Brytanii, Danii czy Norwegii. Razem ze stopioną skałą wyrzuciły też ogromne ilości rozmaitych gazów, w tym dwutlenku węgla. W naturalnych warunkach dwutlenek węgla usuwany jest z atmosfery na dwa sposoby. Najważniejszy to działalność roślin. Przerabiają one ten gaz na materię organiczną, przy okazji wzbogacając powietrze w tlen. Proces ten rozpoczęty u zarania dziejów Ziemi przez mikroskopijne wodne jednokomórkowce sinice przyspieszył, gdy 470 milionów lat temu rośliny kolonizowały ląd. A już do zawrotnych prędkości doszedł, gdy 400 milionów lat temu powstały pierwsze lasy. Zbiegło się to z zabagnieniem znacznych obszarów naszej planety. To zaś oznaczało, że duża część materii organicznej wyprodukowanej przez drzewa ginęła pod warstwami błota. W normalnych warunkach zostałyby rozłożone przez bakterie, a uwięziony w nich węgiel powróciłby do atmosfery w postaci cieplarnianego dwutlenku. Tymczasem 400 milionów lat temu gazu tego ubywało. W efekcie klimat stopniowo się oziębiał i jakieś 300 milionów lat temu rozpoczęła się wielka epoka lodowcowa. Dwutlenek węgla znika z atmosfery również w wyniku chemicznego wietrzenia skał. Im ten proces zachodzi na większą skalę, tym mniej gazu zostaje. I tu również rośliny odgrywają ważną rolę. Wraz z ich podbojem lądu wietrzenie powierzchni Ziemi przyspieszyło. Proces ten wspierają też naturalne ruchy kontynentów, szczególnie zaś wypiętrzanie się masywów górskich. Na dużych wysokościach bowiem wietrzenie chemiczne przebiega intensywniej. 35 milionów lat temu na przykład, gdy Indie zderzyły się z Azją, wypiętrzyły się Himalaje i Tybet. Dwutlenku węgla w atmo-sferze zaczęło ubywać, a klimat Ziemi się ochłodził. Antarktydę pokrył lądolód. Dalsze oziębianie mogło doprowadzić do zlodowacenia również Arktyki oraz całej ostatniej epoki lodowcowej. A tu nagle wyskakuje metan Przy całym szacunku dla dwutlenku węgla jego działalność nie wyjaśnia jednak wszystkich tajemnic. Jak choćby, jak to już wyliczałem, ocieplenia sprzed 50 milionów lat (eocen). Bo ? o czym często zapominają ekolodzy ? swoją rolę mają pozostałe gazy z Wielkiej Piątki: metan, ozon i tlenek azotu. Metan produkują przede wszystkim mikroorganizmy beztlenowe. Najwięcej ich żyje w bagnach. Zwykle wytwarzają tym więcej metanu, im więcej jest dwutlenku węgla w atmosferze. Tym samym mogą więc wzmacniać efekt cieplarniany. W atmosferze metan przebywa średnio dziewięć lat, po czym w wyniku reakcji chemicznych daje początek parze wodnej i dwutlenkowi węgla. Czyli kolejnym gazom cieplarnianym. Również tlenek azotu wytwarzany jest głównie przez mikroby. Najwięcej produkują go bakterie glebowe oraz morskie. I podobnie jak w przypadku metanu ich aktywność rośnie w miarę ocieplenia. Zawartość obu gazów trudno prześledzić w dawnych epokach geologicznych. Ale można wyliczyć, jak dużo ich wydzielą organizmy przy znanym stężeniu dwutlenku węgla. Takie symulacje dla ocieplenia sprzed 50 milionów lat przeprowadzili w swoich komputerach naukowcy brytyjscy. Gdy uwzględnili znane dotychczas zależności między gazami cieplarnianymi, mikrobami i roślinnością, otrzymali dramatyczne wyniki. ?Ujawnili wysoką zawartość w atmosferze różnorodnych gazów cieplarnianych (metanu, tlenku azotu i ozonu), wyższą, niż kiedykolwiek zakładano w poprzednich badaniach, i odpowiedź klimatu, która silnie wzmacniała ocieplenie spowodowane przez dwutlenek węgla? ? pisze Beerling. Mikroby z bagien podwyższyły zawartość metanu do dwukrotnie wyższej niż obecnie. Jego stały rozpad zwiększał zaś znacznie ilość pary wodnej w atmosferze. Jednocześnie bakterie glebowe wytwarzały mnóstwo tlenku azotu. W całym tym procesie wykryto jeszcze jeden niespodziewany haczyk. Otóż organizmy wytwarzające metan żyją nie tylko w bagnach, ale też na dnie oceanów. Zwykle nie uwzględnia się ich w symulacjach, gdyż produkowany przez nie gaz nie przedostaje się do atmosfery. Pod wpływem dużego ciśnienia i niskiej temperatury wchodzi bowiem w reakcję z wodą, tworząc postać krystaliczną zwaną wodzianem metanu. I nikomu ona nie szkodzi (ani nie pomaga). Do czasu. Gdy ocieplenie klimatu przekroczy pewien próg, rozgrzane wody oceanu docierają do zimnych wód przy dnie. I nagle cały wodzian, te gigantyczne ilości skryte głęboko w oceanie, przemienia się w metan, który bąbluje do atmosfery. A ogromne ocieplenie sprzed 50 milionów lat staje się już wytłumaczalne. Choć, jak widać, trzeba było się przy nim nieźle nagłowić, uwzględniając wiele rozmaitych procesów. Co polecam uwadze badaczy dzisiejszego klimatu. Wojciech Mikołuszko ?Przekrój Nauki" 1/2009