Visuotinis atšilimas

Terminologija

Terminas pasaulinis (visuotinis) atšilimas apibūdina specifinę klimato kaitą, kuri siejama su žmogaus veiklos lemiamais paskutiniųjų dešimtmečių klimato pokyčiais. Taip pat vartojama sąvoka antropogeninė klimato kaita. Su žmogaus veikla nesusijusiems klimato pokyčiams pavadinti Jungtinių Tautų pagrindų konvencijoje dėl klimato kaitos (JTPKKK) vartojama sąvoka klimato variacija.

Atšilimo istorija

Remiantis užrašytais temperatūrų matavimais, 1860–1900 m. vidutinė temperatūra (ir sausumoje, ir vandenynuose) pakilo 0,75 °C. Nuo 1979 m. sausumos temperatūros padidėjo dvigubai labiau nei vandenynuose (0,25 °C/dešimtmečiui ir 0,13 °C/dešimtmečiui atitinkamai). Ilgesnio laikotarpio temperatūrų įvertinimui naudojami pagalbiniai metodai (dendrochronologija, ledo šerdžių tyrimai), kurių pagalba sudaromos gana tikslios temperatūros kitimo diagramos laikotarpiui iki dviejų tūkstančių metų. Pagal jas iki 1850 m. pasaulio klimatas buvo santykinai stabilus, neskaitant Viduramžių šiltojo periodo (800–1300 m. šiaurės Atlanto regionuose) bei po jo ėjusio Mažojo ledynmečio šiauriniame pusrutulyje (pabaiga XIX a. vid.).
Pagal NASA mokslinių tyrimų instituto GISS duomenis, 2005-ieji buvo šilčiausi metai nuo apytiksliai 1860 m., kai pradėti naudoti patikimi temperatūros matavimo prietaisai, keliomis šimtosiomis viršijant ankstesnį 1998 m. „rekordą“; kitų organizacijų apskaičiavimais 2005-uosius pagal šiltumą 1998-ieji visgi lenkė. Mokslininkai aiškinasi, kodėl palydovų užregistruotų temperatūrų duomenys ne visiškai sutampa su sausumoje atliktais matavimais.
Remiantis turimais duomenis, paskutiniųjų 50 metų klimato atšilimą gana lengva susieti su konkrečiomis priežastimis, o labiausiai – su pagausėjusiu šiltnamio dujų kiekiu atmosferoje.

Priežastys

Klimatas kinta tiek dėl natūralių vidinių klimato sistemos procesų, tiek dėl išorinių natūralių arba antropogeninių veiksnių poveikio. Šie išoriniai veiksniai yra saulės aktyvumas, ugnikalnių išsiveržimai, Žemės orbitos kitimas ir šiltnamio dujos. Mokslininkai teigia, kad dabartinį klimato atšilimą iš esmės lėmė šiltnamio dujų pagausėjimas, tačiau tebevyksta tyrimai siekiant įtikinamesnio pagrindimo.
Nei vienas iš išvardytų išorinių veiksnių nesukelia greito ir tiesioginio poveikio planetos klimatui – tiek dėl planetos vandenynų šiluminės inercijos, tiek dėl kitų netiesioginių pasekmių galutiniai klimato pokyčiai uždelsia. Pvz., netgi stabilizavus šiltnamio dujų koncentraciją atmosferoje iki 2000 m. lygmens, klimatas vis tiek atšiltų apie pusę laipsnio.

Šiltnamio dujos

Pirmasis šiltnamio efektą 1824 m. atrado Žozefas Furjė (Joseph Fourier), 1896 m. smulkiau išanalizavo Svantė Arenijus (Svante Arrhenius). Šiltnamio efektas – tai procesas, kurio metu atmosferos dujos (vadinamosios šiltnamio dujos) sugeria infraraudonąjį spinduliavimą, o tai sukelia atmosferos bei planetos paviršiaus įšilimą. Be natūralaus Šiltnamio efekto Žemės temperatūra būtų žemesnė apie 30 °C ir nebūtų gyvybei tinkamų sąlygų. Todėl tam tikro lygio šiltnamio efektas yra reikalingas, svarbiausia, kaip jis kinta veikiamas šiltnamio dujų kiekio kitimo.
Pagrindinės šiltnamio dujos yra vandens garai, anglies dvideginis, metanas ir ozonas. Šiltnamio dujos yra pralaidžios trumposioms elektromagnetinėms bangoms – pagrindiniam Žemės šilumos šaltiniui, tačiau sugeria Žemės šiluminį spinduliavimą (infraraudonuosius spindulius), tokiu būdu kinta spinduliuotės balansas ir Žemės temperatūra didėja.
Vienas iš pavyzdžių yra šiltnamio dujų gausėjimo poveikis ledynų albedui (elektromagnetinių bangų atspindėjimo rodikliui). Didėjantis CO₂ kiekis atmosferoje šildo Žemės paviršių ir skatina ašigalių ledynų tirpimą. Tirpstant ledui, jo vietą užima sausumos arba vandens plotai, kurių atspindėjimo rodikliai yra vidutiniškai mažesni nei ledo, todėl planetos paviršius sugeria daugiau saulės spinduliavimo. Tai savo ruožtu skatina tolesnį atmosferos šilimą, kas skatina tolesnį ledo tirpimą, ir taip ciklas tariamai kartotųsi iki kol ištirptų visas ledas (teigiamas grįžtamasis ryšys).
Naudojamas klimato jautrumo dydis, kuris nusako klimato „reakciją“ į išorinius veiksnius. Jis paprastai išreiškiamas kaip prognozuojamas temperatūros pokytis, CO₂ atmosferoje padidėjus dvigubai. Dabartinėje literatūroje šis dydis nurodomas 1,5–4,5 °C intervale.
Pagrindinės natūralios šiltnamio dujos yra vandens garai, atsakingi už 36-70 % šiltnamio efekto Žemėje (neskaitant debesų), anglies dioksidas – 9-26 %, metanas – 4-9 %, ozonas 3-7 %.
Anglies dioksido ir metano koncentracijos atmosferoje nuo 1750 m. padidėjo atitinkamai 31 % ir 149 %. Tai yra ypač staigus padidėjimas lyginant su paskutiniųjų 650000 metų duomenimis (sudarytais pagal ledo šerdis). Yra geologiniais tyrimais besiremiančių prielaidų, kad tokios CO₂ koncentracijos paskutinį kartą Žemėje buvo prieš 20 milijonų metų. Apie tris ketvirtadalius antropogeninių (žmonių veiklos) anglies dioksido emisijų per pastaruosius 20 metų susiję su fosilinio kuro (gamtinių dujų, anglies) deginimu. Likusi emisijų dalis siejama su žemės plotų panaudojimo pokyčiais, ypač miškų naikinimu.
Prognozuojama, kad ateityje anglies dioksido koncentracija atmosferoje toliau didės dėl fosilinio kuro deginimo. IPCC specialioje ataskaitoje pateikiama iki 2100 m. pasieksima koncentracija – 541–970 dalys milijonui dalių (ppm). 2007 m. vidutinė koncentracija buvo beveik 383 ppm, 2008 m. – apie 385 ppm. Didėjimo greitis priklausys nuo šiuo metu sunkiai prognozuojamos ekonominės, sociologinės, technologijų ir kitokios raidos, tačiau neabejotinai galėtų būti mažinamas ribojant fosilinio kuro prieinamumą.
Kitas su šiltnamio dujomis susijęs nepageidaujamas veiksnys – miškų bei vandenynų ekosistemos, veikiančios kaip anglį sulaikančios „saugyklos“, nyksta dėl taršos. Dėl šios priežasties sulaikoma mažiau anglies ir atitinkamai atmosferoje kaupiasi daugiau CO₂.
IPCC klimato modeliuose nėra įtraukta galimo Sibiro durpynų amžinojo įšalo atitirpimo pasekmės: dėl klimato atšilimui atitirpus šiam sluoksniui, į atmosferą išsiskirtų iki 70 tūkst. tonų metano.

Saulės aktyvumo kitimas

IPCC trečiojoje klimato pokyčio įvertinimo ataskaitoje buvo nurodyta, kad saulės bei ugnikalnių įtaka temperatūrų svyravimui iki 1950 m. buvo apie 50 %, nors nuo to laiko šių natūralių veiksnių įtaka lyginant su antropogeniniais faktoriais laikoma nežymia. Be to, nėra įrodymų, kad saulės aktyvumas būtų smarkiai padidėjęs nuo 8-o dešimtmečio vidurio. Tačiau šiuo metu nėra vieningos nuomonės, kokiu mastu saulės aktyvumas lemia atšilimą, vieni autoriai teigia 16 %, kiti 36 %, treti daro prielaidas, kad saulės aktyvumo įtaką sustiprina papildomi veiksniai, pvz., debesys, todėl galbūt saulės įtaka yra nuvertinama, ir šiltnamio efekto sukeltas atšilimas gali būti didesnis nei prognozuojama.
Istoriniu požiūriu saulės aktyvumas šiuo metu yra didelis, daromos prielaidos, kad aukščiausias per kelis tūkstančius metų. Remiantis tomis pačiomis analizėmis, yra 92 % tikimybė, kad saulės aktyvumas sumažės per ateinančius 50 metų.

Pasekmių prevencijos ir mažinimo galimybės

Siūlomi, kai kurie jau ir taikomi būdai sumažinti klimato atšilimo pasekmes yra šie: efektyvesnių technologijų vystymas; anglies emisijų ribojimas; anglies mokesčiai; atnaujinamos energijos naudojimas (biokuro, vėjo, saulės energijos); atominės energijos naudojimas; elektrinių arba hibridinių automobilių naudojimas; „kuro ląstelės“, energijos taupymas (naudojimo efektyvumo didinimas); natūralių anglies dioksido „saugyklų“ gerinimas; anglies dujų surinkimas ir saugojimas; tikslinga sulfatinių aerozolių, atliekančių vėsinimo funkciją, gamyba; žmonių populiacijos kontrolė; nanotechnologijos taikymas; aplinkosauginis vegetarizmas.
Individualiame lygmenyje, daug aplinkos organizacijų skatina žmones prisidėti asmeniškai, dažniausiai siekiant sumažinti anglies dvideginio emisijas bei modifikuoti vartojimo įpročius.

Ekonominės pasekmės

2006 spalio mėn. Pasaulio Banko atstovo Nicholas Stern išleistoje Šterno apžvalgos ataskaitoje teigiama, kad nesiimant griežtų priemonių, klimato atšilimas sumažintų ekonominį augimą penktadaliu. Pasak Šterno, norint to išvengti, į atšilimo pasekmių mažinimą būtina investuoti bent vieną procentą pasaulio BVP, kitu atveju pasaulyje galimas beprecedentinis rinkos nepakankamumo (angl. market failure) atvejis. Ekonomistai šią ataskaitą kritikuoja kaip pagrįstą netiksliais skaičiavimais ir reikalaujančią neįmanomų šiltnamio dujų sumažinimo apimčių. 2008 m. Stern teigė, kad emisijų didėjimo apimtys yra didesnės nei buvo įvertinta 2006 m. išleistoje ataskaitoje, todėl į CO₂ stabilizavimą (nuo dabartinės 430ppm iki ne daugiau nei 500ppm koncentracijos) būtina investuoti jau ne 1 %, o 2 % pasaulio BVP.
Šiuo metu atšilimo prognozės ypač veikia draudimo rinką, didėjant su klimatu susijusiems rizikos veiksniams (stiprėjančios, dažnėjančios audros, potvyniai, ir pan.).
IPCC duomenimis, šiltnamio dujų koncentracijos atmosferoje stabilizavimas iki 2030 m. kainuotų nuo 0,2 % iki 3,0 % pasaulinio BVP (tai reikštų kasmetinį 0,12 % pasaulio ekonominio augimo sumažėjimą). To pasiekti reikia pritaikyti alternatyvias technologijas, naudojančias mažiau anglies (pirmiausiai transporto, statybos, žemės ūkio bei miškininkystės srityse). Šiuo metu daugelis tokių technologijų yra žinomos, tačiau mažai naudojamos.

Klimato modeliai

Visuotinio atšilimo tyrinėjimui taikomi įvairūs kompiuteriniai klimato modeliai, kurie bendrai parodo, kad šiltnamio dujų gausėjimo atmosferoje pasekmė yra šiltesnis ateities klimatas. Tačiau skirtingų modelių prognozuojami atšilimo mastai labai skiriasi net naudojant tas pačias fosilinio kuro naudojimo bei CO₂ emisijų prielaidas, tiek dėl skirtingai įvertinamų kitų veiksnių, tiek dėl to, kad klimato jautrumas (temperatūros pokytis padvigubinus CO₂ kiekį) šiuo metu apibrėžiamas gan plačiu intervalu.
Įvertinant šiuos neapibrėžtumus, IPCC prognozuojamas atšilimas 1990–2100 m. laikotarpyje yra 1.1 °C – 6.4 °C.
Klimato modeliai taip pat naudojami susieti pastebimus pokyčius su juos sukeliančiais veiksniais.
Dauguma ateities klimatui numatyti skirtų modelių remiasi tam tikrais šiltnamio dujų emisijų scenarijais, dažnai iš IPCC SRES ataskaitos (Special Report on Emissions Scenarios), rečiau naudojami ir anglies ciklo modeliai.
Didžiausia prognozių neapibrėžtumų šiuolaikiniuose modeliuose priežastis yra tiksliai neįvertintas debesų vaidmuo, šiuo metu stengiamasi šią problemą išspręsti. Taip pat nėra prieita vieningos nuomonės, ar nenuvertinamas galbūt svarbų, nors ir netiesioginį poveikį turintis saulės aktyvumas.

Vandenynų rūgštingumo didėjimas

Didėjant atmosferinio CO₂ kiekiui, didėja ir jo tirpimas vandenynuose. Ištirpęs anglies dioksidas reaguoja su vandeniu, susiformuojant anglies rūgščiai, kas skatina rūgštingumo didėjimą, tuo tarpu dauguma vandenyno biosistemų yra prisitaikiusios prie sąlyginai mažo pH intervalo.

Ozono sluoksnio retėjimas

Nors žiniasklaidoje klimato atšilimas ir ozono sluoksnio nykimas dažnai susiejami, ryšys nėra labai stiprus. Manoma, kad CO₂ poveikis stratosferai bus atvirkščias, t. y. ši atmosferos dalis atvės (šioks toks atvėsimas jau yra pastebimas), tokiu būdu mažėjant ozono ir didėjant ozono skylėms. Sumažėjęs ozono sluoksnis praleidžia daugiau saulės spinduliavimo, taip skatinant troposferos įšilimą, o stratosferos atšalimą. Atšalusi stratosfera savo ruožtu skleidžia mažesnį ilgųjų bangų spinduliavimą į troposferą, todėl bendroje visumoje pasiekiamas vėsimo efektas.