Globálne otepľovanie

Historický vývoj teplôt

Všetci klimatológovia sa zhodujú v názore, že planéta Zem prešla minimálne posledný milión rokov (na základe najstarších polárnych hlbinných vrtov možno zdokladovať viac ako 800 000 rokov dozadu) viacerými cyklami globálneho oteplenia a ochladenia. Pozorované cykly majú formu 100 000 rokov ľadovej doby vystriedaných približne 10 000 až 20 000 rokov teplej doby. Už približne 10 000 rokov sa ľudstvo nachádza v teplej dobe, ale táto, bez zmien vyvolaných ľudskou aktivitou, by mala trvať ešte niekoľko tisíc rokov. Počas posledných 1000 – 2000 rokov pred rokom 1850 bola globálna teplota relatívne stabilná s rôznymi (pravdepodobne lokálnymi) výkyvmi, ako Stredoveké teplé obdobie alebo Malá doba ľadová.
V priebehu posledných 50 rokoch došlo ku výraznému zvýšeniu globálnej teploty, takže vývoj klimatického zemského systému sa stal nelineárnym a nestabilným.

Súčasný stav a základné predpovede

Konsenzom zhrnutým v závere správy IPCC ohľadom globálneho otepľovania je, že Zem sa ohrieva a že ľudstvom produkované emisie skleníkových plynov k tomu prispievajú významnou mierou. Táto skupina bola založená v roku 1988 dvomi organizáciami Spojených Národov – Svetovou meteorologickou organizáciou a Programom Spojených národov pre životné  prostredie – a jej úlohou bolo prešetriť riziká spojené s ľudskou činnosťou spôsobujúcou klimatické zmeny. IPCC však nie je vedecký orgán, ale politické zoskupenie, do ktorého menujú svojich zástupcov národné vlády na základe politických dohôd. IPCC v Tretej hodnotiacej správe z roku 2001 zhrnula, že „väčšinu oteplenia pozorovaného za posledných 50. rokov možno pripísať ľudským aktivitám“. Táto pozícia bola nedávno potvrdená medzinárodnou skupinou vedeckých akadémií krajín G8 a Brazílie, Číny a Indie. Nie všetci odborníci, ktorí sa na vypracovaní prvej správy IPCC podieľali však súhlasili s celou správou alebo mali výhrady k jej jednotlivým častiam a časť z nich sa už na vypracovaní ďalších hodnotiacich správ z rôznych príčin (často politických) nepodieľala.
Následky zväčšujúceho sa otepľovania planéty sú stále viac pozorovateľné a viditeľné. Počas posledných viac ako sto rokov sa globálna teplota (oceánov a zemského povrchu) zvýšila približne o 0.6 ± 0.2 °C. Súčasne sa zvýšilo množstvo oxidu uhličitého (CO₂) v atmosfére z 280 milióntin v roku 1800, na 315 milióntin v roku 1958 a 367 milióntin (ppmv) v roku 2000. Zvýšili sa aj hodnoty ďalších skleníkových plynov.
Budúce hodnoty CO₂ nie je možné predpovedať s presnosťou, pretože závisia od neistého ekonomického, sociologického a technologického rozvoja. Špeciálna správa scenárov emisií IPCC poskytuje široké rozpätie budúcich hodnôt CO₂, od 400 do 1000 ppmv do roku 2100.
Klimatické modely, ktoré berú do úvahy najmä odhady nárastu CO₂ a v menšej miere odhady zníženia sírnych aerosólov, predpovedajú, že teploty sa zvýšia v rozmedzí 1,4 °C do 5,8 °C medzi rokom 1990 a 2100. Väčšina nepresností týchto odhadov vychádza z neznámeho množstva budúceho CO₂, ale existuje tiež neistota ohľadom správnosti samotných klimatických modelov. Štúdie klimatických záväzkov predpovedajú, že aj keby hodnoty skleníkových plynov a slnečnej aktivity ostali nezmenené, globálna teplota sa s určitosťou zvýši o 0,5 °C počas nasledujúcich 100 rokov kvôli oneskorenému otepleniu, ktoré bude spôsobené už existujúcim nárastom teploty oceánov.
Hoci všeobecné závery správy IPCC postačovali na to, aby presvedčili viac ako 140 krajín ratifikujúcich Kjótsky protokol, existujú polemiky o podiele emisií skleníkových plynov na otepľovaní planéty. Nepresnosti boli v minulosti využité niektorými politikmi a vplyvnými korporáciami podporovaných priemyslom na to, aby sa postavili proti aktivitám potrebným k zmierneniu globálneho otepľovania. V dnešnej dobe sa názory podnikateľov postupne menia k akceptovaniu globálneho otepľovania ako reality, ktorá si vyžaduje príslušné opatrenia. Proti záverom správ IPCC sa stavia časť výskumníkov.
Je otázne, či dodatočné náklady štátov a firiem, vynaložené na znižovanie emisií CO₂ sú vynakladané efektívne, pretože prinajmenšom porovnateľný efekt by mali aj kroky na adaptáciu na zmenené klimatické podmienky. Ak je totiž vplyv antropogénnych zdrojov CO₂ na globálne otepľovanie malý až zanedbateľný, náklady na znižovanie emisií CO₂ sú v podstate zbytočným plytvaním a naopak kroky na adaptáciu na zmenené klimatické podmienky budú už v blízkej budúcnosti nevyhnutné, čo si samozrejme opäť vyžiada ďalšie dodatočné náklady.

Postoj Slovenska

Slovensko sa pripojilo k výskumu zmien klímy v rámci Národného klimatického programu ČSFR v roku 1991 a Slovenského národného klimatického programu od roku 1993 za účasti asi 20 inštitúcií. Ministerstvo životného prostredia Slovenskej republiky vydalo v rokoch 1995, 1997, 2001, 2005 a 2009 päť Národných správ SR o zmene klímy ako súhrn aktivít v oblasti inventarizácie emisií skleníkových plynov do atmosféry, výskumu zmien a premenlivosti klímy, výskumu možných dôsledkov zmien klímy na socio-ekonomické sektory na Slovensku, opatrení na znižovanie emisie skleníkových plynov a na adaptáciu na zmenené klimatické podmienky. Všetky uvedené správy predstavujú príspevok SR k implementácii odporúčaní Rámcového dohovoru OSN o klimatickej zmene (UN FCCC) na Slovensku.

Vplyv CO2

Skleníkový efekt je zachytávanie časti dlhovlnného (tepelného, infračerveného) vyžarovania povrchu Zeme skleníkovými plynmi, najmä vodnou parou, v menšej miere ozónom O₃, oxidom dusným N₂O, metánom CH₄, oxidom uhličitým CO₂ a antropogénnymi freónmi. Tieto plyny prepúšťajú dobre krátkovlnné a viditeľné žiarenie Slnka (okrem ozónu O₃, ktorý zachytáva aj ultrafialové žiarenie) a spätne zachytávajú časť dlhovlnného tepelného vyžarovania zemského povrchu. Tento jav je prirodzený, odhaduje sa, že bez neho by bola priemerná zemská teplota o 14 až 36 °C chladnejšia. 35% slnečnej energie sa odráža od atmosféry a zemského povrchu, zvyšok je absorbovaný vzduchom, oceánmi a povrchom, a transformovaný na teplo. Zohriata Zem vyžaruje žiarenie, ktorého časť je zachytená skleníkovými plynmi – to ohrieva atmosféru a vysiela časť energie naspäť k povrchu Zeme. Ak sa zvyšuje množstvo molekúl skleníkových plynov, zväčšuje sa aj skleníkový efekt, výsledkom čoho je väčšie množstvo tepelnej energie, prejavujúcej sa mnohými formami.
Sledovanie množstva CO₂ v atmosfére počas posledných 400 000 rokov ukazuje, že jeho rapídny nárast nastal od začiatku priemyselnej revolúcie. Prirodzené množstvo CO₂ v atmosfére sa odvtedy rapídne zvýšilo, najmä vinou emisií produkovaných spaľovaním fosílnych palív (uhlie, ropa, drevo, plyn) a technologických emisií výrobných procesov. Zvyšovanie koncentrácie atmosférického CO₂ je čiastočne vyvažované oceánmi a vegetáciou, ktoré sú „prirodzenými studňami uhlíka“. CO₂ je absorbovaný morskými vodami a fotosyntézou rastlín. Preto k zvyšovaniu obsahu CO₂ v atmosfére prispieva aj zmena využitia zemského povrchu, najmä odlesňovanie.
Asi tri štvrtiny ľudských emisií CO₂ v atmosfére počas posledných 20 rokov možno pripísať emisiám spaľovania fosílnych palív a výrobných procesov. Tie prispievajú ročne do atmosféry 22 miliardami ton CO₂, ako aj inými skleníkovými plynmi. Asi polovica ľudských emisií ostáva v atmosfére. Atmosférická koncentrácia CO₂ sa oproti obdobiu pred priemyselnou revolúciou (1750) zvýšila o 31 %. Toto je výrazne viac ako v ktorejkoľvek dobe za posledných 420 000 rokov (podľa hlbinných polárnych vrtov). Na základe menej priameho geologického dôkazu sa predpokladá, že takého hodnoty boli naposledy dosahované pred 40 miliónmi rokov. Najdlhšie kontinuálne prístrojové meranie hodnôt CO₂ začalo v roku 1958 v Mauna Loa. Odvtedy sa priemerné ročné hodnoty monotónne zvyšovali z 315 ppm na 376 ppm v roku 2003. Južný pól ukazuje podobný nárast. Mesačné merania vykazujú sezónne a medziročné oscilácie.
Pokiaľ sa vplyvu CO₂ na celkovom skleníkovom efekte prisúdi váha 1, tak podiel vodnej pary na celkovom skleníkovom efekte má  váhu viac ako 10 000 a podobne veľkú váhu majú aj ostatné skleníkové plyny (tabuľka je v článku skleníkové plyny).

Alternatívne príčiny

Väčšina vedcov akceptuje názor že ľudská civilizácia prispieva ku globálnemu otepľovaniu.
Národné vedecké akadémie vyzvali svetových lídrov aby vytvárali politiky na zníženie emisií skleníkových plynov.
Ale časť vedcov spochybňuje, že ľudská civilizácia a jej činnosť je hlavná či dokonca jediná príčina globálneho otepľovania. Veľmi závažné argumenty predložili predovšetkým kritici práce IPCC, ktorí poukazujú na závažné chyby v jej postupoch a výstupoch, pričom niektorí hovoria až o vedeckých podvodoch alebo o prácach na politickú objednávku. Dokonca aj časť vedcov, ktorých práce boli súčasťou zverejnených správ IPCC sa od iných častí týchto správ dištancovala.
Tvrdenie o ľudskom (antropogénnom) vplyve na klimatické zmeny prostredníctvom produkcie CO₂ je dobre spochybniteľné, pretože neberie do úvahy iné zdroje klimatického záznamu z posledného tisícročia, kde sa objavuje výrazne teplé obdobie v prvej štvrtine tisícročia (cca 1000 – 1250) s priemernými teplotami dokonca vyššími ako sú súčasné a následný nástup malej ľadovej doby (cca 1350 – 1850) súvisiacej so zmenami v slnečnej činnosti a slnečnom magnetickom poli (Spörerovo minimum v období cca 1450 – 1550, veľmi výrazné Maunderovo minimum v období 1645 – 1715 (na polstoročie prakticky zmizli pozorovateľné slnečné škvrny), Daltonovo minimum v období 1790 – 1820). Maximum slnečnej činnosti v súčasnosti trvalo zhruba od roku 1950 do roku 2004 a dobre sa kryje s hlavným obdobím nárastu priemerných teplôt. V poslednom období však aktivita slnečnej činnosti značne klesla, čo je nápadné predovšetkým od konca roku 2008. Priemerné teploty v roku 2009 prinajmenšom spomalili svoj rast, podľa niektorých zdrojov stagnujú či dokonca klesajú.
Je teda celkom dobre možné, že antropogénny vplyv na súčasné klimatické zmeny je malý alebo dokonca zanedbateľný a hlavným motorom klimatickej zmeny je premenlivá činnosť Slnka.
Rôzne vedecké správy poukazujú aj na vzťah medzi globálnym otepľovaním a zvýšením hodnôt CO₂ v atmosfére, ale s opačnou väzbou príčin a následkov. To znamená, že nie zvýšenie hladiny CO₂ spôsobuje otepľovanie, ale nárast teplôt spôsobuje následné zvýšenie hladiny CO₂ v atmosfére. Tieto štúdie zároveň poukazujú na skutočnosť, že CO₂ predstavuje len nepatrný podiel cca 0.052% zo všetkých skleníkových plynov, pričom najväčší podiel na celkovom skleníkovom efekte zemskej atmosféry majú vodné pary a to vyše 90%.
Ďalší fakt, na ktorý tieto štúdie poukazujú je, že ľudská produkcia CO₂ je v porovnaní s jeho prirodzenými zásobníkmi (najväčším zásobníkom CO₂ sú oceány) pomerne malá. Aj malé zvýšenie teploty vody v oceánoch – obsahujú 93% všetkého voľného CO₂, atmosféra len 7% – má za následok uvoľnenie obrovského množstva v nej rozpusteného CO₂ (s rastúcou teplotou vody rozpustnosť plynov vo vode klesá). Pritom doba odozvy oceánskeho tepelného výmenníka na zvýšenie povrchovej teploty je dlhá – odhaduje sa na 800 a viac rokov.

Kolísanie slnečnej aktivity

Na vysvetlenie kolísania globálnej teploty boli navrhnuté rôzne hypotézy týkajúce sa kolísania slnečnej aktivity. V správe IPCC bolo uvedené, že polovica teplotného kolísania pred rokom 1950 môže byť spôsobená vulkanickými a slnečnými silami, ale čistý vplyv týchto prírodných síl je odvtedy neutrálny. Naopak, zmeny klímy vplyvom nárastu skleníkových vplyvov od roku 1750 sa odhadujú ako 8-krát vyššie ako vplyvy vzrastajúcej slnečnej aktivity počas tej istej doby.
Množstvo štúdií však toto tvrdenie spochybňuje a pripomína, že dlhodobé (dlhšie ako jeden slnečný cyklus) kolísanie slnečnej aktivity a celkového slnečného žiarenia existuje, ale do klimatických modelov nebolo vôbec zahrnuté, alebo bolo v týchto modeloch značne podcenené. Výsledkom sú polemiky, či sú zmeny klímy výsledkom ľudskej činnosti alebo prírodných síl, pretože už malé dlhodobé zmeny celkového slnečného žiarenia môžu spoľahlivo prekryť vplyv ľudskej činnosti. Problémom je, že spoľahlivé a dostatočne presné merania celkového slnečného žiarenia pokrývajú obdobie len posledných 50 rokov – od začiatkov meraní pomocou družíc – staršie pozemské merania sú zaťažené značnými chybami vyplývajúcimi z nemožnosti presne určiť priehľadnosť atmosféry.

Zmeny albeda Zeme a zmeny v slnečnej činnosti

Iné výskumy smerujú k štúdiu vplyvu zmien slnečnej činnosti na zmeny v energetickej rovnováhe Zeme, predovšetkým na zmeny albeda Zeme a zmeny v tvorbe a rozsahu rôznych typov oblačnosti. Podľa niektorých zdrojov má albedo Zeme hodnotu 0,367, iné zdroje uvádzajú rozmedzie 0,37 – 0,39. Určiť presné albedo Zeme, s jej premenlivou oblačnosťou, je však náročné a merania sú zaťažené značnou chybou. Pritom presné určenie albeda Zeme má priamy a podstatný vplyv na výpočet energetickej bilancie celej planéty.
Zmeny v tvorbe a rozsahu rôznych typov oblačnosti pôsobia obomi smermi, ako smerom k poklesu teploty v dôsledku zvýšenia albeda a teda zníženia energetického toku od Slnka (predovšetkým vysoké typy oblačnosti), tak smerom k zvýšeniu teploty, v dôsledku zadržiavania a odrazu tepelného vyžarovania povrchu Zeme (predovšetkým, ale nielen, nízke typy oblačnosti). Pritom vplyv oblačnosti na energetickú bilanciu sa mení v závislosti na ročnej dobe ale i v rámci striedania dňa a noci (denná oblačnosť miestnu priemernú teplotu obvykle znižuje, nočná zvyšuje). 
Pritom historické záznamy o globálnych zmenách rozsahu rôznych typov oblačnosti a ich optickej hrúbky prakticky neexistujú, hoci na celkovú energetickú bilanciu planéty majú podstatný vplyv (rozhodne väčší ako CO2).
Premenlivá aktivita Slnka a predovšetkým intenzita a rozsah slnečného magnetického poľa má zreteľnú koreláciu s množstvom a optickou hrúbkou oblačnosti a teda aj s albedom Zeme. Tieto výskumy sú však dlhodobé a zatiaľ iba v začiatkoch.
Na zmeny albeda Zeme má priamy, i keď malý vplyv, i ľudská činnosť – rozsiahle plochy poľnohospodársky obrábanej pôdy menia sezónne svoje albedo v značnom rozsahu v dôsledku obrábania, zavlažovania, rastu a zberu plodín.

Národné

Medzi významné národné inštitúcie zaoberajúce sa problematikou globálneho otepľovania a klimatických zmien patria Národné klimatické programy (NKP). Zastrešuje ich Svetový klimatický program (World Climate Program – WCP) zriadený v roku 1979 Svetovou meteorologickou organizáciou na podnet OSN. Národný klimatický program ČSFR bol zriadený k 1. januáru 1991 podpisom vtedajšieho ministra životného prostredia ČSFR Josefa Vavrouška. NKP SR so sídlom v Slovenskom hydrometeorologickom ústave a podporovaný Ministerstvom životného prostredia SR v období 1993 – 2001 vydal 11 vedeckých zborníkov a zorganizoval niekoľko vedeckých seminárov a konferencií. Na činnosti NKP SR sa podieľalo asi 20 inštitúcií zo Slovenska. Na aktivity NKP SR nadväzovalo riešenie viacerých vedeckých projektov najmenej v 12 inštitúciách na Slovensku.