Vědecké důkazy v současnosti jednoznačně ukazují na to, že hlavní příčinou současné změny klimatu je vypouštění skleníkových plynů člověkem. Tento názor sdílí i čeští vědci – mezi desítkami českých klimatologů a meteorologů nenajdeme jediného, který by vliv skleníkových plynů popíral. Co dává odborníkům jistotu, že za současnou změnu klimatu může skutečně lidská aktivita?

V druhém díle seriálu jsme se podívali na to, jak se v nedávné historii začalo zvyšovat množství skleníkových plynů v atmosféře a zvyšuje se dodnes. V tomto díle si ukážeme, na jakém základě víme, že za toto zvýšení je zodpovědná lidská aktivita.

Koncentrace skleníkových plynů za posledních 2000 let. Zdroj grafu: NCA2009, zdroj dat: Forster et al. (2007), Blasing (2008)

Často kladenou otázkou je, jestli mají vědci jistotu, odkud pochází oxid uhličitý, který nyní přibývá v atmosféře. To, že je vypouštěn lidmi, se dá dokázat hned několika způsoby – např. analýzou izotopů uhlíku v atmosféře, nebo i pouze sečtením množství CO₂, které lidstvo podle dostupných záznamů vypustilo. Nejprve se ale podívejme na to, kde se CO₂ bere v přírodě.

Oxid uhličitý je součástí přírodního uhlíkového koloběhu – je spotřebováván rostlinami při fotosyntéze, a naopak vzniká při dýchání a rozkládání mrtvých organismů. Malé množství CO₂ (asi tisícinu toho, co vypustí živé organismy) také vypouštějí aktivní sopky. Rostliny celkově zachytí trochu více uhlíku, než ho vypustí – část uhlíku je uložena v půdě, kde je posléze transportována do řek a moří a nakonec vypuštěna do atmosféry (viz obrázek níže). Celkově je přirozený uhlíkový cyklus (černé šipky v obrázku) přibližně v rovnováze, a proto se koncentrace CO₂ v atmosféře přirozeně měnila jen velmi málo.

Uhlíkový cyklus. Černě přirozený uhlíkový cyklus, červeně změny způsobené člověkem (hodnoty odpovídají množství uhlíku v petagramech, tedy miliardách tun). Zdroj obrázku: IPCC, překlad: Czechglobe

Oxid uhličitý není uložen pouze v atmosféře, ale také v oceánech. Když se jeho koncentrace v atmosféře zvýší (v zimním období, kdy je málo vegetace), tak ho začnou oceány ze vzduchu pohlcovat, když se v atmosféře koncentrace CO₂ sníží (ve vegetačním období), oceány ho začnou vydávat – tím se udržuje mezi oceány a atmosférou rovnováha. Výměna CO₂ mezi atmosférou a oceánem je ovšem pouze sezónní; dlouhodobou změnu množství CO₂ v atmosféře musí zapříčinit nějaké vnější vlivy.

Koncentrace CO₂ v atmosféře (černě) a relativní koncentrace 13C (žlutě) za posledních 1000 let. Zdroj: Rubino et al. (2013)

Původ atmosférického CO₂ se dá zjistit analýzou jeho izotopů uhlíku. Uhlík, který je v oxidu uhličitém, má nejčastěji 12 neutronů (ten se označuje 12C). Malé procento uhlíku má ale 13 neutronů (13C), a ještě menší část má 14 neutronů (14C). Uhlík 14C je lehce radioaktivní (s poločasem rozpadu 5100 let) a využívá se proto pro datování v archeologii. Důležitým zjištěním je, že CO₂ pocházející z různých zdrojů má v sobě různý poměr 12C, 13C a 14C. Uhlík v rostlinách a fosilních palivech má relativně málo 13C, zatímco uhlík v atmosféře, oceánech, horninách a ze sopečné aktivity obsahuje více 13C. Protože se současně se zvýšením množství CO₂ v atmosféře snižuje poměr 13C, víme, že CO₂, který v atmosféře přibyl, pochází buď z rostlin, nebo z fosilních paliv.

Vývoj světové vegetace 1982 – 2015, ze satelitních dat. Zdroj: Yuan et al. (2019)

Tomu, že za snížení relativní koncentrace 13C jsou zodpovědná fosilní paliva a ne vegetace, napovídá například to, že se relativní koncentrace 13C začala snižovat náhle v době průmyslové revoluce (ve stejné době kdy začala růst celková koncentrace CO₂), relativní koncentrace 13C je nižší v průmyslových oblastech a celosvětově klesá bez ohledu na to, jak se mění množství světové vegetace. Zatímco v 80. a 90. letech se množství vegetace na světě zvýšilo, posledních 20 let se mírně snižuje. Na trendu koncentrace 13C se to však neprojevilo.

Vývoj relativní koncentrace 13C 1975 – 2015. Zdroj: Graven et al. (2017)

Dále se můžeme podívat na koncentrace uhlíku 14C. Ten se nachází v poměrně stejném množství v rostlinách, sopkách, oceánech i v atmosféře. Zcela ale chybí ve fosilních palivech. To proto, že je lehce radioaktivní a fosilní paliva byla tak dlouho uložena v zemi, že se všechen 14C rozpadl. Relativní koncentrace 14C v atmosféře se v současnosti také významně snižuje, a také závisí na množství průmyslu v regionu. To taktéž ukazuje na spalování fosilních paliv jako zdroj CO₂, který nyní v atmosféře přibývá.

Vývoj relativní koncentrace 14C z jednotlivých měření ve východní Asii (červeně) a Coloradu, USA (modře). Zdroj: NOAA

Třetím důkazem jsou pak historické i současné obchodní záznamy z těžby a přepravy fosilních paliv. Díky nim přibližně víme, kolik lidstvo vytěžilo a spálilo ropy, uhlí a zemního plynu, popř. kolik vyrobilo cementu (při jehož výrobě také vzniká CO₂). Po sečtení množství CO₂, které lidstvo dle dostupných záznamů vypustilo, bylo zjištěno, že jsme vypustili dvakrát více CO₂, než kolik ho přibylo v atmosféře. Přibližně polovinu vypuštěného CO₂ totiž absorbovala vegetace a oceány, ve kterých se koncentrace CO₂ zvyšuje také.

Přehled ročních emisí CO₂ podle zdroje (fosilního paliva či výrobního procesu). Zdroj grafu: Sato & Hansen, zdroj dat: CDIAC

O vypouštění metanu a oxidu dusného neexistují tak dobré obchodní záznamy jako u oxidu uhličitého, protože velká část těchto plynů pochází ze zemědělství a lesnictví. Přesto je možné díky historickým záznamům o využívání půdy odhadnout množství těchto plynů, které bylo a je vypouštěno člověkem. Podle těchto odhadů dokonce antropogenní produkce metanu v současnosti převyšuje celosvětovou přírodní produkci tohoto plynu. U oxidu dusného pak vědci odhadují, že za 80 % jeho zvýšení nad přirozené hodnoty je zodpovědný potravinářský průmysl. Zdroj emisí fluorových plynů je pak zřejmý, vzhledem k tomu, že se tyto plyny v přírodě nevyskytují.

Co se týče vodní páry, jak již bylo zmíněno v minulém díle, člověk ji přímo nevypouští; její množství v atmosféře je dané klimatickými podmínkami, a to zejména teplotou vzduchu. Protože se atmosféra ohřívá, zvyšuje se i množství vodní páry v atmosféře. Toto zvýšení je očekávané vzhledem ke zvýšení teploty a přispívá k zesílení skleníkového efektu.

Nyní tedy víme, že za zvýšení koncentrace skleníkových plynů mimo vodní páru je zodpovědné lidstvo a za zvýšení množství vodní páry je zodpovědné zvýšení globální teploty. Co způsobilo zvýšení globální teploty? O tom si povíme v příštím díle seriálu.