Křivka růstu koncentrací CO2 v atmosféře s každoročními odchylkami se nazývá Keelingova křivka po vědci Charlesovi Keelingovi, který koncentrace CO2 začal poprvé monitorovat v roce 1958. Spolu s křivkou poklesu koncentrací O2, k jejímuž měření významně přispěl jeho syn Ralph Keeling, je zobrazena na následujícím grafu.

Infografika Cykly koncentrací CO₂ a O₂ v atmosféře od autora Fakta o klimatu, licencováno pod CC BY 4.0.

Co je zobrazeno v grafu

Koncentrace oxidu uhličitého (CO2) je v grafu znázorněna tyrkysovou  barvou. Vlivem fotosyntézy a dýchání se koncentrace mění během roku, během léta, kdy je hodně vegetace, klesá, v zimě naopak roste. Kdyby nedocházelo k žádnému vnějšímu zásahu, koncentrace by tak pouze každoročně oscilovala okolo stabilní hodnoty. V grafu však vidíme, že mimo zmíněné roční oscilace koncentrace CO2 vytrvale roste tempem okolo 20 ppm za desetiletí.

Pokles koncentrací kyslíku (O2) oproti referenčnímu roku 1991 je v grafu znázorněn tmavě modrou barvou. Podobně jako koncentrace CO2, také koncentrace O2 se mění během roku vlivem fotosyntézy a dýchání, ale průběh je opačný. Tedy koncentrace O2 od května do října rostou a po zbytek roku klesají. Mimo tento každoroční cyklus však koncentrace O2 vytrvale klesá tempem asi 40 ppm za desetiletí.

Koncentrace CO2 a pokles koncentrací O2 uvádíme v jednotkách ppm . Jednotka ppm znamená parts per million, tedy označuje počet částic v jednom milionu, podobně jako procento [%], tedy per cent,  znamená počet ve stovce a promile [‰] označuje počet v tisíci.  Koncentrace 400 ppm znamená, že v jednom milionu molekul vzduchu je 400 molekul oxidu uhličitého, což odpovídá 0,04 %.

V absolutních číslech nemusí nárůst koncentrace CO2 působit zásadně. I takto malá změna však má velký vliv: zdvojnásobení koncentrace CO2 v atmosféře vede k dlouhodobému zvýšení teploty na planetě o 1,5–4,5 °C.

Jak víme, že nárůst koncentrací CO2 je důsledkem spalování fosilních paliv?

Pokud by se pouze změnilo množství vegetace na Zemi, každoroční oscilace koncentrací CO2 a O2 by se zvýšila nebo snížila, nevedlo by to ale k dlouhodobému trendu. Protože množství CO2 dlouhodobě roste, musí pocházet z nějakého jiného zdroje. Zdrojem takto velkého množství CO2 mohou být v principu oceány, půda, sopečná činnost anebo spalování fosilních paliv.

Který z těchto zdrojů je zodpovědný za pozorované dlouhodobé zvyšování koncentrace CO2 nám právě napovídá klesající trend koncentrace kyslíku. Při hoření fosilních paliv je totiž kyslík spotřebováván a jeho množství je úměrné množství CO2, které při hoření vznikne. Při spalování uhlí je reakce jednoduchá, z jedné molekuly kyslíku vznikne jedna molekula oxidu uhličitého: C + O2 → CO2. Spalování zemního plynu spotřebovává kyslíku více, protože při něm vzniká také vodní pára: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

V oceánech je přitom pozorován také trend růstu koncentrace CO2 (což je problém samo o sobě, protože zde CO2 způsobuje okyselení oceánů). Sečtený růst množství CO2 v atmosféře a v oceánech pak přesně odpovídá poklesu koncentrace O2, kdyby tento trend byl výsledkem hoření fosilních paliv. To je silný indikátor toho, že za růst koncentrace CO2 je skutečně zodpovědné spalování fosilních paliv.

To, že CO2 přidávané do atmosféry pochází z fosilních paliv, se mimo to také dá dokázat pomocí izotopové analýzy. Izotopové složení CO2 přidávaného do atmosféry totiž odpovídá izotopovému složení uhlíku ve fosilních palivech (a neodpovídá izotopovému složení uhlíku z žádného jiného zdroje). Více o tomto důkazu píšeme v našem minulém článku.

Jak se měří koncentrace CO2

Oxid uhličitý je tzv. dobře rozpuštěný skleníkový plyn (well-mixed greenhouse gas), což znamená, že se dobře rozpouští v atmosféře a jeho absolutní koncentrace je velmi podobná všude na světě. Proto je možné jeho koncentrace měřit kdekoliv s velmi podobnými výsledky.

Malé místní rozdíly mohou být způsobeny např. velkým množstvím vegetace v dané oblasti, která hodně CO2 pohlcuje či vypouští. Proto je každoroční oscilace CO2 v absolutní hodnotě větší na stanicích, které jsou obklopeny vegetací, zatímco stanice na Antarktidě téměř žádnou roční oscilaci nezaznamenávají – tam koncentrace CO2 pouze vytrvale roste. Podobně stanice, které jsou blízko k vysoce průmyslovým oblastem, zaznamenávají koncentrace CO2 mírně vyšší, než je globální průměr.

Pro indikaci celosvětových koncentrací se běžně používá měřicí stanice umístěná na Mauna Loa na Havaji. Toto místo bylo vybráno, protože je daleko od velkých populačních center a ve velké výšce nad mořem (3400 m), a tudíž není ovlivněno místními vlivy. Současně byla observatoř vybudována na návětrné straně hory, aby nebyla ovlivněna sopečnými plyny. Výsledky měření, která tu probíhají již od roku 1958, jsou v současnosti také kontrolovány a potvrzovány pomocí dalších stanic umístěných po celém světě. Data z různých stanic po celém světě si můžete prohlédnout například na stránkách NOAA.

Zaujala vás infografika? Další podobné naleznete na stránce www.faktaoklimatu.cz.
Úvodní foto: Mauna Loa Observatory, Ivtorov/Wikimedia, CC BY-SA 4.0