Tytuł oryginału: Climate Change: A Very Short Introduction

Rada Naukowa serii Krótkie Wprowadzenie

Jerzy Gajdka, Ewa Gajewska, Krystyna Kujawińska Courtney Aneta Pawłowska, Piotr Stalmaszczyk

Redaktorzy inicjujący serii Krótkie Wprowadzenie

Urszula Dzieciątkowska, Agnieszka Kałowska

Tłumaczenie

Katarzyna Dośpiał-Borysiak

Redakcja naukowa

Piotr Piotrowski

Opracowanie redakcyjne

Julita Podwysocka-Modrzejewska

Skład i łamanie

Munda – Maciej Torz

Projekt typograficzny serii

Tomasz Przybył

Projekt okładki

Katarzyna Turkowska

Climate Change: A Very Short Introduction was originally published in English in 2014. This translation is published by arrangement with Oxford University Press Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego is solely responsible for this translation from the original work and Oxford University Press shall have no liability for any errors, omissions or inaccuracies or ambiguities in such translation or for any losses caused by reliance thereon

© Copyright Eco-Climate Limited 2014

The moral rights of the author have been asserted

© Copyright for this edition by Uniwersytet Łódzki, Łódź 2018

© Copyright for Polish translation by Katarzyna Dośpiał-Borysiak, Łódź 2018

Publikacja sfinansowana ze środków Wydawnictwa Uniwersytetu Łódzkiego

Wydane przez Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego

Wydanie I. W.07580.16.0.M

Ark. wyd. 8,5; ark. druk. 13,75

Paperback ISBN Oxford University Press: 978-0-19-871904-5

ISBN 978-83-8088-769-5

e-ISBN 978-83-8088-770-1

Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego

90-131 Łódź, ul. Lindleya 8

www.wydawnictwo.uni.lodz.pl

e-mail: ksiegarnia@uni.lodz.pl

tel. (42) 665 58 63

Dla Chrisa Pace’a (1968–2006) i Nicka Shackleton’a (1937–2006), którzy nie widzieli problemów tylko rozwiązania

Spis treści

Podziękowania

Wprowadzenie do trzeciego wydania

Wykaz skrótów

Wykaz rysunków

Wykaz tabel

Wykaz ramek

1. Czym są zmiany klimatu

2. Debata o zmianach klimatu

3. Dowody zmian klimatu

4. Modelowanie przyszłości klimatu

5. Konsekwencje zmian klimatu

6. Niespodzianki klimatyczne

7. Polityczne aspekty zmian klimatu

8. Rozwiązania

9. Przewidywanie przyszłości

Dalsza lektura

Indeks

Podziękowania

Autor chciałby podziękować następującym osobom: Annie, Chris, Johannie, Alexandrze i Abbie za bycie przy mnie, Emmie Ma z Oxford University Press, całej kadrze z University Colledge London, Rezatec Ltd, TippingPoint i Eden; Milesowi Irvingowi za wspaniałe ilustracje; Richardowi Betts, Markowi Brandon i Ericowi Wolffowi za ich wnikliwe i niezwykle pomocne recenzje, i wszystkim moim koleżankom i kolegom reprezentującym klimatologię, paleoklimatologię, nauki społeczne, ekonomię, medycynę, inżynierię, sztukę i nauki humanistyczne, którzy ciągle walczą o zrozumienie, przewidzenie i zmniejszenie naszego wpływu na klimat.

Wprowadzenie do trzeciego wydania

Zmiany klimatu są jedną z nielicznych naukowych teorii, która każe nam zmieniać podstawy współczesnego społeczeństwa. Jest to wyzwanie nie tylko budzące spory wśród polityków, ale również antagonizujące całe narody, modyfikujące indywidualne wybory i ostatecznie prowokujące do pytania o związek pomiędzy ludzkością a planetą. Ostatni raport Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) dowodzi, że zmiany klimatu są niezaprzeczalne – w ostatnich stu latach globalna temperatura wzrosła o 0,8°C, a poziom wód podniósł się o 22 centymetry. W zależności od tego, jak będziemy kontrolować emisje gazów cieplarnianych (ang. green house gases, GHG) przeciętna temperatura powierzchni może wzrosnąć pomiędzy 2,8 a 5,4°C pod koniec XXI wieku. Dodatkowo poziom mórz może wzrosnąć od 52 do 98 cm. Zjawiskom tym towarzyszyć będą zasadnicze zmiany schematów pogodowych, w tym większa ilość ekstremalnych zjawisk pogodowych. Nie przyniosą one końca świata, jak wieściło wielu ekologów w późnych latach 80. i wczesnych latach 90. XX wieku, jednak oznaczać będą problemy dla miliardów ludzi.

Redukcja emisji GHG stanowi główne wyzwanie dla naszego globalnego społeczeństwa. Nie należy tego bagatelizować, ponieważ, pomimo trzydziestu lat negocjacji klimatycznych, nie udało się doprowadzić do rezygnacji z przyjmowanego dotąd scenariusza. Porażka międzynarodowych negocjacji klimatycznych, szczególnie widoczna w Kopenhadze w 2009 r., zatrzymała znaczące ograniczenia w emisji GHG o co najmniej dekadę. Nadzieje jednak rosną i pojawiają się oczekiwania co do przyszłych negocjacji klimatycznych. Chiny, obecnie największy emitent GHG, rozważały wprowadzenie narodowego systemu handlu uprawnieniami. Natomiast Stany Zjednoczone, odpowiedzialne za ⅓ obecnych w atmosferze zanieczyszczeń węglowych, przekazały uprawnienia w kwestii regulacji emisji dwutlenku węgla Agencji Ochrony Środowiska, bezpośrednio narażonej na polityczne naciski z Waszyngtonu.

Pomimo braku ogólnoświatowego politycznego porozumienia wiele argumentów ekonomicznych przemawia za podjęciem działań. Szacuje się, że rozwiązanie problemu zmian klimatu obecnie kosztowałoby 2–3% światowego PKB, natomiast w przypadku odłożenia działań do połowy wieku koszt mógłby wzrosnąć nawet do ponad 20%. Poza tym, nawet jeżeli analiza kosztów i zysków nie jest klarowna, z moralnego punktu widzenia należy myśleć o milionach istnień ludzkich, których przetrwanie i dobrobyt będą zagrożone. Międzynarodowe rozwiązanie polityczne powinno być imperatywem, gdyż bez realizacji porozumienia z 2015 r. musimy liczyć się ze zdecydowanym wzrostem emisji węglowych i dotkliwymi zmianami klimatu. Każde porozumienie będzie musiało uwzględnić państwa rozwijające się, chroniąc zarazem ich prawa do rozwoju, zgodnie z moralnym wskazaniem zakładającym, że ludzie z biednych państw powinni uzyskać podobny poziom opieki, edukacji, długości życia jak w krajach Zachodu. Polityka dotycząca zmian klimatu oraz wszelkie regulacje wynikające z międzynarodowych negocjacji muszą być realizowane zarówno na poziomie narodowym jak i regionalnym, aby zapewnić wielopoziomowe zarządzanie i w konsekwencji skuteczność ich realizacji.

Niezbędne są nowe sposoby redystrybucji bogactwa, globalnie jak i w ramach państwowych, umożliwiające wydostanie z ubóstwa miliardów ludzi bez ogromnego wzrostu konsumpcji, wyczerpywania zasobów i emisji gazów cieplarnianych. Wsparcie i pieniądze potrzebne są, aby pomóc państwom rozwijającym w adaptacji do zmian klimatu, które nieuchronnie nastąpią.

Zmiany klimatu podważają więc każdy aspekt dotychczasowej organizacji społeczeństwa. Kwestionują nie tylko pojęcie państwa narodowego w kontekście globalnej odpowiedzialności, ale również krótkowzroczność wizji naszych przywódców politycznych. Zmiany klimatu należy również rozpatrywać w kontekście innych wielkich wyzwań XX w., jak globalne ubóstwo, wzrost liczby ludności, degradacja środowiska naturalnego i bezpieczeństwo globalne. Aby sprostać tym wyzwaniom, musimy zmienić niektóre z podstawowych zasad naszego społeczeństwa, co pozwoli nam na przyjęcie podejścia bardziej globalnego i długoterminowego, prowadząc do wypracowania rozwiązania typu win-win, które wszystkim przynosi korzyści.

Wykaz skrótów

AABW (ang. Antarctic bottom water), antarktyczne wody denne

AO (ang. Arctic Oscillation), oscylacja arktyczna

AOGCM (ang. Atmosphere-Ocean Global Circulation Models), sprzężone atmosferyczno-oceaniczne modele ogólnej cyrkulacji

AOSIS (ang. Alliance of Small Island States), Sojusz Małych Państw Wyspiarskich

BASIC Brazylia, Republika Południowej Afryki, Indie, Chiny

BINGO (ang. Business and Industry Non-Governmental Organizations), Pozarządowe Organizacje Biznesu i Przemysłu

CCS (ang. carbon capture and storage), wychwytywanie i składowanie CO_2 (sekwestracja dwutlenku węgla)

CDM (ang. Clean Development Mechanism), Mechanizm Czystego Rozwoju

CFCs (ang. Chlorofluorocarbons), chlorofluorowęglowodory

COP (ang. Conference of the Parties), Konferencja Stron UNFCCC

ECS (ang. equlibrium climate sensivity), równowagowa czułość klimatu

ENGO (ang. Enviromental Non-Governmental Organizations), pozarządowe organizacje ekologiczne

ENSO (ang. El Niño Southern Oscillation), El Niño – oscylacja południowa

ETS (ang. Emissions Trading Scheme), system handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych

GCM (ang. General Circulation Model), model ogólnej cyrkulacji

GCR (ang. galactic cosmic ray), galaktyczne promieniowanie kosmiczne

GHCN (ang. Global Historical Climatology Network), Globalna Historyczna Sieć Klimatologiczna

G77 Grupa 77

GHG (ang. greenhouse gases), gazy cieplarniane

GMT (ang. global mean temperature), średnia globalna temperatura

GtC (ang. gigatonnes of carbon), miliard ton węgla

IPCC (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change), Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu

JUSSCANNZ Japonia, USA, Szwajcaria, Kanada, Australia, Norwegia i Nowa Zelandia

MAT (ang. marine air temperature), temperatura powietrza nad obszarami morskimi

NADW (ang. North Atlantic Deep Water), północnoatlantyckie wody głębinowe

NAO (ang. North Atlantic Oscillation), oscylacja północnoatlantycka

NGO (ang. non-governmental organisation), organizacja pozarządowa

NASA (ang. National Aeronautics and Space Administration), Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej USA

NOAA (ang. National Oceanic and Atmospheric Administration), Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna lub Narodowa Administracja ds. Oceanów i Atmosfery USA

OECD (ang. Organization for Economic Co-operation and Development), Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju

OPEC (ang. Organization of the Petroleum Exporting Countries), Organizacja Krajów Eksportujących Ropę Naftową

PETM (ang. Palaeocene-Eocene Thermal Maximum), paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne

ppbv (ang. parts per billion by volume), liczba części na milliard w danej objętości

ppm (ang. parts per million), liczba części na milion

ppmv (ang. parts per million by volume), liczba części na milion w danej objętości

RCP (ang. representative concentration pathways), reprezentatywne ścieżki koncentracji

REDD+ (ang. Reduced Emissions from Deforestation and Forest Degradation), redukcja emisji spowodowanych wylesianiem i degradacją lasów

SRES (ang. Special Report on Emission Scenarios by the IPCC 2000), Specjalny Raport IPCC Scenariuszy Emisyjnych (2000)

SST (ang. sea surface temperature), temperatura powierzchni oceanu

UNFCCC (ang. United Nations Framework Convention on Climate Change), Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu

WTO (ang. World Trade Organization), Światowa Organizacja Handlu

Wykaz rysunków

1. Efekt cieplarniany

2. Zmiany koncentracji gazów cieplarnianych i temperatury w ciągu ostatnich ośmiu cykli glacjalnych według zapisu z rdzeni lodowych

3. Zmiany zawartości dwutlenku węgla w atmosferze w Obserwatorium na Mauna Loa

4. Emisja dwutlenku węgla w ujęciu historycznym według regionów

5. Zmiany temperatury powierzchni Ziemi w ciągu ostatnich 150 lat

6. Poziom zainteresowania gazet problemem globalnego ocieplenia w latach 1985–1997

7. Rekonstrukcja temperatury na półkuli północnej z ostatnich 1300 lat

8. Globalne zmiany opadów atmosferycznych (1900–2013)

9. Wskaźniki zmian klimatu

10. Globalne zmiany temperatury i dwutlenku węgla w ciągu ostatnich 20 tys. lat

11. Liczba plam na słońcu, a globalna temperatura

12. Ogólny model strukturalny klimatu globalnego

13. Obieg węgla w przyrodzie w GtC (w gigatonach węgla)

14. Wymuszenie radiacyjne w latach 1750–2011

15. Przyszłe scenariusze emisji węglowych

16. Kaskada niepewności modeli zmian klimatycznych i polityki

17. Globalna temperatura, pokrywa lodowa Arktyki i poziom mórz w XXI w.

18. Równowagowa czułość klimatu

19. Globalna temperatura powierzchni Ziemi w latach 1950–2300

20. Zagrożenia zmianami klimatycznymi będące konsekwencją wzrastającej temperatury globalnej

21. Zmiany klimatyczne, przystosowanie społeczne a ekstremalne zjawiska

22. Obszary najbardziej narażone na wzrost poziomu morza

23. Porównanie fali upałów z 2003 r. do przeszłych i przyszłych temperatur letnich

24. Ceny żywności w latach 2004–2013

25. Zmiany w plonach zbóż do 2050 r.

26. Zakwaszenie oceanów

27. Zmiany klimatu – punkty krytyczne

28. Scenariusze reakcji systemu klimatycznego na wymuszenie wywołane przez gazy cieplarniane

29. Zmiany oceanicznej cyrkulacji głębinowej w zależności od zmian gęstości wody

30. Przewidywany zakres wzrostu temperatury globalnej w zależności od ilości dwutlenku węgla w atmosferze

31. Historyczna i prognozowana emisja dwutlenku węgla per capita

32. Przewidywane emisje CO_2 dla scenariusza „bez zmian” i stabilizacji koncentracji na poziomie 550 ppm i 450 ppm

33. Modele strategii odpowiedzi na wzrost poziomu mórz

34. Czas realizacji planowanych strategii walki ze zmianami klimatu

35. Kliny stabilizacyjne do osiągnięcia emisji koncentracji CO_2 w powietrzu na poziomie 450 ppm

36. Zakładana emisja dwutlenku węgla w Wielkiej Brytanii do roku 2050.

37. Zakres metod geoinżynieryjnych

38. Średnie roczne pochłanianie i uwalnianie CO_2 przez lasy

39. Środowiskowe ograniczenia planetarne

40. Światowe zapotrzebowanie na energię, żywność i wodę do 2030 r.

41. Przewidywany przez ONZ wzrost populacji na świecie

42. Rysunek USA Today – negocjacje klimatyczne w Kopenhadze w 2009 r.

Wykaz tabel

1. Główne gazy cieplarniane i ich wpływ na ocieplenie atmosfery

2. Reprezentatywne ścieżki koncentracji (RCP) według raportu IPCC z 2013 r.

3. Projekcje temperatury i poziomu morza według reprezentatywnych ścieżek koncentracji (RCP)

4. Konsekwencje zmian klimatu

5. Efekty zastosowania klinów stabilizacyjnych według Steve’a Pacala i Roberta Socolow’a (Uniwersytet w Princeton)

6. Ograniczenia planetarne

Wykaz ramek

1. Czym jest Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu?

2. El Niño – oscylacja południowa (ENSO)

3. Koalicje negocjacyjne w ramach Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC)

Rozdział 1

Czym są zmiany klimatu?

Przyszłe zmiany klimatu stanowią jedno z podstawowych wyzwań w XXI w., obok walki z ubóstwem, degradacji ekologicznej i bezpieczeństwa międzynarodowego. Problem polega na tym, że zmiany klimatu są już nie tylko problemem naukowym, gdyż ich konsekwencje mają wpływ na gospodarkę, rozwój społeczny, geopolitykę, politykę narodową i lokalną, prawo, czy ochronę zdrowia. Celem niniejszego rozdziału jest ukazanie roli gazów cieplarnianych (ang. green house gases, GHG) w kształtowaniu klimatu w przeszłości, wyjaśnienie dlaczego ich stężenie rośnie począwszy od rewolucji przemysłowej, oraz określenie przyczyn postrzegania jako niebezpiecznych zanieczyszczeń. Zostaną również wskazane państwa odpowiedzialne za największe emisje GHG oraz sposób w jaki się zmieniały emisje wraz z szybkim rozwojem ekonomicznym. Rozdział podejmie także kwestię Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu i jego regularnej oceny najnowszych danych świadczących o zmianach klimatu.

Naturalne gazy cieplarniane występujące na Ziemi

Temperatura Ziemi determinowana jest przez równowagę pomiędzy energią słoneczną i jej stratami do przestrzeni kosmicznej. Większość słonecznego promieniowania krótkofalowego (głównie ultrafiolet i światło widzialne) przechodzi przez atmosferę bez zakłóceń (rysunek 1). Jedynym wyjątkiem jest ozon, który z pożytkiem dla nas, absorbuje wysokoenergetyczne promieniowanie UV, szkodliwe dla komórek i DNA organizmów żywych. Około jednej trzeciej energii słonecznej jest odbijane bezpośrednio do przestrzeni kosmicznej. Pozostała energia absorbowana jest zarówno przez lądy jak i oceany. To powoduje ich ogrzanie, a następnie oddanie uzyskanego ciepła w formie promieniowania długofalowego, inaczej promieniowania cieplnego. Gazy atmosferyczne jak para wodna, dwutlenek węgla (CO_2), metan (CH_4) i podtlenek azotu (N_2O) znane są jako gazy cieplarniane, gdyż mogą absorbować część wspomnianego promieniowania długofalowego, ocieplając tym samym atmosferę. Zjawisko to zostało przebadane w atmosferze i może być odtworzone w laboratorium. Jest ono niezbędne, ponieważ gdyby nie istniało, Ziemia byłaby co najmniej o 35°C chłodniejsza, czyli średnia temperatura w tropikach wynosiłaby –10°C.

Od początku rewolucji przemysłowej wykorzystujemy paliwa kopalne (ropę, węgiel, gaz naturalny) zgromadzone miliony lat temu, uwalniając ponownie do atmosfery węgiel jako CO_2 i CH_4, zwiększając tym samym „efekt cieplarniany” i podnosząc temperaturę Ziemi. W efekcie palimy zwęglone światło słoneczne.

1. Efekt cieplarniany