Odziv na trditve dr. Rafaela Mihaliča glede podnebnih sprememb

V dogovoru z Univerzo v Ljubljani objavljamo odziv dr. Žige Zaplotnika (Fakulteta za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani – UL FMF), dr. Tomaža Zwittra (UL FMF), dr. Matjaža Ličerja (Nacionalni inštitut za biologijo – NIB), dr. Gregorja Skoka (UL FMF) in dr. Tjaše Pogačar (Biotehniška fakulteta Univerze v Ljubljani – UL BF) na trditve prof. dr. Rafaela Mihaliča glede podnebnih sprememb v medijih v preteklih tednih. (Odziv je bil izvorno objavljen na spletni strani UL.)

(Navedene trditve prof. dr. Rafaela Mihaliča glede podnebnih sprememb so citati iz intervjuja na spletni strani Demokracija, ki je bil objavljen 26. avgusta 2022: Dr. Rafael Mihalič: »Pomanjkanje plina in elektrike v Evropi ni posledica vojne v Ukrajini, pač pa Evropa že skoraj tri desetletja vztraja na zgrešenem političnem projektu«. 11. oktobra 2022 je na spletni strani Demokracija objavil tudi daljša pojasnila svojih izjav v intervjuju.)

Mihalič: Segrevanje ozračja zaradi antropogenih izpustov CO₂. Že pred več kot 100 leti sta fizika Max Planck in Karl Scwarzschield nedvoumno dokazala, da spremembe koncentracije CO₂ v ozračju nad 300 ppm (300 delcev na milion ali v deležu 0,0003 celotnega) skoraj ne vplivajo več na temperaturo ozračja, pa čeprav koncentracijo podvojiš ali popeteriš. Sedaj je v ozračju delež nekaj več kot 0.0004 od celote (v oceanih ga je od 50 do 100 x več raztopljenega). Od tega človek prispeva od 3 do 4 %, se pravi v deležu 0,00001. Kakršnokoli ogrevanje zaradi tega je fizikalno gledano povsem irelevantno in nemerljivo.

Odziv: Ne drži, naraščajoča koncentracija CO₂ in tudi drugih toplogrednih plinov pomeni nadaljnje ogrevanje. Molekule toplogrednih plinov (vodna para H₂O, ogljikov dioksid CO₂, metan CH₄, didušikov oksid N₂O, ozon O₃) interagirajo z dolgovalovnim (infrardečim) sevanjem, v katerem seva Zemljino površje s povprečno temperaturo 15 °C (Slika 1). Posledično preprečujejo, da bi dolgovalovno sevanje, ki ga oddajajo površje in spodnje plasti ozračja, nemoteno prešlo v vesolje. Efekt sta prva eksperimentalno odkrila ameriška fizičarka Eunice Foote in irski fizik John Tyndall v sredini 19. stoletja, prvi pa je o njem teoretiziral francoski matematik Joseph Fourier že ob koncu 18. stoletja. Nenadno povečanje koncentracije CO₂ (ali katerega drugega toplogrednega plina) povzroči takojšnje sevalno neravnovesje (Zemlja izseva v vesolje manj toplote, kot jo prejme od Sonca). Velikost sevalnega neravnovesja pri povečanju koncentracije CO₂ (npr. za 50 ppm) je približno logaritemsko odvisna od koncentracije CO₂. Posledično je tudi pribitek temperature pri povečanju za 50 ppm pri 800 ppm nekoliko manjši kot pribitek temperature pri povečanju koncentracije za 50 ppm pri 300 ppm. Ogrevanje pri rasti koncentracije CO₂ v ozračju se bo torej nadaljevalo. Razloga sta sledeča:

• Poveča se absorptivnost na robovih “atmosferskega okna”, torej spektralnega okna, ki prepušča Zemljino dolgovalovno sevanje.
• Deli absorpcijskega spektra CO₂ so res nasičeni, če gledamo prehod sevanja skozi celoten stolpec ozračja celokupno (Slika 1). Vendar posamezne rezine tega stolpca niso nasičene (četudi cel stolpec je), posebej v višjih delih atmosfere (za to je razlogov več; Slika 2), kar vpliva na sevalno bilanco v spodnjih plasteh in ob površju.

Pri trenutni koncentraciji CO₂ bi njena podvojitev pomenila dvig temperature le za 1 °C, če bi upoštevali izključno vpliv CO₂. Vendar pa se zaradi vsesplošnega dviga temperature zviša tudi največja količina vodne pare, ki je lahko v zraku. Zaradi višje temperature se poveča izhlapevanje vode iz površja in količina vodne pare v ozračju naraste, še posebej v spodnji troposferi na območju ekvatorja, kjer je vodne pare tudi sicer največ. Vodna para je najmočnejši toplogredni plin, zato temperatura še dodatno naraste, v zraku je tako lahko še več vodne pare in tako naprej. Vodna para pri podvojitvi koncentracije CO₂ več kot podvoji toplogredni učinek CO₂. Opisan efekt je najmočnejša povratna zanka v našem ozračju.

Mihalič: Vseh fizikalnih procesov v atmosferi ne poznamo, jih ne znamo matematično opisati, za nekatere pa niti ne vemo, v katero smer učinkujejo …

Odziv: To, da atmosferskih procesov ne znamo do potankosti opisati, nikakor ne pomeni, da ne znamo statistično oceniti, kako močan je lahko njihov vpliv na planet. Te negotovosti ocenjujemo na primer s pomočjo izračunov različnih scenarijev razvoja planetarne klime, v katerih spreminjamo negotove parametre v okvirih njihovih možnih vrednosti. Predvsem je negotov vpliv stratokumulusov v subtropskih predelih, skupni vpliv aerosolov na energijsko bilanco, odziv biogeokemičnega cikla. Vse te negotovosti se odražajo v parametru ravnovesna občutljivost klimatskega sistema (“equilibrium climate sensitivity”, ECS), ki se ga določa na podlagi paleoklimatskih meritev, modelskih simulacij preteklih obdobij itn. Ta parameter opiše, za koliko bi se po dolgem času, torej ko Zemlja doseže termalno ravnovesje, povečala globalna povprečna temperatura blizu tal ob podvojitvi koncentracije CO₂ iz predindustrijske vrednosti 280 ppm. Ocena zadnje obširne študije je prikazana na Sliki 3. (Sherwood et al., 2020: An Assessment of Earth’s Climate Sensitivity Using Multiple Lines of Evidence, Reviews of Geophysics 58(4), Fig. 24). Najbolj gotova ocena za ECS je 3 °C, ima pa porazdelitev široke repe, kar je zaskrbljujoče, saj to pomeni, da lahko pride pri podvojitvi koncentracije CO₂ do segrevanja, ki bo za nekaj stopinj večje od treh stopinj.

Z metodami, ki jih je razvil lanski Nobelov nagrajenec za fiziko Klaus Hasselmann, se da dobro ločiti vpliv naravnih vzrokov od vpliva človeka. Tudi simulacije klimatskih modelov ne kažejo trenda ogrevanja, če eliminiramo antropogene vplive (Slika 4). Poleg tega je jasno, da je dodaten CO₂ v atmosferi človeškega izvora kot posledica kurjenja fosilnih goriv. Dokaz za to je razmerje koncentracij izotopov ¹³C in ¹²C. Izotopa ¹³C je namreč v fosilnih gorivih relativno manj. Ko dodajamo v ozračje CO₂, ki je posledica gorenja fosilnih goriv, dodajamo torej predvsem izotop ¹²C. Posledično razmerje ¹³C/¹²C sčasoma upada (Slika 5). Obstaja še vrsta drugih fizikalnih dokazov, da je dodaten CO₂ v atmosferi človeškega izvora, npr. razmerje izotopov radioaktivnega ¹⁴C in ¹²C. Prvega smo vnesli v ozračje z jedrskimi poskusi, vendar pa razmerje upada hitreje, kot bi moralo glede na razpolovno dobo (v ozračje namreč dodajamo predvsem ¹²C). Skladno z rastjo CO₂ v ozračju upada tudi razmerje koncentracije molekul kisika in dušika, prvi se namreč porablja pri gorenju. Paleoklimatske meritve v ledenih vrtinah prav tako jasno kažejo, da so trenutne spremembe koncentracije CO₂ v ozračju približno dva velikostna reda hitrejše kot kadarkoli v 800.000 letni zgodovini.

Mihalič: … Sonce spreminja jakost sevanja, opleta okoli težišča sončnega sistema (s tem se spreminja tudi razdalja do Zemlje), Zemlja kroži okrog njega v orbiti, ki se spreminja po obliki, nagib njene osi se spreminja (Milankovićevi cikli), osončje na poti okrog Rimske ceste naleti na bolj ali manj prašna območja, magnetno polje sonca se spreminja v skladu z njegovo aktivnostjo in še bi lahko naštevali …

Odziv: Glede na upadajočo sončevo aktivnost v zadnjih 4 desetletjih bi se morala Zemlja celo rahlo ohlajati, če ne bi bilo drugih vzrokov. Milankovičevi cikli, ki so posledica sprememb orbitalnih parametrov (najpomembnejši med njimi sprememba ekscentričnosti Zemljine tirnice), lahko samostojno privedejo do sprememb v temperaturi le za nekaj desetink kelvinov. Vzroka za ojačitev teh sprememb sta lahko stohastična resonanca ali odziv biogeokemičnega cikla na rahlo spremenjene temperature (primer: Roberto Benzi, Giorgio Parisi, Alfonso Sutera & Angelo Vulpiani (1982), Stochastic resonance in climatic change, Tellus, 34:1, 10-15, DOI: 10.3402/tellusa.v34i1.10782).

Avtor zgornjih trditev se očitno ne zaveda, da je značilni čas za spremembe galaktičnega okolja stotine milijonov let in da je značilni čas znatne spremembe Sončevega sija milijarde let, sedanje klimatske spremembe pa se nam dogajajo znotraj nekaj deset let, kar je mnogo hitreje tudi od Milankovićevih ciklov in posledičnih (sicer z geološkega vidika hitrih) zgodovinskih menjav ledenih in toplejših obdobij. Za izjemno hitre trenutne klimatske spremembe je kriv lahko le človek, kar potrjuje tudi bilanca človeških emisij ogljkovega dioksida in zgoraj omenjena sprememba razmerja ogljikovih izotopov. Morda v ilustracijo še ena prispodoba: če bi se ljudje enakomerno porazdelili po vseh svetovnih celinah in morjih, bi bil vaš sosed le 250 metrov daleč. Tako najbrž ne preseneča, da naš vpliv na klimo ni zanemarljiv.

Mihalič: … In pri tem vsem 0.0001% CO2 v “luftu” ključno vpliva na klimo? Pa ne se hecati!

Odziv: Le vsaka 2.500-ta molekula v zraku je molekula ogljikovega dioksida, in le vsaka 500.000 je molekula metana, kljub temu pa sta ta dva plina v našem ozračju izjemno pomembna, saj interagirata z dolgovalovnim Zemljinim sevanjem in pomembno vplivata na sevalno bilanco. Pomembna je torej kemijska sestava in tega so se zavedali že fiziki in kemiki v sredini 19. stoletja. Tudi antibiotik, katerega količina predstavlja le eno milijoninko telesne teže, lahko reši življenje, najmočnejši strupi pa človeka ubijejo še pri več kot 10x manjši koncentraciji.

Mihalič: Vsi klimatski modeli so zgrešili napovedi. Od prvega do zadnjega.

Odziv: Ne drži, projekcije s klimatskimi modeli, izdanimi med 1970 in 2000, so bile večinoma zelo točne pri napovedovanju dviga globalne povprečne temperature (slika spodaj). Med drugimi so bile zelo točne tudi modelske projekcije lanskega Nobelovega nagrajenca za fiziko Sykura Manabeja. Modelske projekcije prihodnjega podnebja temeljijo na 1) računalniških simulacijah podnebnega sistema s sklopljenimi numeričnimi modeli ozračja, oceanov, tal in 2) predvidevanjih o prihodnjih izpustih CO₂, ostalih toplogrednih plinov ter drugih faktorjev, ki vplivajo na podnebje (sončevi cikli, raba tal itd.). To pomeni, da so projekcije najboljših fizikalnih modelov ozračja ovojnice možnih scenarijev, ki so močno odvisne od tega, po katerem scenariju toplogrednih izpustov bomo ljudje Zemljo krmilili. Primerjava z meritvami kaže, da so klimatski modeli različnih kompleksnosti v preteklih petih desetletjih natančno napovedali spremembe povprečne temperature na površju Zemlje, ob predpostavki, da so bili tudi vhodni podatki, torej projekcije koncentracij toplogrednih plinov, natančno napovedane (Slika 6).

Mihalič: Statistično na 1/100 površja Zemlje vsako leto pač nastopi 100-letni dogodek. Cela Slovenija pa predstavlja 0,004 od 1/100 površine Zemlje. Je letos pač nastopil 100-letni ali 1000-letni dogodek. Mediji pa o Armagedonu. Še cela Italija predstavlja samo 0,06 od 1/100 površine Zemlje in Evropa z ruskim delom vred le 2/100.

Odziv: Najprej moramo postaviti enoten časovni okvir, v katerem spremljamo rast temperatur. Tipično temperature primerjamo s povprečno temperaturo v predindustrijski dobi (l. 1850-1900), za katero še imamo meritve oz. dobro rekonstrukcijo temperatur. Od takrat je globalna povprečna temperatura narasla za 1,3 °C po podatkih Berkeley Earth. Globalna povprečna temperatura sicer ni dobro merilo glede vpliva na človeka – živimo namreč na kopnem. Temperatura nad kopnim (predstavlja 29% Zemljinega površja) se je zopet po podatkih Berkeley Earth segrelo za 1,70 ± 0,04 °C, temperatura nad oceani pa za 0,83 ± 0,05 °C od predindustrijske dobe. Slovenija se je do l. 2020 po podatkih Berkeley Earth segrela za 2,3 °C glede na predindustrijsko dobo in se torej segreva hitreje od globalnega povprečja in tudi hitreje od kopenskega povprečja.

Če si predstavljamo vreme kot šum okoli povprečja (podnebje) in če se slednje ogreva, potem je jasno, da bodo postaje zabeležile več vročih temperaturnih rekordov kot mrzlih temperaturnih rekordov (Slika 7). Avtor z navajanjem deleža površine Slovenije, Italije ali Evrope v primerjavi s površino Zemlje zavaja: kot kaže slika 7 so ekstremni dogodki pogosti skoraj povsod in ne le na majhnih delih Zemljinega površja, poleg tega lahko posamezen dogodek (na primer vročinski val ali suša) obsega zelo veliko geografsko območje.

Mihalič: Svetovne temperature že 17 let ne izkazujejo trenda ogrevanja – ne nasedajte raznim prerokom katastrofe. Pri nas je vroče, v Avstraliji zmrzujejo, kot že dolgo ne.

Odziv: Ne drži, globalne temperature pospešeno naraščajo (Slika 8). Bilo pa je obdobje nekje od 2000 do 2012, ko je bila rast globalne povprečne temperature minimalna (t.i. “global warming hiatus”), so pa v tistem času toploto pospešeno absorbirali oceani, še posebej tropski Pacifik. Pojav stagnacije temperature je bil razložen v več odmevnih člankih, npr.

• Kosaka & Xie. 2013: Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling, https://www.nature.com/articles/nature12534
• England et al., 2014: Recent intensification of wind-driven circulation in the Pacific and the ongoing warming hiatus, https://www.nature.com/articles/nclimate2106

Trditve o “zmrzovanju” v Avstraliji so netočne in zavajajoče, segreva se tudi Avstralija, glej npr: https://www.csiro.au/en/research/environmental-impacts/climate-change/state-of-the-climate

Mihalič: 30 let v Evropi govorimo o razogljičenju, za to smo zapravili tisoče milijard € in delež obnovljivih virov v primarni energiji je 6% (upoštevajoč hidroelektrarne – brez tega še pol manj). A zdaj bomo pa v naslednjih 30 letih prišli kar na 100 %? Z osnovnošolskim računanjem in nekaj zdrave pameti si lahko vsak izračuna, da gre za neumnost.

Odziv: Nismo strokovnjaki za energetiko, bi pa želeli pripomniti dvoje: (1) mnenje, da obnovljivi viri pomenijo “zapravljanje” je pod pričakovanim akademskim nivojem razprave, enako sodbe o “neumnostih”; (2) tudi če številke, ki jih navaja avtor, držijo, je očitno treba povečati vlaganja v obnovljive vire za en velikostni red, kar ob tipičnih življenjskih dobah elektrarn ni videti nemogoče.

Mihalič: Če želimo razvijati civilizacijo je vedno večja raba energije nujna, ker to sovpada. Z odrekanjem poceni energiji (mišljeno v smislu dostopni vsakomur) se odrekamo civilizaciji. Ampak to je morda komu celo v interesu.

Odziv: Civilizaciji bi se odrekali z nadaljnjo nezmanjšano uporabo fosilnih goriv. Območje tropskih in subtropskih predelov bi v tem primeru za človeka postalo za del leta nenaseljivo. Temperature mokrega termometra (te določajo, na koliko se lahko ohladi temperatura našega telesa z izhlapevanjem znoja s površine naše kože) bi se namreč v delu leta povzpele nad 35 °C. To je meja, pri kateri se lahko zdrav odrasel človek v mirovanju, v senci (torej da ni dodatnega vpliva direktnega sončnega sevanja), gol in pri popolni ventilaciji še ohlaja z znojenjem. Primer:

• Colin Raymond,Tom Matthews,Radley M. Horton,The emergence of heat and humidity too severe for human tolerance, Science Advances, 6, 19, (2020)
• Pal, J., Eltahir, E. Future temperature in southwest Asia projected to exceed a threshold for human adaptability. Nature Clim Change 6, 197–200 (2016).

Ekstremna vročina tudi močno ogroža delovno sposobnost posameznikov, kar ima za posledico manjšo gospodarsko učinkovitost. V vročinskih valovih, ki so se pojavili v štirih nenormalno vročih letih (2003, 2010, 2015 in 2018 glede na 1981–2010) je skupna ocenjena škoda v Evropi znašala 0,3–0,5 % evropskega bruto domačega proizvoda (BDP). Vplivi so heterogeno razporejeni in v bolj ranljivih regijah presegajo 1 % BDP. Projekcije kažejo, da bi se lahko do leta 2060 vplivi v Evropi povečali za skoraj petkrat, če ne bodo sprejeti ukrepi za blaženje ali prilagajanje. Primer: David García-León, Ana Casanueva, Gabriele Standardi, Annkatrin Burgstall, Andreas D. Flouris & Lars Nybo (2021). Current and projected regional economic impacts of heatwaves in Europe. Nat Commun. 2021 Oct 4;12(1):5807

Mihalič: Morje se dviguje z enakim tempom, kot že stoletja. Ne bolj, ne manj. Bodi dovolj, takih točk bi lahko navedli še veliko.

Odziv: Ne drži. Raziskave onstran vsakega dvoma kažejo, da se globalna srednja gladina morja v zadnjih desetletjih dviga bistveno hitreje, kot se je kadarkoli v preteklih dva tisoč letih, Sredozemska srednja gladina pa bistveno hitreje kot kadarkoli v štiri tisoč letih. Med letoma 0 in 1700 je globalna srednja gladina morja, glajena prek časovnega okna 60 let, rasla in padala s hitrostmi med -0,3 mm/leto do +0,2 mm/leto (+/- 0,3 mm/leto). V zadnjih 60 letih je globalno povprečje rasti srednje gladine okoli sedemkrat hitrejše, tj. +1,4 mm/leto (+/- 0,2 mm/leto). V zadnjih dvajsetih letih v severnem Jadranu beležimo rast prek +4 mm/leto. Gladina morja raste in pada tudi brez človekovega vpliva, a raziskave kažejo, da je večina danes opazovane rasti gladine povezana s človekovimi toplogrednimi izpusti in je ni mogoče pojasniti z naravno spremenljivostjo.

• Walker, J.S., Kopp, R.E., Little, C.M. et al. Timing of emergence of modern rates of sea-level rise by 1863.
• Nat Commun 13, 966 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28564-6
• Vacchi, M., Joyse, K.M., Kopp, R.E. et al. Climate pacing of millennial sea-level change variability in the central and western Mediterranean. Nat Commun 12, 4013 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467- 021-24250-1
• Kopp, R. E., Kemp, A. C., Bittermann, K., Horton, B. P., Donnelly, J. P., Gehrels, W. R., et al. (2016). Temperature-driven global sea-level variability in the Common Era. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(11), E1434– E1441. https://doi.org/10.1073/pnas.1517056113
• K. Zickfeld, S. Solomon, D. M. Gilford, Centuries of thermal sea-level rise due to anthropogenic emissions of short-lived greenhouse gases. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 657–662 (2017).

-