Uplynulo 50 let od začátku měření CO2 na sopce Mauna Loa, jde o nejdelší přímá měření na Zemi
V minulých dnech uplynulo přesně 50 let od zahájení měření oxidu uhličitého v atmosféře na observatoři Manua Loa na ostrově Havaj (někdy označovaném též jako Big Island) v Pacifiku. Observatoř samotná vznikla sice už o 18 let dříve, v červnu 1956, tehdy ale byla zaměřena jen na monitorování počasí a atmosférické cirkulace, včetně vybraných astronomických pozorování. Přesně 17. května 1974 provedli pracovníci v rámci nového programu nazvaného Geofyzikální monitorování změny klimatu (spadajícího pod Národní úřad pro oceán a atmosféru, NOAA) svá první měření atmosféry, která se v mezičase stala jedním z vědecky nejvýznamnějších záznamů o vlivu lidstva na klima Země.
Úplná řada pozorování průměrných měsíčních koncentrací oxidu uhličitého naměřených na observatoři Mauna Loa na Havaji, zdroj: gml.noaa.gov
Od té doby probíhá na observatoři Mauna Loa měření atmosférického oxidu uhličitého (CO2) kontinuálně, přičemž výsledná řada měření patří k nejdelším řadám o vývoji tohoto zásadního skleníkového plynu. Každodenní měření konaná NOAA poskytují nezávislá pozorování, která doplňují měření Scrippsova oceánografického institutu Kalifornské univerzity v San Diegu (zahájil odběr vzorků už v roce 1958). Koncentrace CO2 v historicky prvním vzorku vzduchu byla 333,46 ppm (množství částic oxidu uhličitého na milión částic vzduchu). V květnu 2024, kdy roční cyklus CO2vrcholí, dosáhly koncentrace v průměru 427 ppm, tedy více než 90 ppm nad úrovní roku 1974.
Observatoř je umístěna na svazích sopky Mauna Loa uprostřed Tichého oceánu ve výšce 3394 metrů nad mořem. Díky své výšce leží nad v dané oblasti typickou výraznou teplotní inverzí, která se vytváří ve spodní části atmosféry. Tato inverze zadržuje různé znečisťující příměsi v nižších hladinách, tedy pod úrovní observatoře, která se tak nachází ve výrazně čistší oblasti troposféry. Díky neúrodným svahům je v okolí stanice minimum vegetace, která by mohla negativně ovlivnit měření. Současně se vzhledem ke své poloze nachází v oblasti dobře promíchávaného atmosférického vzduchu, což zajišťuje reprezentativnost místa a měření pro severní polokouli. Ostatně vhodné umístění observatoře vedlo vědce i k umístění přístrojů pro zkoumání desítek parametrů důležitých pro sledování změny klimatu.
Aktuální měření oxidu uhličitého na observatoři Manua Loa pro týdne končící 20. květnem 2024, zdroj: scripps.ucsd.edu
Na základě měření na Manua Loa bylo možné určit roční chod, resp. kolísání množství oxidu uhličitého v atmosféře v průběhu sezón. Prvním, kdo tuto dynamiku popsal, byl Charles David Keeling, po němž se dnes často označuje jako Keelingova křivka. Nejvyšší měsíční průměrná hodnota CO2 v roce nastává v květnu, těsně předtím, než rostliny na severní polokouli začnou pohlcovat velké množství CO2 z atmosféry během vegetačního období. Naopak během podzimu, zimy a časného jara rostliny a půda CO2 uvolňují zpět do atmosféry, kde tak roste jeho koncentrace. Keeling byl ale také první, kdo upozornil, že navzdory sezónním výkyvům se průměrná úroveň CO2 každým rokem zvyšuje. A jak je patrné z měření v posledních dekádách, tempo ročního nárůstu se zrychluje (průměr za letošní duben byl o 3,2 ppm vyšší než před rokem).
Na observatoři Manua Loa se koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře měří právě 50 let, zdroj: cires.colorado.edu
A jak vlastně samotné měření probíhá? Využívá se tzv. Cavity Ring-Down spektroskopie (od dubna 2019, do té doby se používal analyzátor založený na infračervené absorpci) ve vzorcích vzduchu, které jsou nasávány z výšky 38 metrů nad zemí pro eliminaci jakékoliv lidské aktivity na observatoři. Jde o velice robustní a efektivní techniku v oblasti vysoce citlivé molekulární detekce plynů. Ta je založena na měření míry pohlcování světla v optické dutině sestávající ze dvou nebo více vysoce odrazivých zrcadel. Do ní vstupuje paprsek z laseru, který díky zmíněným zrcadlům bohatě odráží. Po vypnutí laseru intenzita světla uvnitř dutiny exponenciálně klesá na nulu. Porovnáním této doby poklesu na nulu pro vlnovou délku, ve které molekula CO2 pohlcuje, s dobou pro vlnovou délku, ve které nepohlcuje, lze vypočítat množství CO2. Měření přitom probíhá ve vzduchu, který byl předem zbaven vodní páry při vysušení mrazem. Všechna měření velmi jsou často a pečlivě kalibrována a porovnávána s nezávislými měřeními na stejném místě, což zajišťuje přesnost lepší než 0,2 ppm.
Měření na Manua Loa krátce narušila erupce sopky, resp. láva při ní vytékající na konci listopadu 2022. Týmu NOAA se ale podařilo rychle zajistit provizorní měření na Maunakea, a v roce 2023 opět obnovit měření na Manua Loa. Dodejme, že observatoř na Manua Loa je součástí čtveřice pozaďových stanic NOAA pro měření (nejen) oxidu uhličitého. K nim patří ještě Barrow na Aljašce, observatoř na jižním pólu a na Americké Samoi.
Úplná řada pozorování průměrných měsíčních koncentrací oxidu uhličitého naměřených na observatoři Mauna Loa na Havaji, zdroj: gml.noaa.gov
Od té doby probíhá na observatoři Mauna Loa měření atmosférického oxidu uhličitého (CO2) kontinuálně, přičemž výsledná řada měření patří k nejdelším řadám o vývoji tohoto zásadního skleníkového plynu. Každodenní měření konaná NOAA poskytují nezávislá pozorování, která doplňují měření Scrippsova oceánografického institutu Kalifornské univerzity v San Diegu (zahájil odběr vzorků už v roce 1958). Koncentrace CO2 v historicky prvním vzorku vzduchu byla 333,46 ppm (množství částic oxidu uhličitého na milión částic vzduchu). V květnu 2024, kdy roční cyklus CO2vrcholí, dosáhly koncentrace v průměru 427 ppm, tedy více než 90 ppm nad úrovní roku 1974.
Observatoř je umístěna na svazích sopky Mauna Loa uprostřed Tichého oceánu ve výšce 3394 metrů nad mořem. Díky své výšce leží nad v dané oblasti typickou výraznou teplotní inverzí, která se vytváří ve spodní části atmosféry. Tato inverze zadržuje různé znečisťující příměsi v nižších hladinách, tedy pod úrovní observatoře, která se tak nachází ve výrazně čistší oblasti troposféry. Díky neúrodným svahům je v okolí stanice minimum vegetace, která by mohla negativně ovlivnit měření. Současně se vzhledem ke své poloze nachází v oblasti dobře promíchávaného atmosférického vzduchu, což zajišťuje reprezentativnost místa a měření pro severní polokouli. Ostatně vhodné umístění observatoře vedlo vědce i k umístění přístrojů pro zkoumání desítek parametrů důležitých pro sledování změny klimatu.
Aktuální měření oxidu uhličitého na observatoři Manua Loa pro týdne končící 20. květnem 2024, zdroj: scripps.ucsd.edu
Na základě měření na Manua Loa bylo možné určit roční chod, resp. kolísání množství oxidu uhličitého v atmosféře v průběhu sezón. Prvním, kdo tuto dynamiku popsal, byl Charles David Keeling, po němž se dnes často označuje jako Keelingova křivka. Nejvyšší měsíční průměrná hodnota CO2 v roce nastává v květnu, těsně předtím, než rostliny na severní polokouli začnou pohlcovat velké množství CO2 z atmosféry během vegetačního období. Naopak během podzimu, zimy a časného jara rostliny a půda CO2 uvolňují zpět do atmosféry, kde tak roste jeho koncentrace. Keeling byl ale také první, kdo upozornil, že navzdory sezónním výkyvům se průměrná úroveň CO2 každým rokem zvyšuje. A jak je patrné z měření v posledních dekádách, tempo ročního nárůstu se zrychluje (průměr za letošní duben byl o 3,2 ppm vyšší než před rokem).
Na observatoři Manua Loa se koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře měří právě 50 let, zdroj: cires.colorado.edu
A jak vlastně samotné měření probíhá? Využívá se tzv. Cavity Ring-Down spektroskopie (od dubna 2019, do té doby se používal analyzátor založený na infračervené absorpci) ve vzorcích vzduchu, které jsou nasávány z výšky 38 metrů nad zemí pro eliminaci jakékoliv lidské aktivity na observatoři. Jde o velice robustní a efektivní techniku v oblasti vysoce citlivé molekulární detekce plynů. Ta je založena na měření míry pohlcování světla v optické dutině sestávající ze dvou nebo více vysoce odrazivých zrcadel. Do ní vstupuje paprsek z laseru, který díky zmíněným zrcadlům bohatě odráží. Po vypnutí laseru intenzita světla uvnitř dutiny exponenciálně klesá na nulu. Porovnáním této doby poklesu na nulu pro vlnovou délku, ve které molekula CO2 pohlcuje, s dobou pro vlnovou délku, ve které nepohlcuje, lze vypočítat množství CO2. Měření přitom probíhá ve vzduchu, který byl předem zbaven vodní páry při vysušení mrazem. Všechna měření velmi jsou často a pečlivě kalibrována a porovnávána s nezávislými měřeními na stejném místě, což zajišťuje přesnost lepší než 0,2 ppm.
Měření na Manua Loa krátce narušila erupce sopky, resp. láva při ní vytékající na konci listopadu 2022. Týmu NOAA se ale podařilo rychle zajistit provizorní měření na Maunakea, a v roce 2023 opět obnovit měření na Manua Loa. Dodejme, že observatoř na Manua Loa je součástí čtveřice pozaďových stanic NOAA pro měření (nejen) oxidu uhličitého. K nim patří ještě Barrow na Aljašce, observatoř na jižním pólu a na Americké Samoi.
