Zpětné vazby uhlíkového cyklu mohou globální oteplování zesílit i zeslabit
Je všeobecně známo, že míra budoucího globálního oteplování závisí na vývoji emisí v příštích letech a dekádách. A ty zase souvisejí s tím, jak se společnost bude vyvíjet a na čem bude postaven její ekonomický růst. Rychlost oteplování bude ale záviset také na citlivosti klimatu na zvyšující se koncentraci skleníkových plynů v atmosféře. Důležité je přitom uvážit i dopady související se zpětnými vazby uhlíkového cyklu. Zohlednění nejistot tohoto faktoru totiž může znamenat, že by se svět mohl oteplovat mnohem více – nebo o něco méně – než se běžně předpokládá.
Zjednodušené znázornění zpětných vazeb uhlíkového cyklu a jejich efekt na ukládání uhlíku v půdě a oceánech. „+“ znamená, že daný efekt s rostoucí koncentrací uhlíku v atmosféře zesiluje,„-“ že zeslabuje. Například vyšší koncentrace uhlíku v atmosféře obecně vede ke zvýšenému příjmu rostlinami (lépe prosperují), naopak efektivita rozpouštění CO2 v oceánech klesá s rostoucí teplotou (která roste se zvyšováním koncentrací CO2 v atmosféře) a s rostoucí koncentrací CO2 v atmosféře.
Uhlíkový cyklus je soubor procesů, při kterých dochází k výměně uhlíku mezi atmosférou, půdou, oceánem a živými organismy. Zpětnou vazbou obecně rozumíme řetězec navzájem podmíněných reakcí složek klimatického systému na narušení rovnováhy tohoto systému během vývoje klimatu. Záporné zpětné vazby vedou k tlumení účinku prvotního impulzu, čímž udržují stabilitu klimatického systému, kladné zpětné vazby původní impulz dále zesilují. V případě uhlíkové cyklu jde o to, jak by se výše zmíněné procesy mohly změnit během oteplování planety a dalšího růstu koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře. Běžně používané projekce vývoje teplot používané v hodnotících zprávách Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) zahrnují jediný nejlepší odhad zpětné vazby uhlíkového cyklu. Nezohledňují však velké nejistoty v těchto odhadech, které jsou jedním z hlavních zdrojů odlišností mezi různými modelovými projekcemi. Důvodem je především nezahrnutí složitých biogeochemických procesů v modelech, což se ale v posledních letech mění.
Globální průměrné změny povrchové teploty mezi předindustriálním obdobím (1861-1899) a koncem století (2091-2100) pro různé modelové simulace dokumentující rozptyl odhadů zpětné vazby uhlíkového cyklu pro 4 standardní emisní scénáře (RCP 2.6 až RCP8.5). Každý jednotlivý model/kombinace zpětné vazby uhlíkového cyklu je znázorněna tečkou (zdroj: carbonbrief.org)
V současnosti zůstává asi polovina CO2 emitovaného lidmi v atmosféře, zbytek je pohlcen oceány a pevninou. Při pokračujícím oteplování lze ale očekávat snížení míry pohlcování CO2 povrchovými vodami oceánů i množství uhlíku sekvestrovaného (zabudovaného) v půdách – tedy alespoň z krátkodobého horizontu jednotek až desítek let. Oteplování může navíc urychlit odumírání stromů kvůli vyššímu výparu a suchu a taky zvýšit riziko požárů, při kterém se uhlík uložený ve vegetaci rychle vrátí do atmosféry – příkladem může být loňská bezprecedentní sezóna lesních požárů v Kanadě. Další velkou oblastí zdroje uhlíku je tání permafrostu. Celkově se předpokládá, že uhlíkový cyklus v důsledku pokračující změny klimatu zeslábne, což ve finále povede k tomu, že v atmosféře zůstane více tohoto skleníkového plynu. A to představuje klimaticky pozitivní zpětnou vazbu. Proti tomu sice může působit rychlejší růst vegetace při dostupnosti většího množství CO2 ve vzduchu a intenzivnější sekvestrace uhlíku do půdy. A rovněž posun vegetačních pásem jako reakce na změnu klimatu může mít důležité, ale poměrně nejisté účinky na uhlíkový cyklus.
Jsou to přitom právě děje na pevnině, které jsou zdrojem největších nejistot v uhlíkovém cyklu. Zahrnutí změn při oteplování Země a nárůstu koncentrace CO2 v atmosféře – jako jsou změny v dýchání půdy a fotosyntézy – ukazují na výraznější zvýšení modelovaných koncentrací CO2 do konce tohoto století, než se dříve očekávalo. Větší rozdíly přitom – celkem pochopitelně – nastávají pro emisní scénáře počítající s vyššími emisemi skleníkových plynů. V nejhorším případě můžou reálné koncentrace do roku 2100 podle modelových výpočtů při uvažování daných nejistot stoupnout až o 25 procent. Uvážíme-li současný vývoj emisí, který odpovídá střednímu scénáři (tedy RCP6.0), oteplení na konci století by pak místo obvykle uvažovaných zhruba 3 °C mohlo dosáhnout téměř 5 °C – zdůrazněme ale, že jde o nejnepříznivější vývoj.
Jak je patrné, zpětné vazby uhlíkového cyklu jsou tedy důležitým a do jisté míry podceňovaným faktorem při určování budoucího oteplování. Je samozřejmě nezbytné dále vylepšovat naše poznání a chápaní detailů uhlíkového cyklu včetně napojení na další skleníkové plyny. A samozřejmě výsledky co nejreálněji aplikovat v klimatických modelech. I přes zmíněné nejistoty konkrétních dopadů jsou zpětné vazby uhlíkového cyklu dalším důvodem, proč podporovat ambiciózní cesty snižování emisí skleníkových plynů, tedy mitigace, aby nedošlo k naplnění výše zmíněných scénářů velmi robustního oteplení během druhé poloviny tohoto století.
Půda a oceány v současnosti absorbují zhruba polovinu antropogenních emisí, ale tato část bude v budoucnu klesat. Množství uhlíku, které se může uvolnit, než dojde ke zmírnění klimatu, závisí na množství uhlíku, které může oceán a suchozemské ekosystémy absorbovat. Politika je založena na modelových projekcích, ale pozorování a teorie naznačují, že klimatické vlivy objevující se v dnešním klimatu budou narůstat a body zvratu uhlíkového cyklu mohou být překročeny. Oteplování, sucho a zpomalení růstu samotného CO2 sníží propady půdy a oceánů a vytvoří nové zdroje, což znesnadní sekvestraci uhlíku v lesích, půdě a další půdě a vodní vegetaci. Pozorování, datově asimilační modely a předpovědní systémy jsou potřebné pro řízení probíhajících dlouhodobých změn v pozemních a oceánských systémech po dosažení nulových čistých emisí.
Zjednodušené znázornění zpětných vazeb uhlíkového cyklu a jejich efekt na ukládání uhlíku v půdě a oceánech. „+“ znamená, že daný efekt s rostoucí koncentrací uhlíku v atmosféře zesiluje,„-“ že zeslabuje. Například vyšší koncentrace uhlíku v atmosféře obecně vede ke zvýšenému příjmu rostlinami (lépe prosperují), naopak efektivita rozpouštění CO2 v oceánech klesá s rostoucí teplotou (která roste se zvyšováním koncentrací CO2 v atmosféře) a s rostoucí koncentrací CO2 v atmosféře.
Uhlíkový cyklus je soubor procesů, při kterých dochází k výměně uhlíku mezi atmosférou, půdou, oceánem a živými organismy. Zpětnou vazbou obecně rozumíme řetězec navzájem podmíněných reakcí složek klimatického systému na narušení rovnováhy tohoto systému během vývoje klimatu. Záporné zpětné vazby vedou k tlumení účinku prvotního impulzu, čímž udržují stabilitu klimatického systému, kladné zpětné vazby původní impulz dále zesilují. V případě uhlíkové cyklu jde o to, jak by se výše zmíněné procesy mohly změnit během oteplování planety a dalšího růstu koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře. Běžně používané projekce vývoje teplot používané v hodnotících zprávách Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) zahrnují jediný nejlepší odhad zpětné vazby uhlíkového cyklu. Nezohledňují však velké nejistoty v těchto odhadech, které jsou jedním z hlavních zdrojů odlišností mezi různými modelovými projekcemi. Důvodem je především nezahrnutí složitých biogeochemických procesů v modelech, což se ale v posledních letech mění.
Globální průměrné změny povrchové teploty mezi předindustriálním obdobím (1861-1899) a koncem století (2091-2100) pro různé modelové simulace dokumentující rozptyl odhadů zpětné vazby uhlíkového cyklu pro 4 standardní emisní scénáře (RCP 2.6 až RCP8.5). Každý jednotlivý model/kombinace zpětné vazby uhlíkového cyklu je znázorněna tečkou (zdroj: carbonbrief.org)
V současnosti zůstává asi polovina CO2 emitovaného lidmi v atmosféře, zbytek je pohlcen oceány a pevninou. Při pokračujícím oteplování lze ale očekávat snížení míry pohlcování CO2 povrchovými vodami oceánů i množství uhlíku sekvestrovaného (zabudovaného) v půdách – tedy alespoň z krátkodobého horizontu jednotek až desítek let. Oteplování může navíc urychlit odumírání stromů kvůli vyššímu výparu a suchu a taky zvýšit riziko požárů, při kterém se uhlík uložený ve vegetaci rychle vrátí do atmosféry – příkladem může být loňská bezprecedentní sezóna lesních požárů v Kanadě. Další velkou oblastí zdroje uhlíku je tání permafrostu. Celkově se předpokládá, že uhlíkový cyklus v důsledku pokračující změny klimatu zeslábne, což ve finále povede k tomu, že v atmosféře zůstane více tohoto skleníkového plynu. A to představuje klimaticky pozitivní zpětnou vazbu. Proti tomu sice může působit rychlejší růst vegetace při dostupnosti většího množství CO2 ve vzduchu a intenzivnější sekvestrace uhlíku do půdy. A rovněž posun vegetačních pásem jako reakce na změnu klimatu může mít důležité, ale poměrně nejisté účinky na uhlíkový cyklus.
Jsou to přitom právě děje na pevnině, které jsou zdrojem největších nejistot v uhlíkovém cyklu. Zahrnutí změn při oteplování Země a nárůstu koncentrace CO2 v atmosféře – jako jsou změny v dýchání půdy a fotosyntézy – ukazují na výraznější zvýšení modelovaných koncentrací CO2 do konce tohoto století, než se dříve očekávalo. Větší rozdíly přitom – celkem pochopitelně – nastávají pro emisní scénáře počítající s vyššími emisemi skleníkových plynů. V nejhorším případě můžou reálné koncentrace do roku 2100 podle modelových výpočtů při uvažování daných nejistot stoupnout až o 25 procent. Uvážíme-li současný vývoj emisí, který odpovídá střednímu scénáři (tedy RCP6.0), oteplení na konci století by pak místo obvykle uvažovaných zhruba 3 °C mohlo dosáhnout téměř 5 °C – zdůrazněme ale, že jde o nejnepříznivější vývoj.
Jak je patrné, zpětné vazby uhlíkového cyklu jsou tedy důležitým a do jisté míry podceňovaným faktorem při určování budoucího oteplování. Je samozřejmě nezbytné dále vylepšovat naše poznání a chápaní detailů uhlíkového cyklu včetně napojení na další skleníkové plyny. A samozřejmě výsledky co nejreálněji aplikovat v klimatických modelech. I přes zmíněné nejistoty konkrétních dopadů jsou zpětné vazby uhlíkového cyklu dalším důvodem, proč podporovat ambiciózní cesty snižování emisí skleníkových plynů, tedy mitigace, aby nedošlo k naplnění výše zmíněných scénářů velmi robustního oteplení během druhé poloviny tohoto století.
Půda a oceány v současnosti absorbují zhruba polovinu antropogenních emisí, ale tato část bude v budoucnu klesat. Množství uhlíku, které se může uvolnit, než dojde ke zmírnění klimatu, závisí na množství uhlíku, které může oceán a suchozemské ekosystémy absorbovat. Politika je založena na modelových projekcích, ale pozorování a teorie naznačují, že klimatické vlivy objevující se v dnešním klimatu budou narůstat a body zvratu uhlíkového cyklu mohou být překročeny. Oteplování, sucho a zpomalení růstu samotného CO2 sníží propady půdy a oceánů a vytvoří nové zdroje, což znesnadní sekvestraci uhlíku v lesích, půdě a další půdě a vodní vegetaci. Pozorování, datově asimilační modely a předpovědní systémy jsou potřebné pro řízení probíhajících dlouhodobých změn v pozemních a oceánských systémech po dosažení nulových čistých emisí.
