CO₂ je toplogredni plin

Ogljikov dioksid (CO₂) je toplogredni plin. Skupaj z drugimi toplogrednimi plini v ozračju (vodno paro, metanom, dušikovim oksidom, ozonom itd.) ima sposobnost, da v zemeljskem sistemu zadrži energijo, ki na naš planet prihaja od Sonca, in prepreči, da bi v celoti ušla nazaj v vesolje. Ta pojav se imenuje učinek tople grede.

Ko sončna svetloba doseže Zemljo, je ozračje približno tretjino odbije. Manjši del preostale svetlobe ozračje absorbira, večino pa prepusti. Prepuščena svetloba nadaljuje pot do Zemljinega površja, od katerega se je en del odbije, preostali del pa vpijejo oceani in kopno. Absorbirana svetloba greje oceane in kopno, ki to toploto sevajo nazaj v obliki infrardeče svetlobe. Toplogredni plini vpijejo del te svetlobe ter tako preprečijo, da bi v celoti ušla v vesolje.

Ko molekule toplogrednih plinov absorbirajo infrardeče sevanje, se temperatura plina zviša, zaradi česar se poveča njihova energija infrardečega sevanja. Ker plini sevajo v vse smeri, je del tega sevanja usmerjen tudi navzdol in doseže zemeljsko površje, ki ga absorbira. Temperatura površja je zato višja, kot bi bila samo zaradi neposrednega sončnega ogrevanja, višja je tudi temperatura najnižje plasti ozračja. To dodatno ogrevanje zemeljske površine zaradi ozračja je naravni učinek tople grede.

Zaradi učinka tople grede je naš planet dovolj topel za življenje, saj je povprečna temperatura na površju Zemlje okrog 15 ˚C. Brez ozračja bi bila Zemlja zamrznjen planet s povprečno temperaturo površja le okrog -18 ˚C.

Levo: Premalo učinka tople grede. Na planetu Mars je učinek tople grede zaradi zelo tankega ozračja šibek. Površje planeta je zamrznjeno, brez znakov življenja. Desno: Preveč učinka tople grede. V Venerinem ozračju je približno 154.000-krat več CO₂ kot v zemeljskem ozračju. Zaradi močnega toplogrednega učinka je temperatura površja Venere več kot 400 ˚C.

CO₂ je najpomembnejši toplogredni plin, ki se sprošča pri človekovih dejavnostih. Zaradi visoke in hitro naraščajoče vsebnosti v ozračju ima večji skupni učinek segrevanja kot vsi ostali toplogredni plini skupaj. V ozračju ima dolgo življenjsko dobo (50 do 200 let), zato je za njegovo naravno odstranitev iz ozračja potrebnega veliko časa.

Vsebnost CO₂ v ozračju se je v zadnjih desetletjih močno povečala

Starodavni mehurčki zraka, ujeti v ledenikih, nam omogočajo vpogled v stanje ozračja in podnebja daleč nazaj v zgodovini planeta Zemlja. Povedo nam, da se je vsebnost CO₂ v ozračju v času ledenih dob gibala okrog 200 delcev na milijon (angl. ppm – parts per million), v toplejših vmesnih obdobjih pa okrog 280 ppm. Dolga tisočletja ni nikoli presegla 300 ppm.

Vsebnost CO₂ v ozračju v zemeljski zgodovini¹

Za obdobje od konca zadnje ledene dobe pred približno 10.000 leti, imenovano »holocen«, je značilna stabilnost zemeljskega podnebnega sistema. V tem obdobju stabilnosti, v katerem so se pojavljale, razvijale in uspevale človeške civilizacije², so bili naravni viri CO₂ (dihanje živali in rastlin) uravnoteženi z naravnimi ponori CO₂ (oceani in rastline, ki CO₂ porabijo v procesu fotosinteze).

Naravni viri in ponori CO₂³ 

Rezultat tega naravnega ravnotežja so bile le majhne spremembe vsebnosti CO₂ v atmosferi v zadnjih 10.000 letih. To ravnotežje pa so porušile dodatne količine CO₂, ki se v atmosfero sproščajo zaradi človekovih dejavnosti.

Od začetka industrijske revolucije, še posebej močno pa od sredine 20. stoletja, se je raven CO₂ v ozračju povečala za približno 40 %. Ker so v tem obdobju človeške aktivnosti postale glavni razlog globalnih okoljskih sprememb, je ta nova era dobila ime »antropocen«⁴.

K povečanju vsebnosti CO₂ je največ prispevalo kurjenje fosilnih goriv (nafte, premoga in zemeljskega plina), pa tudi od človeka povzročene spremembe ekosistemov (predvsem uničenje gozdov) in s tem zmanjšanje njihove zmožnosti, da iz ozračja izločijo CO₂. Porast vsebnosti CO₂ v ozračju v zadnjem stoletju kaže tesno povezavo s količino porabljenih fosilnih goriv. Ob njihovem izgorevanju namreč približno 45 % nastalih izpustov CO₂ ostane v ozračju⁵.

Od sredine 20. stoletja dalje meritve kažejo strmo povečanje vsebnosti CO₂ v ozračju. Leta 2013 je vsebnost prvič v zabeleženi zgodovini presegla 400 ppm in še naprej raste⁶.

Povečana vsebnost CO₂ povzroča globalno segrevanje

Vsaka sprememba v zemeljskem podnebnem sistemu, ki vpliva na to, koliko energije vstopa v sistem oziroma ga zapusti, spremeni Zemljino sevalno ravnotežje in lahko povzroči spremembo temperature ozračja in zemeljske površine. Med naravnimi dejavniki, ki povzročajo takšne spremembe, so spremembe sevanja Sonca, spremembe oblike zemeljske orbite in osi vrtenja (te se dogajajo v obdobjih, ki trajajo več deset tisoč do sto tisoč let) ter veliki vulkanski izbruhi, pri katerih svetlobo odbijajoči delci dosežejo visoke plasti ozračja.

Človek pa vpliva na podnebje z onesnaževanjem ozračja z aerosoli (mikroskopskimi delci, ki absorbirajo ali odbijajo sončne žarke ter posredno vplivajo tudi na oblake); deforestacijo, ki spremeni način, kako zemeljska površina odbija in vpija sočno toploto; ter najmočneje z višanjem vsebnosti toplogrednih plinov v ozračju. Zaradi slednjega se zmanjša sevanje energije v vesolje in je več ostane v zemeljskem podnebnem sistemu.

Zgodovinski podatki kažejo, da so spremembam koncentracije CO₂ vedno tesno sledile spremembe temperature ozračja.

Zadnjih 300.000 let je temperatura zemeljskega ozračja tesno sledila spremembam vsebnosti CO₂.⁷

Raztegnjena časovna os za obdobje po začetku industrijske revolucije (od konca 19. stoletja do danes) pokaže, da tudi povečano vsebnost CO₂ v atmosferi v zadnjem stoletju spremlja dvig povprečne globalne temperature.

Globalna temperatura se je od začetka industrijske revolucije povišala za približno 1 ˚C.

Medvladni odbor za podnebne spremembe (IPCC)⁸ je v svojem petem poročilu, objavljenem leta 2014⁹, s 95-odstotno zanesljivostjo ugotovil, da so segrevanje našega planeta v zadnjih 50 letih v veliki meri povzročili toplogredni plini, ki so posledica človekovih dejavnosti.

Sprememba temperature zaradi velike vztrajnosti podnebnega sistema, predvsem zmožnosti skladiščenje toplote v oceanih, časovno zaostaja za spremembami vsebnosti CO₂. Tudi če bi se vsebnost toplogrednih plinov danes stabilizirala, bi se Zemlja zaradi toplogrednih plinov, ki so že v ozračju, še naprej segrevala (za približno 0,5 ° C do konca 21. stoletja). Nadaljnje povišanje temperature je odvisno od tega, koliko CO₂ bomo spustili v ozračje v prihodnosti¹⁰.

S klikom na sliko vstopite v podnebni časovni stroj in lahko opazujete spreminjanje globalne temperature od začetka industrijske revolucije. Modra barva označuje področja s podpovprečno temperaturo, rdeča pa področja, ki so toplejša od povprečja.¹¹ 

Dokler bo vsebnost toplogrednih plinov naraščala in krepila učinek tople grede, bo količina zadržane sončne energije v zemeljskem podnebnem sistemu še naprej presegala količino energije, ki pobegne v vesolje. Zaradi energetskega neravnotežja se bo temperatura zemeljskega površja in prizemnega sloja ozračja še naprej zviševala.

Dodatna energija, ki zaradi okrepljenega toplogrednega učinka ostaja v podnebnem sistemu, povzroča spremembe zemeljskega podnebja.

Povezava na >> Posledice podnebnih sprememb

_________________________________

1 Vir: climate.nasa.gov.
2 Rockström, Johan in dr. (2009): A Safe Operating Space for Humanity. Nature 461: 472–475.
2 Vir: UCAR Center for Science Education
4 Crutzen, P. in Stoermer P.J. (2000): The “Anthropocene”. IGBP Newsletter (41): 12–14. 
5  https://earthobservatory.nasa.gov/Features/CarbonCycle/page5.php 
6 Vir: NOAA Earth System Research Laboratory, Global Monitoring Division
7 Vir: NOAA Climate.gov
8 Medvladni odbor za podnebne spremembe (angl. The Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) je mednarodno telo za ocenjevanje zanesljivosti znanstvenih izsledkov o podnebnih spremembah. Sestavlja ga več kot 1000 neodvisnih znanstvenih strokovnjakov iz držav vsega sveta. Deluje pod okriljem Združenih narodov in redno pripravlja poročila, ki so prvenstveno namenjena oblikovalcem politik. Poročila IPCC tudi predstavljajo podlago za mednarodna pogajanja o ukrepih za preprečevanje podnebnih sprememb in prilagajanje nanje, ki poteka na podnebnih konferencah v okviru Okvirne konvencije Združenih narodov o podnebnih spremembah (angl. United Nations Framework Convention on Climate Change - UNFCCC).
9 IPCC je v pripravah na podnebno konferenco v Parizu (2015) pripravil Peto poročilo (angl. Fifth Assessment Report - AR5). Dostopno na: https://www.ipcc.ch/report/ar5/.
10 Meehl, G.A. (2005): How Much More Global Warming and Sea Level Rise? Science 307: 1769-1772
11 https://climate.nasa.gov/interactives/climate-time-machine