Kako se razvijala klimatska znanost – drugi dio

Znanost o klimi pauzirana je za vrijeme Drugog svjetskog rata, i objašnjavanje zagrijavanja ugljičnim dioksidom smatrano je spekulacijom. Nije ga prihvaćao ni švedski geolog Hans Ahlmann, koji je četrdesetih bilježio povlačenje arktičkog leda i uspijevanje usjeva na sve višim geografskim širinama.

Međutim, ratne godine donijele su otkrića izuzetno važna za klimatsku znanost. Godine 1940. kemičari Martin Kamen i Samuel Ruben otkrivaju izotop ugljika 14C. Willard Libby, još jedan sudionik Projekta Manhattan, predložit će 1947. i 1949. primjenu tog izotopa: radiokarbonsko datiranje. Kako se 14C razlaže predvidivom brzinom, stadij njegova raspada može poslužiti otkrivanju starosti organskih tvari koje su mrtve do 60.000 godina. A kako 14C ne postoji u fosilnim gorivima, znanstvenici će ubrzo moći raspoznati udio CO2 emitiranog paljenjem ugljikovodika u odnosu na druge emisije [1, 2].

Isto tako, Drugi svjetski rat demonstrirao je ne samo koliko je energija – konkretno nafta – strateški važna već je skrenuo pozornost i na strateški značaj znanstvenih istraživanja i meteorologije. Pored korištenja radara i izuma atomske bombe, koji je zastrašio sve tadašnje i buduće neprijatelje nuklearnih sila, predviđanje vremena bilo je važan faktor u planiranju vojnih akcija, prvenstveno zračnih napada. Geofizičke znanosti u Americi postaju povlaštene, uz ostale grane fizike korisne za vojnu i elektroničku industriju. Po završetku rata oživljavaju ideje geoinženjeringa, ne samo u svrhu sijanja oblaka radi poboljšanja usjeva već i za slabljenje neprijatelja sušama i beskrajnim snijegom.

Briljantni matematičar i stručnjak za nuklearne bombe John von Neumann upozoravao je da bi „klimatološki rat“ mogao postati opasniji od samog nuklearnog rata. Na samim je počecima Hladnog rada upravo Neumannu povjereno formiranje grupe meteorologa koji će mapirati atmosferu i upregnuti je, ako je moguće, protiv komunizma.

Prvi model i kisikov proxy-termometar

Neumannov suradnik Norman Phillips s Princetona bio je zadužen da iz skupa nepromjenjivih uvjeta, fizike zraka, Sunčeve svjetlosti i geografije planina i oceana izračuna meteorološki prosjek. Tako je do 1955. godine nastao prvi Model opće cirkulacije (GCM), odnosno kompjutorska simulacija atmosferskih gibanja. Bila je daleko od savršene, ali je Neumann, zahvaljujući uvjerljivosti modela, uspio dobiti još novca od vlade.

No prije toga, 1947., Harold Urey, nuklearni kemičar, još jedan od znanstvenika s Projekta Manhattan i dobitnik Nobelove nagrade za otkriće deuterija i rad na drugim izotopima kemijskih elemenata, otkrio je način za mjerenje drevnih temperatura. Ključ je bio u kisiku ugrađenom u fosilne školjke. Količina težih ili lakših izotopa kisika koje je organizam preuzeo iz morske vode varirala je ovisno o temperaturi vode dok je bio živ, tako da je omjer (18O/16O) služio kao proxy-termometar. Ovu genijalnu metodu preuzeo je Cesare Emiliani, student geologije iz Italije, koji je radio u Ureyevu laboratoriju na Sveučilištu u Chicagu.

Metodu utvrđivanja temperature preko izotopa kisika i deuterija početkom 50-ih razradit će paleoklimatolog Willi Dansgaard analizirajući brojne uzorke kiše i snijega. Omjer izotopa kisika (18O/16O) u ledu, tvrdio je, mjeri temperaturu oblaka u vrijeme kada je snijeg pao – što je zrak topliji, to je više teškog izotopa ušlo u ledene kristale. Dansgaardu je kasnije povjerena analiza leda izvađenog na Grenlandu u sklopu projekta „Ledeni crv“ u kontroverznoj bazi Camp Century, napuštenoj zbog ilegalne gradnje nuklearnog reaktora i pomicanja leda.

Inspiriran Callendarovim brojkama, i fizičar Gilbert Plass sa Sveučilišta John Hopkins, uz financijsku potporu vojske, 1956. razradit će računicu radijacije uz pomoć spektometrije. Vodena para, ozon i CO2 različito utječu na zadržavanje topline, navest će u članku objavljenom u American Scientistu, gdje povećanje temperature u zadnjih 60 godina pripisuje ubrizgavanju CO2 u atmosferu paljenjem fosilnih goriva. To će imati odlučujući učinak na klimu, navodi Plass, jer udvostručenje CO2 u atmosferi može podići temperaturu za oko 3,6 stupnjeva Celzijevih.

Prekretnica 1957. – godina geofizike, Sputnika i Revellea

Zaoštravanje Hladnog rata pomogao je znanstvenicima da pritisnu vlade na financiranje znanosti – kako iz sebičnih razloga, odnosno zbog utrke u naoružanju i obrani od balističkih raketa, tako i altruističnih, tj. potrebe za međunarodnom suradnjom u razumijevanju prirode našeg planeta. Tako je 1957. godina proglašena Međunarodnom godinom geofizike (IGY), što je dovelo do većih ulaganja u znanost. U finišu godine Sovjetski Savez odnosi prvu pobjedu u tehnološkoj trci: prvi put u svemir lansiraju objekt načinjen ljudskom rukom – satelit Sputnik 1. Kružio je oko Zemlje tri mjeseca, 1440 puta. Kada mu se istrošila baterija, izgorio je pri ponovnom ulasku u atmosferu. Uspjeh SSSR-a potiče i suparnike iz SAD-a na osnivanje svemirske agencije NASA.

Mada geofizičari tada nisu smatrali klimu prioritetnom, 1957. u mnogočemu je bila prekretnica. Sateliti će se pokazati nezamjenjivima u promatranju atmosfere, kao što će i NASA postati rasadnik znanja o klimatskom sustavu. Skok u financiranju znanosti rezultirat će poboljšanjem kompjutorskih modela, ali i proučavanjem atmosfere i vječnoga leda.

Ova će godina biti zapamćena i po znanstvenom radu kojim su oceanograf Roger Revelle i kemičar Hans Suess upozorili da ljudska rasa izvodi „geofizički eksperiment“ s dugoročnim posljedicama za vrijeme i klimu. Suess je bio stručnjak za analizu godova drveća i prepoznavanje apsorpcije izotopa ugljika iz spaljene nafte i plina, a Revelle se nastavljao na brojne zbunjene prethodnike kojima nikako nije bilo jasno koliko je oceanima potrebno vremena da se u cijelosti „prevrnu“ (tj. da se izmiješaju površinski i dubinski slojevi) te da sva voda dođe u doticaj sa zrakom [1].

Njihovi prethodnici nisu računali s eksponencijalnim rastom upotrebe ugljikovodika pohranjenog u drevnim zalihama. Dvojac je uzeo u obzir prognoze emisija za početak 21. stoljeća i, računajući kojom brzinom stijene, sve kiseliji oceani i sve manje šume pohranjuju CO2, zaključio da svi svjetski „odvodi“ neće stići apsorbirati višak dovoljno brzo bez posljedica za klimu. Nakon ograde da Međunarodnu godinu geofizike treba iskoristiti za traženje preciznijih informacija, iznijeli su svoju procjenu: u idućih nekoliko desetljeća može se očekivati povećanje atmosferskog CO2 za 20 do 40 posto.

Keeling počinje mjerenja na Havajima

Revelle će pozvati postdoktoranda Charlesa Davida Keelinga da svoja mjerenja atmosferskog CO2, koja je od 1956. radio u Kaliforniji, nastavi na lokaciji udaljenijoj od urbanih sredina. Tako je Keeling 1957. i 1958. dobio sredstva IGY-a za uspostavu baze na Mauna Loi na Havajima, tri tisuće metara iznad razine mora. Pod okriljem Međunarodne godine geofizike, Keeling će dobiti javna sredstva za mjerenja CO2 diljem svijeta.

Do 1960. godine Keeling će točno zabilježiti postupni godišnji porast CO2 u atmosferi, kao i njegova sezonska kretanja. Dana 1. ožujka 1958. izmjerit će 313 dijelova CO2 na milijun. Prikaz tih podataka dobit će 1976. godine slavno ime Keelingova krivulja.

Tek 2024. saznat će se da je u financiranju početaka Keelingovih mjerenja sudjelovala i naftna industrija, koja će se tada nalaziti na optuženičkim klupama diljem SAD-a.

No šezdesetih godina 20. stoljeća klimatolozi će se morati baviti novim izvorom konfuzije – privremenim padom temperatura. Naime, od kraja četrdesetih do kraja sedamdesetih na mjernim stanicama sjeverne hemisfere zabilježen je pad od oko 0,3 Celzijeva stupnja, koji se nije uklapao u trend porasta CO2. Ponovo su se razbuktale priče o ledenom dobu i Milankovićevim ciklusima, koji su predviđali nadolazeći period od 100.000 godina zahlađenja.

Klimatolog John Murray Mitchell Jr. 1961. godine objavljuje rad u kojem pretpostavlja da bi za taj pad temperatura mogle biti odgovorne vulkanske erupcije i promjene u Sunčevoj radijaciji, odnosno pjegama. To će se kasnije i potvrditi; temperature će nastaviti rasti, a i ljudsko onečišćenje zraka aerosolima povezat će se s privremenim hlađenjem i maskiranjem zatopljenja.

Šezdesete

U Camp Centuryju na Grenlandu 1966. izvađena je jezgra leda koja je pokazala presjek 8200 godina nakupljanja snijega. Tanki slojevi leda omogućili su znanstvenicima da po prvi put rekonstruiraju drevnu klimu koristeći ledenu jezgru. Iste godine započela je upotreba Glomar Challengera, broda s bušilicom, za Deep Sea Drilling Project, projekt koji je započeo Scripps Institute of Oceanography u Kaliforniji s ciljem prikupljanja dubokih uzoraka slojeva sedimenata s dna oceana diljem svijeta.

Geofizičari Syukuro Manabe i Richard Wetherald šezdesetih su razvili novi osnovni model atmosfere za Nacionalni centar za istraživanje atmosfere (NOAA). Godine 1967. pišu da veća količina ugljičnog dioksida u atmosferi uzrokuje više temperature na Zemljinoj površini. Ovaj jednostavan model bio je prvi korak prema razvoju složenih modela Zemljinih sustava.

Uskoro i znanstvenici Akira Kasahara i Warren Washington razvijaju model cijele atmosfere, koji se naziva model opće cirkulacije. Isprva su model pokretali na CDC-u 3600, računalu koje je ispunjavalo cijelu prostoriju, a imalo je samo jedan procesor. Sve bolja računala daju sve kompletniju sliku međuodnosa u atmosferi.

Glaciolog John Mercer u svom radu iz 1968. upozorava na moguće urušavanje ledenih ploča, što za posljedicu može imati potapanje obalnih gradova. Njegova tvrdnja da su ledene ploče na Antarktici krhke i da su se u prošlosti već topile potvrdila se tek krajem stoljeća.

Satelit Nimbus III 1969. počinje pružati sveobuhvatna mjerenja globalne atmosferske temperature.

Iste godine Apollo 11 s ljudskom posadom slijeće na Mjesec, što za posljedicu ima i buđenje svijesti da su ljudi dio jednog, fragilnog ekosustava, ili megaorganizma, barem gledano iz svemira.

Hladna 1972. i probijanje u političku arenu

Novo desetljeće donosi prvi Dan planeta Zemlje (1970.), kao i nastavak međunarodnih konferencija i razgovora među znanstvenicima o ljudskom utjecaju na okoliš te ulazak rasprave o klimatskim promjenama u političku arenu. Daleko od toga da lutanja i tada nije bilo. Na konferenciji „Studija utjecaja čovjeka na klimu“ u Stockholmu 1971. vodeći znanstvenici u klimatologiji upozoravaju na opasnost od brzih i ozbiljnih globalnih promjena uzrokovanih ljudskim aktivnostima već u idućem desetljeću. Međutim, nije bilo dogovora na pitanje dovodi li ljudska aktivnost do zagrijavanja uslijed emisije stakleničkih plinova ili do hlađenja putem aerosola.

Ta je konferencija bila priprema za prvi globalni sastanak država na kojem se razmatra zabrinutost za okoliš, konferenciju Ujedinjenih naroda o ljudskom okolišu iz 1972., na kojoj je sudjelovalo 113 država. S nje je odaslan poziv na razmjenu informacija od značaja za klimu. Bila je to hladna i sušna godina, koja je uništila je usjeve diljem svijeta, što je za posljedicu imalo i izvještaj o klimi obavještajne agencije CIA-e iz 1974., prepun paranoja oko pada civilizacije koji će doći uslijed – novog ledenog doba. Odbacuje se relevantnost dotadašnjih istraživanja stakleničkih plinova i emisije CO2 uopće se ne spominju.

S ponovnim zagrijavanjem od sredine desetljeća, konkretno 1976., svijetu će biti prikazana Keelingova krivulja. Tih godina studije pokazuju da klorofluorougljici ili freoni (CFC), kao i metan i ozon, mogu uvelike doprinijeti učinku staklenika.

Paralelno, podaci dobiveni iz leda pokazuju da je u minulim ledenim dobima, pored astronomskih uzroka, važnu ulogu igrala i povratna sprega između mehanizama koji utječu na klimu.

Godine 1977. Nacionalna akademija znanosti SAD-a objavljuje izvješće koje identificira trend globalnog zatopljenja uzrokovan povećanim korištenjem fosilnih goriva i predviđa da bi globalne temperature mogle porasti za 6 stupnjeva Celzijevih do 2150. godine uslijed emisija fosilnih goriva.

Na samom kraju desetljeća i usred naftne krize 1979. klimatski znanstvenici okupljaju se u Ženevi na prvoj Svjetskoj konferenciji o klimi, gdje apeliraju na prevenciju mogućeg negativnog utjecaja čovjeka na klimu. Nakon Ženeve, pod okriljem Međunarodnog vijeća za znanost i Svjetske meteorološke organizacije, osniva se Svjetski program za istraživanje klime (WCRP).

Program je usmjeren prema međunarodnoj suradnji i interdisciplinarnom izučavanju sustava klime kroz suodnos atmosfere, leda, oceana, života i drugih elemenata.

Osamdesete

Od 1980-ih znanstvenici i inženjeri RAL Spacea razvijaju i kalibriraju serije skenirajućih radiometara (ATSR), koji će do devedesetih postati nezamjenjiv i jedan od najpreciznijih instrumenata za daljinsko mjerenje površinske temperature mora i kopna. RAL Space također je pomogao u razvoju radiometra površinske temperature mora i kopna (SLSTR) za satelite Sentinel, koji čine dio programa Europske unije za promatranje Zemlje Copernicus. Ti nam sateliti pružaju izvanrednu sliku o tome kako se klima na Zemlji mijenja.

Klimatolog NASA-e James Edward Hansen putem klimatskih modela i kalkulacija aerosola ispuštenih u erupcijama vulkana u 20. stoljeću uspijeva matematički objasniti pad temperatura u između četrdesetih i sedamdesetih. Godina 1981. bit će najtoplija od početka modernih mjerenja. Sve više znanstvenika iz podataka iščitava kako će smjenom stoljeća doći do opipljivog rasta temperatura zbog efekta staklenika.

Francuski i ruski znanstvenici 1985. godine uspijevaju izvući antarktičku ledenu jezgru dugu preko 2000 metara, koja je otkrila proxy-podatke o atmosferskim uvjetima prije 150.000 godina. Te će ledene jezgre pokazati da su količina ugljičnog dioksida i temperatura zajedno rasle i padale u velikim oscilacijama tijekom proteklih 150.000 godina, odnosno da su u istom odnosu koji su sugerirali računalni modeli.

Iste godine znanstvenici British Antarctic Surveya Joe Farman, Brian Gardiner i Jon Shanklin pomoću Dobsonova ozonskog spektrofotometra, koji se koristi za određivanje koncentracije ozona u stratosferi, otkrivaju ozonsku rupu iznad Antarktike. To će dovesti do jedne od najbržih svjetskih zajedničkih akcija, Protokola iz Montreala, koji će biti potpisan već 1987. godine i nalagat će smanjenje upotrebe aerosola koji uništavaju ozon.

Iste 1987. godine geokemičar koji je sedamdesetih popularizirao izraz „globalno zagrijavanje“ Wallace S. Broecker objavljuje rad „Neugodna iznenađenja u stakleničkim plinovima?“, gdje se, među ostalim, bavi važnošću Sjevernoatlantske meridijanske obrtajuće struje (AMOC) za stabilnost klime. Razbija pretpostavku da promjena klime nužno mora ići postupno, u rasponu od bar stotinu godina. Piše da postoje „jasni dokazi da promjene u Zemljinoj klimi mogu biti iznenadne“ te poručuje: „Vrijeme je da se istraživanje nakupljanja ugljičnog dioksida u atmosferi postavi na bolje temelje.“

Iako je konzervativni predsjednik SAD-a Ronald Reagan značajno smanjio budžete za istraživanje okoliša, osamdesetih se postupno u političku arenu probija tema emisija i klime, na tragu izvješća američke Nacionalne akademije znanosti i Agencije za zaštitu okoliša. Kulminirat će svjedočenjem klimatologa Jamesa Hansena pred komisijom Senata 1988. godine. Hansen obavještava političku klasu i javnost da su se sve najtoplije godine u povijesti instrumentalno izmjerene dogodile u tekućem desetljeću, da se zatopljenje s velikom sigurnošću može povezati s efektom staklenika te da to može dovesti do vremenskih ekstrema. Čitav transkript dostupan je ovdje.

Iste godine održala se i konferencija u Torontu o sigurnosnim aspektima promjene klime, na kojoj također gostuje Hansen. Druga perjanica konzervativizma, britanska premijerka i kemičarka Margaret Thatcher obećava više proračunskih sredstava za izučavanje klime. S konferencije je odaslan i prvi klimatski cilj (koji, naravno, nije ispunjen): smanjenje globalnih emisija stakleničkih plinova za 20 posto do 2005. godine.

Ispostavit će se da je dvoje proslavljenih konzervativnih lidera zapadnoga svijeta, prvenstveno Reagan, odabralo i financijski i politički poduprijeti ideju o stručnom međunarodnom tijelu koje će u svojim izvješćima zahtijevati radikalno drugačiji svijet od onoga koji su zagovarali Reagan i Thatcher.

IPCC

Naime, 1988. godine pod okriljem UN-ova Programa za zaštitu okoliša (UNEP) i Svjetske meteorološke organizacije (WMO) osniva se Međuvladin panel o klimatskim promjenama (IPCC).

Prvi predsjednik bio je švedski meteorolog i stručnjak za pozicioniranje satelita za istraživanje klime Bert Bolin. Do te funkcije bio je aktivan u WCRP-u i Savjetodavnoj skupini za stakleničke plinove (AGGG), koja je svojevrsna preteča IPCC-ja, ali joj se zamjeralo da ovisi o sredstvima privatnih fondacija te da lako može kliznuti u ideologiju.

A od IPCC-ja, sastavljenog od najistaknutijih klimatskih znanstvenika i kreatora politika, zahtijevalo se da zaključke temelji na čvrstom dogovoru svih strana, kako znanstvenika tako i vlada članica IPCC-ja. U početku se taj zahtjev za konsenzusom činio kao recept za paralizu, međutim, ispostavilo se da će u godinama koje slijede IPCC upravo na tome temeljiti svoj kredibilitet.

Kao odgovor na pojavu IPCC-ja, samo godinu kasnije pojavit će se Koalicija za globalnu klimu (GCC), stožerna grupa za poricanje nalaza klimatske znanosti. Sve do njezina gašenja 2001. i transformacije u druge saveze, GCC su financirale naftna, automobilska i druge industrije vezane za fosilna goriva.

Danas je u članstvu IPCC-ja ukupno 195 vlada. Zadatak IPCC-ja nije proizvodnja vlastitih istraživanja, već pregled relevantne svjetske znanstvene literature, ne samo o prirodi već i o društvenim posljedicama promjene klime. Javnost izvještavaju svakih pet do šest godina. Tisuće znanstvenika volontira u reviziji dokumenta, zbog čega je proizvodnja ovih izvještaja opisana kao najveći svjetski peer review proces.

Prvo izvješće objavili su 1990. godine. Objavili su da se svijet zagrijava i da će se vjerojatno nastaviti zagrijavati, no i da će biti potrebno još jedno desetljeće dok se ne uvjere da su uzrok promjeni staklenički plinovi.

Hlađenje aerosolima i varijacije u Sunčevoj svjetlosti

Klimatološki gledano, početak devedesetih obilježila je erupcija filipinskog vulkana Mt. Pinatubo, oslobađajući 20 milijuna tona SO2, više od bilo koje druge erupcije u 20. stoljeću. James Hansen točno je predvidio da će taj oblak aerosola uzrokovati globalno hlađenje za oko pola stupnja tijekom par godina. Time je potvrdio učinkovitost ranijih klimatskih modela. Erupcija će postati uporišna točka zagovaratelja geoinženjeringa, odnosno injekcije aerosola u atmosferu kako bi se reflektirala Sunčeva svjetlost i umjetno smanjila temperatura na Zemlji. To je izazvalo jezu i konsternaciju kod većeg dijela znanstvenika, koji upozoravaju na neželjene posljedice ljudskog poigravanja atmosferom, ali i pokrenulo lavinu teorija zavjera u idućim desetljećima [1, 2].

Devedesete su obilježene i osporavanjem utjecaja stakleničkih plinova u korist Sunčevih pjega. Godine 1991. izlazi rad Eigila Friis-Christensena i K. Lassena, koji ocrtava korelaciju između duljine solarnih ciklusa i temperaturnih anomalija na Zemlji. No do 2000-ih aktivnost Sunčevih pjega vratila se na razinu iz 1950-ih, dok su globalne temperature skočile. Posebno je bila upečatljiva neusklađenost s duljinom ciklusa Sunčevih pjega.

Konferencija u Rio de Janeiru 1992. donosi Okvirnu konvenciju UN-a o klimatskim promjenama (UNFCCC), ali SAD, tada najveći svjetski zagađivač, blokira pozive na ozbiljnu i obvezujuću akciju. Konferencija stranaka (COP), vrhovno tijelo za donošenje odluka vezano za UNFCCC, od 1995. sastaje se svake godine kako bi procijenila napredak u suočavanju s klimatskim promjenama. Svrha je COP-a da, na temelju podataka koje IPCC obrađuje za svoja izvješća, pregovara o međunarodnim inicijativama i donosi direktive za svaku pojedinačnu članicu, odnosno državu.

Podaci iz grenlandskih ledenih jezgri iz 1993. sugeriraju da se velike klimatske promjene, barem na regionalnoj razini, mogu dogoditi naglo, u samo jednom desetljeću.

Godine 1995. izlazi drugo izvješće IPCC-ja, koje otkriva „otisak prsta“ zagrijavanja izazvanog efektom staklenika i predviđa da je ozbiljno zatopljenje vjerojatno u nadolazećem stoljeću. Konsenzusom svih znanstvenika i predstavnika zemalja u IPCC-ju, na temelju raspoloživih podataka i poboljšanih modela koji su do 1995. godine uračunali efekt aerosola i točnije nego ikad prikazali uzlazni trend temperatura, navode: „Bilanca dokaza sugerira da postoji vidljiv ljudski utjecaj na globalnu klimu.“

Izvješća o lomljenju antarktičkih ledenih ploča i drugi znakovi stvarnog trenutačnog zagrijavanja u polarnim regijama počinju utjecati na javno mnijenje. Toga postaje svjesna i fosilna industrija. Tijekom devedesetih počet će iskrcavati ogromne količine novca u propagandne operacije negiranja realnosti klimatske krize i diskreditiranje znanstvenika koji su upozoravali na nadolazeću katastrofu.

Lobirat će u najvišim međunarodnim tijelima koja su na temelju nalaza klimatske znanosti tražila obuzdavanje emisija stakleničkih plinova. Savezu GCC, koji je bio odgovor industrije na IPCC, pripisivat će se utjecaj na odluku da odluke o smanjenju emisija iz Protokola iz Kyota ne budu obvezujuće, kao i blokada ratifikacije tog Protokola u SAD-u.