Překlad: Jednoduchá otázka, jednoduchá odpověď… A nebo taky ne.

Překlad článku Simple question, simple answer… Not ze serveru RealClimate z 8. září 2008 od Spencera R. Wearta z Amerického fyzikálního institutu.

Dostávám mnoho mailů od vědecky erudovaných lidí, kteří chtějí znát stručný a jasný výpočet míry globálního oteplení, jež můžeme v důsledku emisí skleníkových plynů očekávat. Jaké používáme fyzikální rovnice a jaká data máme k dispozici, abychom zjistili, jak vysoko teploty vystoupají? Přirozená otázka, když uvážíme, že je veřejnosti skleníkový efekt většinou prezentován coby elementární fyzika. Tito tazatelé, většinou postarší inženýři, se následně stávají podezřívavými, když experti začnou před jejich otázkou zdánlivě uhýbat. Někteří se potom pokoušejí přijít s odpovědí sami (například Lord Monckton) a stěžují si, že experti jejich elegantní logiku neberou vážně.

Požadavek inženýrů, aby byl argument pro globální oteplování shrnut do cca jedné stránky rovnic, zní rozumně a má dlouhou historii. Ta ovšem ukazuje, že podstata klimatického systému nevyhnutelně zrazuje milovníky jednoduchých odpovědí.

Nejjednodušším přístupem k výpočtu teploty zemského povrchu by bylo uvažovat o atmosféře jako o jediném jednolitém bloku – tabuli skla zavěšené nad povrchem (přibližně jak to vídáme právě v případě základních vysvětlení “skleníkového” jevu). Ale výsledky výpočtů založených na tomto modelu ani vzdáleně neposkytují realistické údaje. Není možné pracovat s průměrem a stěsnat dohromady způsob, jakým tepelné záření proniká hustou, teplou a vlhkou nižší atmosférou, s jeho chováním v řídké, chladné a suché svrchní atmosféře. Již v 19. století tak fyzikové přešli na “jednodimenzionální model.” To jest, uvažovali, jako by atmosféra byla stejná kdekoliv nad celým povrchem planety, a studovali přenášení nebo pohlcování záření při jeho průchodu vzhůru a dolů sloupcem vzduchu sahajícím od zemského povrchu až po hranici atmosféry. Toto je výzkum “přenosu záření” (“radiative transfer”), elegantní a obtížné odvětví teorie, které zkoumá způsob, jakým sluneční světlo prochází každou vrstvou atmosféry k zemskému povrchu, a způsob, jakým tepelná energie, která vyzařuje z povrchu zpět, zahřívá každou vrstvu a je mezi nimi přenášena tam a zpět nebo odsálávána do vesmíru.

Při výuce fyziky je studentům předkládáno množství jednoduchých systémů, které se řídí pár zákony a přinášejí nádherně precizní odpovědi: stačí plus mínus stránka rovnic a jste hotovi. Učitelé málokdy upozorňují na to, že tyto systémy byly pečlivě vybrány z mnohem větší množiny systémů, jež povětšinou nejsou zdaleka tak poddajné. K vyřešení jednodimenzionálního atmosferického modelu jedna stránka matematiky nestačí. Je zapotřebí rozdělit sloupec vzduchu do souborů vrstev, vyndat tužku nebo počítač a vypočítat, co se stane na každé úrovni. Co je ještě horší, oxid uhličitý a vodní pára (dva hlavní skleníkové plyny) pohlcují a vyzařují různě na různých vlnových délkách. Takže stejné náročné výpočty musíte provádět opakovaně, pro každou část radiačního spektra.

Až od padesátých let měli vědci k dispozici dostatečné údaje o absorbci infračerveného záření a také digitální počítače schopné bleskově provést velké objemy výpočtů. Gilbert N. Plass použil tyto údaje a vybavení, aby demonstroval, že zvyšování koncentrace oxidu uhličitého v sloupci vzduchu by způsobilo nárůst povrchové teploty. Ale nikdo nevěřil přesnému číslu, k němuž dospěl (zahřátí o 2,5°C při zdvojnásobení koncentrace CO2). Kritici upozorňovali na to, že ignoroval řadu důležitých faktorů. Zaprvé, pokud by globální teploty stouply, zvýšilo by se množství vodní páry v atmosféře. Její vlastní skleníkový efekt by zapřičinil další oteplení. Ale na druhou stranu, nevyvolalo by rostoucí množství vodní páry nárůst oblačnosti? A nezastínila by vyšší oblačnost povrch a nevedla tak k menšímu oteplování? Ani Plass ani nikdo před ním se změny oblačnosti nepokoušel modelovat. (Pro detaily a odkazy se podívejte na tuto stránku o historickém vývoji.)

Fritz Möller následoval Plasse průkopnickým výpočtem, který bral v úvahu růst absolutní vlhkosti při stoupající teplotě. Hopla… jeho výsledky ukazovaly obří zpětnou vazbu. Se vzrůstající vlhkostí stoupal skleníkový efekt vodní páry a teploty nezadržitelně rostly. Model dokázal vyprodukovat téměř libovolně vysokou teplotu! Tyto podivné výsledky motivovaly Syukuro Manabeho k vývoji realističtějšího jednodimenzionálního modelu. Zahrnul do něj účinek stoupajících konvekčních proudů odvádějících teplo od povrchu vzhůru – elementární proces, jenž byl však téměř všemi předchozími výpočty ignorován. Nebylo divu, že se Möllerův model téměř neomezeně zahříval: nepočítal s tím, že by zahřátý vzduch stoupal. Manabe rovněž přišel s hrubým výpočtem pro efekt oblačnosti. V roce 1967, ve spolupráci s Richardem Wetheraldem, byl připraven dopad stoupající hladiny oxidu uhličitého prozkoumat. Jejich model předvídal, že pokud by došlo ke zdvojnásobení hladiny CO2, globální teploty by vzrostly o zhruba dva stupně celsia. Šlo zřejmě o první práci, která přesvědčila mnoho vědců o tom, že je zapotřebí brát skleníkový efekt vážně. Tento výpočet byl, takříkajíc, “důkazem principu.”

Avšak předložit kopii Manabe-Wetheraldovy studie staršímu inženýrovi, který se dožaduje důkazu, že globální oteplování představuje problém, by zřejmě nepřineslo kýžené výsledky. Práce poskytuje pouze náčrt komplexních a rozsáhlých výpočtů, jež jsou fakticky provedeny “v zákulisí.” A nikdo, tehdy ani nyní, by nepovažoval výsledná čísla za přesnou předpověď. Model stále nezahrnoval mnoho důležitých faktorů. Vědci si například až v 70. letech uvědomili, že musí vzít v úvahu interakci kouře, prachu a dalších aerosolů vznikajících lidskou činností s vyzařováním a tvorbou oblačnosti. A obdobných příkladů by bylo možno jmenovat celou řadu.

Problematika skleníkového jevu nebyla prvním případem, v němž klimatologie takto narazila. Jako příklad lze uvést pokusy předvídat pasátové větry, nekomplikovaný a významný atmosferický jev. Po generace teoretikové sepisovali základní rovnice toku kapalin a přenosu tepla na povrchu rotující koule s cílem vytvořit přesný popis struktury konvekčních buněk a větrů na naší planetě, na nějž by vystačilo několik řádků výpočtů… nebo několik stránek… nebo několik tuctů stránek. Vždy selhali. Až s příchodem výkonných digitálních počítačů v šedesátých letech byl problém vyřešen cestou milionů numerických výpočtů. Pokud někdo požádá o “vysvětlení” fungování pasátů, můžeme mávnout rukou a rozhovořit se o tropickém ohřevu, rotaci Země a baroklinické nestabilitě. Ale pokud po nás někdo chce detaily a skutečná čísla, můžeme na něj pouze vysypat kamion papírů se všemi aritmetickými výpočty.

Netvrdím, že nerozumíme skleníkovému jevu. Základní fyziku chápeme celkem jasně a dokážeme ji zvědavému nevědci vysvětlit během minuty. (Například takto: skleníkové plyny propouštějí sluneční světlo k zemskému povrchu, který je jím zahříván; povrch následně sálá zpět vzhůru infračervené záření, které je v různých vrstvách skleníkovými plyny pohlcováno a přeměněňováno v teplo; část tohoto tepla je následně vyzářena zpět k povrchu, který je v důsledku toho teplejší, než by byl, kdyby skleníkové plyny v atmosféře nebyly.) Vědci můžeme poskytnout technické vysvětlení v několika odstavcích. Ale pokud toužíte po tvrdých číslech – pokud chcete vědět, zda stoupající hladiny skleníkoých plynů přinesou neškodné oteplení nebo katastrofu – musíte zahrnout vlhkost, aerosolové znečištění a spoustu dalších vlastností klimatického systému, všechny smíchané dohromady ve zdlouhavých počítačových kalkulacích.

Fyzika je plná fenoménů, jež jsou na první pohled jednoduché, ale vzpírají se snadným výpočtům. Globální oteplování je jedním z nich. Lidé touží po jasné a stručné metodě předpovědi míry oteplování, které můžeme očekávat. Žel, žádný jednoduchý výpočet neexistuje. Skutečný nárůst teploty je emergentní vlastností založenou na interakcích mezi stovkami faktorů. Ti, kteří odmítají tuto komplexnost uznat, by neměli být překvapeni, když jejich žádosti o snadnou odpověď zůstanou nevyslyšeny.

About these ads

Vlastnosti: , , , , , , , , , , ,

Napsat komentář

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Změnit )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Změnit )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Změnit )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Změnit )

Connecting to %s


Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: