RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek, Radim Tolasz Chemie životního prostředí II – Znečištění složek prostředí Atmosféra (06) Uhlík v atmosféře Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Rozložení a toky uhlíku v biosféře Biogeochemický cyklus uhlíku: biomasa a litosféra biom rozloha 106 km2 vegetace půda celkem tropický les 17,6 212 216 428 les mírného p. 10,4 59 100 159 boreální les 13,7 88 471 559 savana 22,5 66 264 330 step 12,5 9 295 304 pouště 45,5 8 191 199 tundra 9,5 6 121 127 mokřady 3,5 15 225 240 pole 16 3 128 131 celkem 151,2 466 2 011 2 477 Globální rezervoáry uhlíku v biomase a v půdě do hloubky 1m, Gt uhlíku Biogeochemický cyklus uhlíku: atmosféra Uhlík je v atmosféře zastoupen zejména CO2, méně CH4  CO2 ovlivňuje skleníkový efekt, úzce souvisí s fotosyntézou a respirací  Obsah CO2 v atmosféře narůstá od dob průmyslové revoluce  Nárůst obsahu CO2 dokumentován z koncentrací v ledu, izotopovým složením přírůstkových zón korálů a dřevin  Preindustriální atmosféra obsahovala 200-290 ppm CO2, současná koncentrace CO2 je 390 ppm  CH4 vzniká při anaerobních procesech v rýžových polích, ve velkochovech dobytka, v termitištích, uvolňuje se z fosilních paliv, rašelinišť, mokřadů  Působí rovněž jako skleníkový plyn  Oxidací CH4 vzniká CO 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhelnatý  Vyskytuje se především v troposféře, oxiduje na oxid uhličitý.  CO vzniká nedokonalým spalováním materiálů s obsahem uhlíku, obvykle fosilních paliv. Cigaretový kouř - 2 %  CO se nevratně váže na Fe v hemoglobinu, vzniká karboxyhemoglobin. Vazba CO na hemoglobin je 210x silnější než vazba kyslíku.  CO je tudíž extrémně nebezpečný při expozici.  t1/2 = 120 dnů 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výskyt CO v atmosféře 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Uhlík v atmosféře Oxid uhličitý (CO2) Bez toxických účinků, dusivý, skleníkový plyn t1/2 = 2 - 4 roky Přirozený atmosférický propad:  fotosyntéza  absorpce v oceánech 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Organické sloučeniny uhlíku Uhlovodíky a jejich deriváty (RH, HCs) Nižší n-alkány C1 - C11 (g), vyšší (l, s), isoalkány, cyklo-alkány, arény, PAHs Celosvětové emise - 1,86 * 109 t.r-1 (5 % antropogenní emise), z toho 86 % CH4 (90 % bakteriální produkce), 9 % terpeny (rostlinná produkce) CH4 - severní pól - 1,08 mg.m-3 jižní pól - 0,85 mg.m-3 t1/2 = 4 - 7 roků Reakce s ozónem Uhlík v atmosféře Biogeochemický cyklus uhlíku - procesy Výměna CO2 mezi hydrosférou a atmosférou:  oceán je významný rezervoár, příjem CO2 z atmosféry je omezený karbonátovou rovnováhou a pomalým míšením povrchových a hlubinných vod. Rozpuštěné množství ovlivňuje atmosférická koncentrace CO2 a teplota. CO2 uvolňovaný z antropogenních procesů:  nejvýznamnější je spalování fosilních paliv, produkce cementu, změny v charakteru krajiny, odlesňování, desertifikace atd. Pohlcování CO2 asimilující biomasou:  hnojivý vliv vyšší koncentrace CO2 se obtížně prokazuje, ale experimenty ukazují že zvýšená koncentrace CO2 může až 2- 3x zvýšit asimilaci CO2 a vázat uhlík v biomase zejména kořenových systémů, půdních mikroorganismů a hub. 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý  Koncentrace atmosférického CO2 v ppmv (jedna částice ku milionu objemových) na Mauna Loa, Hawai.  Tato měření dobře souhlasí s měřeními na ostatních stanicích.  Periodický cyklus je způsoben sezónními výkyvy CO2 v důsledku jeho spotřeby rostlinami.  Přibližné globální úrovně CO2 v roce 1900 a 1940 jsou vyznačeny liniemi. Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide ARTHUR B. ROBINSON ‡ , SALLIE L. BALIUNAS † , WILLIE SOON † , AND ZACHARY W. ROBINSON ‡ ‡Oregon Institute of Science and Medicine, 2251 Dick George Rd., Cave Junction, Oregon 97523 [info@oism.org] †George C. Marshall Institute, 1730 K St., NW, Ste 905, Washington, DC 20006 [info@marshall.org] 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý – produkce a producenti 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Radiační rovnováha v atmosféře Ze Slunce do zemské atmosféry dopadá cca 343 W.m-2  cca 1/3 záření odražena atmosférou  cca 2/3 záření pohltí planeta a následně skleníkové plyny, které zvyšují teplotu o 33C (78% energie)  21 % energie se použije na vypařování vody z oceánů  1 % energie se přemění na kinetickou energii větrů  0.1 % využijí zelené rostliny 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkový efekt 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Radiační rovnováha v atmosféře 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1971 – Ehrlich a Holdern – globální oteplení, zapomenuto 1992 – celosvětová vládní konference, skončila pouze doporučeními, která nebyla naplněna 1995 – IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, UN) – globální oteplení 1997 – Kyoto (Kyoto Protocol), dohoda o snížení CO2 a dalších pěti skleníkových plynů na úroveň 5,2 % pod úroveň 1990, USA 7 %. Do roku 1999 měly země podepsat dohody. Dosud malý pokrok. Oxid uhličitý 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Význam oxidu uhličitého 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkové plyny CO2, CH4, N2O, CFC, O3, vodní pára Od roku 1800 u CO2 zvýšení o cca 60 %, u ostatních o zhruba 10 % Globální oteplování ovlivňování radiační bilance planety 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Obsah CO2 v atmosféře - Keelingova křivka Atmosférická koncentrace CO2 - výkyvy plynou ze sezónních variací v produkci biomasy. 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz CO2 Mauna Loa 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Historická měření obsahu CO2 v atmosféře 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý – rekonstrukce historického vývoje 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Data pro získání informací o složení atmosféry Geologie Paleontologie Sedimentologie Stratigrafie Z geologických záznamů víme, že se atmosféra změní. Nevíme jak a jakou rychlostí. Změny atmosféry jako přirozený proces 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Historický vývoj obsahu CO2 v atmosféře 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Podnebí mnohem teplejší, hladina oceánů o 100–200 m výše; W – fosilie teplých vod, E – evapority, C – ložiska uhlí Střední křída 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Minulých několik milionů let – početné cykly ochlazení a teplení superponovány na celkové chladnutí Glaciace – pokles teploty o několik stupňů na dlouhou dobu – rozšíření ledovců – doby ledové Teplejší období – doby meziledové – interglaciály Pleistocén (1,6 mil. let)– více než 20 cyklů s opakováním 20 000 až 40 000 let s extrémními minimy každých 100 000 let Ledové doby se odehrávaly už před 2,3 miliardami let. Dnes zabírají ledovce kolem 10 % povrchu (z toho 84 % v Antarktidě). V minulosti až 29 % povrchu. Ledové doby 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Poslední zalednění – začalo před 30 000 let, před 10 000 konec, nyní procházíme maximem interglaciálu 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Variace atmosférických koncentrací CO2 a CH4 a teploty 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Malá doba ledová: 1300–1900 Rhonský ledovec (Švýcarské Alpy) 1960 1850 Krátkodobé fluktuace 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý - produkce 30Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Světová produkce energie a CO2 31Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zásoby fosilních paliv 32Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Povrchové teploty Sargasového moře, končící v roce 1975, jak byly určeny z izotopického složení zbytků mořských organismů na dně moře. Horizontální linie je průměrná globální teplota pro toto období dlouhé 3 000 let. Malá doba ledová a středověké klimatické optimum se vyskytovaly naprosto přirozeně a představovaly odchylku klimatu po dlouhou dobu. Klouzavý 11-letý průměr teplot severní hemisféry vyjádřený jako odchylka od průměru teplot v letech 1951-1970 (silnější linie). Sluneční magnetický cyklus je vyznačen slabší linií. Oxid uhličitý 33Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Lokální vlivy – tepelné ostrovy 34Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Válka v Perském zálivu (1991) Vápence, Guanxi, Čína Lokální vlivy 35Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý 36Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Organické látky emitované vegetací 37Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz VOCs strom – ilustrace metabolického potenciálu vegetace emitovat VOCs 38Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků 39Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Atmospheric chemistry exemplified by the oxidation of methane from a ruminant animal. Despite the cow’s protestations to the contrary, it has released significant quantities of methane to the atmosphere. The methane was generated by enteric fermentation of grass in the cow’s stomachs. Once in the atmosphere, the methane is oxidized in a sequence of steps in which free radicals figure as important intermediates, and the end products are CO2 and H2O. The H2O becomes rain, and it and the CO2 are converted by photosynthesis in the grass to carbohydrate. The cow eats the grass, the carbohydrate ferments, and so the cycle begins again. Oxidace methanu v atmosféře 40Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – příklad CH4 41Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – C3 alkany, alkeny 42Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – n-butan 43Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – toluen 44Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – toluen 45Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 46Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 47Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 48Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Klimatické změny – hlavní složky klimatického systému 49Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady klimatických změn 50Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Global average radiative forcing (RF) in 2005 (best estimates and 5–95 per cent uncertainty ranges) with respect to 1750 for CO2, CH4, N2O and other important agents and mechanisms, together with the typical geographical extent (spatial scale) of the forcing and the assessed level of scientific understanding (LOSU). Aerosols from explosive volcanic eruptions contribute an additional episodic cooling term for a few years following an eruption. The range for linear contrails does not include other possible effects of aviation on cloudiness. Global average radiative forcing (RF) 51Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Korelace obsahu CO2 v atmosféře a průměrných teplot Změny koncentrace CO2 a teploty stanovené z ledovcového vrtu na stanici Vostok v Antarktidě 52Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vývoj průměrných teplot za posledních 150 let Nejteplejších 11 let: 2005,2010,1998,2009,2003, 2002,2006, 2007,2011, 2004,2001 53Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Relativní vliv antropogenních skleníkových plynů 54Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Relativní emise z různých druhů činností 55Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkové plyny v ČR (celkové a pouze CO2) 56Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vývoj růstu průměrných teplot 57Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vývoj hladiny oceánů (spodní odhad) 58Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Předpovědi klimatických modelů  klimatické změny způsobí více srážek v tropech, méně v subtropech, střídání prudkých bouří se zničujícím suchem  obří kusy ledovců roztáté zvýšenou teplotou by mohly vytvořit vrstvu chladné vody a ochromit nebo zeslabit proudění např. Golfského proudu (možné je paradoxní snížení teploty v Evropě)  šíření teplomilných rostlinných a živočišných druhů (v posledních letech na našem území pozorovány kudlanka, vlha, šakal, je možné očekávat mizení chladnomilných rostlin - např. smrk)  Afrika - šíření pouští, eroze v pobřežních oblastech, neúroda, šíření tropických chorob  Asie - pohyb lidí od zaplavených pobřeží, severní oblasti kontinentu vlhčí podnebí - vyšší výnosy  jižní a střední Asie - sucha, šířící se choroby, povodně, vedra, lesní požáry, cyklony  Austrálie - rozšíření pouští, cyklony, nárazové záplavy  Evropa - jižní Evropa - sucha a vedra, severní Evropa - tání tundry, střední Evropa - záplavy a letní vedra  Amerika - sucha, záplavy, cyklony 59Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Reakce světového společenství  Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 3 zprávy o vývoji klimatu  Kjótský protokol (do r. 2012), nejasné pokračování  omezení emisí oxidu uhličitého a pěti dalších skleníkových plynů  Strategie pro útlum globálního oteplení zahrnují vývoj nových technologií, využití solární a větrné energie a dalších obnovitelných zdrojů, jaderné energie, palivových článků, úspor energie, uhlíkových daní a sekvestraci uhlíku (ukládání CO2 v geologických formacích) 60Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Klimatická změna - fakta a mýty RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 61Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  složitý fyzikální systém  atmosféra  oceán  kryosféra  litosféra  biosféra  změny ve složkách  vazby mezi složkami  zpětné vazby POČASÍ = okamžitý stav atmosféry KLIMA = charakteristické (průměrné) počasí Klimatický systém a jeho změny RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 62Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  střídání glaciálů a interglaciálů  glaciál » 100 tisíc let, interglaciál » 20 tisíc let  glaciály: pomalý nástup, kulminace ke konci, teplota o 5-6 oC nižší než dnes  interglaciály: kratší než glaciály, teplota o 2-5 oC vyšší než dnes  paleoklimatická proxy data (ledovcové vrty, izotopy kyslíku, uhlíku, dendrologická data, pyly, prach…) Historické klima Teplota – hlavní indikátor změn RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 63Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 2010 2005 1998 2003 2002 2009 2006 2007 NOAA (2011) -0,6 -0,4 -0,2 -1E-15 0,2 0,4 0,6 0,8 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 teplotníanomálie(oC)  relativně stabilní 9. – 14. stol. teplejší 16. – 19. stol. chladnější  20. století teplejší 40. - 60. léta chladnější výrazný nárůst teploty od 80. let  21. století - ??? Klima posledního tisíciletí RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 64Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz příklad 2010 pevnina oceán globálně 0,96 0,49 S - polokoule 1,08 0,51 J - polokoule 0,65 0,49 Změny teploty nejsou globálně homogenní RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 65Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  extraterestrické • orbitální změny • sluneční činnost a její změny  terestrické • změny parametrů zemského povrchu a parametrů oceánů (vč. změn fyzikálních a chemických vlastností, změn proudění, atd.) • vulkanická činnost  antropogenní • emise skleníkových plynů • působení člověka na složky systému Příčiny změn a jejich projevů RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 66Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Sklon zemské osy • periodicita ~ 41 000 let  Změny excentricity eliptické dráhy • periodicita ~ 100 000 let  Precese zemské osy • periodicita ~ 26 000 let Orbitální změny RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 67Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  11 let (9-12)  22 let (20-25)  87 let (70-100)  210 let  2300 let  6000 let kolísání zářivé energie Slunce » 0,05-0,1 % Určitý vliv na klima existuje, ale zatím není spolehlivě vysvětlen Sluneční aktivita a její změny RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 68Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkový efekt a jeho zesilování RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 69Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  atmosféra a zemský povrch pohlcuje a odráží sluneční záření  dlouhovlnné vyzařování Země bez skleníkových plynů  T ~ -18 oC  působení přirozeného množství skleníkových plynů  T ~ 15 oC  antropogenní skleníkové plyny T > 0 Skleníkový efekt a jeho zesilování RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 70Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  přirozené • vodní pára, CO2, CH4  antropogenní • CO2, CH4, N2O, PFC, HFC, SF6  nepřímé a prekursory • NOx, CO, NMVOC, SO2, O3 VODNÍ PÁRA  kombinovaný vliv • výpar • oblačnost • zpětné vazby  podíl na přirozeném skleníkovém efektu » 65-85 %  předpoklad „časové změny jsou minimální“ nemusí být správný (NOAA, 2009) • vliv vodní páry asi podceněn – 1/3 nárůstu teploty po r. 1990 • po r. 2000 obsah vodní páry ve stratosféře klesá Þ zpomalení nárůstu teploty • změny teploty povrchové vody v oceánech (?) H2O pára ve stratosféře Skleníkové plyny (GHG) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 71Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  energetika  průmysl  doprava  zemědělství  odlesňování  odpady IPCC AR4 (2007) Emise vs. koncentrace GHG RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 72Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  nárůst o přibližně 25 % za posledních 50 let  nárůst o přibližně 40 % za posledních 200 let  trend meziročních nárůstů kolem 2 ppm, tj. přibližně 0,5 %/rok Atmosférické koncentrace CO2 RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 73Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz rok zima létoTeplota Srážky Teploty a srážky v Evropě (1976 – 2006) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 74Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 7 8 9 10 11 12 13 1775 1795 1815 1835 1855 1875 1895 1915 1935 1955 1975 1995 200 300 400 500 600 700 800 1805 1825 1845 1865 1885 1905 1925 1945 1965 1985 2005 Teploty a srážky v ČR, 1775/1805 – 2010), Praha - Klementinum RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 75Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 400 500 600 700 800 900 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 trend  0,3oC/10 let Trendy teplot a srážek v ČR (územní hodnoty 1961 – 2010) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 76Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 0 20 40 60 80 100 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1961-1990 1991-2010 -5 0 5 10 15 20 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1961-1990 1991-2010 7,3/8,1 oC 664/695 mm Změny teplot a srážek v ČR (porovnání období 1961-1990 a 1991-2010) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 77Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1961–1990 1991–2010 rozdíl mezi obdobími letní dny (TMA ≥ 25°C) 45 57 12 tropické dny (TMA ≥ 30°C) 8 14 6 „vlny horka“ (TMA ≥ 35°C) 0,2 1,0 0,8 tropické noci (TMI ≥ 20°C) 0,1 0,4 0,3 mrazové dny (TMI < 0°C) 112 106 -6 ledové dny (TMA < 0°C) 30 28 -2 arktické dny (TMA ≤ -10°C) 1,1 0,6 -0,5 Průměrné počty dnů za rok (ČR)  zvýšení průměrné teploty ovlivňuje i její extremitu  rostou počty letních dnů a tropických dnů a nocí  klesají počty mrazových a ledových dnů Extremita teplot RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 78Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz (3) PROJEKCE VÝVOJE KLIMATU VE SCÉNÁŘÍCH dolní odhad nejlepší odhad horní odhad (2) MODELOVÝ POPIS VÝVOJE SVĚTA makroekonomika surovinové zdroje energetika technologie populační vývoj (1) MODELOVÝ POPIS KLIMATICKÉHO SYSTÉMU složky systému procesy ve složkách zpětné vazby chemismus Projekce vývoje klimatu RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 79Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  pravděpodobné vyjádření budoucího klimatu pro explicitní využití v závislosti na emisních scénářích – NEJDE O PŘEDPOVĚĎ !!!  klíčové proměnné (teplota, TMAX, TMIN, srážky, sluneční záření, vlhkost, vítr,…)  prostorové a časové rozlišení proměnných a konzistence komponent A1 rychlý růst ekonomiky a vývoj nových technologií A1FI intenzivní využívání fosilních paliv A1T bez fosilních paliv A1B vyvážené využívání všech zdrojů energie A2 heterogenní svět, silný populační nárůst, přetrvávající regionální ekonomické rozdíly B1 postupující globalizace, rychlý rozvoj informačních technologií, služeb, zavádění nových technologií B2 důraz na udržitelný rozvoj, podpora regionálních ekonomik, různorodost technologických změn Vývojové emisní scénáře IPCC SRES (2000): Klimatické scénáře RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 80Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ČHMÚ: ALADIN – CLIMATE/CZ (CGM ARPÉGE-CLIMATE)  krok 25 km (Þ 10 a 5 km)  topografie  statistický downscalling  validace (data 1961-1990)  teplota, srážky, max. + min. teploty, vlhkost, vítr, globální záření  porovnání = projekty ENSEMBLES, PRUDENCE, CECILIA  výběr scénáře SRES 2000  výběr období  GCM (krok ~ 300 km)  GCM/RCM (krok ~ 75 km)  RCM (krok £ 25 km)zima létorok Klimatické scénáře RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 81Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz přidávánísložekdomodelů 70. léta 80. léta 90. léta (1. polovina) 90. léta (2. polovina) přelom 20. a 21.století současnost atmosféra atmosféra atmosféra atmosféra atmosféra atmosféra zemský povrch zemský povrch zemský povrch zemský povrch zemský povrch oceány, ledové plochy oceány, ledové plochy oceány, ledové plochy oceány, ledové plochy síranové částice síranové částice síranové částice ostatní aerosoly ostatní aerosoly uhlíkový cyklus uhlíkový cyklus vegetace atmosférická chemie zvyšování podrobnosti modelů Výrazné kvalitativní změny v poznání jednotlivých „složek“ Schéma vývoje GCMs RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 82Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz do r. 2030 minimální závislost na volbě scénáře nárůst teploty » 0,2oC/10 let 2030 B1 A1B A2 Projekce změn globální teploty RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 83Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz rok zima léto změna teploty podíl úhrnů srážek Q50 Q25 Q75 Q50 Q25 Q75 jaro 1,1 0,7 1,5 1,06 0,99 1,12 léto 1,0 0,8 1,4 1,04 0,96 1,08 podzim 1,3 1,1 1,6 1,01 0,95 1,08 zima 1,4 0,9 1,7 1,04 0,99 1,07 1980-1999 vs.2080-2099: 1961-1990 vs.2010-2039: Teplota a srážky – výhled (A1B) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 84Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  socio-ekonomické předpoklady modelů  parametry modelů (vlhkost, oblačnost, uvolňování tepla z oceánů, aerosoly, zpětné vazby uhlíkového cyklu, aj.)  vazba atmosféra – oceán (změny oceánického proudění, nárůst hladin oceánů)  nižší přesnost projekcí srážek  nižší kvalita regionálních projekcí (projevy menších měřítek jsou výrazně nestacionární)  nejistoty se zvyšují se zvyšováním časových projekčních období  PROJEKCE NEJSOU V ŽÁDNÉM PŘÍPADĚ PŘEDPOVĚDÍ !!! Hlavní nejistoty současných projekcí RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 85Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Valné shromáždění OSN (1989)  založení IPCC (1989)  Rámcová úmluva OSN (1992)  Kjótský protokol pro 2008-2012 (1997) a jeho vstup v platnost (2005) a jak dál po roce 2012? • problém „sever – jih“ • neplnění redukčních cílů  problém „klimatu“ se stává stále více politickým tématem • „klima“ se stává také politickým byznysem • ambiciózní redukční cíle a katastrofické scénáře vs. negace problému Globální řešení RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 86Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  několik tzv. „milníků“ k dohodě (Kodaň 2009, Durban 2011)  IPCC 4AR (2007) jako standardní shrnující dokument • důsledkem krachu „Kodaně 2009“ je také politické a pseoudo-vědecké zpochybňování vážnosti dokumentu (některé faktické chyby či nejasnosti v IPCC AR4, podezření ze střetu zájmů předsedy IPCC Pachauriho, atp.) • … co asi bude důsledkem krachu „Durbanu 2011“….? Globální řešení RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 87Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  nejde o projektovou činnost  shrnutí „per reviewed literature „+ „gray literature“ (» 15.000 citací)  nezávislé recenze  výsledky: „…policy relevant, but not policy prescriptive…“ REPORT TS  SPM IPCC AR4 2007 RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 88Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Himálajské ledovce  „…80% ledovců velice pravděpodobně roztaje do roku 2035…“  WG I = OK, WG II použila citaci WWF (gray literature)  nesprávné použití „gray literature“  Holandsko a růst hladiny oceánů  „… 55% území Holandska leží pod hladinou moře a proto je tato země silně ohrožena růstem hladiny oceánu a říčními povodněmi …“  Správně má být: 55% území Holandska je ohroženo zatopením, z toho 26% území leží pod hladinou moře a dalších 29% území je ohroženo říčními povodněmi  chybné využití podkladů The Netherlands Environmental Assessment Agency Chyby či nejasnosti v AR4 (I) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 89Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Výnosy plodin v Africe  „…do roku 2020 může být v některých zemích (zejména v oblastech, závislých na deštích) úroda nižší až o 50%…“  chybná interpretace zprávy IISD = změna klimatu může zesílit již existující rizika (zejména půdní eroze), což může v některých oblastech vést až k 50 % redukci úrody  vytržení informace z kontextu a zesílení již existujících rizik jiného původu  Trendy ve ztrátách, způsobených přírodními katastrofami  IPCC se údajně tímto problémem zabývá pouze velice stručně a v jedné malé části zprávy a údajně podal nevyváženou a tendenční informaci  není pravda – na mnoha místech zdůrazněny nejistoty  tendenční zkreslení výstupů Chyby či nejasnosti v AR4 (II) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 90Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Odumírání amazonských pralesů  „… kolem 40% amazonských pralesů může drasticky reagovat na třeba jen malou redukci srážek…“  informace není věrohodná - byla použita citace WWF a ne recenzovaný Nature  chyba v citaci s následným tendenčním zkreslením výstupů IPCC  „Climategate“  únik informací a emailové korespondence v Climate Research Unit  mezinárodní vyšetřovací komise  CRU nepochybilo  Berkeley Earth Surface Temperature 2011 – jiné zpracování, ale prakticky stejné výsledky Chyby či nejasnosti v AR4 (III) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 91Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  mediální překrucování - mediální diskuse je z velké části absurdní  vlivy dobře organizovaných lobbistických sil s výtečnými PR-schopnostmi  IPCC dosud vykonal velmi užitečnou a kvalitní práci  prostor pro zlepšení existuje (např. organizace recenzních procedur) – význam pro přípravu IPCC AR5 (2013/14)  možný střet zájmů předsedy IPCC Pachauriho nelze apriori vyloučit, nicméně jej nelze považovat za zásadní Chyby či nejasnosti v AR4 (IV) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 92Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz „IPCC varoval, že je nutné do roku 2020 snížit emise o 25 až 40 procent oproti roku 1990“. „Jsme jediný region, který má závazně dáno, že sníží své skleníkové emise o 30 % do roku 2020, pokud se zapojí i ostatní velcí původci skleníkových plynů. To odpovídá doporučení IPCC, který vyzval průmyslové země ke snížení emisí v rozmezí 25-40 % do roku 2020.“ „Je třeba udržet globální růst teploty pod 2°C“ Žádné takové varování či doporučení IPCC nevydalo….! (byl by porušen základní princip práce IPCC = „… policy-prescriptive…“ )„Značná část nárůstu průměrných globálních teplot je velmi pravděpodobně (spolehlivost tvrzení > 90 %) spjata se zvýšenou produkcí skleníkových plynů antropogenního původu.“ Ani z upřesněné spolehlivosti výroku nelze dovozovat kvantitativní stanovení podílu člověka! V médiích „Člověk je zodpovědný za 90% současné klimatické změny“. Příklady mediální interpretace RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 93Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ŘÍČNÍ TOKY SNĚHOVÁ POKRÝVKA VÝROBA ENERGIE POVODNĚ, ZÁPLAVY ZEMĚDĚLSTVÍ SUCHA PODZEMNÍ VODY ZDROJE PITNÉ VODY KVALITA VODY POBŘEŽNÍ ZÓNY PŘÍRODNÍ PROSTŘEDÍ Dopady změn klimatického systému RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 94Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  systém hlubokomořských proudů • teplota a slanost určují hustotu vody  vlivy na povrchové oceánické proudění  přenos energie do atmosféry  globální proudění v atmosféře  vlivy na charakter počasí a následně klima K planetárnímu přenosu energie… RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 95Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  změna klimatu = problém globální  dopady, zranitelnost = problém regionální a lokální  socio-ekonomicky vyspělejší regióny – nižší rizika  populační faktor 10.000 př.n.l. 1 mil. 1 n.l. 200 mil. 1000 n.l. 300 mil. Populační vývoj (mld.) rozvojové státy průmyslové státy 0,5 0,6 0,8 1,1 1,6 2,4 3,0 3,6 4,5 5,4 6,5 6,9 7,0 1600 1700 1800 1850 1900 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2011 Dopady, zranitelnost, rizika RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 96Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SEKTORY KLÍČOVÉ DOPADY V ČR vodní hospodářství variabilita rozložení srážek , extrémní srážkové epizody, nárůst rizik povodní a záplav/sucha, pokles průměrných průtoků, zvýšení územního výparu, snížení zásob vody ze sněhu, eutrofizace vod zemědělství prodloužení bezmrazového období, změny vegetačního období, teplotní a vláhové stresy, šíření a plošné působení škůdců, virových a houbovitých chorob lesnictví teplotní a vláhové stresy (letní přísušky), kalamitní situace, posun přirozené hranice lesa, posuny vegetačních stupňů, šíření a plošné působení škůdců, virových a houbovitých chorob, rizika požárů energetika změny energetických špiček, chladící vlastnosti vody lidské zdraví důsledky extremality počasí, teplotní stresy, choroby (Lymeská borelióza, salmonela, alergie), letní/zimní úmrtnost cestovní ruch extremita počasí, úbytek sněhu , spotřeba a kvalita vody doprava extremalita počasí, kalamitní situace, dopravní nehodovost biodiverzita ohrožení rostlinných a živočišných druhů, invazní druhy Dopady, zranitelnost, rizika RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 97Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jak na změny reagovat ??? RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 98Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  světové emise CO2 od r. 1990 vzrostly o 36 %  emise CO2 v ekonomicky vyspělých státech (Annex I) vzrostly o 1,6 %  emise CO2 v rozvojových státech (non-Annex I) vzrostly o 110 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1970 1980 1990 2000 2005 2010 2015 2025 % Podíly GHG emisí Annex I a non-Annex I (%) Annex I non - Annex I 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Podíly 41 států na GHG emisích Annex I (%) Snižování GHG emisí a globální efektivita Kjótského protokolu RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 99Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  soubor možných přizpůsobení přírodního nebo antropogenního systému probíhající nebo předpokládané změně klimatu a jejím dopadům  adaptační kapacity jsou závislé na • míře klimatického rizika • na lokálních, národních, regionálních podmínkách • politických a ekonomických omezeních  adaptační opatření = nejvhodnější reakce na velkou setrvačnost klimatického systému Adaptační opatření RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 100Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Voda  opatření v krajině • organizační (podpora plošné rozmanitosti v rámci komplexních pozemkových úprav, podpora zalesnění a zatravnění…) • agrotechnická (osevní postupy podporující infiltraci atp.) • biotechnická (průlehy, zasakovací pásy atd.)  opatření na tocích a v nivě • revitalizace toků (úpravy řečišť, uvolnění nivy pro rozlivy)  opatření v urbanizovaných územích • zvýšení infiltrace dešťové vody, jímání a využívání srážkových vod  obnova starých či zřízení nových vodních nádrží  zefektivnění hospodaření s vodními zdroji  převody vody mezi povodími a vodárenskými soustavami, vícenásobné využití vody, zhodnocení a přerozdělení kapacit vodních zdrojů, …  snížení spotřeby vody  minimalizace ztrát, racionalizace stanovení minimálních průtoků, stanovení priorit pro kritické situace nedostatku vody  dokonalejší čištění odpadních vod Směry adaptačních opatření (I) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 101Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zemědělství úprava zemědělské činnosti • snížení rozmanitosti, šlechtění pro změněné podmínky • zlepšení postupů rajonizace odrůd a druhů a rajonizace systémů zpracování půdy, hnojení minerálními i organickými hnojivy agrotechnické technologie • snížení ztrát půdní vláhy, změny systémů pěstování udržení úrodnosti půdy • rizikem jsou plodiny pro energetické využívání (biopaliva) a klesající dostupnost hnojení organickými hnojivy zvýšení stability půd • rizika větrné eroze a snížení aridizace krajiny změny pěstebních postupů optimalizace závlahových systémů • automatické systémy indikace podmínek ve spojení s inteligentními systémy (předpovědní modely) a technologickým vybavením (např. kapková závlaha, metody částečné závlahy kořenové zóny) ochrana před zvýšeným tlakem infekčních chorob a škůdců Směry adaptačních opatření (II) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 102Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Lesnictví  lokální predikce možného ohrožení • zvyšování adaptačního potenciálu lesů • změny druhového složení lesa, garantující dostatečnou biodiverzitu i odolnost (adaptabilitu)  náhrada jednodruhových porostů směsí dřevin  druhová, genová a věková diverzifikace porostů • dlouhodobé plánování a respektování specifik lesních oblastí • zalesňování nelesních ploch  posilování protipovodňové a protierozní funkce lesa  zachování a reprodukce geofondu lesních dřevin, garantujících dostatečnou odolnost  integrovaná ochrana lesa proti kalamitním i invazním škůdcům • eliminace rizik gradací hmyzích škůdců, vaskulárních mykóz a kořenových hnilob Směry adaptačních opatření (III) RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 103Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Klimatická změna je realita současnosti s globálními důsledky  Podíl člověka na změnách a jejich důsledcích je zřejmý, ale těžko kvantifikovatelný  Globální teplota vzrůstá, hlavním problémem je ale narůstající extremita projevů počasí  Specifiky regionálních a lokálních dopadů  Klimatická strategie • vyváženost opatření na snižování emisí a adaptačních opatření, • ekonomické a energetické souvislosti • podpora vědy, výzkumu a vývoje nových technologií  Adaptační opatření jsou nejúčinnějším a nejrychlejším způsobem reakce na probíhající změny a jejich důsledky Závěrem RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 104Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jak se stát českým klima-skeptikem Metelka, L. (Britské listy, 6.2.2007)  Mít vlastní správný názor, získaný studiem a častým opakováním článků známějších klimaskeptiků a nenechat se mást fakty, logikou a podobnými podružnostmi  Téměř jakékoli vzdělání je plně dostačující – u nás zejména profese ekonoma, poradce či publicisty; nepřípustné je zejména vzdělání v meteorologii nebo klimatologii  Číst pouze základní klima-skeptickou literaturu, ale rozhodně ne odbornou, nezbývat se ani zpracováním dat či modelováním  Naučit se a stále opakovat základní myšlenkové schéma: GLOBÁLNÍ OTEPLOVÁNÍ NEEXISTUJE - POKUD EXISTUJE, NENÍ OVLIVNĚNO ČLOVĚKEM - POKUD EXISTUJE A JE OVLIVNĚNO ČLOVĚKEM, PAK STEJNĚ NEMÁ SMYSL SE TÍM ZABÝVAT  Správnost jakéhokoli tvrzení nebo teorie posuzovat zásadně jen podle toho, jak to odpovídá vlastnímu a jedině správnému názoru  Bude-li někdo tvrdit, že v odborné literatuře jsou desítky jiných prací, pak ihned přejít k osobnímu útoku nebo zaujmout vítěznou pozici mrtvého brouka  Z hlediska vlivu člověka vždy požadovat 100% jistotu a zcela přesné údaje – jelikož toto neexistuje a ani existovat nemůže, ihned vše zpochybnit  Nikdy se nenechat zatáhnout do odborné diskuse a oponenta okamžitě obvinit z omezování svobody, komplotu, levičáctví, podvodu, snahy získat peníze na granty, pomatení, apod. RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., ČHMÚ 105Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Perikles (493-429 př.n.l.) „Není důležité budoucnost předpovídat , ale je třeba se na ni připravit…“ Závěrem 106Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky