Změny podnebí v historii planety Země

Podnebí (nebo klima) charakterizujeme jako dlouhodobý režim počasí za období alespoň třiceti let. Mezi nejdůležitější charakteristiky podnebí patří průměrné množství srážek a průměrná teplota. Důležité je rovněž rozlišovat lokální změny na nějakém území a oproti tomu změny globální. Klimatický systém planety Země je jedním z nejsložitějších systémů neživé přírody. Procesy v něm ovlivňuje celá řada přirozených faktorů, jejichž vliv se mění v čase i prostoru. Na základě historických dat víme, že globální teplota na planetě byla výrazně vyšší i výrazně nižší, než je v současnosti. Bez přehánění můžeme říct, že z pohledu vývoje podnebí v průběhu stovek milionů let života Země je jedinou „konstantou“ změna. 

Navzdory tomu, že podnebí se neustále mění, z pohledu živých organismů a jejich schopnosti přežívat na planetě je rozhodující rychlost probíhajících změn. Pokud se podmínky mění pomalu, rostliny i živočichové mají dostatek času se přizpůsobit a úspěšné přenášejí svoje geny dalším generacím. Ovšem čím je změna rychlejší, tím se stává proces přizpůsobování výrazně problematičtější a náročnější. Někdy byly globální proměny podnebí natolik rychlé, že docházelo k masovému vymírání bezpočtu druhů organismů, a to jak na souši, tak i v oceánech. Geologové často mluví o tzv. „Velké pětce“, tedy o pětici údobí, kdy docházelo k nejrozsáhlejšímu vymírání celých druhů v historii planety. Vůbec největší vymírání postihlo Zemi před 252 miliony let v období známém jako Perm, kdy vymřelo více než 95 % všech druhů rostlin a živočichů. Trvalo pak pro nás nepředstavitelné desítky milionů let, než se rozmanitost života dostala na svoji původní úroveň. 

Čím více získáváme poznatků o okolnostech, které k těmto změnám vedly, tím zřetelněji vidíme, že příčiny byly velmi často společné. Při vymírání hrála vždy úlohu změna chemického složení atmosféry, tedy nárůst obsahu skleníkových plynů, s ní spojené změny kyselosti (tedy pokles pH) oceánů, nárůst nebo někdy i pokles globální teploty a konečně pokles obsahu kyslíku v oceánech. Častou příčinou zvýšení koncentrace obsahu oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře byla neobvyklá sopečná aktivita, která mohla trvat dlouhé tisíce let. Další příčinou velkých vymírání v minulosti byly dopady velkých asteroidů, v jejichž důsledku se do atmosféry zvířilo obrovské množství prachových částic, což přivodilo prudkou změnu podnebí snížením globální teploty. Podmínky bychom mohli přirovnat ke globální nukleární zimě. 

Než se dostaneme k problematice moderní změny klimatu, je potřeba ještě zmínit přirozené změny klimatu za období posledního asi milionu let. Pro ně je typické pravidelné střídání dob ledových a meziledových. Dlouho nebylo jasné, proč globální teplota kolísá v rozmezí asi 4 až 6 °C s pravidelností přibližně 120 tisíc let. S vysvětlující teorií nakonec přišel srbský matematik Milutin Milanković, který si všiml, že začátky a konce dob ledových jsou spojené se změnami v geometrii oběhu Země kolem Slunce. Kombinace změn spojené se vzdálenosti Země od Slunce a náklonu a vychýlení zemské osy postačují k tomu, aby zesílené, respektive zeslabené sluneční záření přivodilo střídání dob ledových a meziledových. Zde se dostáváme ke klíčovému poznatku: samotné změny v množství přicházejícího slunečního záření nepostačují pro vysvětlení změny teploty v celém jejím rozsahu. Doplňující složkou rovnice je změna chemismu atmosféry, která doprovází počáteční změnu globální teploty. Následkem poměrně rychlého zvyšování množství přicházejícího záření se začala zvyšovat i globální koncentrace CO2 a metanu (CH4), dalšího účinného skleníkového plynu. Důvod, proč se spolu se zvyšováním teploty zvyšovala i koncentrace skleníkových plynů, spočívá v tom, že teplejší oceány udrží méně CO2 a CH4. Je to podobné, jako když ohříváte Coca-colu nebo sodovku, CO2 se z nich začne rychle uvolňovat.

Příroda versus člověk 

Zdravý selský rozum nám říká, že velké věci sotva dokážeme ovlivnit. Například dlouho panovala představa, že oceány jsou tak veliké, že je nikdy nedokážeme znečistit. Totéž si lidé říkali o nejobjemnějším sladkovodním jezeru světa, Bajkal. Není proto překvapující, že mnozí lidé, často i z odborných kruhů, ještě donedávna nepřijímali myšlenku, že lidstvo dokáže zásadním způsobem ovlivnit globální teplotu atmosféry. Je pravda, že někteří se tohoto přesvědčení drží dodnes, i když prakticky nikdo již nepopírá, že ke změně klimatu opravdu dochází. I když z mediálních zpráv se nám to může jevit jinak, seriózní vědecká debata, jestli se člověk rozhodující mírou podílí na změně klimatu, více než třicet let už neprobíhá. Poznatky moderní vědy zcela jednoznačně potvrzují, že zvyšování globální teploty nelze v posledních 150 letech vysvětlit jinak než vlivem člověka. Prakticky jediným faktorem, který tento nárůst způsobuje, je spalování fosilních paliv, tedy uhlí, ropy a zemního plynu, v kombinaci s odlesňováním. Důsledek je rychlé zvyšování obsahu CO2 v atmosféře a zesilování skleníkového efektu atmosféry. 

Proč rozhoduje člověk? 

Pokud vezmeme v úvahu všechny významné přirozené faktory, které mají schopnost měnit podnebí, ať už zmiňovaná geometrie oběhu Země kolem Slunce, vliv aktivity Slunce nebo třeba výbuchy sopek, globální teplota by se jejich vlivem zvyšovat neměla. Působením Milankovićových cyklů by za několik tisíciletí měla přijít další doba ledová a aktivita Slunce za posledních asi čtyřicet let v průměru klesá. Máme k dispozici přímá satelitní měření množství odcházejícího dlouhovlnného záření ze Země a v té oblasti, kde působí lidmi produkované skleníkové plyny, dochází k jeho poklesu. Znamená to, že silnější vrstva skleníkových plynů zvyšuje množství tepelného záření na povrchu planety. Tento fakt potvrzuje i měření teploty stratosféry (tedy vrstvy vzduchu asi 12 až 50 km nad povrchem Země), která klesá, což je opět důkaz toho, že více tepla se zadrží u zemského povrchu a neuniká do okolního vesmíru. Pokud by se podnebí měnilo v důsledku aktivity Slunce, měla by se zvyšovat i teplota stratosféry. Nicméně i v případě, že bychom neměli k dispozici celou řadu přímých i nepřímých důkazů o vlivu člověka, stále by bylo nutné vysvětlit, jak by bylo možné, aby narůstající koncentrace skleníkových plynů ke zvyšování globální teploty nevedla. Takové vysvětlení však lidé skeptičtí k teorii antropogenní změny klimatu nikdy neposkytli. 

V jaké situaci jsme dnes? 

Od roku 1850, kdy máme k dispozici dostatečně hustou síť meteorologických stanic umožňujících určení globální teploty, došlo k jejímu zvýšení přibližně o 1,1 °C. Poslední čtyři roky jsou globálně nejteplejší nejméně od roku 1850 a téměř s jistotou i za poslední nejméně dva tisíce let. Opět existuje celá řada způsobů, jak lze určit teplotu pomocí nepřímých indikátorů, například pomocí tloušťky letokruhů stromů, obsahu izotopu kyslíku v bublinkách vzduchu starého ledu v Grónsku nebo Antarktidě, pomocí usazenin na dně jezer nebo oceánů nebo fosilních zbytků vápenatých schránek dávných mořských živočichů. Čím dále do minulosti putujeme, tím větší nejistota ve stanovení globální teploty panuje. Na některých místech planety již současná teplota překračuje průměrné hodnoty celého holocénu, což je období posledních asi deseti tisíc let. Víme to díky zmapování rozsahu zalednění v Arktidě, kdy se odkrývají fosilní zbytky rostlin staré více než čtyřicet tisíc let. Holocén je z pohledu naší civilizace velmi důležité období, jelikož do značné míry umožnil rozvoj zemědělství, které zase položilo základ moderní průmyslové civilizaci. Hlavní důvod spočíval ve skutečnosti, že globální teplota se v průběhu celého holocénu stabilizovala a z hlediska historických změn klimatu to znamenalo neobvykle dlouhé období bez klimatických turbulencí. Stabilní teplota holocénu přinesla i ustálený charakter počasí, pravidelné střídání ročních období v mírném pásmu a schopnost vypěstovat dostatek potravin pro rostoucí počet lidí. Období stability holocénu a spolu s ním i záruku předvídatelného počasí bez klimatických extrémů však ukončil rychlý růst globální teploty.

Pozorované důsledky oteplení ve světě a u nás 

Problémy nepřináší ani tak samotný nárůst teploty, ale hlavně projevy s ním spojené. Nejzjevnější důsledek vyšší teploty je úbytek horských ledovců v Himálaji, Alpách, Andách a dalších velkých pohořích. Rychlost ubývání ledu je nejvyšší za posledních nejméně pět tisíc let, a i kdyby se již oteplovat přestalo, svět i tak přijde o další třetinu všech pevninských ledovců. V nadcházejících desetiletích postihne nedostatek vody spojený s mizením ledovců desítky až stovky milionů lidí. Zrychlující úbytek ledu postihuje také Grónsko a Antarktidu. Zde nehrozí úbytek vody, ale naopak, předpokládá se další zrychlování růstu hladiny světového oceánu. Současná rychlost zvedání oceánů asi 3,5 milimetru ročně v průběhu našich životů nejspíše překročí jeden centimetr ročně a bude znamenat nucené přestěhování desítek milionů lidí. Pouze v Bangladéši bude do poloviny století ovlivněno růstem oceánu ovlivněno asi třicet milionů lidí. Navíc, prognózy růstu hladiny oceánů se spíše zvyšují, jelikož lépe rozumíme různým mechanismům, které mají tendenci zrychlovat proces tání ledu v Grónsku a Antarktidě. I po stabilizaci globální teploty však bude růst hladiny oceánů pokračovat ještě po staletí. 

Dříve než zasáhnou obyvatele přímořských oblastí důsledky zvyšující se hladiny oceánů, pocítí důsledky oteplení následkem změn extrémů počasí obyvatelé vnitrozemí. Ve skutečnosti se tak již děje. Počet extrémně teplých dní se v mnoha oblastech světa zvýšil, a to s důsledky pro lidské zdraví. Vlna veder, která postihla především západní Evropu v roce 2003, měla za následek předčasné úmrtí více než třiceti tisíc lidí. I když se vedra vyskytovala i v minulosti, kvůli změně klimatu jsou dnes mnohem častější, intenzivnější a postihují větší plochu. Extrémy, které se v minulosti vyskytovaly jednou za 100 let, se dnes vracejí každých 20 nebo 10 let. Počet extrémně teplých nocí narůstá ještě rychlejším tempem. Tento trend je v našich podmínkách nebezpečný z toho hlediska, že organismus nemá příležitost si od zátěže odpočinout, a zvýšeným rizikem úmrtí jsou postižení zejména nemocní, starší lidé a děti náchylné k rychlé dehydrataci. S poměrně vysokou jistotou víme, že pokud nedojde k významnějšímu omezení emisí, některé oblasti, jako části Blízkého východu nebo Indie, se stanou neobyvatelnými. Teploty zde budou jednoduše příliš vysoké i pro přežívání zdravých lidí. 

Mimořádně závažná je kombinace růstu maximální denní teploty a vlhkosti vzduchu. Odborně mluvíme o tzv. teplotě mokrého teploměru a laici takovéto podmínky znají jako dusno. Problém s vysokou vlhkostí při současné vysoké teplotě spočívá v tom, že tělo ztrácí možnost efektivního chlazení. I v případě, že člověk přijme dostatek tekutin, není možné ochladit se pocením, tedy odpařováním vlhkosti z povrchu těla, protože vzduch je vlhkostí již nasycený. Pokud se teplota mokrého teploměru přiblíží hodnotě 35 °C, i zdravý člověk se v průběhu pouhé hodiny ocitá v ohrožení života. Největší nárůst počtu dní s teplotami zvyšujícími riziko úmrtí se očekává v tropických oblastech. Podle jedné studie by již při zvýšení globální teploty o další 1 °C museli lidé v tropických oblastech překonat v průměru vzdálenost 1000 kilometrů, aby si zachovali klimatické podmínky, v jakých žijí dnes. Vezmeme-li v úvahu také předpokládaný populační růst, týkala by se i v případě optimističtějšího scénáře migrace koncem století několika stovek milionů lidí.

Biosféra jako citlivý indikátor změny klimatu 

Občas se lze setkat s názorem, že závažné důsledky změny klimatu jsou otázkou „příštích generací“. Bohužel pro některé složky živé přírody a v návaznosti na člověka toto tvrzení neplatí.  Více než 93 % dodatečného tepla skončí v oceánech, protože ty mají ve srovnání se vzduchem mnohem vyšší tepelnou kapacitu. Jedním z mnoha důsledků teplejších oceánů je vliv na vymírání korálů. Jde o klíčové mořské pobřežní ekosystémy, jejichž význam se dá přirovnat k důležitosti tropických lesů na souši. I když korály pokrývají pouze desetinu procenta rozlohy oceánů, žije zde až čtvrtina všech oceánských druhů a produktivita zdravých korálových útesů je zdrojem potravy pro stovky milionů lidí. Již při současném oteplení oceánů došlo k redukci rozlohy Velkého bariérového útesu, tedy největšího korálového útesu na světě, přibližně o jednu třetinu. Očekává se, že oteplení o pouhý další půlstupeň Celsia by svět připravilo o 70 až 90 % druhů korálů a při oteplení o další půlstupeň by vymřelo  více než 90 % všech korálů. Představme si, že by něco podobného hrozilo deštným tropickým pralesům. 

Ušetřeny však nejsou ani ekosystémy na souši. Série extrémně teplých zim v Kanadě přinesla historicky bezprecedentní přemnožení kůrovce, který při svém maximu zasáhl plochu asi čtyřnásobku rozlohy Česka. Teploty v zimě přestaly klesat dostatečně nízko na to, aby larvy hmyzu vymrzly, a vznikly tak vhodné podmínky pro jeho masivní přemnožení v rozsáhlých borovicových lesích v Britské Kolumbii. Areál výskytu kůrovce se postupně posouvá i do doposud chladnějšího vnitrozemí a potenciálně ohrožuje další miliony hektarů lesních porostů.  Podobným způsobem byly po sérii teplých a suchých roků zasažené i lesní porosty v Česku, v Německu nebo na Slovensku. Masivní odumírání zejména nepůvodní smrkových monokultur je kombinací důsledků změny klimatu a lesnického hospodaření zaměřeného na rychlý růst a zisk. Nicméně rychlé oteplování zanechává negativní stopy i v přirozených lesích, v typicky chladnějších porostech blíže k polárnímu kruhu. V částech Kanady a Sibiře se zvyšuje výskyt rozsáhlých požárů boreálních lesů. I když se lesní požáry v těchto oblastech vyskytují každoročně, jejich rozsah nyní místy překonává režim zaznamenaný za posledních nejméně 10 tisíc let. Zvýšený spad ve formě sazí na bílý led v Arktidě nebo Grónsku pak dále zrychluje tání ledu. Pokud dnes chceme nahrazovat jednodruhové lesy takovými, jejichž druhové složení bude bližší přírodním porostům, měli bychom si uvědomit, že v průběhu několika desetiletí nebudou teplotní podmínky vhodné již ani pro ně.

Větší teplotní a srážkové výkyvy a extrémy obecně napomáhají druhům, které se dokážou rychle rozmnožovat a čile pohybovat. I proto bude pro zemědělce stále větší výzvou úspěšné dopěstování úrody. Výnosy mnoha plodin budou ohrožovány nejenom počasím, ale zejména působením různých patogenů, virů, plísní, hmyzu nebo hlodavců, které obecně označujeme jako „škůdce“. Těm kromě teplejších zim prospívají i vyšší teploty, které zrychlují jejich rozmnožovací cyklus. Například pokud bylo běžné, že kůrovec se v minulosti rozmnožil jednou, nanejvýše dvakrát ročně, dnes to dokáže i třikrát, a místy dokonce čtyřikrát za rok. Kromě tradičních škůdců zemědělské úrody k nám budou přicházet i exotické druhy z teplejších oblastí, které zde nemají přirozené nepřátele a rostliny vůči nim nemají vyvinuté obranné mechanismy. Možnosti „přizpůsobení“ budou pak velmi omezené. Globální modely předpovídají, že úroda může být v některých případech nižší i o desítky procent, právě působením kombinace extrémních výkyvů počasí a výskytu škůdců.  

Jak již bylo řečeno, i když začneme s omezováním emisí okamžitě, proces oteplování bude pokračovat. Proces změny klimatu bude pokračovat ještě nejméně dalších deset let, než dojde k úplnému zastavení růstu koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Je tedy pravděpodobné, že většina dnes žijících lidí se úplné stabilizace podnebí nedožije. Můžeme se však pokusit celý proces alespoň zpomalit, a zabránit tak daleko horším důsledkům, než jaké pozorujeme dnes.