Mokslo ir technologijų pasaulis

Klimato kaita aktuali mums visiems. Net jei Lietuvoje mėgaujamės gan švelniu klimatu, globalūs klimato pokyčiai vis tiek gali mus smarkiai paveikti. Visų pirma, gali keistis mūsų pakrantė, išsiplėsti pajūrio zona. Tiesa, šis efektas gan mažas, palyginus su, tarkime, Nyderlandais, kur su jūra kariaujama daugiau nei 100 metų.

Klimato kaita nėra ir tiesiog lėtas kitimas: nors globalūs vidurkiai persitvarko palyginus negreitai, tie persitvarkymai beveik visada pasireiškia ekstremaliais reiškiniais. Žemės atmosferoje šilumą perskirsto konvekcija, tad aktyviai keičiantis klimatui, ji pasireiškia viesulais, vėtromis ir panašiai, ar bent ekstremalių oro masių pernaša.

Pavyzdžiui, pernai itin stipraus šalčio epizodą Lietuvoje vyko būtent todėl, kad Arktyje buvo itin šilta. Dėl to mus pasiekė ne arktinės, o gerokai sausesnės ir šaltesnės oro masės iš Sibiro. Lygiai taip pat vasarą Europą siaubė karščiai ir net panašioje platumoje kaip ir Lietuva esančioje Vokietijoje temperatūra viršijo kūno temperatūrą. Prisitaikymas prie ekstremalių reiškinių ir jų sukeltos žalos kompensavimas – labai nepigus. Nenuostabu, kad alternatyvūs kaštai – klimato kontrolė – yra patraukli alternatyva. Kur dideli pinigai, ten ir didelė politika, tad panagrinėsime, ką žinome apie tai, kas vyksta su mūsų klimatu.

Lokalūs klimato pokyčiai buvo stebimi jau Aristotelio laikais: Teofrastas, Aristotelio mokinys, pastebėjo, kad nusausinus pelkes, apylinkės tapdavo mažiau atsparios šalčiams ir argumentavo, kad iškirtus mišką, apylinkės įkaista labiau, ne nelieka medžių šešėlių. Jau nuo Renesanso buvo pastebėta, kad žemdirbystės veikla galėjo pakeisti Viduržemio jūros regiono ekosistemą. XIX a. „užkariaujant laukinius vakarus“, žemdirbiai manė, kad taip keičia klimatą ir jį gerina. Netgi buvo populiarus posakis, kad „lietus seka plūgą“. Visgi tai buvo kontroversiška mintis, nes jų oponentai teigė, kad iškirtus miškus, krituliai ne susigerdavo į dirvą, o tiesiog nutekėdavo į upes ir taip tik sumažindavo bendrą kritulių kiekį. Sprendžiant šį ginčą, buvo atlikta nemažai mokslinių tyrimų ir buvo nustatyta, kad nepaisant klimato svyravimų, žemdirbių veikla vietinio klimato niekaip neveikė ir tai buvo mokslinis konsensusas. Atitinkamai, niekas negalėjo tikėtis, kad žmogaus veikla gali keisti klimatą, ypač pasauliniu lygiu.

Jau XX amžiaus pradžioje buvo įvertinta anglies dvideginio svarba Žemės klimatui. Stebint Mėnulį, buvo nustatyta reikšminga anglies dvideginio sugertis Žemės atmosferoje. Būtent dėl šios reikšmingos sugerties anglies dvideginis yra šiltnamio efektą sukeliančio (ŠES) dujos, efektyviai sulaikančios šilumos sklidimą iš Žemės. Jei anglies dvideginio sumažėtų, sumažėtų ir vandens atmosferoje, kitų ŠES dujų, atitinkamai vanduo iš atmosferos virstų ledu ir sniegu ir praplėstų poliarinius regionus, kurie efektyviai atspindėtų dar daugiau spinduliuotės. Buvo manoma, kad anglies dvideginio sumažėjus dvigubai, prasidėtų naujas ledynmetis, o padidėjus dvigubai, temperatūra pakiltų maždaug penkiais Celsijaus laipsniais. Akivaizdu, kad pramoninė veikla didina anglies dvideginio kiekį, tačiau to laiko standartais – nereikšmingai. Tai buvo aktualu ledynmečių tyrimo ir atmosferos pokyčių įtakos ledynmečiams kontekste. Nei laboratoriniais eksperimentais, nei kitais tyrimais vienareikšmio sąryšio nerasta, todėl mokso bendruomenė neturėjo priežasčių rūpintis, ar pokyčiai atmosferoje ir klimato kaita buvo aktuali esamuoju laiku. Dar klimato istoriją buvo bandoma sieti su Saulės aktyvumo pokyčiais, tačiau šios alternatyvios teorijos rezultatai irgi buvo nevienareikšmiai.

Šeštajame – aštuntajame dešimtmetyje radosi vis daugiau anglies dvideginio kiekio atsmoferoje svarbos ženklų. Tam itin pasitarnavo spektroskopijos ir kompiuterių raida. Buvo nustatyta, kad vandens ir anglies dvideginio sugerties linijos nepersikloja ir sugeria šviesą skirtinguose bangos ilgiuose, t.y. nežiūrint, kiek vandens yra atmosferoje, anglies dvideginio kiekis taip pat yra svarbus šiltnamio efektui. Be to, buvo atrasta, kad viršutinėje atmosferoje vandens beveik nėra, t.y. vanduo niekaip nenustelbia anglies dvideginio svarbos šiltnamio efektui. Daugiau nerimą keliančių faktų mus pasiekė iš vandenynų tyrimų. Visų pirma, angliarūgštė netirpsta vandenyje taip efektyviai kaip manyta ir vandenynas gali sugerti tik ribotą jos kiekį. Tai reiškia, kad pasiekus įsisotinimo ribą, didesnė dalis anglies dvideginio liktų atmosferoje ir stiprintų šiltnamio efektą. Taip pat, analizuojant koralus, buvo nustatyta, kad ledynmečiai nebuvo vientisi ilgi periodai, bet sudaryti iš kelių mažesnių epizodų. Tai rodo, kad klimatas nėra itin stabili sistema ir nedideli svyravimai gali sukelti dideles pasekmes klimatui.

Panašiu metu buvo atrastas aerozolių sukeliamas ozono sluoksnio retėjimas. Šis efektas skatina klimato vėsimą, kai nuolat didėjanti anglies dvideginio gausa – kaitimą. Taigi, nebuvo aišku, kaip keisis klimatas: vės ar šils. Dauguma tyrimų prognozavo klimato šiltėjimą, bet tuo metu prognozės dar nebuvo vienareikšmės. Turint omenyje, kad ozono sluoksnio retėjimo problema buvo gerokai akivaizdesnė ir lengviau paaiškinama, sensacijų besivaikanti spauda pranašavo vos ne artėjantį ledynmetį.

Suvaldžius ozono skylės problemą, natūralu, kad ozono trūkumo keliamas vėsinimo efektas nebegalėjo kompensuoti vis dar augančių anglies dvideginio emisijų. Negana to, buvo atrasta, kad chlorofluorokarbonai, viena pagrindinių antropogeninių (atsiradusių atmosferoje dėl žmogaus veiklos) dujų ardžiusių ozono sluoksnį, itin smarkiai – apie 10 000 kartų – stiprina šiltnamio efektą. Todėl, nors kovojant su ozono sluoksnio retėjimu, atmosferoje šių dujų liko nedaug, jų šiltnamio efektas yra palyginamas su viso anglies dvideginio.

Tai viskas aišku? Toli gražu. Nors išdėstyta klimato kaitos supratimo istorija nekelia abejonių, tai yra daugiausiai logika pagrįstos žinios. Siekiant suvaldyti klimato kaitą, reikia labai tikslių žinių apie vykstančius procesus. Antraip klimato kaitos valdymo priemonių efektyvumas bus nepamatuojamas ir potencialiai bereikšmis. Bet kokiu atveju, neabejotinas faktas, kad anglies dvideginio emisijos tik auga ir yra didesnės, nei bet kada iki šiol. Anglies dvideginis yra ŠES dujos ir veikia klimatą. Visgi, tai nebūtinai reiškia, kad jei, tarkim, lietuviai visur pradės važinėti dviračiais, pasaulis bus išgelbėtas. Įvairūs regionai skirtingai prisideda prie anglies dvideginio emisijų.

Pavyzdžiui, Europos, Šiaurės Amerikos ir Azijos žemdirbystės pramonė neprisideda reikšmingai, tačiau Pietų Amerikos, Afrikos ir Australijos – prisideda. Tačiau su likusia pramone yra atvirkščiai – Europos ir Šiaurės Amerikos pramonės anglies dvideginio emisijos didelės. o Afrika teršia mažiausiai. Konkrečiai anglies dvideginis yra daugybės industrinių procesų šalutinis produktas, nuo naftos produktų deginimo iki kvėpavimo, ne tik žmonių, bet ir visų gyvulių auginamų maistui. Nors, aišku, yra populiarūs žaliosios energijos ar vegetarizmo/veganizmo judėjimai, jie, bent kol kas, bereikšmiai klimato kaitos kontekste. Be to, ir politiniu atžvilgiu jie yra tiesiog nepopuliarūs.

Pvz., Lietuva referendumu paprieštaravo atominės elektrinės statybai, nors tai vis dar yra ne tik saugiausias elektros šaltinis, bet ir niekaip nesusijęs su emisijomis į atmosferą. Radioaktyvios atliekos teršia aplinką lokaliu lygmeniu, o vienintelė kita sąveika su aplinka yra greta esančio vandens telkinio šildymas. Nepaisant to, mes renkamės energetikos politiką grįsta anglies dvideginio emisijomis. Ir tai neturėtų stebinti, – nėra sunku įsivaizduoti atominės elektrinės sprogimą, ypač kai viena sprogo netoliese, bet suvokti deginamo be jokių avarijų iškastinio kuro žalą klimatui – kur kas sunkiau.

Nustatyti, kokia žmogaus veikla teršia labiau ar mažiau – palyginus paprasta, tačiau įrodyti ir parodyti kaip tai veikia klimatą kur kas sudėtingiau. Antropogeninių dujų emisijos ir vidutinės temperatūros kilimo koreliacija savaime nėra įrodymas. Tokia antikoreliacija egzistuoja ir su piratų skaičiaus mažėjimu. Siekiant rasti sprendimą, vien antropogeninių dujų emisijų ribojimo nepakanka. Siekiant efektyviai spręsti problemą, reikia gerai suprasti klimato sistema veikimą, kurti jos modelius. Jei šie modeliai gerai prognozuoja klimato kaitą, vadinasi, tokiuose modeliuose taikomos prielaidos turėtų būti teisingos. Tuomet tereiktų rasti efektyviausią kontrolinį parametrą ir susitelkti į jo reguliavimą. Ir tai nebūtinai anglies dvideginio emisijos.

Modelių detalumas svyruoja nuo paprastų, besiremiančių paprasčiausio energijos balanso skaičiavimais, iki detalaus trimačio Žemės atmosferos, reljefo, vandenynų, cheminių reakcijų, žmogaus veiklos, cheminių ir biologinių reakcijų modeliavimo. Natūralu, kad kai kurie parametrai modeliuose nėra žinomi ir derinami prie stebimų duomenų. Tokie modeliai rizikingi, nes turint per daug laisvų parametrų, galima idealiai priderinti modelio prognozes prie stebimų parametrų, tačiau nei suprasti pačių parametrų fizikines reikšmes, t.y. ar tikrai priderintas parametras turi prasmę realiame pasaulyje, ir jį galima paveikti, ar tai tėra skaičius. Tokiu modeliu nepavyks ką nors patikimai prognozuoti, kai nėra duomenų, prie kurių galima būtų priderinti prognozes. Tokiu atveju itin naudingos „praeities prognozės“, kai modelio prognozės patikrinamos lyginant su jau žinomais istoriniais duomenimis, kurie pasirodė vėliau, nei pats modelis buvo sukurtas.

Vienas pirmųjų, ir paprasčiausių modelių Sawyer (1973) prognozavo, kad nuo 1969 m. iki 2000 m. vidutinė temperatūra pasikeis 0,6 °C. Tai jau buvo gan tiksli prognozė, nes temperatūra pasikeitė 0,51 °C. Visgi, anglies dvideginio buvo prognozuota per daug – 375-400 milijonųjų dalių (ppm), tačiau iš tikro jų buvo 370 ppm. Pirmas nuosekliai temperatūros kaitą prognozuojantis modelis buvo Broecker (1975). Tai buvo energijos balansu paremtas modelis ir jo prognozės buvo gan tikslios iki 2000 m. (anglies dvideginio prognozė – 373 ppm), tačiau vėliau jo tapo nebetikslios – 2014 m. anglies dvideginio prognozė buvo 424 ppm, kai realiai jo buvo 404 ppm.

Šiame modelyje nebuvo įskaičiuotos kitos ŠES dujos: metanas, azotas ir halokarbonai. Šių ŠES dujų efektą iš dalies kompensavo aerozolių neįskaitymas, kurie efektyviai ardė ozoną ir šaldė atmosferą, tačiau suvaldžius aerozolių emisijas, šis efektas susilpnėjo. Taip pat buvo daroma prielaida, kad anglies dvideginio poveikis temperatūrai yra staigus, kai moderniuose modeliuose įskaitomas šio poveikio uždelsimas. Verta pažymėti, kad šis modelis buvo sukurtas, kai mokslininkai manė, kad klimatas iš tikro vėsta.

Hansen ir kt. (1981) įskaitė uždelstą ŠES dujų poveikį temperatūrai, tačiau net pesimistinio anglies dvideginio gausėjimo scenarijaus atveju jų vidutinės temperatūros kaitos prognozės buvo 20 % per mažos, lyginant su šiandienos duomenimis. Hansen ir kt. (1988) pristatė vieną pirmųjų modernių trimačių klimato modelių: jį sudarė 8×10 horizontalių taškų, reprezentuojančių platumas ir ilgumas, ir 9 vertikalūs sluoksniai, įskaityti įvairūs aerozoliai, ŠES dujos ir debesų dinamika. Tiksliausiai įtaką temperatūrai atitinkantis modelis yra netikslus 10 %, tačiau jame buvo daroma halokarbonų emisijų augimo prielaida, tačiau 1987 m. Montrealio protokolas jas suvaldė. Taip pat buvo pervertinta ir anglies dvideginio įtaka, todėl modelis 2016 m. temperatūros pokytį prognozavo tik 30 % tikslumu.

Tarpvyriausybinės klimato kaitos pirmosios ataskaitos 1990 m. modelis įskaitė ir vandenynus, tačiau prognozavo halokarbonų kiekio augimą ir didesnes anglies dvideginio emisijas, nei iš tikro įvyko (418 ppm prieš realų 404 ppm 2016 m.). Greičiausiai būtent dėl pervertintų emisijų prognozuojamos temperatūros tikslumas tesiekė 17 %. Antrojoje ataskaitoje 1995 m. buvo daug tiksliau įskaityta antropogeninių aerozolių įtaka ir tiksliau prognozuotas anglies dvideginio kiekis (405 ppm 2016 m.). Visgi, dėl pagal modernius standartus vis dar netikslaus anglies dvideginio kiekio ir temperatūros sąryšio, temperatūros pokyčio prognozė nuo 1990 m. iki 2016 m. buvo 28 % per maža.

Trečioji ataskaita 2001 m. rėmėsi jau 7 nepriklausomų grupių atmosferos-vandenyno modeliais ir įskaitė socioekonominį modeliavimą. Nors anglies dvideginio prognozė išliko tokia pat gera, temperatūros pokytis nuo 1970 m. iki 2016 m. vis tiek liko 14 % per mažas. Ketvirtosios ataskaitos (2007 m.) naudoti modeliai pasižymėjo gerokai geresne skaitmenine skyra, anglies biogeochemijos ciklų įskaitymu ir detalesne žemės ir ledo paviršiaus fizika. Vėlgi, anglies dvideginio prognozės jau buvo tikslios, temperatūros kitimo prognozės tikslumas išaugo iki 8 %.

2013 m. penktoji ataskaita dar labiau praplėtė mokslininkų grupių tinklą, nepriklausomai modeliuojančių klimato kaitą. Vidutinės temperatūros įverčio tikslumas liko gan panašus, 9 %, tačiau buvo gerokai detaliau išskirta, kokia temperatūra matuojama. T.y. ji matuojama virš žemės ar virš vandenynų, tačiau dėl šių skirtingos sąveikos su atmosfera, gali skirtis. Individualiai išskirtų prognozių tikslumas tesiekė 16 %. Šeštoji ataskaita dar rengiama. Bet iš to, kaip vystosi klimato modeliai, akivaizdu, kad ir šiandien juose dar trūksta tikslesnių žinių įtaką atmosferos reiškiniams.

Apibendrinant, klimato kaita aktuali mums visiems. Prognozuojama, kad net visai nutrūkus antropogeninių dujų emisijoms, efektai bus juntami dar šimtmečius. Artimiausiu metu galime tikėtis dažnesnių ir ilgesnių karščio bangų, ekstremalios liūtys taps intensyvesnės ir dažnesnės daugumoje regionų (abu reiškinius stebime ir Lietuvoje), vandenynai šils ir jų rūgštingumas didės ir vidutinė temperatūra tik kils. Visgi, dar nėra aiškūs visi procesai ir jų tarpusavio sąveika, dar galime atrasti efektyvių klimato kontrolės būdų ir sumažinti žalą. O žala nėra vienoda, ji visų pirma didžiausia žmonėms ir visuomenėms, neturinčios papildomų lėšų susitvarkyti su ekstremalių reiškinių pasekmėmis.