Nová prelomová štúdia sa pokúsila zodpovedať kľúčovú otázku: Kedy si mohli vedci prvýkrát uvedomiť, že spaľovanie fosílnych palív významne mení globálnu klímu? Použitím rozsiahleho myšlienkového experimentu s modernými klimatickými modelmi dospela štúdia k prekvapivým záverom, že znateľný ľudský vplyv na atmosférickú teplotu bol pravdepodobne prítomný a detekovateľný už pred viac ako 130 rokmi, teda koncom 19. storočia.

Vedecké základy a simulačný prístup Už v polovici až koncom 19. storočia objavili Eunice Foote a John Tyndall vlastnosti CO2 zachytávajúce teplo, pričom Svante Arrhenius vplyv spaľovania fosílnych palív na nárast CO2 odhadol. V tom období sa začali systematicky merať denné povrchové teploty a práce s meteorologickými balónmi viedli k objavu stratosféry. Analýza ľadových jadier navyše ukázala nárast atmosférického CO2 tempom približne 2,5 ppmv za desaťročie v rokoch 1860 až 1899. Štúdia odpovedá na otázku detekcie ľudského vplyvu pomocou „myšlienkového experimentu“ s najmodernejšími klimatickými modelmi. Vedci predpokladali, že schopnosť monitorovať globálne zmeny atmosférickej teploty s presnosťou dnešných satelitných rádiometrov existovala už v roku 1860. Následne aplikovali štandardnú metódu „odtlačkov prstov“, aby odlíšili ľudské a prírodné vplyvy na klímu a určili čas prvotnej detekcie. Experiment skúmal rôzne dátumy začiatku monitorovania od roku 1860 do 1986 a analyzoval stratosféru a troposféru.

Kľúčové zistenia: Detekcia v stratosfére už koncom 19. storočia Najvýraznejšie a najskoršie zistiteľný bol ľudský vplyv v stratosfére. Výrazné ochladzovanie strednej až hornej stratosféry, spôsobené najmä antropogénnym nárastom oxidu uhličitého a úbytkom ozónu, by bolo identifikovateľné už približne v roku 1885, teda pred príchodom automobilov na benzínový pohon. To znamená, že ľudský odtlačok na atmosférickej teplote by bol s vysokou istotou detekovateľný už po iba 25 rokoch monitorovania, ak by začalo v roku 1860. Aj s obmedzenými meraniami pre stredné zemepisné šírky severnej pologule by bolo ochladzovanie stratosféry spôsobené človekom detekovateľné do roku 1894, len 34 rokov po predpokladanom začiatku monitorovania. Táto skorá detekcia v stratosfére je spôsobená veľkým antropogénnym ochladzovaním a jeho výrazne odlišným vzorom od prirodzeného šumu.

Rozdiely v troposfére a vplyv prírodných faktorov Naopak, v troposfére bolo rozpoznanie ľudského vplyvu zložitejšie a neskoršie. Globálne priemerné antropogénne signály sú tam menšie a ich vzory sú si podobnejšie s prirodzeným šumom. Spoľahlivá identifikácia „odtlačkov prstov“ v troposfére by nebola možná pri začatí monitorovania v roku 1860 a 40 rokoch meraní. Konzistentná detekcia antropogénnych odtlačkov v troposférickej teplote sa dosahuje až pre dátumy začiatku monitorovania od roku 1960 alebo neskôr.

Čas detekcie ovplyvňujú aj prírodné vplyvy, ako sopečné erupcie (napr. Krakatoa, Pinatubo) a kolísanie slnečného žiarenia. Tieto javy môžu dočasne tlmiť alebo posilňovať antropogénny signál, čo sa prejaví v kolísaní pomeru signálu k šumu a môže oddialiť detekciu. Napriek tomu sú najmä po roku 1940 antropogénne signály dostatočne silné na to, aby prekonali kombinovaný šum vnútornej variability a sopečného či slnečného žiarenia. Dôležitý je aj vyšší pomer signálu k šumu (S/N) v stratosfére, ktorý umožňuje skoršiu a robustnejšiu detekciu. Spoľahlivosť zistení je vysoká, keďže modely CMIP6 nepodhodnocujú variabilitu troposféry, a aj v stratosfére je detekovateľný signál výrazne väčší ako predpokladaný šum.

Dôsledky pre súčasnosť Táto štúdia silne naznačuje, že významný ľudský zásah do zemskej klímy nie je novým javom, ale existuje už viac ako 130 rokov. Hoci nie je jasné, či by skoré poznanie v 19. storočí podnietilo zmeny, dnes s vysokou istotou vieme, že je nevyhnutné nasledovať udržateľné cesty, aby sme sa vyhli nebezpečnému antropogénnemu zasahovaniu do klímy. Premietnuté budúce zmeny klímy sú výrazne väčšie ako tie, ktoré sme zaznamenali v nedávnej minulosti. Ľudstvo je na prahu nebezpečného antropogénneho zasahovania, a naše bezprostredné rozhodnutia určia, či tento prah prekročíme. JaroR

Štúdia bola publikovaná v časopise pnas.org

Glosár kľúčových pojmov

• Antropogénny (Anthropogenic): Vzniknutý v dôsledku ľudskej činnosti alebo z nej vyplývajúci, najmä pokiaľ ide o vplyvy na životné prostredie.
• Arrhenius, Svante: Švédsky chemik, ktorý koncom 19. storočia modeloval klímu a odhadol, že zdvojnásobenie CO2 by mohlo zvýšiť povrchovú teplotu.
• Atmosférická teplota (Atmospheric Temperature): Teplota vzduchu v rôznych výškach v atmosfére Zeme.
• CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6): Šiesta fáza medzinárodného projektu porovnávania klimatických modelov, poskytujúceho simulácie pre výskum klímy.
• Detekcia (Detection): Proces určenia, či pozorovaný signál (napr. zmena klímy) je štatisticky odlišný od prirodzenej variability.
• EOF (Empirical Orthogonal Function): Štatistická technika používaná na dekompozíciu dátového súboru na sadu ortogonálnych priestorových vzorov (odtlačkov prstov) a ich zodpovedajúce časové série.
• Emisivita (Emissivity): Miera schopnosti materiálu vyžarovať energiu vo forme tepelného žiarenia. Pre stratosféru znamená zvýšená emisivita spôsobená CO2 väčšie vyžarovanie tepla do vesmíru, čo vedie k ochladzovaniu.
• Foote, Eunice: Americká vedkyňa, ktorá v roku 1856 preukázala tepelne pohlcujúce vlastnosti CO2.
• Fosilné palivá (Fossil Fuels): Prírodné palivá, ako je uhlie, ropa a zemný plyn, ktoré sa vytvorili z geologických procesov pôsobiacich na zvyšky mŕtvych organizmov. Ich spaľovanie uvoľňuje CO2.
• „Odtlačok prsta“ (Fingerprint): Špecifický priestorovo-časový vzor zmeny klímy, ktorý je jedinečný pre konkrétne faktory (napr. ľudské vplyvy vs. prírodné sily). Používa sa na detekciu a pripisovanie zmien klímy.
• Myšlienkový experiment (Thought Experiment): Hypotetický scenár navrhnutý na preskúmanie dôsledkov hypotézy alebo teórie.
• Hunga Tonga (Hunga Tonga-Hunga Ha’apai): Podmorská sopka, ktorej erupcia v roku 2022 vstrekla do stratosféry veľké množstvo vodnej pary, čo ovplyvnilo atmosférickú teplotu.
• Krakatoa (Krakatoa): Sopka, ktorej veľká erupcia v roku 1883 mala významný, ale dočasný vplyv na globálne teploty, spôsobujúc stratosférické oteplenie a troposférické ochladenie.
• MSU/AMSU (Microwave Sounding Unit/Advanced Microwave Sounding Unit): Satelitné prístroje používané na meranie atmosférických teplôt v troposfére a dolnej stratosfére (vrstvy TLT, TMT, TLS).
• Pinatubo (Mount Pinatubo): Sopka, ktorej veľká erupcia v roku 1991 spôsobila krátkodobé globálne ochladenie troposféry a oteplenie stratosféry.
• Pomer signálu k šumu (Signal-to-Noise Ratio, S/N): Pomer sily detekovateľného signálu k úrovni základného šumu. Vyšší pomer S/N naznačuje jasnejšiu detekciu signálu.
• Solárny cyklus (Solar Cycle): Približne 11-ročný cyklus vo variácii slnečného žiarenia, ktorý ovplyvňuje stratosférické teploty.
• Stratosféra (Stratosphere): Vrstva zemskej atmosféry nad troposférou, siahajúca od približne 10 km do 50 km, kde sa teplota s výškou zvyšuje.
• SSU (Stratospheric Sounding Unit): Satelitný prístroj používaný na meranie atmosférických teplôt v stratosfére.
• Termálna zotrvačnosť oceánu (Ocean Thermal Inertia): Schopnosť oceánu absorbovať a uvoľňovať teplo pomaly, čo vedie k dlhším reakčným časom na zmeny teploty v troposfére po sopečných erupciách.
• Troposféra (Troposphere): Najnižšia vrstva zemskej atmosféry, siahajúca od povrchu do približne 10-15 km, kde sa vyskytuje väčšina počasia.
• Tyndall, John: Írsky fyzik, ktorý v roku 1859 preukázal, že niektoré plyny, ako je vodná para a CO2, absorbujú teplo a sú zodpovedné za skleníkový efekt.
• Vnútorná variabilita (Internal Variability): Prirodzené fluktuácie klimatického systému, ktoré nie sú spôsobené vonkajšími vplyvmi (napr. slnečnou aktivitou, sopečnými erupciami alebo antropogénnymi emisiami).