Do początku lat 80. gdy do opinii publicznej nie dotarło jeszcze to, ze ludzkość przyczynia się do ocieplania Ziemi, James Hansen i jego zespół w 1981 r. odważnie pokazali, że rosnące stężenie dwutlenku węgla w atmosferze nie jest tylko abstrakcyjnym wskaźnikiem. .
W 1981 r. James Hansen i jego zespół udowodnili, że niewidzialny gaz – dwutlenek węgla – może zmienić oblicze całej planety, a ludzka działalność wytwarza jego nadmiar szybciej niż naturalne procesy mogą go zneutralizować. Ich prognozy, choć wtedy jeszcze niepopularne, okazały się wizją przyszłości, w której zmiana klimatu staje się namacalna i nieunikniona.
Fot. James Hansen. Żródło: NASA.GOV/Domena publiczna
Od archiwów fizycznych danych do planetarnej prognozy: Skąd ta praca się wzięła.
Choć dziś James Hansen jest znany szerzej jako emerytowany naukowiec, klimatolog i były dyrektor NASA, jego praca w 1981 r. mocno zakorzeniona była w fizyce radiacyjnej (promieniowania) i wcześniejszych modelach klimatycznych – w tym w klasycznych badaniach Syukuro Manabe, które w latach 60. i 70. pokazały, że podwojenie CO₂ może prowadzić do istotnego wzrostu temperatury powierzchni Ziemi.
W pracy z 1981 r. Hansen i jego współautorzy zaczęli prezentację swoich wyników od fizycznej podstawy – bilansu energii Ziemi: ile promieniowania widzialnego (słonecznego) dociera, ile Ziemia emituje z powrotem w kosmos promieniowania podczerwonego (ziemskiego), i jak gazy cieplarniane wpływają na ten bilans radiacyjny. Zauważyli, że średnia temperatura powierzchni planety (~288 K (Kelvina) – ~15°C) jest znacznie wyższa niż temperatura emitowanego promieniowania (~255 K – ~ -18°C), gdyby Ziemia nie miała atmosfery), a tę różnicę można przypisać efektowi cieplarnianemu – gdy atmosfera z chmurami „wyłapuje” część energii.
Kluczową innowacją było połączenie obserwowanej historii koncentracji CO₂ z prostymi modelami klimatycznymi (np. GCM – Global Circulation Model), a następnie porównanie tych modeli z rzeczywistymi trendami temperatury. Badacze nie tylko ocenili, że wzrost CO₂ jest zgodny z obserwowanym ociepleniem, ale także podali trafną prognozę, że sygnał antropogenicznego ocieplenia stanie się znacznie wyraźniejszy przed końcem wieku.
Od równania bilansu energii do modelowania klimatu
W swoim badaniu Hansen i współautorzy użyli kombinacji:
- teoretycznych podstaw bilansu radiacyjnego, czyli jak promieniowanie słoneczne jest pochłaniane, a podczerwone emitowane przez Ziemię,
- modeli radiacyjno-konwekcyjnych, które uwzględniały transport ciepła w profilu pionowym atmosfery,
- obserwowanych danych historycznych, aby porównać modele z rzeczywistą zmianą temperatury.
To połączenie czystej fizyki z empirycznymi pomiarami było wtedy czymś nowatorskim – naukowcy wyszli poza czyste teorie i zaczęli testować modele na realnych trendach. W istocie był to jeden z pierwszych przykładów, kiedy model klimatu nie tylko opisywał system planetarny, ale także był bezpośrednio konfrontowany z danymi obserwacyjnymi (min. już przez satelity) na skalę globalną.
W pracy autorzy zwracają uwagę, że krótkoterminowe wahania temperatur mogą być powodowane przez czynniki takie jak emisje pyłów wulkanicznych (aerozoli) czy też zmian aktywności słonecznej,
Jednak trend długoterminowy – aczkolwiek zgodny z rosnącymi stężeniami CO₂ – jest taki, jak przewiduje model cieplarniany, testowany wówczas przez zespół Hansena. Sygnał ocieplenia planety został za pomocą modelu „wyłapany” z szumu zmienności naturalnej jeszcze w XX w. Sygnał, który jeszcze w większym wzmocnieniu obserwujemy w rzeczywistości po dziś dzień.
Główne wyniki: prognozy w cieniu sceptycyzmu
Pracując z danymi do 1980 r., Hansen i współautorzy wykazali, że średnia globalna temperatura wzrosła ok. 0,4 °C w ciągu ostatniego stulecia (0,2 °C między 1960 a 1980). To nie było jeszcze monumentalne ocieplenie jak to, które obserwujemy dziś, ale było zgodne z modelem efektu cieplarnianego.
Autorzy nie tylko ocenili przeszłe trendy, ale również przedstawili prognozy dla XXI w.:
- możliwe powstawanie regionów silnie narażonych na susze,
- przesunięcia stref klimatycznych,
- topnienie zachodniej Antarktydy i podnoszenie się poziomu mórz,
- a nawet sezonowe otwarcie Przejścia Północno-Zachodniego – legendarnej morskiej drogi północą Kanady.
Choć nie wszystkie szczegóły w przedstawionym przez badaczy modelu były precyzyjne (co jest normalne przy tak wczesnych modelach), ogólna prognoza – że efekt antropogeniczny stanie się wyraźny – została potwierdzona przez dalsze dekady obserwacji.
Fundament pod kolejne pokolenia badań
W 1981 r. większość opinii publicznej nie „kupowała” idei, że człowiek może zmieniać klimat planety (zresztą w wielu przypadkach ta tendencja antynaukowa jest dalej podtrzymywana przez ludzi, w tym przez populistycznych polityków). Hansen i współautorzy, działając raczej w cieniu akademickich laboratoriów niż w świetle reflektorów mediów, dali naukowe uzasadnienie temu, co dziś jest oczywistością – że emisje CO₂ mają znaczenie i ich skutki będą globalne.
Ten artykuł nie był końcem, ale początkiem nowej ery w klimatycznych badaniach:
- stał się jednym z fundamentów dla kolejnych badań nad czułością klimatu na CO₂,
- przyczynił się do rozwoju trójwymiarowych modeli klimatycznych,
- i był cytowany w późniejszych pracach, które jeszcze bardziej precyzyjnie określały przyszły wpływ antropogenicznych emisji.
Znaczenie dzisiaj: przewidywać, rozumieć i działać
Dziś, w połowie lat 20. globalne ocieplenie na skutek emisji CO₂ nie jest już hipotezą, ale realną i obserwowaną rzeczywistością. skutki jego widać choćby w postaci nasilenia fal upałów, susz, pożarów, nawalnych opadów deszczy, powodzi oraz burz. Modele klimatyczne konfrontowane z danymi pokazują stały trend ocieplenia, a wiele scenariuszy, które Hansen i współautorzy proponowali w 1981 r., stał się ponurą rzeczywistością.
Praca ta jest więc nie tylko naukowym dokumentem – to świadectwo odwagi intelektualnej, aczkolwiek w tamtych czasach była mocno sabotowana przez decydentów politycznych. w każdym razie po raz pierwszy z taką jasnością powiedziano: „To, co dzieje się z CO₂, ma znaczenie – i to znaczenie będzie coraz trudniejsze do zignorowania”. Dziś, gdy świat mierzy się z konsekwencjami tych prognoz, ta praca jawi się nie tylko jako osiągnięcie fizyki klimatycznej, lecz także jako apel do przyszłych pokoleń, które muszą działać jak najmocniej w celu redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz ich wyzerowania (dziś jak wiemy z 5 i 6 Raportu Oceny IPCC – wyzerowania do 2050 roku).
Referencje:
Hansen J. et al., 1981 ; Climate Impact Increasing Atmospheric Carbon Dixide ; Science ; https://climatecite.com/wp-content/uploads/1981_Hansen_etal_1.pdf