Otepluje se Země nebo neotepluje?

Měření teploty v posledním století ukazuje, že průměrná teplota na severní zemské polokouli stoupá. Je toto oteplování něco neobvyklého, nebo se jedná o zcela běžný jev? Bylo zaviněné člověkem? Je v lidských silách toto oteplování zastavit a zamezit tak případné klimatické katastrofě nebo se k žádné katastrofě vlastně neschyluje?

O metodách boje s globálním oteplováním, nebo také s globálními klimatickými změnami, toho již bylo napsáno dost a dost. Ve Třípólu se o nich můžete dozvědět například zde: http://www.3pol.cz/cz/rubriky/medicina-a-prirodoveda/835-ccs-aneb-cam-ten-carbon-slozime
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/klasicka-energetika-a-fyzika/697-globalni-oteplovani-si-bere-pauzu
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/medicina-a-prirodoveda/856-je-ti-teplo-devenko-zeme

Mnohá řešení jsou nesmírně technicky a finančně náročná a politici přijímají závazky, jak rychle a v jakém rozsahu příslušná opatření za peníze daňových poplatníků zavedou. Právě kvůli finanční nákladnosti je nesmírně důležité prověřit, jestli drastické oteplování opravdu probíhá a jestli je tedy proti čemu bojovat.

Změříme Zemi teplotu
Nejpřímějším a nejjednodušším důkazem o vývoji pozemské teploty jsou měření teploměrem (instrumentální měření). Nejstarší souvislé měření teploty bylo zahájeno roku 1659 v Anglii, o více jak století později se v roce 1770 se svou slavnou teplotní řadou připojilo pražské Klementinum. Tato měření ovšem udávají vývoj teploty pouze v konkrétních lokalitách. Aby bylo možno určit vývoj teploty celé Země, byl potřeba dostatečný počet měřicích stanic jak na pevnině, tak na moři. To se podařilo splnit až kolem roku 1880 a od té doby je možno sledovat vývoj pozemské teploty, byť se spíše jedná o teplotu severní polokoule. Ta jižní má síť měřicích stanic podstatně řidší.

Kapku komplikovaný výpočet
Ani z jednotlivých měření není zcela snadné odvodit celkovou průměrnou teplotu. Je třeba si uvědomit, že se pokoušíme na setiny stupně určit teplotu něčeho, co má běžně v některých lokalitách –50°C a v jiných +50°C. Vzorec, který průměrnou teplotu určuje, je tedy poněkud komplikovaný a prochází neustálým vylepšováním. Více se můžete dozvědět třeba na http://en.wikipedia.org/wiki/Instrumental_temperature_record
Jednotlivá měřicí místa jsou navíc ovlivněna vývojem lokality, ve které stojí. Stavba města či zemědělské obhospodařování krajiny mají zákonitě vliv na teplotu ve svém okolí, a tak stanice, která původně stála na samotě a postupně se kolem ní rozrostlo velkoměsto, zaznamená i vliv urbanizace. Měření na moři rozvojem civilizace ovlivněna nejsou, ale i tady může dojít k chybě. Stačí změna v postupu, jakým se mořská voda odebírá a měří, a následkem je záhadný skok v teplotě. To se stalo kolem roku 1945, chyba byla odhalena až o několik desetiletí později.

Po započtení všech možných vlivů dostaneme graf, který celkem jasně ukazuje, že v posledních 130 letech průměrná teplota severní polokoule roste (Obr.1). Od roku 1880 vystoupala o 0,7°C.

Všechno to roztaje a shoří...
Pro srovnání, průměrná roční teplota Islandu je 4°C, zatímco Řecka 17°C, rozdíl mezi těmito zeměmi tedy činí 13 stupňů. Klimatické modely ovšem předvídají, že zvýšení celosvětové teploty o pouhých několik stupňů by mohlo mít katastrofální následky. Kupříkladu podle lehce katastrofického výpočtu Marka Lynase http://www.marklynas.org po zvýšení průměrné teploty o 4 stupně roztaje Grónsko, Holandsko zmizí pod mořem, Itálie se změní v poušť, Alpy se ocitnou bez ledu a z ruského permafrostu se uvolní metan a vybuchne... Jedna otázka je, nakolik jsou přesné klimatické modely a jak dobře se shodují se skutečností. Ta jednodušší otázka zní, jestli se v posledních letech opravdu s teplotou děje něco neobvyklého.

Teplota léta Páně 1100
Z hlediska geologické a klimatické historie naší planety je 130 let směšně krátký úsek, který o vývoji teploty neříká vůbec nic. Mnohé klimatické cykly, které zemské podnebí ovlivňují, jsou podstatně delší. Abychom mohli říct, jestli je současné oteplování něčím výjimečné, potřebovali bychom znát vývoj teploty alespoň za posledních tisíc let.

Přímá měření z roku 1100 samozřejmě k dispozici nejsou a proto musíme na teplotu usuzovat nepřímo. Informace o vývoji klimatu jsou uloženy v nejrůznějších přírodních záznamových médiích. Je možno analyzovat vrstvy antarktických ledovců (metoda umožňuje podívat se mnoho tisíc let nazad, ale s rozlišením na jednotlivé roky už je to horší), přírůstky korálů (protože rostou jinak při přílivu a odlivu, jsou v nich dokonce uloženy záznamy o jednotlivých dnech, ale přesné datování a interpretace dat je velmi obtížná), sedimenty v mořích a jezerech (jiné typy sedimentů se ukládají v létě a jiné v zimě, datace a interpretace je opět značně komplikovaná), letokruhy stromů (je-li teplé léto, stromy rostou více) nebo historické záznamy. Ty jsou velmi kvalitně datované a několik studií již dokázalo určit, jaká byla přibližně teplota, když kronikář psal o „velmi kruté zimě“.

Dodávka melounů z Kolína
Nejstarší odhady minulých teplot vycházely právě z historických záznamů. Z nich klimatologové usoudili, že někdy mezi roky 800 až 1100 panovalo takzvané středověké klimatické optimum, kdy bylo počasí výrazně teplejší než dnes a v letech 1600 až 1800 takzvaná malá doba ledová, kdy bylo naopak podstatně chladněji. Nyní by se světová teplota měla pomalu šplhat k hodnotám blížícím se středověkému klimatickému optimu a tak se vlastně neděje vůbec nic závažného a alarmujícího.

Záznamy o klimatickém optimu jsou roztroušeny v kronikách po celém světě. V Čechách se tou dobou i v severních částech země dařilo vinné révě, šafránu a dokonce i melounům, v Grónsku prosperovala zemědělská osada, i ve studené a nevlídné Anglii se pěstovaly broskvoně a vinná réva. Později Grónská osada zanikla, stejně tak jako se hranice pěstování vinné révy posunula podstatně jižněji. V období malé doby ledové pak zamrzala Temže i Švédský průplav Skaggerak a Kattegat a na Vltavě byl běžně led tak silný, že po něm jezdily koňské povozy. Detailnější rozbor klimatu podle historických záznamů je možno nalézt třeba v titulu Velká kniha o klimatu zemí koruny české.

O letokruzích a hokejce
Nejjednodušším způsobem, jak odhadnout vývoj teploty, je analýza stromových letokruhů. Změřením jejich tloušťky a hustoty lze určit, jaké asi teploty panovaly v době, kdy se přírůstek letokruhu tvořil. U živých stromů se záznamy datují velmi snadno, pokud se provádí analýza již mrtvého stromu (třeba trámu nebo fosilizovaného kmene), je možno radiokarbonovou metodu http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/590-datovani určit datum, kdy zmíněný strom zemřel nebo byl poražen.

Jestliže se provede analýza přírůstků z jednoho místa, získáme informace o lokálním vývoji teploty. Aby bylo možno něco říct o průměrné teplotě celé severní polokoule, je třeba zkombinovat data z co největšího počtu lokalit.

Většina hojně citovaných studií se opírá převážně o analýzu stromových letokruhů. Velká část z nich pak zobrazuje něco podstatně odlišného od původně předpokládaného středověkého klimatického optima, následné malé doby ledové a lehkého oteplení v průběhu dvacátého století. Tyto grafy mají podobu hokejky, čili ukazují teplotu za posledních tisíc let v podstatě bez výkyvů, aby v polovině devatenáctého století začal strmý vzestup.

Mann et al.
Pro svůj tvar vešel graf dokazující globální oteplování ve známost jako „Hokejkový graf“(obr.2). Jako autorem je Michael Mann (Mann, M.E., Bradley, R.S. & Hughes, M.K., 1998. Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries. Nature, 392, 779-787.) a od roku 1998, kdy byl publikován, je stále znovu a znovu citován. Posléze se ovšem ukázalo, že tento graf nebyl vytvořen úplně správně. Chybná metoda použitá při zpracování dat totiž způsobila, že tvar hokejky bylo možno získat i z náhodného šumu - více např. http://en.wikipedia.org/wiki/Hockey_stick_controversy
Přesto se našlo mnoho dalších studií, které rovněž měly tvar hokejky. Některé z nich si můžete prohlédnout třeba na poněkud emotivně laděném webu http://www.desmogblog.com/this-is-not-a-hockey-stick
Dlužno podotknout, že všechny studie nejsou zdaleka nezávislé. Vycházejí většinou ze stále stejného souboru dat a mezi kolektivem autorů se objevují stále tatáž jména.

Studie prokazující nebývale velké oteplování použil i roku 2007 Mezivládní panel o klimatických změnách (IPCC, www.ipcc.ch) ve své čtvrté zprávě o stavu klimatu (je známa pod zkratkou AR4, http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data_reports.htm#1
Graf obsahující dohromady dvanáct různých rekonstrukcí bývá pro svou lehkou nepřehlednost přezdíván „špagetový“.

Špagety a jiné klimatické pochutiny
IPCC je mezinárodní sdružení předních vědců a odborníků a za cíl si vytklo objektivní zkoumání stavu pozemského klimatu. V pravidelně podávaných zprávách dochází k závěru, že Země se otepluje a že to způsobuje svou činností člověk. Roku 2007 panel prohlásil, že „je pravděpodobné, že posledních 50 let bylo nejteplejších za uplynulých 1300 let.“ Vyjádření je to sice mírně neurčité, ale přesto naznačuje, že stojíme na prahu dosud nevídaných a hrozivých klimatických změn.

Vzhledem k tomu, že boj s klimatickými změnami je nesmírně nákladný, je třeba nepropadat unáhleným závěrům a podívat se na předkládané důkazy detailněji.

Kauza Jamal
Špagetový graf můžete vidět na obr. 3. Nejprve pomiňme skutečnost, že se jednotlivé klimatické rekonstrukce příliš neshodují. V některých letech činí rozdíl mezi křivkami až 0,8°C, což je víc, než celé alarmující oteplení za posledních sto let. Zřejmě je tu na vině nepřesnost rekonstrukcí, které většinou vycházejí právě z analýzy stromových letokruhů.

Analýzy letokruhů se týká i takzvaný „případ Jamal“ či „zlomení druhé hokejky“ - viz např. http://www.osel.cz/index.php?clanek=4650 nebo http://www.climateaudit.org/?p=7168 (pozornost veřejnosti upoutal v září tohoto roku). Jedním z hokejkových grafů, které nahradily Mannovu studii, je podobně vyhlížející graf publikovaný Keithem Briffou v několika prestižních časopisech, naposledy pak v Briffa et al., Trends in recent temperature and radial tree growth spanning 2000 years across northwest Eurasia, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences,Vol 363, issue 1501, pp2271-2284, 12th July 2008. Autor v ní použil data z převážně jednoho místa, sibiřského poloostrova Jamal. Jeho hokejka tak tedy vypovídá hlavně o vývoji sibiřského klimatu, navíc pro analýzu klíčového dvacátého století bylo použito jen velmi málo vzorků. Jak prokázala studie Stephena McIntyra http://www.climateaudit.org/?p=7168 - pouhých dvanáct vzorků bylo vybráno proto, že měly ve dvacátém století vzestupný trend v tloušťce i hustotě, zatímco většina dostupných vzorků (celkem 34) se chovala přesně opačně. Jakmile se do výpočtu zařadila i předtím schválně opomenutá data, hokejkový vzestup zmizel.

Když dva analyzují totéž
Rozbor stromových letokruhů přeci jen není tak snadný, jak by se na první pohled mohlo zdát. Je možno analyzovat tloušťku letokruhů, hustotu dřeva, jeho složení a další charakteristiky, ze kterých se vhodně zvolených způsobem složí něco, co může být označeno za teplotu. Výsledek je ovšem nesmírně závislý právě na způsobu, kterým se data analyzují. Poměr šumu k užitečnému signálu (údaji o teplotě) je tu vychýlen ve prospěch šumu a během jeho odstraňování je možno s daty provést ledascos. Existují dokonce různé studie, které zpracovávají jeden a ten samý soubor dat, ale jejich výsledky se diametrálně odlišují - viz www.climateaudit.org/pdf/mcintyre.2008.erice.pdf
Příkladem může být analýza letokruhů ze švédské lokality Tornetrask. Jedna studie (Briffa, K.R., 2000. Annual climate variability in the Holocene: interpreting the message of ancient trees. Quaternary Science Reviews, 19(1-5), 87-105.) z nich získala klasickou hokejku, zatímco jiná (Grudd, H., 2006. Tree Rings as Sensitive Proxies of Past Climate Change, Stockholm: Stockholm University, Faculty of Science, Department of Physical Geography and Quaternary Geology.) ukazuje na středověké klimatické optimum, malou dobu ledovou a nepříliš výrazné oteplení v posledních sto letech (obr.4). Není možné, aby obě rekonstrukce byly správné, pravdu může mít jen jedna. Jak ale určit, která to je?

Divergence problem
Než začneme rekonstruovat teplotu ze stromových letokruhů, je třeba určit, jak přesně závisí jejich tloušťka a hustota na teplotě. Je tato závislost lineární nebo ne? V případě, že by závislost byla třeba parabolická, by při vzrůstu teploty nad určitou mez naopak začala tloušťka letokruhů klesat. Tím by se rekonstrukce značně zkomplikovala – najednou by k jednomu letokruhu bylo možné přiřadit dvě zcela rozdílné teploty. Navíc zde nemusí působit jen teplota, ale i další faktory jako vlhkost půdy, živiny, sluneční osvit atd., které bohužel nelze zpětně dohledat. Tyto faktory mohou působit dokonce silněji než teplota, a tím rekonstrukci vpodstatě znemožnit.

Tato komplikace se nazývá divergence problem a již dlouhá léta se o ní diskutuje http://www.climateaudit.org/?p=4475

Stromy vypovídají
Divergence problem je naštěstí velmi snadné ověřit. K dispozici jsou minimálně stoleté řady nepřetržitého měření na jednom místě a letokruhy stromů, které po zmíněných sto let poblíž měřící stanice rostly. Není tedy nic jednoduššího, než porovnat jejich letokruhy s naměřenou teplotou.

Drtivá většina provedených studií prokázala, že divergence problem opravdu existuje. Po prvních padesát let se tvar přírůstků shoduje s průběhem teploty, ale někdy po roce 1950 se začíná odchylovat. Zatímco v první polovině století šířka i hustota letokruhů ve shodě s teplotou roste, od padesátých let teplota stále stoupá, ale šířka i hustota letokruhů klesá.

Jako příklad může posloužit studie provedená již zmiňovaným Keithem Briffou (Briffa, K.R. et al., 1998. Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes. Nature, 391(6668), 678-682 nebo Briffa, K.R. et al., 2001. Low-frequency temperature variations from a northern tree ring density network. Journal of Geophysical Research, 106(D3), 2929-2941). V první uvedené studii dokládá na širokém vzorku dat ze severní polokoule, že ve všech případech se teplota s letokruhy rozchází, v druhém článku se pak snaží o rekonstrukci průměrné teploty pro celou severní polokouli (obr.5). Zde je divergence problem opravdu výrazně patrný.

Špagety s nimi ovšem nesouhlasí
Briffova studie je použita i ve špagetovém grafu z roku 2007 a tak pozorného čtenáře jistě překvapí, že na zmíněném grafu žádný pokles rekonstrukce patrný není. Naopak, je tam strmý, hokejkovitý vzestup. Jak je to možné?

Nejprve se pozorně podívejme, co vlastně tvoří onu hokejku. Je to instrumentální měření teploty, zde vyznačené černou čárou položenou přes všechny rekonstrukce. Jakmile instrumentální měření odstraníme, vyplyne podstatně méně alarmující graf (obr.6). Je vidět náznak středověkého klimatického optima kolem roku 1000, nižší teploty odpovídající malé době ledové mezi roky 1600 až 1800 a následně vzestup teploty na hodnoty odpovídající středověkému klimatickému optimu. Jinými slovy, nic neobvyklého.

Ve skutečnosti instrumentálně měřená teplota s rekonstrukcemi souhlasí pouze v oblasti mezi roky 1900 až 1950, na obou koncích se s nimi diametrálně rozchází. Ještě detailnější pohled na známý graf pak ukazuje, kam se poděl pokles rekonstrukce v datech Keitha Briffy z roku 2001 (obr.7). Modrá linka reprezentující jeho data končí již v roce 1960, dostatečně včas, aby nebyla patrná neshoda rekonstrukce s měřením teploty.

Konec legrace
Na posuzování závažnosti klimatických změn a na opaření proti těmto změnám jsou každý rok vynaloženy miliardy. Nejnovější jednání, ze kterého vyplynou další kroky proti globálnímu oteplování, se uskuteční v prosinci tohoto roku v Kodani.

Některé údaje bohužel naznačují, že se proti klimatickým změnám bojuje na základě upravovaných a chybně interpretovaných dat.

Pokusme se tedy sami o vlastní analýzu běžné veřejnosti dostupných údajů. Nabízí se několik variant, z nichž jen jedna může být správná:

1. Rekonstrukce jsou naprosto správné, ale instrumentální měření jsou chybná. Potom se v posledních padesáti letech planeta neotepluje, ale spíše ochlazuje.


2. Instrumentální měření jsou správná, ale rekonstrukce jsou chybné. V tomto případě jsme stále na začátku, víme pouze to, že se v posledních 130 letech klima otepluje, ale nevíme vůbec nic o letech minulých
3. Jak instrumentální měření, tak rekonstrukce jsou chybné. Potom nevíme o globálním oteplování vůbec nic


4. Instrumentální měření jsou správná a rekonstrukce také, ale působí zde neznámý faktor.  Tento faktor má na svědomí divergence problem. Dokud tento faktor neznáme, máme k dispozici pouze data udávající tloušťku letokruhů, ale nikoliv teplotu. Teprve až bude záhadný faktor dohledán a spolehlivě zjištěn pro uplynulé tisíciletí, získáme informace o vývoji teplot za toto období. Potom budeme mít jasno, jestli je současné oteplování něčím výjimečné nebo ne.

Jsme stále na začátku
Tato velmi stručná analýza ukazuje, že nic není tak jednoznačné, jak se na první pohled zdá. Diskuse o globálním oteplování se proměnila v boj dvou věrouk, kdy věřící „oteplovači“ potírají stejně zapáleně věřící „odpírače“ a racionální argumenty a suchá data se dostávají na pokraj zájmu.

Zatím je možné tvrdit pouze to, že na základě dostupných dat není vůbec jasné, jestli je současné oteplování výjimečným nebo zcela obyčejným jevem v dějinách planety Země.

Máte-li k dispozici věrohodná data ukazující „jak je to doopravdy“, s radostí je uvítáme.