Článek
Díky ochráncům přírody a jejich tlaku na veřejnost máme životní prostředí bezpochyby lepší, než před nějakými třiceti lety. Ovšem nic se nemá přehánět a hnát do hysterického extrému. V této souvislosti mě znechutil článek na Médiu s názvem „Co se to na nás přihnalo? A může za to klimatická změna?“ od autora Greenpeace. Odkaz: https://medium.seznam.cz/clanek/greenpeace-co-se-to-na-nas-prihnalo-a-muze-za-to-klimaticka-zmena-86823. Tímto dělám tomuto článku neúmyslnou reklamu.
Myslím si, že právě v tom okamžiku, v němž lidé bojují o své životy a majetky, je neuctivé přiživovat svoji politickou agendu. Myslím si také, že je nejvyšší čas začít mluvit o změně klimatu bez předsudků a hlavně bez nevědecké ideologie.
Nakonec budu s Greenpeace alespoň souhlasit, že klimatickou změnu tu máme a že za jejím vznikem, nebo možná gradací, stojí pravděpodobně člověk. Pojďme se na tento fyzikální (nikoliv ideologický) jev podívat blíže.
Jak funguje klima?
Popravdě to detailně nevíme a stále neumíme spolehlivě predikovat, jak se klima změní během následujících let. Klima je totiž velmi složitý a komplexní jev, zahrnující nejen sluneční aktivitu, lidskou činnost, geologické procesy, proudění vzduchu, proudění vody v mořích a tak dále, ale také další faktory, které ani nyní neznáme a které se navzájem ovlivňují. Pro tak složité systémy se používají parametrické výpočty, které ovšem platí tehdy, pokud se systém výrazně nemění od normálu. Každá odchylka znamená nutnou změnu parametrů výpočtů. Podle statistických měření však vidíme, že v posledních desítkách let došlo k růstu globální průměrné teploty, roztály nám některé ledovce, silné bouřky, lijáky a naopak také sucha nebo extrémní náhlé mrazy se vyskytují mnohem častěji než třeba v osmdesátkách. Něco se tedy zřejmě děje, v atmosféře bouří více nespoutané energie, než kdysi. Jestli je to změna dlouhodobá, nebo přechodná, v tuto chvíli nikdo neví. Co s tím tedy uděláme? No, nejlépe, když svoláme konferenci, na které si přikážeme, že se teplota atmosféry nezvedne o více než 1,5°C do roku 2050. Je to asi tak stejně platné, jako kdybychom si tam odsouhlasili, že prodloužíme den o jednu hodinu.
Globální oteplení
Důvody klimatických změn vyvolaných lidskou činností
Pokud chceme pochopit přírodní zákonitosti klimatických změn, musíme vyjít z odborné literatury pokud možno staršího data, protože nové publikace jsou již zatíženy povinnou ideologickou agendou. Nezaujaté texty vycházely ještě do konce sedmdesátých let. Úplně nejvhodnější ale bude vyjít ze dvou pilířů fyziky: o zákonu o zachování hmoty a o zákonu o zachování energie. Na jejich příkladu si můžeme vysvětlit, proč a jak se něco děje s klimatem.
Je všeobecně známo, že globální oteplování se pojí se zvyšování koncentrace skleníkových plynů, jmenovitě CO2v atmosféře. Od dob průmyslové revoluce se jeho obsah v atmosféře zvýšil z 0,028% na 0,042%, takže za 100-150 let už téměř dvojnásobně. A na základě tohoto faktu přišlo logické tvrzení, že zvýšený obsah CO2 svým skleníkovým efektem ohřívá planetu. Trochu mi to připomíná tu statistiku, která zjistila, že chleba je smrtelně jedovatá poživatina. Bylo oficiálně zjištěno, že 94% všech zemřelých nejpozději 24 hodin před svou smrtí požilo chleba. Nejezte chleba, nebo umřete. Zvýšení koncentrace oxidu uhličitého (pravděpodobně) lidskou činností je sice fakt, ale nevysvětlí nám, proč se planeta ohřívá, jak doložím dále.
Klíč hledejme ve fyzice, a sice v zákonu o zachování energie.
Představme si planetu Zemi bez lidí, nebo dejme tomu před půl milionem let, kdy lidé byli takhle maličcí. Na Zemi svítilo sluníčko, pod zemským povrchem bublalo magma, a to byla všechna energie, kterou planeta měla k dispozici. Část záření se od planety odrazila zpět do kosmu, část se absorbovala a se změněnou vlnovou délkou působila jako tepelné záření. To vedlo k odpaření části vody a tvorbě příkrovu oblačnosti, jež udržela teplo u zemského povrchu. Díky tomuto skleníkovému efektu vodní páry je možný život na Zemi, díky vodní páře tady není přes den +100°C a v noci -100°C. Určitý přebytek slunečního záření zachytily zelené rostliny. Spolu s vodou a CO2 vyráběly glukózu a další organické sloučeniny, zkráceně biomasu. Takže co je biomasa? Je to obrovský chemický akumulátor sluneční energie, která se ani nevyzářila, ani nepřispěla k oteplení atmosféry, jen se uložila do chemických vazeb. Když biomasa odumřela, část CO2 se zase vrátila do atmosféry při procesu rozkladu, ovšem menší část zůstala mineralizovaná jako součást neživé přírody. Ať již v podobě minerálů (uhličitanů, zejména vápence), tak v podobě ropy, uhlí a zemního plynu. Toto ukládání dávného slunečního svitu pokračovalo miliony let. Klima Země bylo v dynamické rovnováze mezi dopadající, vyzářenou a akumulovanou energií. Samozřejmě i tehdy panovaly silné výkyvy klimatu s povodněmi a vichry, nebo krutými mrazy - jak jinak by se vytvořily roviny v okolí řek, eroze horstev, ledovcová jezera a pouště. A nevíme, co k nim vedlo. Možná výkyvy sluneční aktivity, možná něco jiného, co ještě neznáme. Množství uhlíku na Zemi přitom zůstávalo konstantní a neměnné (zákon o zachování hmoty), žádný CO2 nám neutekl, ani nepřibyl, pouze se z tohoto plynu tvořila biomasa a naopak z biomasy zase zpátky tento plyn.
A potom přišel člověk…
Dokud si člověk vystačil s tím, co našel v přírodě, nic se nedělo. Energeticky byl jen přeměněnou rostlinnou biomasou na biomasu lidskou. Každičký atom našeho těla má původ v rostlinách a každý náš pohyb pohání přeměněná sluneční energie, kterou získáváme trávením (rozuměj: pomalým spalováním) jiné biomasy, tedy štěpením chemických vazeb, vytvořeným ze sluneční energie.
Vše se začalo měnit, když lidem nestačila volně získávaná energie a začali používat energii akumulovanou. Nejprve odtěžili většinu dřeva, takže během několika let uvolnili do prostředí energii, která se ve dřevě ukládala desítky let. Potom dřevo došlo. Lidé chtěli víc. Našli uhlí, a to jim umožnilo dokonaleji zpracovávat kovy při vyšších teplotách v pecích. A tak můžeme pokračovat až do současnosti. Těžbou dávných energetických konzerv uvolňujeme do zemské atmosféry teplo, které se jako nadbytečné ukládalo miliony let. Všimněte si, že nemluvím o oxidu uhličitém. Naopak mluvím o nerovnováze mezi přijatou a vyzářenou energií. Pokud Slunce svítí jako dříve, pokud biomasa akumuluje fotosyntézou pořád stejným principem, pak uvolnění energie dávno uložené v krátkém čase musí nutné vést ke zvýšení teplot povrchu Země. Spalováním ropy, uhlí a plynu vlastně vytváříme obrovský táborák dávno uložené energie. Je přitom lhostejné, jak se energie využije. Každé energetické kvantum se může měnit v energii pohybovou, tepelnou nebo radiační, ale ve výsledku se jedná o energii vypuštěnou z Pandořiny skříňky, nebo chcete-li, jedná se o džina z láhve. Padouši jsou už venku a nepůjdou zpět.
Zelená příroda
A teď do toho zamícháme argumenty s oxidem uhličitým
Víte, kolik procent oxidu uhličitého je v atmosféře Marsu? 95%. Přesto tam prý moc vedra Marťané neužijí. A pročpak ne, když je CO2 skleníkový plyn již při 0,042%? Inu, protože tam nespolupůsobí oblaka vodní páry. Voda, ta jediná zadržuje teplo v atmosféře tak, aby to stálo za řeč. Pokropte Mars vodou a uvidíte!
Tak proč tolik povyku kolem oxidu uhličitého?
Samotná molekula oxidu uhličitého nás moc neohřeje. Skleníkový efekt vykazuje pouze tehdy, když spolupůsobí mnoho molekul společně a vytváří jakýsi deštník, který zadržuje teplo. Zadrženému teplu se říká radiační účinek a v případě aktuální koncentrace CO2 (0,042%). Jeho hodnota činí 3,7 W/m2 zemského povrchu. Platí pro zdvojnásobení koncentrace z výchozí předindustriální koncentrace 280 ppm na 560 ppm [IPCC Fifth Assessment Report (AR5), 2014].
Jak jsem již uvedl, sluneční záření, které na povrch dopadá, se nejen odráží, nebo mění na teplo, ale také absorbuje do biomasy. Můžeme se pokusit srovnat, zda nadbytečný oxid uhličitý zadrží skleníkovým efektem více tepla, než kdyby se nechal „sežrat“ biomasou a tím naopak teplo spotřeboval. Musíme si ale uvědomit, že tolik biomasy, která by se rovnala těm gigatunám spálených fosilních paliv, by se na zemský povrch ani nevešlo. Příroda potřebuje čas. Uvádí se, že přirozeným způsobem se nadbytek oxidu uhličitého v přírodě pohltí asi za 100 let.
Za 100 let se zvedl obsah CO2v atmosféře o 140 ppm (0,014%). Průměrně (zjednodušeně řečeno) rostla jeho koncentrace o 1,4 ppm ročně. Ve skutečnosti růst koncentrace není lineární, ale jde teď o poměrná čísla. 1 ppm CO2 v atmosféře odpovídá 2,13 gigatunám CO2, takže ročně jde o 2,98 Gt tohoto bezbarvého, životadárného plynu. Zkusme tento roční nárůst srovnat s tím, že bychom stejné množství CO2 nechali namísto uvolňování zpracovat fotosyntézou na biomasu.
Radiační účinek z nárůstu koncentrace ročně je 3,7 W/m2 dělený 280 ppm a vynásobený 1,4 ppm, tj. 0,0185 W/m2 ročně. Tento radiační účinek znamená, že každý rok atmosféra zadrží 0,0185 J/s na každý metr čtvereční povrchu Země navíc. Plocha Země je 5,1 x1014 m2 a celý povrch Země tak zadrží 2,97 x1017 J/rok.
Fotosyntéza probíhá podle rovnice:
6CO2+6H2O + světelná energie → C6H12O6 (glukóza)+6O2
Pro jednu molekulu CO₂ fotosyntéza spotřebuje asi 4,6 eV (elektronvoltů) energie, což odpovídá zhruba 7,37 × 10⁻¹⁹ J. Pokud to přepočítáme s 2,98 Gt CO2, zjistíme, kolik energie pohltí fotosyntéza takového množství oxidu uhličitého. Pro roční nárůst množství oxidu uhličitého v atmosféře to dává 3,01×1019J. Tedy roční nárůst oxidu uhličitého způsobuje 100× menší zádrž energie (skleníkový efekt), než by totéž množství plynu spotřebovalo, pokud by prošlo fotosyntézou do biomasy. To zní sice dobře, ale…
Energie uvolněná navíc se bohužel do biomasy nedostane, alespoň ne tak rychle a ne všechna
Výše uvedený výpočet má chybu v tom, že mluví o ročním přírůstku. Ten se ale každoročně opakoval po celých 100-150 let a zadržená energie se „hromadila“, aniž by se stihla ukládat do nové biomasy. Vedle toho působí již zmíněný fakt, že jakákoliv uvolněná energie (nejen ta z fosilií) vede k ohřevu okolí. Pokud třeba spalovací motor pracuje s účinností 25%, potom těch 75% jde v podobě tepla jen tak „do vzduchu“. A proto naši spásou není ani atomová energetika. Je to opět další džin z lahve na dlouhé věky ukryté energie, kterou urychlíme. Problém tedy spočívá s časovém nesouladu: dlouhé ukládání versus rychlé uvolňování. Skleníkový efekt CO2, jinak poměrně slabý ve srovnání s efektem vodní páry, tuto nerovnováhu jenom umocňuje.
Kroupy
Co s tím, šéfe? Jak z toho ven?
Vypadá to, že jsme se dostali do dystopické pasti a není cesty ven. Skutečně není. Vypustili jsme miliony let starou energii a nekompenzovali její absorpci jiným způsobem. Je to daň za rozvoj lidské civilizace, za pokrok. To, co se střádalo tak dlouho, jsme vypustili za 100 let. A nedej bože, aby se někomu podařilo využívat termonukleární energii. To bychom potom s tímto téměř neomezeným zdrojem energie zamořili prostředí teplotním smogem vskutku dokonale.
Je člověk vinen tím, že nás trápí klimatické extrémy, jako jsou povodně? Má nějaký smysl sebemrskačství a hledání viníků?
Člověk je totiž vinen už jen tím, že je. V předindustriální době planeta uživila asi 1 miliardu lidí. Ti žili víceméně z aktuálně dostupné energie. Jakmile jsme začali těžit uložené energetické zdroje, vzrostl počet lidí až na dnešních téměř 8 miliard. Dá se říci, že my jsme poháněni ropou a uhlím, bez této extra energie bychom jednoduše nebyli. Každý člověk jednak energii potřebuje k bazálnímu životu (jídlo, dýchání), jednak má své (přirozeně rostoucí) nároky. Chce někde bydlet, někde pracovat, za vydělané peníze kupovat zbytné předměty, které živí zase někoho dalšího. Všechno toto je jen a pouze transformovaná energie ze Slunce a energetických konzerv a vydrancované přírodní materiální zdroje. Pokud bychom například nehnojili umělými hnojivy, Země by tolik lidí prostě neuživila. A z čeho se vyrábějí umělá hnojiva? Třeba dusičnany? No ze zemního plynu, přece.
1. Ze vzduchu se energeticky náročně získá dusík
2. Ze zemního plynu se vyrobí vodík
3. Za vysokých teplot a tlaků se z vodíku a dusíku vyrobí amoniak, ten se spálí na oxidy dusíku
4. Z oxidů dusíku se vyrobí kyselina dusičná, která potom s reakcí s amoniakem dává dusíkaté hnojivo.
(Poznámka: Autor je chemik.)
Myslíte si, že toto je energeticky udržitelný výrobní proces? Ne, bez fosilních paliv a jaderné energie by naše planeta uživila jen osminu dnešního počtu lidí, a ti by ještě žili velmi primitivním způsobem života.
Abychom zastavili globální klimatické změny, museli bychom na hodně dlouhou dobu (asi 100 let) zcela zabránit využívání jiných zdrojů energie, než je přímá čí nepřímá sluneční energie (solární, větrná, vodní apod.). Museli bychom pouze vegetovat bez požadavků na zbytné předměty a služby, protože ty jsou transformovanou tak zvaně zbytečnou energií, jež neslouží pouze k přežití. Museli bychom pít vodu z kaluží, jíst kořínky, chodit nazí. Elektřina ze solárů a větrníků by nestačila pokrýt naše současné potřeby, protože je ve srovnání s energií z fosilií příliš zředěná. Sedm miliard z nás by muselo umřít hladem a přeměnit se na minerální biomasu. Troufám si tvrdit, že takový cíl klimatické udržitelnosti je proti lidské přirozenosti a pudu sebezáchovy. Celé miliardy chudých lidí po celém světě naopak touží také vlastnit televizi, počítač, auto, klimatizaci do chaloupky a play-station. Nebo dokonce přístup na Medium! Budoucnost lidstva je tedy jasná. Greenpeace nás nezachrání a sebe-obviňování je trapné. Ani přechod na elektromobilitu nemá smysl, protože vše, co je drahé, je energeticky náročné, a tedy jen prohlubuje existující samopožerný trend. Trend věčného růstu (na úkor energetických zásob) je ale věčný, nezastavitelný a životně nutný.
Ropa
Moudrý bude ten, kdo nadbytku tepelné energie bude chtít nějak technicky využít a kdo se připraví na to, že bude poněkud tepleji a divočeji, leč konec života to neznamená. Stavme domy dál od řek a ne na vrcholcích kopců. Kupujme pevnější střešní krytiny. Využívejme výrobky až do konce jejich životnosti. A hlavně se vzdělávejme. Prozatím aspoň ve fyzice střední školy.
Že jsou v mých výpočtech chyby? Ano, jsou, vím to. Je to nepřesné, tak jako ve všech výpočtech Klimatického panelu a klimatologů či různých amatérů. Vycházíme z průměrů, minulých měření, z odhadů a aproximací. Je to statistika. A jak prý řekl Winston Churchill: „Věřím jen té statistice, kterou jsem si sám zfalšoval“. A já té své prostě věřím.
Pardon, přehřál se mi počítač, takže musím končit!
Zdroje:
1. Kritické myšlení & fantazie autora
2. Fyzika střední školy
