O pomiarach stężenia dwutlenku węgla w atmosferze

Obecnie w zdecydowanej większości przypadków cała dyskusja dotycząca efektu cieplarnianego i obserwowanych zmian klimatu na Ziemi nie jest w ogóle prowadzona na odpowiednim poziomie merytorycznym, ale wszystko odbywa się poprzez wygłaszanie płomiennych haseł, jakichś sloganów bądź wznoszenie histerycznych okrzyków, że świat rzekomo „płonie”. Nie ma zresztą większego sensu wdawać się w dyskusję z tzw. aktywistami klimatycznymi, ponieważ aby ktoś mógł zrozumieć istotę jakiegoś zagadnienia, musi dysponować stosowną wiedzą, a rozważani aktywiści tego rodzaju wiedzy po prostu nie posiadają, gdyż najczęściej są to ludzie z wykształceniem humanistycznym, społecznym, filozoficznym, filologicznym, artystycznym itp.

Taki stan rzeczy jest również w pewnej mierze pokłosiem sytuacji panującej od lat w polskiej oświacie, gdzie stan nauczania przedmiotów ścisłych, takich jak matematyka, fizyka, a także i chemia, jest wręcz tragiczny. Ponadto grozę budzą zgłaszane obecnie przez ministerstwo pomysły, aby z dotychczas odrębnych przedmiotów, takich jak: fizyka, chemia i biologia, utworzyć jakiś jeden wspólny przedmiot – swego rodzaju dziwaczną hybrydę, w której zamiast systematycznej prezentacji materiału uczniowi zostanie zaserwowany najpewniej swego rodzaju „groch z kapustą”. A swoją drogą jest rzeczą interesującą, kto tego nowego przedmiotu, stanowiącego swoisty zlepek dość odległych mimo wszystko dziedzin wiedzy, miałby uczyć? Czy biolog będzie uczył również fizyki, czy też fizyk biologii? A może za całość procesu dydaktycznego odpowiedzialny będzie wyłącznie chemik?

Zatem nie ma się co specjalnie dziwić pewnej dziewczynce ze Szwecji, która wygadywała jakieś niesamowite bzdury (How dare you!), bo ona wiedzy bynajmniej nie ma żadnej, gdyż już dawno temu ze szkoły po prostu uciekła. Jednak z drugiej strony fakt ten nie przeszkodził jej w napisaniu „wybitnego” dzieła noszącego tytuł „Książka o klimacie”.

Nota bene przypomniało mi się, jak ponad 30 lat temu Jerzy Urban drwił z Lecha Wałęsy, gdy ten opublikował swoją książkę, że prawdopodobnie mamy do czynienia z pierwszym w świecie przypadkiem od czasów Homera, aby ktoś, kto w życiu nie przeczytał żadnej książki, sam książkę napisał. Być może obecnie w wypadku Grety mamy właśnie do czynienia z trzecim w świecie tego rodzaju niezwykle rzadkim przypadkiem…

Jak już wspomniałem, w zasadzie nie ma absolutnie żadnego sensu przejmować się bzdurami wygłaszanymi przez różnej maści wyznawców „klimatyzmu” (można im co najwyżej zadedykować pewien wiersz autorstwa Juliana Tuwima), jednak znacznie gorsze jest to, że osoby takie zaczynają obecnie coraz częściej wypowiadać się także w ramach prowadzonej przez nie działalności w obrębie uczelni wyższych, a co gorsze rozważana sprawa dotyczy już nawet najstarszej uczelni w naszym kraju. Mianowicie w Miesięczniku Uniwersytetu Jagiellońskiego – Alma Mater (lato 2024 nr 250) ukazał się na str. 88–91 artykuł autorstwa Agnieszki Defus noszący intrygujący tytuł „Węgiel – niepowtarzalna szansa czy ostateczny wyrok?” Początkową część artykułu autorka poświęciła opisowi niezwykłych chemicznych właściwości szóstego pierwiastka oraz jego zadziwiającym zdolnościom do tworzenia przeróżnych związków chemicznych, natomiast dalej po tego rodzaju wstępie mamy już do czynienia z „religią kimatyzmu” w jej najczystszej, ortodoksyjnej postaci.

Między innymi możemy tam przeczytać:

„W ciągu ostatnich kilku milionów lat poziom CO2 na naszej planecie wahał się pomiędzy 200 cząsteczkami na milion (w okresach zlodowaceń) a 280 (w czasach cieplejszych). W maju tego roku stężenie dwutlenku węgła wyniosło aż 428 ppm, co jest wartością nieznaną od milionów lat. Wkraczamy w świat sprzed istnienia człowieka i sprzed powstania arktycznych lodowców. Znajdujemy się w trakcie bardzo niebezpiecznego globalnego eksperymentu chemicznego. Eksperymentu, który wciąż negowany jest przez tak wielką (i, co gorsza, wciąż rosnąca) liczbę osób”.

Tymczasem wystarczy spojrzeć na rys. 1, aby przekonać się, że obserwowane obecnie w atmosferze stężenie tego gazu należy wręcz do najniższych w historii Kuli Ziemskiej! Przykładowo w jurze stężenie CO2 wynosiło ponad 2000 ppm, czyli było prawie pięciokrotnie większe niż obecnie, a mimo to żyjącym wówczas potężnym dinozaurom fakt ten raczej jakoś specjalnie nie przeszkadzał – z pewnością z tego powodu się nie „ugotowały”, ponieważ wyginęły dopiero około 65 milionów lat temu (prawdopodobnie w wyniku zderzenia Ziemi z asteroidą o średnicy kliku kilometrów).

Dodatkowo w monografii prof. Piotra Kowalczaka poświęconej zmianom klimatu możemy przeczytać:

„W ciągu ostatnich 150 milionów lat dwutlenek węgla był nadmiernie pochłaniany (przez rośliny), co było przyczyną spadku stężenia tego gazu z około 3000 ppm do około 280 ppm przed rewolucją przemysłową. Gdyby trend ten się utrzymał, poziom dwutlenku węgla stałby się zbyt niski, aby utrzymać życie na Ziemi. Zużycie paliw kopalnych przez ludzi i oczyszczanie terenów pod uprawy spowodowało wzrost poziomu dwutlenku węgla z najniższego poziomu w historii Ziemi do 400 ppm obecnie”.

A także w innym miejscu:

„Przy obecnym poziomie 400 ppm CO2 wszystkie nasze uprawy, lasy i naturalne ekosystemy nadal są na diecie głodowej dwutlenku węgla. Optymalny poziom dwutlenku węgla do wzrostu roślin, przy wystarczającej ilości wody i składników odżywczych, wynosi około 1500 ppm, prawie czterokrotnie więcej niż obecnie. Plantatorzy sztucznie wprowadzają dwutlenek węgla do szklarni, aby zwiększyć plony”.

Jak widać, nic strasznego się bynajmniej obecnie nie dzieje, a wracając do wspomnianej w rozważanym artykule „rekordowej” wartości 428 ppm CO2 w atmosferze, to po pierwsze należy zauważyć, że wyciąganie jakichś daleko idących wniosków wyłącznie na podstawie pojedynczego wyniku pomiaru jest absolutnie niedopuszczalne metodologicznie. Takich pomiarów należałoby wykonać co najmniej kilkadziesiąt bądź nawet kilkaset, a ponadto powinny być one dokonywane w różnych i to znacznie odległych od siebie miejscach na Kuli Ziemskiej, a przede wszystkim pomiarów takich nie można wykonywać w miejscach zurbanizowanych, ponieważ przykładowo bliskość kombinatu hutniczego bądź elektrowni cieplnej prowadziła będzie nieuchronnie do znacznego zafałszowania uzyskanych wyników. Wręcz przeciwnie, pomiary takie powinny być przeprowadzane w miejscach odludnych, takich jak Arktyka, Antarktyda, Grenlandia, Sahara, Tybet, Syberia bądź wyspy na Pacyfiku, wszak obszary gęsto zaludnione stanowią tylko niewielki procent powierzchni całej Kuli Ziemskiej (wszak prawie 3/4 jej powierzchni to morza i oceany, gdzie ludzi praktycznie nie ma wcale). Dopiero wyliczona z uzyskanych wartości pomiarowych średnia arytmetyczna może dać nam w miarę obiektywny ogląd rzeczywistości.

Po wtóre podawanie samej tylko wartości pomiaru, jak wspomniane 428 ppm, też w zasadzie niewiele mówi w sytuacji, gdy nie wiemy niczego o klasie dokładności wykorzystywanej w tym celu aparatury pomiarowej, ponieważ każdy pomiar obarczony jest zawsze swego rodzaju niepewnością – błędem pomiarowym. Abstrahując już od samej niedoskonałości przyrządów pomiarowych, należy mieć na uwadze, że przeprowadzenie jakiegokolwiek pomiaru zawsze odbywa się kosztem naszej ingerencji w obiekt będący przedmiotem pomiaru, czyli każdy pomiar de facto wielkość mierzoną w jakiś stopniu zaburza. Przykładowo, chcąc zmierzyć temperaturę wody w szklance, musimy zanurzyć w niej termometr, który nieco ciepła od tej wody odbierze, a tym samym zawsze obniży trochę jej temperaturę. Ponadto na poziomie mikroświata obowiązuje zasada nieoznaczoności Heisenberga, która wyklucza możliwość jednoczesnego zmierzenia w sposób bezwzględnie dokładny położenia cząstki i jej pędu. W tym wypadku iloczyn występujących tutaj niepewności pomiarowych jest zawsze większy od stałej Plancka podzielonej przez 2π. Jak widać, ograniczają nas tutaj już same prawa fizyki.

Gdyby założyć hipotetycznie, że błąd pomiarowy stężenia CO2 wynosi przykładowo +/- 2 proc., to rzeczywista wartość tego stężenia mieści się zatem gdzieś w granicach od 420 ppm do 436 ppm, więc być może żaden „rekord świata” w istocie wcale nie został pobity.

Warto także przyjrzeć się poszczególnym liczbom związanym z wielkością emisji CO2 ponieważ to właśnie na ich podstawie można wyciągnąć odpowiednie wnioski odnośnie rzekomej wielkiej szkodliwości antropogenicznej emisji rozważanego gazu. Niestety zdecydowana większość populacji ludzkiej po prostu wręcz nie znosi liczb (tak samo jak w ogóle samej matematyki i innych dyscyplin ścisłych), w związku z czym wszelkie dyskusje dotyczące problematyki efektu cieplarnianego na Ziemi prowadzone są jedynie na poziomie jakościowym – ot, wystarczy tylko gdzieś powiedzieć, że coś tam w ogóle występuje i już na tej podstawie można snuć katastroficzne wręcz wizje dalszej przyszłości gatunku ludzkiego. Tymczasem sprawę należy zawsze przeanalizować bardziej szczegółowo, właśnie na poziomie konkretnych wartości liczbowych, bo cóż z tego, że jakiś czynnik sprawczy w ogóle gdzieś tam występuje, gdy w rzeczywistości jest go wręcz „jak kot napłakał”, czyli w zasadzie nie ma on żadnego znaczenia i wpływu na cokolwiek.

Obecnie antropogeniczna emisja CO2 szacowana jest na około 36 miliardów rocznie, podczas gdy naturalna emisja tego gazu przekracza rocznie 770 miliardów ton. Zatem to, co wypuszcza człowiek, stanowi zaledwie około 5 proc. naturalnej emisji CO2, co w powszechnie wygłaszanych tezach ma niby prowadzić do jakiejś globalnej katastrofy. Przecież te 5 proc. to nie jest z pewnością o wiele więcej, niż wynoszą wahania poziomu naturalnej emisji CO2 na przestrzeni kolejnych lat (zależy ona przecież od zmiennych warunków pogodowych w danym roku, temperatury, nasłonecznia itp.).

Ponadto należy mieć na uwadze, że udział Unii Europejskiej w światowej emisji CO2 wynosi nie więcej niż 7 proc., co stanowi nieco ponad 3 promile naturalnej emisji rozpatrywanego gazu. Zatem gdyby nawet Unia Europejska w ogóle przestała emitować CO2, to i tak fakt ten byłby praktycznie niezauważalny, a w każdym razie nie zmieniłoby to zapewne niczego. Zresztą likwidacja przemysłu w Unii Europejskiej spowoduje, że produkcja przeniesie się po prostu do innych krajów, takich jak chociażby Chiny, Korea Południowa, Indonezja czy Indie, a zatem w Europie rujnujemy własną gospodarkę wyłącznie w imię jakichś obłąkanych idei!

Warto także wiedzieć, że zawartość CO2 w atmosferze ziemskiej szacowana jest na ponad 3200 miliardów ton, a zatem przy obecnym poziomie jego antropogenicznej emisji rozważana wielkość uległaby podwojeniu dopiero po upływie około 100 lat. Jednak przyjęty tutaj model swego rodzaju pojemnika, do którego systematycznie „dosypujemy” CO2, aż się po pewnym czasie całkowicie zapełni, nie jest chyba do końca słuszny, ponieważ ten nadmiarowy CO2 jest przecież nieustannie wychwytywany z atmosfery ziemskiej właśnie przez rośliny zielone w procesie fotosyntezy. Ponadto CO2 rozpuszcza się także w wodzie morskiej i oceanicznej, a zatem koncentracja tego gazu w atmosferze ziemskiej uległaby podwojeniu zapewne po czasie znacznie dłuższym niż wspomniane uprzednio 100 lat.

Wracając do problematyki pomiarów stężenia CO2 w atmosferze ziemskiej, to w zasadzie wszystkie publikowane na ten temat dane pochodzą tylko z jednego źródła, którym jest obserwatorium w Mauna Loa na Hawajach. Jak wynika z rys. 2 regularne pomiary stężenia CO2 prowadzone są tam mniej więcej od 1960 roku i do chwili obecnej obserwowany jest monotoniczny wzrost koncentracji tego gazu w atmosferze ziemskiej.

Przy okazji warto wspomnieć, że na Mauna Loa znajduje się jeden z najbardziej aktywnych czynnych wulkanów na Ziemi, a jego stosunkowo niedawną erupcję można podziwiać na rys. 3.

W kontekście powyższego nasuwa się niezwykle intrygujące pytanie dotyczące tego, w jakim stopniu CO2 emitowany z krateru tego wulkanu wpływa na istotne zawyżenie wyników pomiarów jego koncentracji, bo że taki związek przyczynowo-skutkowy tutaj istnieje, nie ulega żadnej wątpliwości. A swoją drogą jest rzeczą niezwykle interesującą, dlaczego na miejsce do wybudowania tego rodzaju laboratorium do pomiarów stężenia CO2 wybrano akurat wyspę z aktywnym wulkanem, czyżby nie było jakichś innych, o wiele bardziej spokojnych miejsc na Kuli Ziemskiej, do jego posadowienia?

Zresztą wyniki pomiarów pochodzące z laboratorium na Mauana Loa są w zasadzie jedynymi dostępnymi w literaturze przedmiotu bądź Internecie i w zasadzie nie ma większych możliwości ich z czymkolwiek innym porównać, co oczywiście musi budzić poważne zastrzeżenia natury metodologicznej. Ponadto publikowane z Mauna Loa wyniki pomiarów także nie zawierają żadnej informacji o wielkości występujących tam błędów pomiarowych, co stawia pod znakiem zapytania ich wiarygodność.

Osobiście zastanawia mnie jeszcze jedna istotna sprawa. W literaturze powszechnie podaje się, że w epoce przedprzemysłowej (James Watt wynalazł silnik parowy w 1763 roku) koncentracja CO2 w atmosferze ziemskiej wynosiła około 280 ppm, natomiast z rys. 2 możemy odczytać, że jakieś 200 lat później w roku 1960 wynosiła ona już 320 ppm, a zatem nastąpił jej wzrost o około 40 ppm. Tylko jaka była przyczyna rozważanego wzrostu stężenia CO2?

Jedno można powiedzieć na pewno, przyczyna tego zjawiska w żadnym wypadku nie mogła być natury antropogenicznej, ponieważ konsumpcja paliw kopalnych przed rokiem 1960 była w zasadzie żadna w porównaniu z jej obecnym poziomem. Przykładowo w roku 1800 rocznie wydobywano jedynie 15 milionów ton węgla, w roku 1860 wydobycie wyniosło zaledwie 132 miliony ton, a w roku 1900 wzrosło do 700 milinów ton, podczas gdy obecnie na świecie wydobywa się około 8,7 miliardów ton węgla, czyli kilkanaście razy więcej niż 100 lat temu.

Dodatkowo, patrząc na wykres przedstawiony na rys. 4, widać wyraźnie, że wydobycie ropy naftowej, a zwłaszcza gazu ziemnego przed rokiem 1960, utrzymywało się na śladowym wręcz poziomie w odniesieniu do wartości współczesnych i w zasadzie gdzieś dopiero po roku 1960 zaczęło gwałtownie rosnąć.

Ponadto obserwowany w czasach obecnych przyrost koncentracji CO2 w powietrzu atmosferycznym wynosi około 2 ppm na rok, a zatem przyrost tej koncentracji do roku 1960 o około 40 ppm wymagałby aż 20 lat emisji tego gazu na dzisiejszym poziomie, co oczywiście w przeszłości nie miało w żadnym wypadku miejsca, gdyż widać to dobitnie na wykresie przedstawionym na rys. 4, czyli przyczyna tego wzrostu musiała być po prostu inna.

Możliwe wyjaśnianie rozważanego paradoksu jest takie, że około roku 1840 zakończyła się tzw. mała epoka lodowcowa, lodowce górskie przestały powiększać swój zasięg i zaczęły się powoli cofać, jednocześnie zaczęła pomału wzrastać temperatura na Ziemi, co sprawiło, że rozpuszczalność CO2 w wodach mórz i oceanów stała się nieco mniejsza, a ponieważ atmosfera znajduje się w stanie swego rodzaju równowagi z oceanami, to uwolniony z nich CO2 trafił po prostu do powietrza atmosferycznego, podnosząc tym samym wartość swego stężenia o 40 ppm w okresie około 100 lat.

Ponieważ ocieplenie klimatu na Kuli Ziemskiej spowodowane czynnikami naturalnymi nadal systematycznie postępuje, więc z wymienionego powodu koncentracja CO2 w atmosferze wciąż nieustannie rośnie, a zatem obserwowana obecnie wartość około 420 ppm nie jest tylko i wyłącznie naszą „sprawką”.

Wracając tymczasem do samych pomiarów stężenia CO2 w atmosferze, to jak już uprzednio wspominałem, bardzo ciężko jest znaleźć jakiekolwiek alternatywne dane na ten temat, oczywiście poza tymi publikowanymi z Mauna Loa.

Kiedyś przez przypadek natknąłem się w Internecie na rozprawę doktorską Doroty Jeleń, obronioną na AGH w Krakowie, noszącą tytuł: „Antropogeniczny dwutlenek węgla w atmosferze Krakowa”. Między innymi można znaleźć w niej wykres, który pozwoliłem sobie zamieścić na rys. 5. Rozważany wykres zawiera średnie wartości pomiarów stężenia CO2 w powietrzu atmosferycznym Krakowa oraz na Kasprowym Wierchu. Jak wynika z rozważanego wykresu, rozbieżności pomiędzy wynikami pomiarów dokonywanych w wymienionych lokalizacjach są znaczne, gdyż sięgają nawet wartości 30 ppm. Potwierdza to tezę, że wpływ urbanizacji i bliskość zakładów przemysłowych ma jednak znaczący wpływ na uzyskiwane wartości pomiarów stężenia CO2. Tym samym trudno jest uwierzyć w publikowane w Internecie zapewnienia, że czynny wulkan na Mauna Loa takiego wpływu rzekomo w ogóle nie posiada!

Czyżby samochody w Krakowie kopciły istotnie więcej niż rozważany wulkan, należący przecież do jednych z najbardziej aktywnych na świecie?