CO2 versus teplota: korelace nebo fyzikální kauzalita?

Jedním z oblíbených argumentů klimaskeptiků je tvrzení, že závislost teploty na koncentracích CO2 není fyzikálně doložena a že jde jen o korelaci, která ale neprokazuje kauzalitu. Tak se na to podívejme.

Především fyzikální popis závislosti teploty na CO₂ je starý více než 125 let. Sepsal ho švédský fyzik Svante Arrhenius. Tady bych doporučil článek Arrhenius’ 1896 Model of the Greenhouse Effect in Context. Je tam velice podrobně popsán Arrheniův postup a z čeho vycházel. V té době mu samozřejmě nešlo o antropogenně podmíněné oteplování, snažil se hlavně vysvětlit střídání ledových a meziledových dob a jejich případnou souvislost s vulkanismem. A bylo to v době, kdy nějaká soustavná a relativně přesná měření koncentrací CO₂ zdaleka neexistovala. Arrhenius ale i tak na základě fyzikálních měření svých předchůdců (Tyndall, Langley) mimo jiné kvantifikoval odhad změny teploty při zdvojnásobení koncentrace CO₂, a to na 5-6°C. Z hlediska toho, co dnes víme, byla tahle hodnota poněkud nadsazená, ale na tehdejší dobu a možnosti poměrně přesná.

V každém případě ale o výpočtech korelací mezi teplotou a CO₂ v té době nemůže být vůbec řeč. Teplota se sice již soustavně měřila, ale koncentrace CO₂ nikoli. Ty se začaly systematicky měřit až v roce 1958. Z dřívější doby existují sice některá izolovaná měření koncentrací CO₂ ve vzduchu, například analýzou ledovcových jader (tím se ale daly získat jen průměrné hodnoty za určité delší období, ne okamžité hodnoty) nebo chemickými analýzami odebraného vzduchu, ale výsledky si často vzájemně odporovaly. Chemické analýzy měly např. sníženou citlivost pro měřené velmi nízkých koncentrací CO₂, naopak velkou citlivost na případnou kontaminaci vzorku a výsledky byly silně závislé i na teplotě a vlhkosti vzorku vzduchu.

První systematické, kvalitní a dobře kalibrované měření koncentrací CO₂ zavedl v roce 1958 Charles David Keeling na Mauna Loa na Havaji. Používaly se sice ještě odběry vzorků vzduchu s následnou analýzou v laboratoři, ale hlavně modernější a přesnější metoda NDIR (Non-Dispersive Infrared Spectroscopy), která využívá absorpce infračerveného záření na molekulách CO₂, tedy právě ten fyzikální proces, který se děje i v atmosféře. Kalibrace NDIR se prováděly a provádějí jako vícebodové, pomocí referenčních plynů. Nechají se analyzovat vzorky plynu se známou koncentrací CO₂, připravené v laboratoři, od nuly (vzorek zcela bez CO₂, např. čistý dusík), přes koncentrace blízké těm pozorovaným (cca 300-400 ppm), až po řádově tisíce ppm. Tím je zajištěna stabilita a přesnost měření v celém rozsahu hodnot a tato metoda kalibrace se používá i u dnešních automatických analyzátorů složení atmosféry.

Shrnutí: Fyzikální princip závislosti teploty na koncentraci CO₂ byl znám, popsán, kvantifikován a publikován mnoho desetiletí před tím, než vůbec začala první pravidelná měření koncentrace CO₂. Dokonce byl tento princip použit ke konstrukci aparatury na měření koncentrace CO₂.

Literatura:

Elisabeth Crawford: Arrhenius’ 1896 Model of the Greenhouse Effect in Context. Ambio, Vol. 26, No. 1, (Feb., 1997), pp. 6-11 (6 pages). Published By: Springer Nature