Zarys przyszłych trendów w absorpcji dwutlenku węgla przez oceany
Morza i oceny odgrywają kluczową rolę w absorpcji antropogenicznych emisji CO2 do atmosfery. Ale czy to oznacza, że możemy polegać na ich zdolności do odwrócenia zachodzącej zmiany klimatu? I co najważniejsze, gdzie ten nadmiar CO2 z atmosfery trafi? Projekt CARBOCHANGE posunął znacząco naprzód wiedzę naukową i prognozy w tym zakresie. Dzięki wykorzystaniu rozległej sieci pław, pływaków i statków badawczych, partnerzy dofinansowanego ze środków UE projektu CARBOCHANGE (Changes in carbon uptake and emissions by oceans in a changing climate) mają dostarczyć najlepszą możliwą kwantyfikację absorpcji netto dwutlenku węgla przez oceany teraz i w przyszłości, dla różnych scenariuszy zmiany klimatu, opartych na minionych i obecnych zmianach obiegu węgla w oceanach. Badania te mają kluczowe znaczenie dla poznania przyszłości Ziemi w zmieniających się warunkach klimatycznych, gdyż wedle przypuszczeń oceany pochłonęły około jednej czwartej CO2 wpompowanego przez ludzi do atmosfery na przestrzeni ostatnich 20 lat. Jednak druga strona tego procesu to postępujące wraz z absorpcją CO2 zakwaszanie oceanów, co pociąga za sobą dramatyczne następstwa dla organizmów morskich. Co gorsza oceany mogą nie być w stanie radzić sobie z dalszym wzrostem antropogenicznych emisji CO2 w ten sam sposób, jak do tej pory. Projekt został zakończony, a jego wyniki nie dość że wyposażyły naukowców w nieocenione dane i globalny model węgla, to pogłębiają także wiedzę naukową na temat kluczowych procesów biochemicznych i fizycznych, kwantyfikują je, wyjaśniają wrażliwość oceanów na podwyższoną absorpcję CO2, pomagają przewidzieć przyszły klimat i mają wesprzeć decydentów w podejmowaniu konkretnych działań. Christoph Heinze, profesor oceanografii chemicznej na Uniwersytecie w Bergen i koordynator CARBOCHANGE, opisuje szczegółowo niektóre kluczowe ustalenia poczynione w toku prac nad projektem. Na czym opiera się zastosowany przez was model prognozowania? Nasza praca polegała na kwantyfikacji transferu CO2 między oceanem a atmosferą oraz strumieni węgla w samym oceanie za pomocą połączenia zbiorów danych i modeli obserwacyjnych. Zbiory danych obserwacyjnych, które obejmowały dane o powierzchni morza oraz te dotyczące słupa wody w oceanicznym obiegu węgla, zostały wykorzystane w połączaniu z modelami predyktywnymi i diagnostycznymi. Zastosowane do prognoz modele systemu Ziemi oparte na scenariuszach emisji są jednymi z najbardziej złożonych i wymagających programów komputerowych, jakie kiedykolwiek stworzył człowiek. Zważywszy, że obieg węgla w morzu pozostaje pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych, potrzebny był interdyscyplinarny zespół do podjęcia wyzwania kwantyfikacji zmian budżetu węglowego w zmieniającym się klimacie. Jakie są najważniejsze ustalenia, jeżeli chodzi o czynniki mające silny wpływ na obniżoną absorpcję węgla przez oceany? Istnieją dowody na istotne wahania regionalne i czasowe w strumieniach CO2 powietrze-morze w różnych skalach czasowych wielkości rzędu mniej więcej 50% dla pewnych obszarów oceanicznych. To samo dotyczy wahań absorpcji antropogenicznego CO2 przez oceany z atmosfery. Jednak tymczasowe osłabienie absorpcji węgla przez ocean w jednym basenie oceanicznym może zostać skompensowane przez podwyższoną absorpcję w innym miejscu. Ogólnie rzecz biorąc roczne tempo absorpcji CO2 przez morza utrzymywało się do tej pory na mniej więcej tym samym poziomie, co wzrost atmosferycznego CO2. Roczny odsetek nowych emisji CO2 z działalności człowieka, pochłanianych przez oceny w skali globalnej, pozostaje raczej stały. Jednak przyszłe prognozy przygotowane za pomocą modeli systemu Ziemi, w pełni rozwiniętych, złożonych systemów modelowych lub tak zwanych modeli systemu Ziemi o pośredniej złożoności, ujawniają, że to może ulec zmianie, kiedy nastąpi dalsza akumulacja emisji CO2 w atmosferze i przyspieszenie w nadchodzących dekadach zmiany klimatu. Wolniejsza cyrkulacja oceaniczna, w połączeniu ze spadkiem zdolności buforowych wody morskiej przy wysokich stężeniach powierzchniowych CO2, doprowadzi do osłabienia zdolności oceanu do absorpcji CO2. Ekscytujące nowe wyniki uwzględniają skutki rosnącego rozkładu materii organicznej przez bakterie w słupie wody oceanicznej i spadek emisji aerozoli biogenicznych do atmosfery w warunkach rosnących temperatur. Obydwa sprzężenia zwrotne spowodują przyspieszenie globalnego ocieplenia. W sposób bardziej ogólny, co uznałby pan za najważniejsze dokonania przełomowe CARBOCHANGE? Zespół wypracował szereg kluczowych wyników. Wymienię jedynie kilka. Zespół wniósł przede wszystkim wkład w prognozy modelu systemu Ziemi jako podstawy sprawozdań oceniających Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC), w roczne aktualizacje globalnego budżetu węglowego, publikowane przez Global Carbon Project, oraz w najbardziej kompletne i najwyższej jakości zbiory danych obserwacyjnych dwutlenku węgla w oceanach kiedykolwiek zgromadzone (SOCAT – powierzchnia oceanu oraz GLODAP – trójwymiarowy ocean). CARBOCHANGE odgrywa zatem istotną rolę w międzynarodowych wysiłkach badawczych, co spotkało się z uznaniem naszych kolegów na całym świecie. Pośród innych wyników wartych wspomnienia jest odkrycie, wedle którego ograniczenie globalnego ocieplenia, zakwaszania oceanów, odtleniania wód oceanicznych oraz utraty biomasy na lądzie, wymaga bardziej zdecydowanej redukcji emisji CO2 w porównaniu do tego, co byłoby potrzebne do uporania się jedynie z globalnym ociepleniem. Ustaliliśmy także, że postępujące zakwaszanie oceanów wyraźnie oddziałuje także na obszary głębinowe oceanu, co potencjalnie może skutkować utratą bioróżnorodności, zwłaszcza pośród wrażliwych organizmów głębinowych. Wreszcie dostarczyliśmy dowodów na to, że połączone stresory ekosystemów morskich będą zyskiwać coraz bardziej decydujące znaczenie w nadchodzących dekadach, zgodnie z czym ewoluujące gorące punkty można oszacować na podstawie modeli. Czy napotkaliście jakiekolwiek trudności w czasie realizacji projektu i jak je pokonaliście? Jako naukowcy zawsze poruszamy się na granicy naszych możliwości. To sprawia, że nasza profesja jest jednocześnie wyczerpująca i ekscytująca. Nie mieliśmy większych trudności logistycznych w czasie realizacji projektu – konsorcjum funkcjonowało niezwykle konstruktywnie. Pojawiła się jednak kwestia systematycznego łączenia zbiorów danych obserwacyjnych ze złożonymi modelami oceanicznymi, która okazała się trudniejsza niż przypuszczaliśmy na początku projektu. Możemy wypracować pewne istotne udoskonalenia modeli i zyskać nowy wgląd w procesy absorpcji dwutlenku węgla dzięki procedurom asymilacji danych. Jednak, aby można było w pełni wykorzystać obserwacje obecnego oceanu, trzeba regularnie kalibrować modele systemu Ziemi, tak aby odzwierciedlały nienaruszony świat sprzed ery przemysłowej. Tym niemniej rozwiązanie tego problemu wymagać będzie powtarzalnych i wysoce kosztownych operacji na modelach komputerowych. To wyzwanie wymagające ponownego podejścia w kolejnych pracach. W jaki sposób rozmaite scenariusze zmiany klimatu wpłyną na morza i oceany? Tutaj możemy wyraźnie stwierdzić, że niższe emisje na rok w przyszłości przełożą się na większą odporność oceanów na wymuszanie antropogeniczne. Ocieplanie oceanów i absorpcja CO2 z atmosfery zachodzą na przestrzeni bardzo długiego czasu, od dekad po dziesiątki tysiącleci. Nawet jeżeli natychmiast zaprzestalibyśmy dalszych emisji CO2 do atmosfery ze spalania paliw kopalnych, zmiany sposobu użytkowania gruntów i produkcji cementu, ocean powróci do quasi-równowagi fizycznej i chemicznej dopiero po upływie dziesiątek tysięcy lat. Co ważne, należy także zaznaczyć, że prognozy absorpcji CO2 przez morza w ramach tak zwanych zielonych scenariuszy emisji (zakładających zdecydowane i bliskie obniżenie emisji CO2 generowanych przez człowieka) pokazują iż w tym przypadku, zwiększy się rola niezwykłej zdolności buforowania CO2 przez oceany. Jeżeli nasze społeczności mogłyby osiągnąć poziomy przewidywane w RCP2.6 albo przynajmniej te ze scenariusza RCP4.5 można byłoby ograniczyć uszkodzenia systemu Ziemi. Jak na razie świat wciąż funkcjonuje wedle scenariusza RCP8.5 czyli „wszystko po staremu” – co rodzi poważne obawy. Jaki wpływ chcielibyście, aby wywarły wasze badania? Społeczeństwa muszą czym prędzej przejść na zrównoważone korzystanie z zasobów i dekarbonizację produkcji energii. Nasze badania pomagają znaleźć optymalne ścieżki łagodzenia zmiany klimatu, aby uporać się z globalną zmianą klimatu i środowiska. Kwantyfikacja morskich pochłaniaczy dwutlenku węgla i źródeł związanych z atmosferą ma zasadnicze znaczenie dla śledzenia losów CO2 wyprodukowanego przez człowieka. Gdzie trafia, co kontroluje jego obieg, czy nie przeoczyliśmy kluczowych procesów? Opracowaliśmy metodologie obserwacji i symulacji długofalowego obiegu węgla w oceanie wraz z zestawem komplementarnych metod. Techniki te wymagać będą poszerzenia i zastosowania w przyszłości, gdyż tempo zwiększania się emisji CO2 jest nadal wysokie. Ponadto jeżeli chodzi o weryfikację krajowych budżetów gazów cieplarnianych, dokładna wiedza o pochłaniaczach dwutlenku węgla w oceanach ma zasadnicze znaczenie, gdyż kwantyfikacje strumieni CO2 powietrze-morze na większych obszarach można przeprowadzić w dokładniejszy sposób niż dla obszarów lądowych. Dlatego też chcemy zrozumieć zmiany kontynentalne, a kluczem jest wiedza na temat mórz. Kwantyfikacja zmiennych stanu dwutlenku węgla w oceanach w ramach CARBOCHANGE na podstawie modeli i obserwacji ma kluczowe znaczenie dla badań nad wpływem zakwaszania. Odpowiednie społeczności mają obecnie dostęp do skarbnicy danych na potrzeby skalowania swoich doświadczeń nad badaniem oddziaływania. Czy planujecie dalsze prace badawcze, zważywszy że prace nad projektem dobiegły końca? Mamy konkretne plany kontynuowania naszych prac badawczych. Obejmą one nowe i dodatkowe czujniki na autonomicznych pływakach i szybowce do pomiaru ciśnienia cząstkowego CO2, pH, tlenu i innych zmiennych, oraz poszerzenie i stałe prowadzenie rutynowych pomiarów dwutlenku węgla ze statków komercyjnych. Już teraz zajmujemy się aktualizacją naszych modeli oceanicznych o udoskonalone procesy reprezentacji danych na potrzeby kolejnej rundy prognoz klimatycznych w ramach ocen międzynarodowych. Nowe wersje międzynarodowych syntez danych na temat dwutlenku węgla w oceanach już są w przygotowaniu i dostrzegamy także ogromny potencjał w opracowywaniu nowych koncepcji modelowania ekosystemów morskich. Kluczową kwestią w nadchodzących latach będzie poprawa rocznych budżetów węglowych zarówno na skalę globalną, jak i na skalę pochłaniaczy i krajową. Pracujemy nad nowymi podejściami do optymalnego szacowania postępującej inwazji CO2 w oceanach, a także zmian odpowiednich, powierzchniowych strumieni CO2 powietrze-morze. Obniżenie niepewności tych zmiennych przyczyni się do stworzenia solidnego systemu weryfikacji budżetu gazów cieplarnianych o wysokim znaczeniu politycznym na nadchodzące 10 lat. Projekty współpracy koordynowane i prowadzone na szczeblu UE dowiodły, że są skutecznym sposobem na poszerzanie badań nad gazami cieplarnianymi i optymalne wykorzystanie dorobku w stronę miejmy nadzieję zrównoważonej przyszłości. Więcej informacji: CARBOCHANGE https://carbochange.b.uib.no/
Kraje
Norwegia