Kada se pokazalo da je 2016. godina najtoplija od početka mjerenja, to nije osobito iznenadilo znanstvenike koji se bave modeliranjem klime na globalnoj skali. Porast temperature u odnosu na prethodne godine bio je unutar očekivanih granica. Onda se dogodila prošla, 2023. godina, koja je oborila sve rekorde, ne samo u visini prosječne temperature nego i po iznosu porasta u odnosu na 2016. To neki modeli nisu bili predvidjeli, na primjer oni koje su razvili u NASA-i i koji su se do sada pokazali prilično pouzdani. Međutim, modela ima jako puno i neki dobro opisuju prošla klimatska događanja, a neki su u tom području lošiji, ali zato bolje prate novija ponašanja klime.

Ljude pomalo zbunjuje kada im netko govori o zagrijavanju Zemlje, a kod njih je palo dva metra snijega i temperatura se spustila debelo ispod nule. Prvo i osnovno, treba razlikovati vrijeme i klimu. Vrijeme je ono što vidimo sada i prognoziramo za sutra ili koji dan više. Klima je globalno ponašanje kroz dugi niz godina, decenija i stoljeća.

Pogledajmo na velikoj vremenskoj skali gdje se mi danas nalazimo. Uzmimo za planetu posljednjih skromnih 2,58 milijuna godina. Taj period zovemo kvartar i on traje do danas. Njega karakteriziraju ciklička ledena doba koja su se pojavljivala otprilike svakih sto tisuća godina. To se povezuje s Milankovićevim ciklusima u promjeni Zemljine putanje oko Sunca. Ona se mijenja od gotovo sasvim pravilne kružnice do izdužene elipse. Kada je putanja eliptična, dolazi do velikih razlika u količini primljenog Sunčevog zračenja, ovisno o tome da li se Zemlja nalazi u najbližoj ili najudaljenijoj točci od Sunca. Jedan puni ciklus traje oko sto tisuća godina. Mi se trenutno nalazimo u Zemljinoj orbiti bliskoj kružnici.

Na količinu energije koju Zemlja prima od Sunca utječu još i oscilacije kuta osi rotacije Zemlje. Zemljina os je u svakom trenutku nagnuta pod nekim kutom u odnosu na okomicu. Ti kutovi su u rasponu od 22,1 do 24,5 stupnjeva. Trenutno taj kut iznosi 23,5 i smanjuje se. Vrijeme potrebno da se prođe od najmanjeg do najvećeg kuta iznosi oko 41 tisuću godina, a za puni krug oko 82 tisuće godina. Zašto je važan taj kut? Što je kut manji, Zemlja prima više Sunčeve energije.

Pored ovih efekata, na stvaranje i nestajanje ledenog pokrivača (glacijacija i deglacijacija) utječe i precesija osi rotacije. Ona oscilira u periodu od 19 do 24 tisuće godina. Posljednje ledeno doba završilo je prije nekih 11.200 godina i time je završio prema našem knjigovodstvu period pleistocena, prve epohe kvartara i započela je epoha holocena. Holocen je ime koje smo dali periodu deglacijacije u kojem se sada nalazimo. Tehnički smo još uvijek u ledenom dobu i to u njegovom periodu odleđivanja. Holocen je karakteriziran relativno konstantnom i blagom klimom na velikom dijelu planete. To je omogućilo razvoj mnogih civilizacija i dovelo do ove u kojoj sasvim ozbiljno razmišljamo kako da upravljamo klimom.

NASA je u veljači ove godine lansirala satelit PACE, što je akronim za Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem. Satelit će mjeriti stanje atmosfere, prvenstveno oblake i aerosole i mora, prije svega koncentraciju planktona

Da li je u principu moguće upravljati klimom? Upravljati klimom znači upravljati tokovima energije u atmosferi i oceanima, kao i faktorima koji na te tokove utječu. Svi smo vidjeli satelitske slike tornada čiji se sustavi protežu preko velikog dijela sjeverne hemisfere (na južnoj hemisferi iste se pojave zovu cikloni). Tornada nose ogromnu energiju, a njihovo ponašanje se u principu može opisati vrlo kompleksnim jednadžbama, koje se, nažalost, ne mogu točno riješiti. To je zbog toga što i vrlo male promjene u početnim uvjetima dovode do potpuno različitih ishoda.

To je u javnosti poznato kao leptirov efekt: neki leptir mahne krilima u Kini, a ta mala promjena izazove oluju u drugom dijelu svijeta. Drugim riječima, sićušni energetski poremećaj izazvan mahanjem krilima može dovesti do enormnog nagomilavanja energije u drugom dijelu svijeta, pri čemu je takav događaj sasvim slučajan i kaotičan. Najnoviji znanstveni rad objavljen u prestižnom fizikalnom časopisu pokazuje da čak i gibanje molekula može izazvati stohastičke promjene odnosno kaotično ponašanje sistema. To zapravo znači da su jedino moguća statistička predviđanja, a ne i precizne predikcije u modelima.

U računalne modele ulaze – pored svega što smo prethodno naveli – i rezultati mjerenja dobivenih iz velike mreže meteoroloških zemaljskih stanica, brodova, balona i plutača. Plutače mjere temperaturu i salinitet tako da zarone na dubinu od 800 m, gdje provedu desetak dana, potom se spuste na 2000 m, i zatim se vraćaju na površinu, kontinuirano mjereći i tako to rade u ciklusima. Ovi su podaci vrlo bitni, jer su dvije trećine Zemlje pokrivene morima, a mora vrlo efikasno upijaju Sunčevu energiju.

U modele ulaze i podaci o Sunčevoj aktivnosti. Otprilike svakih 11 godina Sunce uđe u maksimum aktivnosti. Jedan takav maksimum očekuje se za tri do četiri godine. Pojačana Sunčeva aktivnost ima velik utjecaj na stratosferu, ali relativno malen na površinu Zemlje.

El Niño, povećanje temperature Tihog oceana koje se pojavljuje svakih tri do pet godina, značajno utječe na globalnu klimu. U 2023. godini pojavio se u studenom i predviđalo se da će trajati najmanje do travnja ove godine. Suprotna pojava, hlađenje oceana, nazvana je La Niña, jer se također pojavljuje oko Božića i također utječe globalno na srednju temperaturu Zemlje, ali u suprotnom smjeru. To se, naravno, i vidi kao oscilacije u temperaturi planete.

NASA je u veljači ove godine lansirala satelit PACE, što je akronim za Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem. Satelit će mjeriti stanje atmosfere, prvenstveno oblake i aerosole i mora, prije svega koncentraciju planktona. Aerosoli su sitne čestice raspršene u zraku čija veličina igra značajnu ulogu, kako za zdravlje ljudi tako i za temperaturu atmosfere i Zemljine površine. Čestice veličine do 2,5 mikrometara ulaze u pluća i tamo ostaju ili prodiru dalje u organizam. Takve čestice u zraku reflektiraju Sunčevu svjetlost natrag u svemir i doprinose hlađenju atmosfere.

Vrlo dobro su poznati efekti eksplozije velikih vulkana nakon kojih su nastupale višegodišnje vrlo hladne zime i hladna ljeta, što je izazvalo i oskudice u hrani zbog smanjene proizvodnje agrarnih proizvoda. Vulkani izbacuju velike količine aerosola koji se potom šire zračnim strujama preko cijele planete i reflektiraju Sunčevu svjetlost. Naravno da takvi događaji ne mogu ulaziti u modele jer su nepredvidivi, ali se njihov uprosječeni utjecaj kroz duga razdoblja može izračunati. Pokazalo se da je on malen u odnosu na sve ostale faktore koji utiču na klimu.

Interesantno je da je u posljednjih nekoliko desetaka godina sjeverna hemisfera pod utjecajem napora da se smanji zagađenje zraka aerosolima bila toliko uspješna da je njihova koncentracija značajno pala. Time se smanjila reflektivnost i pojačao utjecaj Sunca na temperaturu površine Zemlje. Neki znanstvenici misle da je to jedan od faktora zbog kojih njihovi modeli nisu predvidjeli temperaturni skok izmjeren u 2023. godini.

Kada se pogledaju podaci opažanja temperature Zemljine površine od 1905. godine do danas i usporede s prirodnim utjecajima, kao i s kombiniranim prirodnim i ljudskim utjecajima, vidi se blagi rast u sva tri segmenta sve do 1940. godine. Potom sve do 1970. svi segmenti ostaju više ili manje konstantni. Od 1970. počinje rast opaženih vrijednosti temperature, a prirodni doprinos ostaje isti sve do danas. Kombinirani utjecaji čovjeka i prirode, naravno, prate trend mjerenih vrijednosti.

Godine 2006. dogodilo se nešto vrlo neobično: pojavio se neočekivan maksimum u koncentraciji metana u atmosferi i od tada stalno raste. Pojava naglog rasta koncentracije metana karakteristična je za početak deglacijacije i zaista se to i opazilo prije oko 11 tisuća godina. Otkuda sada taj porast metana koji se ne može povezati s deglacijacijom? Uzroci mogu biti različiti, ali definitivnog odgovora nema, jer se radi o nagloj promjeni. Neki od faktora se ipak mogu navesti.

Satelitskim snimanjem Zemljine površine koristeći lasere na frekvencijama na kojima metan apsorbira Sunčevo zračenje dobiva se precizna slika značajnijih izvora metana. Tako je na primjer nađeno da jedno odlagalište smeća u Iranu izbacuje 8500 kg, a naftno polje u Turkmenistanu 50.000 kg metana na sat u atmosferu. Oko 50 posto metana dolazi iz prirodnih izvora: raspad organskih tvari u debelim naslagama na tlu tropskih šuma, močvare, stoka i permafrost. Procjenjuje se da je u permafrostu zarobljeno dva puta više ugljika nego što ga ima u atmosferi. Dio tog ugljika je u obliku metana.

Taj porast koncentracije metana može biti vrlo opasan za naša nastojanja da smanjimo utjecaj stakleničkih plinova i održimo temperaturu na razini koja neće imati fatalne posljedice za civilizaciju. Metan apsorbira Sunčevu energiju u području u kojem ništa drugo to ne čini, za razliku od ugljičnog dioksida koji apsorbira u području u kojem to rade i drugi sastojci atmosfere. Zbog toga je metan mnogo potentniji staklenički plin od ugljičnog dioksida. Na sreću, ima ga nekoliko stotina puta manje, a ima i kraći vijek trajanja, u prosjeku desetak godina.

Ukratko, modeliranja klime, a posebno predviđanja njenog ponašanja u budućnosti je enormno kompleksna zadaća i, kako smo vidjeli, u nekim segmentima u principu nerješiva. A ono što sa sigurnošću znamo je ono što je Mark Twain sažeo u jednoj rečenici: "Ako želimo promijeniti budućnost, moramo promijeniti ono što činimo sada."