Cykly koncentrací CO₂ a O₂ v atmosféře

Cykly koncentrací CO₂ a O₂ v atmosféře

Takzvaná Keelingova křivka je nejdelší souvislý záznam vývoje koncentrací CO2 v atmosféře. Dlouhodobý nárůst koncentrací CO2 a pokles koncentrací kyslíku ukazují, že složení atmosféry se mění v důsledku lidské činnosti –⁠ spalováním fosilních paliv.

Ke stažení

Líbí se vám naše infografika? Stáhněte si ji a používejte dál! (Který formát vybrat?)


Podkladová data

Chcete vidět konkrétní čísla? Tato infografika je postavená na námi zpracovaném datasetu.

Náš dataset

Sdílení a licence

Všechny naše infografiky jsou k dispozici pro další použití pod licencí CC BY 4.0.

Data, licence a sdílení

Podívejte se na podkladová data nebo infografiku sdílejte. Všechny naše infografiky jsou k dispozici pod licencí CC BY 4.0. Přečtěte si, jak je správně používat a citovat.


Data

Chcete vidět konkrétní čísla? Tato infografika je postavená na námi zpracovaném datasetu.

Náš dataset

Sdílení

Jak číst tento graf

  • Koncentrace CO2 jsou v grafu znázorněny tyrkysovou barvou. Vlivem fotosyntézy a dýchání se koncentrace mění během roku, od května do října klesají a během zbytku roku zase rostou. Dlouhodobě vlivem spalování fosilních paliv koncentrace CO2 rostou tempem okolo 20 ppm za desetiletí. V roce 1960 byly hodnoty okolo 315 ppm, v roce 2020 okolo 415 ppm –⁠ to je nárůst přibližně o 30 %.

  • Pokles koncentrací O2 oproti referenčnímu roku 1991 je v grafu znázorněn tmavou modrou. Podobně jako koncentrace CO2, také koncentrace O2 se mění během roku vlivem fotosyntézy a dýchání, ale průběh je opačný. Tedy koncentrace O2 od května do října rostou a po zbytek roku klesají. Dlouhodobě vlivem spalování fosilních paliv koncentrace O2 klesají tempem asi 40 ppm za desetiletí.

  • Koncentrace CO2 a pokles koncentrací O2 uvádíme v jednotkách ppm . Jednotka ppm znamená parts per million, tedy označuje počet částic v jednom milionu, podobně jako procento [%], tedy per cent, znamená počet ve stovce a promile [‰] označuje počet v tisíci. Koncentrace 400 ppm znamená, že v jednom milionu molekul vzduchu je 400 molekul oxidu uhličitého, což odpovídá 0,4 ‰ nebo 0,04 %.

  • V absolutních číslech nemusí nárůst koncentrace CO2 v řádu desítek molekul působit zásadně. I takto malá změna však má velký vliv –⁠ připomeňme, že zdvojnásobení CO2 vede k dlouhodobému zvýšení teploty na planetě o 2–4,5 °C (viz citlivost klimatu ).

Jak se měří koncentrace CO2 a O2?

  • Přesnou metodu měření, která dokáže koncentraci stanovit s přesností 0,1 ppm, tedy 0,00001 %, vyvinul Charles Keeling v roce 1952. Nejprve byl výsledky svých měření překvapen, protože zaznamenával různé koncentrace ve dne a v noci a také se měnily podle toho, odkud foukal vítr. Došlo mu, že jeho měření v San Francisku ovlivňují okolní lesy (fotosyntéza) a továrny (spalování) a že potřebuje měřit na místě, které bude od takových vlivů velmi vzdálené. Přesunul se tedy doprostřed Tichého oceánu na Mauna Loa na Havaji, stanici, která leží 3400 metrů nad mořem. Nejdelší konzistentní řada měření koncentrací CO2 je právě z Mauna Loa. Od té doby se přidaly další měřicí stanice v Antarktidě, Aljašce a některých dalších ostrovech v Tichém oceánu. Všechna tato místa vykazují stejný dlouhodobý pokles a podobné kolísání mezi létem a zimou. (Velikost kolísání je v různých místech různá. Obecně na severní polokouli je větší a na jižní polokouli menší – záleží na vzdálenosti od velkých lesů, které svým dýcháním tyto koncentrace ovlivňují.)
  • Keelingova metoda měření koncentrací CO2 spočívá v extrémně přesném měření absorpce specifických vlnových délek infračerveného záření ve vzorku vzduchu. Podrobněji je popsána v článku The Story of Atmoshperic CO2 Measurements (PDF). Další kontext, včetně vysvětlení měření izotopových stop, najdete v článku The Keeling Curve: Carbon Dioxide Measuements at Mauna Loa.
  • Metodu pro velmi přesné měření koncentrací O2 objevil v roce 1988 Ralph Keeling, syn Charlese Keelinga, a podrobně ji popsal ve své disertační práci (PDF). Tato metoda spočívá v interferometrickém měření indexu lomu vzduchu, který je závislý na poměru koncentrací kyslíku a dusíku. Podrobnější diskuse metodiky měření O2 (včetně převodu jednotek per meg na ppm) je na stránkách Scrippsova O2 programu.

Jak se projevuje fotosyntéza, dýchání a spalování fosilních paliv na koncentracích CO2 a O2?

  • Při fotosyntéze rostliny spotřebovávají oxid uhličitý z atmosféry a vydechují kyslík. Dýchání je opačný proces, při kterém se kyslík spotřebovává a oxid uhličitý vydechuje: CO2 + H2O ↔ O2 + sacharidy. Většina světových lesů se nachází na severní polokouli. V létě mají listnaté stromy listy a převažuje fotosyntéza – rostliny odčerpávají oxid uhličitý z atmosféry a ukládají uhlík do svých kmenů a listů. Na podzim stromy shazují listy, které hnijí a uvolňují oxid uhličitý zpět do atmosféry. Dýchání kyslík mimo vegetační sezónu spotřebovává. Tak vzniká pravidelné kolísání koncentrací kyslíku a CO2.
  • Spalování spotřebovává kyslík a uvolňuje oxid uhličitý. Reakce při spalování uhlí je jednoduchá: C + O2 → CO2. Na jeden spálený atom uhlíku připadají dva atomy kyslíku. Spalování zemního plynu spotřebovává ještě více kyslíku, protože při něm vzniká vodní pára: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. Spalování fosilních paliv tedy dlouhodobě odčerpává z atmosféry kyslík a naopak zvyšuje koncentrace oxidu uhličitého.
  • Koncentrace CO2 jsou částečně ovlivněny pohlcováním části CO2 v oceánu, což má za následek zvyšování kyselosti mořské vody.

Jak víme, že nárůst koncentrací CO2 je důsledkem spalování fosilních paliv?

Důkazů, že nárůst koncentrací CO2 je způsoben spalováním fosilních paliv je několik:

  • Lidstvo ročně spálí přes 5 miliard tun uhlí, asi 4 miliardy tun ropy a asi 3 miliardy tun zemního plynu. Nárůst koncentrací CO2 v atmosféře odpovídá těmto množstvím (po započtení pohlcení části CO2 v oceánech). Kdyby chtěl někdo tvrdit, že koncentrace CO2 rostou z jiného důvodu, musel by přesvědčivě vysvětlit, kam se „ztratí“ emise ze spalování tak velkého množství fosilních paliv.
  • Nárůst koncentrací CO2 je doprovázen poklesem koncentrací O2, který přesně odpovídá směšovacím poměrům při spalování fosilních paliv (po započtení pohlcení části CO2 v oceánech) – tedy jde o další důkaz, že za zvyšování koncentrací CO2 může právě spalování.
  • Různé zdroje oxidu uhličitého mají různé isotopové složení. Uhlík obsažený v uhlí a ropě neobsahuje žádné isotopy 14C a sníženou koncentraci 13C. Oxid uhličitý vydechovaný rostlinami má nižší koncentraci 13C než oxid uhličitý, který vychází z oceánu. Oxid uhličitý v atmosféře je smíchaný z těchto zdrojů a jeho podrobnou analýzou lze zjistit, že současné narůstající koncentrace CO2 přesně odpovídají množství spalovaných fosilních paliv. Více o isotopech uhlíku v atmosféře najdete na webu NOAA Earth System Research Laboratory.

Související infografiky a studie

Zaujala vás tato infografika? Prozkoumejte další související infografiky a studie: