Klimatické změny, jejich cyklicita, příčiny a rizika
Motto:
Každá lidská společnost je amalgám složený ze špetky lidskosti, trocha vody a kousku půdy.
J. Brunhes, Human Geography, 1952
NESTABILITA V CELKOVÉ STABILITĚ
Základním rysem klimatu minulého tisíciletí je jeho stabilita v geologickém měřítku a nestabilita v lidském měřítku. V této knize uvedený termometeorologický sled tzv. sekulárních období pro střední části mírného evropského pásma, kde leží Česká republika, počítá s tzv. klimatickým optimem 875 - 1194, první malou dobou ledovou 1195 - 1465, malým klimatickým optimem 1466 - 1618 a druhou malou dobou ledovou 1619 - 1897, která na našem území skončila velmi studenou klimatickou episodou 1887 - 1897, a navazujícím teplým dvacátým stoletím, o kterém se někdy hovoří jako o tzv. "skleníkovém světě".
S detailnějším termometeorologickým a hydrometeorologickým členěním klimatu jsme se pro České země pro poslední tisíciletí seznámili v minulé kapitole. Je z něho zřejmé, že i zdánlivě homogenní sekulární a intersekulární období se rozpadají do řady dílčích klimatických cyklů, ve kterých se na straně jedné - teplá a studená období a na straně druhé - vlhká a suchá období dosti nepravidelně střídají. Trvají málokdy déle jak 20 - 40 let a nejsou navíc nikdy jednolitá - téměř vždy se v několikaleté řadě takto vyčleňovaných roků objevují roky srážkově i teplotně anomální.
Podobná situace platí nejenom v ostatních evropských regionech, ale má globální ráz. Různé regiony však díky své pozici např. ve srážkovém stínu, vzdálenosti od moře a nadmořské výšce reagují individuálně - především podle okolností zesilují, zeslabují i zcela eliminují krátkodobé cykly.
R. BRADLEY A OPRÁVNĚNOST TERMÍNŮ TYPU "MALÁ DOBA LEDOVÁ"
Právě z těchto důvodů např. klimatolog R. Bradley, již před řadou let navrhoval, aby např. v západní Evropě hojně užívané termíny klimatické optimum a malá doba ledová, byly jako zavádějící zcela opuštěny. Používáme-li je dodnes, je to proto že přeci jenom vyjadřují určitý klimatický průměr. V prvé pětině druhého tisíciletí celkově převládaly teplejší ( a na našem území i poněkud vlhčí roky). Toto je z globálního pohledu obvykle dokumentováno např. osídlením Grónska a pro střední části evropského mírného pásma nejčastěji rozšířením oblastí s vinohradnickým pěstovaním vinné révy, např. v severních Čechách, v oblastech dnes zjevně nevhodných, jako je např. okolí České Lípy, ale i územími ležícími až v Prusku.
Je ovšem skutečností, že malá doba ledová je termín používaný zejména v severní Evropě a Anglii, tedy v oblastech se značně zranitelným někdejším extenzivním zemědělstvím, kde chladné výkyvy bylo možno dobře dokumentovat neúrodami, bouřlivým mořem a postupem horských ledovců. Existuje velké množství prací, které pomocí klimatických oscilací ohrožujících samotnou podstatu severských společností, vysvětlují válečné výpravy Vikingů i pozdější kolonizační expanzi Anglie. Podobná vysvětlení bývají někdy příliš jednostranná, jindy osvětlují důležité momenty v životě celých kultur. Např. rozbor antického řeckého zemědělství ukazuje, že již v 7. stol. před Kristem došlo k tak velké erozi půdy, že v Řecku rozšířené pěstování plodin s mohutným kořenovým systémem, jaký mají např. vinná réva, fíkovníky a olivovníky, byla vlastně z nouze ctnost. Hospodářské nadbytky Řekové řešili rozvojem námořního obchodu a naopak nedostatek obilovin vedl k zakládání maloazijských kolonií. Intenzivní výměna zboží byla doprovázena neméně intenzivní intelektuální a kulturní výměnou, jejíž výsledkem bylo zabudování řecké kultury do základů evropské civilizace.
Analogickým úzce "klimatickým" způsobem, který však nebere v úvahu duchovní a sociální rozměr určité kultury, je možné vysvětlit celou řadu mezníků v historii Českého království, jak bylo již naznačeno v předchozí kapitole. Reálným základem těchto úvah je prokázaný růst populace a prodlužování délky lidského života během klimatických optim a o to horší průběh krizí při zhoršení klimatických podmínek, vedoucích až k demografickým jevům, označovaných jako depopulace.
MATEMATICKÝ STROJ NEBO ŽIVÁ BYTOST?
Již od renezance se táhne rozpor mezi tím, zda máme svět považovat za předvídatelný matematický stroj anebo, zda se jedná o "živou bytost", kterou není možné popsat sérií rovnic. Pravda, nejenomže leží někde uprostřed, ale přirozené systémy pohybující se na hranici chaosu, mají hlavně vlastnost přepínačů, ve kterých se střídá nepředpověditelný chaotický chod s pravidelnějším cyklickým chodem. Při pokusech o výpočet frekvenčních charakteristik různých klimatických jevů, jsme se často setkávali se statistickými artefakty - s cykly, které mizely či se objevovaly i při velmi malých změnách výchozího souboru. Z tohoto důvodu důvěřujeme zejména cyklům, které jsou patrné již na histogramu četností klimatických událostí nebo na křivkách zhlazených max. 5-10 tiletým průměrem. Celkový počet prací, které se zabývají klimatickými cykly dosáhl již několika tisíc. Zájem o tuto problematiku je proto tak velký, poněvadž objev nějakého řídícího klimatického cyklu by nám umožnil předvídat a plánovat vývoj společnosti.
E. BRÜCKNER
Jeden z prvních pokusů vysvětlit cyklicitu evropského klimatu provedl již počátkem století známý klimatolog E. Brückner, který předpokládal, že klima se mění přibližně každých 35 let a že tyto změny důležitým způsobem ovlivňují lidskou populaci a stojí i za sociálními fenomény dosahujícími rozsahu "stěhování národů". Z poněkud jiného úhlu se již od počátku století ke klimatické cyklicitě přibližovali astronomové.
S. H. SCHVABE A SLUNEČNÍ SKVRNY
Astronom amatér S. H. Schwabe publikoval již v roce 1843 podezření, že sluneční skvrny se objevují v periodě asi 10 let. Toto, vcelku nenápadné pozorování proslavil Alexandr von Humboldt v knize "Cosmos" (1851). Od té doby pracuje jedna velká skupina badatelů na objasnění frekvence slunečních cyklů a druhá se jejich pomocí snaží vysvětlit řadu pozemských dějů - od vzniku velkých morových ran, kolísání demografických vzorců až po klimatické proměny. Tyto pokusy jsou někdy tak nekritické, že svého času se o nějaké nejasné události říkalo, že za to "mohou skvrny na Slunci".
SETRVAČNOST POVĚTRNOSTNÍHO CHODU
V našem souboru historických klimatických údajů pozorujeme několik základních, nepříliš - pravidelných "cyklů". Základním cyklem je perioda 2 - 3 let. U dvou- či tříletých period bychom však měli spíše hovořit o setrvalém sezónním chodu. Z důvodů přehlednosti se ale i v těchto případech vyskytují v zahraniční literatuře označení jako klimatická fluktuace, oscilace či změna. Tuto dvou- či tříletou periodu můžeme nejsnadněji vysvětlit jako určitou setrvačnost klimatického chodu. Ta je hlavně způsobena dlouhodobým vývojem tzv. "planetárních vln". Jedná se o dlouhé prstence zvýšené atmosférické cirkulace ve vyšší troposféře, které v podobě jakési nepravidelné vlny se zálivy sahajícími na sever i na jih obepínají celou planetu.
KVAZIOSMILETÝ TEPLOTNÍ CYKLUS
Dalším, již oprávněně cyklickým fenoménem, který se nápadně prosazuje v našich přírodních podmínkách, je tzv. kvaziosmiletý teplotní cyklus. Má přibližně osmiletou periodu, nejčastěji 8, 9 nebo 7 let. Tento spontánní cyklus mění poměrně často svojí intenzitu, avšak přibližně osmiletá délka cyklu se opakuje poměrně značně pravidelně. V teplotní řadě pražského Klementina (to je od roku 1771) lze zaznamenat významná narušení tohoto cyklu pouze ve třech případech. Tyto situace se projevují zdvojnásobením periody cyklu a zvýšením intenzity oscilace. V pořadí prvé narušení teplotního cyklu, po roce 1783, lze dát do souvislosti s rozsáhlou sopečnou činností na 25 km dlouhé erupční trhlině Lakagígar na jižním Islandu a erupční činností japonské sopky Asamajama. Rovněž potlačení maxima teplotního cyklu v létech 1816 - 1817, které vedlo k zdvojnásobení periody cyklu, si lze vysvětlit gigantickou erupcí indonéského vulkánu Tambora v roce 1815. Existenci kvaziosmiletého teplotního cyklu lze pro naše území doložit i mimo epochu přímých instrumentálních meteorologických měření, tedy pomocí nepřímých metod.
Jako příklad uveďme alespoň dva výňatky z Vlastního životopisu Karla IV. Popisy obou událostí se odehrály v časovém odstupu právě jedné periody kvaziosmiletého teplotního cyklu a proto se sobě povětrnostně velmi podobají.
Úryvek prvý je z roku 1337: "Potom téže zimy jsme táhli se svým otcem do Prus proti Litvanům. A byla s námi hrabata... Zima však byla tak mírná, že nebyl led; proto jsme nemohli táhnout proti Litvanům a vrátili jsme se každý do svého domova."
Druhá citace je z popisu událostí k roku 1345: "Po několika dnech vytáhli všichni ti velmožové a knížata z Vratislavě do Prus. A tam leželi dlouhý čas čekajíce, až bude led; zima však byla vlahá a mírná, takže jízda po ledě jako v jiných létech nebyla možná... Jmenovití pánové se proto vrátili a všichni se odebrali do svých zemí."
MAGIČNOST ČÍSLA STO V OPAKOVÁNÍ TUHÝCH ZIM
Kvaziosmiletý teplotní cyklus je rovněž základem vysvětlení "magického" čísla sto v opakování tuhých zim, na které upozornil již meteorolog V. Hlaváč. Tak např. vůbec nejkatastrofálnější zimou posledních tří století byla tzv. "hrozná", "sibiřská", "laponská" a "grónská" zima roku 1740. Třetí nejstudenější zimou klementinské řady pozorování je zima z roku 1838 a sedmou v celkovém pořadí zima z roku 1940. mimořádně tuhé zimy se vyskytovaly i v letech 1644, 1544, 1440 (1442 a 1443), 1340, 1241, 1143, 1043, 941, 545 a 443. Příklad druhý: Za nejkrutější a nejdelší zimu 17. století je na našem území považována zima z roku 1695. Velice kruté zimy odezněly i v roce 1595, 1496, 1391, 1296 a 1297, 1195 a 1194. Druhou nejkrutější zimou éry klementinských pozorování je zima z roku 1799 a velmi studená byla i zima roku 1895. Rovněž o zimě 1995/1996, která se dostavila po řadě vlhkých a teplých zim v poslední čtvrtině 20. století, se v celé Evropě hovořilo jako o "kontrastní, nezvykle studené zimě". Právě v souvislosti s touto výše naznačenou periodicitou v opakování velmi tuhých zim navrhl v roce 1988 jeden z autorů této knihy (Z. Vašků) toto vysvětlení: "Uvědomíme-li si, že součin tří period teplotního kvazisomiletého cyklu je přibližně 25 a šesti period 50 a dvanácti 100, můžeme předpokládat... že i v devadesátých letech našeho století se vyskytne zimní období obdobné "razance", jaké prožíval např. Josef Lada, a to v roce s letopočtem 1895." Kvaziosmiletý teplotní cyklus velmi pravděpodobně závisí na povrchové cirkulaci oceánských vod severního Atlantiku.
ZÁKLADNÍ SRÁŽKOVÁ OSCILACE
Fluktuace srážek je u nás do značné míry podřízena cyklu sluneční aktivity a je tedy přibližně jedenáctiletá. Přitom tzv. kladná korelace (vzestupné větve sluneční aktivity odpovídají srážkově bohatším obdobím) je u meteorologických stanic na našem území častějším případem, nežli záporná korelace obou jevů. Je totiž skutečností, že v některých časových úsecích vzestupné větvi sluneční aktivity odpovídají naopak roky s podnormálním výskytem srážek a vyskytují se i úseky bez jakékoliv vzájemné korelace obou jevů.
Z našich šetření vyplývá pozoruhodné zjištění, že jednotlivé fáze teplotního cyklu nejsou zpravidla v žádném chronologickém vztahu k oscilaci srážkové. Něco jiného ovšem je, že roky s nejvíce napjatou vodohospodářskou bilancí a agroekologickými nepříznivými důsledky nastávají právě tehdy, připadnou-li suché roky právě do maxima teplotní oscilační křivky. Tak tomu bylo naposled např. v období 1982 - 1983 a před tím ještě v létech 1975 - 1976.
DALŠÍ NEJČASTĚJI POPISOVANÉ KLIMATICKÉ CYKLY
Další důležitý cyklus trvající přibližně 20-30 - let (podle výsledků frekvenční analýzy se poměrně často opakuje číslo 20-25), je totiž téměř identický s 22tiletým slunečním cyklem. Klimatický cyklus o délce trvání 20 - 30 let můžeme s velkou pravděpodobností odvodit od hluboké oceánické cirkulace v Atlantiku. Kromě toho, se při výpočtech frekvencí klimatických událostí často setkáváme s důležitým solárním 90ti letým cyklem. Dále existují i delší cykly trvající 180 - 200, 400, 1000, 23 000, 41 000, 100 000 a 400 000 let. Tři důležité dlouhodobé cykly (přibližně 20, 40 a 100 tisíc let) můžeme odvodit od tzv. Milankovičových parametrů orbitální vzdálenosti Slunce a Země. Kratší cyklus 180 (resp. 90) let velmi pravděpodobně souvisí, jak poprvé popsala I. Charvátová, s pohybem Slunce okolo barycentra sluneční soustavy. Slunce je ze své pozice vychylováno gravitačními silami velkých planet - Saturna a Jupitera. Díky nim se vždy po 179 letech vrací z chaotické na uspořádanou dráhu. Amplituda těchto krátkodobých pohybů je přibližně stejně velká jako amplituda Milankovičových parametrů, o kterých věříme, že jsou hlavními příčinami dlouhodobých klimatických změn a že zodpovídají za příchod a ústup dob ledových. Tyto cykly jsou pouhou geometrickou výslednicí vzájemné pozice Slunce a Země. Kromě toho se však proměňuje i samotná vnitřní dynamika Slunce, u které je dobře dokumentován především základní 22tiletý (resp. 11ti letý, či 5,5 let trvající) cyklus sluneční aktivity, ale podstatně hůře delší, více méně hypotetické, některé další cykly.
KLIMATICKÝ SYSTÉM PLANETY ZEMĚ
Spojovacím článkem mezi klimatem a sluneční aktivitou je nestejnoměrné ohřívání povrchu - Země. Překročí-li rozdíl teplot způsobený variacemi sluneční činnosti určitou, téměř neodhadnutelnou mez, ovlivněnou např. reliéfem - tedy v každém místě jinou, vzroste tlakový gradient, který změní směry větrů. To bude mít dopad na srážky a tím na množství a distribuci vod vtékajících do oceánu, což posléze vyústí ve změnu oceánické cirkulace - ústředního topení planety - a tím dojde ke krátkodobým klimatickým změnám. Problém je v tom, že neumíme odhadnout, jak bude interakce mezi sluneční energií a oceánickým prouděním fungovat. Nepřekročí-li rozdíly teplot způsobené slunečními cykly ono neurčité rozmezí, anebo bude-li setrvačnost oceánické cirkulace příliš velká, nedojde ke změnám anebo nastoupí se zpožděním několika let.
Poměrně běžně pozorujeme, jak v pevninském tak oceánském klimatickém záznamu, že z nejasných příčin dojde ke zdvojnásobení délky cyklu. Dá se říct, že dlouhodobé klimatické trendy můžeme s pravděpodobností přesahující 50% odvodit z analýzy historických dat, ale otázka jaké bude počasí v příštím roce, je za současného stavu poznání neřešitelná. Klimatické změny v minulosti doposud neohrozily člověka jako druh, ale ovlivnily anebo dokonce ničily celé civilizace či určité skupiny ve společnosti. Abychom mohli sestavit model chování celé globální atmosféry a hydrosféry v různých úrovních cirkulace jsou i ty největší počítače příliš pomalé a jednoduché. Nicméně v posledních několika letech se začal prosazovat názor, že hlavním krátkodobým spouštěčem evropského klimatu je jev nazývaný severoatlantická oscilace.
Severoatlantická (NAO) oscilace jako hlavní příčina krátkodobých klimatických změn
V globálním měřítku existují dva velké systémy atmosférické cirkulace - ENSO a NAO. ENSO znamená El Nino-Southern Oscillation a NAO - North Atlantic Oscillation. Překládáme je jako systém El Nino- jižní oscilace a severoatlantická oscilace. Oba systémy mají společný původ: - onen velký dialog mezi mořem a větrem. Podstatou jižní oscilace jsou rozdíly v atmosférickém tlaku zhruba nad Jižní Amerikou a Austrálií. Je-li rozdíl tlaku veliký, pak směrem od Jižní Ameriky vanou silné větry, které v podobě monzunu přináší vláhu do jihovýchodní Azie, Indie a k východnímu pobřeží Afriky. Pole se zazelenají a lidé mají co jíst. Je-li rozdíl tlaku malý, pak větry ztrácejí sílu a srážky padají buď nad pouštními oblastmi And nebo zbytečně vyprší nad mořem. Monzun zeslábne a Indii, odkázanou na vodu odpařenou v tropické části Pacifiku, postihne sucho a hlad. Rozdíly v tlaku si představme jako houpačku - čím je tlak v Jižní Americe vyšší, tím je v Austrálii nižší. Podobná houpačka existuje i v Atlantiku. Rozdíl atmosférického tlaku přímo závisí na teplotě oceánu. Za normální situace naráží mořské větry na hradbu And, která je stáčí na sever. Silné pobřežní proudění odtlačuje povrchovou vrstvu teplé vody a umožňuje tak výstup hlubších chladných vod, kterým říkáme Peruánský nebo Humboldtův proud. Studené hluboké proudy jsou úživné - obsahují zejména fosfáty a dusičnany posbírané během dlouhé poutě světovým oceánem. Tam, kde dochází k vzestupnému proudění, se množí plankton a na něj vázaná potravní pyramida korýšů, rybek a ryb. Když jižní oscilace funguje, tak jsou všichni spokojeni - rybáři u peruánských břehů chytí dostatek ančoviček a indičtí zemědělci přežijí další rok.
Jenže právě "správná" funkce jižní oscilace vytváří past, které říkáme El-Nino. Silné větry pasátové cirkulace nejenom ženou mraky s vláhou napříč Pacifikem, ale také tlačí na mořskou hladinu. Postupně zvyšují hladinu oceánu u Austrálie až o 20-40 cm. A když větry zeslábnou, tak se tato voda pochopitelně vrací nazpět k pobřeží Jižní Ameriky. A je to přitom ta nejteplejší povrchová voda, ohřátá tropickým sluncem Pacifiku. Příliv teplé vody blokuje výstup hlubokých studených proudů. Pobřežní vody se oteplí až o 11 oC ( v roce 1983), houpačka se ustálí v katastrofické středové poloze, rybáři nemají co lovit a v Indii vypukne hladomor. Vzorec celkové cirkulace nad Pacifikem se změní, teplé proudění se stáčí až ke Skalistým horám, kde buď panuje velmi teplé počasí anebo vzdušná vlhkost vymrzne v podobě sněhové kalamity.
TICHÝ OCEÁN ZPOMALUJE GLOBÁLNÍ OTEPLENÍ
Tento dobře známý scénář epizody El Nino byl v poslední době doplněn velmi důležitým modelem, který ukazuje, že Tichý oceán zpomaluje globální oteplování a to možná až o polovinu předpovězené hodnoty. V teplejších obdobích, tedy i ve skleníkovém světě, je jižní oscilace silnější, takže v tropickém Pacifiku se objevuje víc chladných vod výstupného proudění. Mezi povrchem oceánu a atmosférou dojde k výměně tepla, které je díky vzdušné cirkulaci odváděno na sever i na jih, kde se snadněji vyzáří do prostoru a tím ochladí celý zemský systém a částečně eliminuje globální oteplování.
SVĚT JAKO NEURONOVÁ SÍŤ
U klimatických změn je často obtížné hovořit o příčině a následku. Obojí je do sebe zakousnuto jako had Uroboros hryzající svůj ocas. Přesnější je představa neuronové sítě. Ta je obvykle znázorňována jako systém bodů spojených vztahy. Informace o tom, co se děje v jednom bodu je společná celé síti, ale stav bodu ovlivňuje nejvíc své sousedy a dál vyznívá. Mechanismus "příčina - následek" si obvykle představujeme mechanicky: něco se stane, pak je jakási pauza, pak následuje reakce. Chování klimatu i neuronových sítí je odlišné: něco málo se stane, ještě nedojde k průběhu "celé" příčiny a okolí již reaguje, zesiluje či zeslabuje původní signál. Mezitím pokračuje působení původní příčiny, na což okamžitě reagují okolní body a svou proměnou vtahují do hry širší okolí. To se buď přidá a přiloží ruku k dílu (pozitivní zpětná vazba) anebo je více ovlivněno ještě vzdálenějšími body pracujícími v jiném režimu (ty sice dobře vědí, co se děje, ale sledují své vlastní cíle), které akci zbrzdí (negativní zpětná vazba). Nejsou tu žádné pauzy, dělítko mezí akcí a reakcí se stírá. Spíš než příčinu a následek tady máme spouštěč změn a jejich proměnlivou intenzitu. Jevy se v tomto pohledu vynořují z nejasného pozadí jako hudební plochy v moderních skladbách. Umíme si to představit, ale těžko vyjadřujeme svět neuronové sítě, protože i jazyk pracuje se slovy, s nespojitými kvanty informací.
VLIV ENSO a NAO NA POČASÍ VE STŘEDNÍ EVROPĚ
Vzhledem k počasí severní polokoule je velmi důležitá míra ovlivnění. Systém El-Nino - jižní oscilace odpovídá asi z 15% za rozptyl zimních teplot severní polokoule a jeho dopad je poměrně vysoký na západním pobřeží USA, ale nízký ve střední Evropě. Pomocí severoatlantické oscilace můžeme vysvětlit rozptyl asi 30% zimních teplot severní polokoule a její dopad je ve střední Evropě značný. Patnáct a třicet procent (jsou to jen přibližná čísla závislá na definici podmínek) nedává však dohromady ani polovinu ročních teplotních anomálií. 55% tedy náleží buď náhodnému šumu anebo (ale jen zčásti) nějakému neznámému klimatickému mechanismu např. systému zimní sibiřské tlakové výše. Znamená to, že i kdybychom přesně poznali a dokázali předpovědět funkci ENSO a NAO, tak stejně zůstane velký prostor pro "náhodu, pro obvyklý klimatický chaos motýlího efektu"
SEVEROATLANTICKÁ OSCILACE
Rovněž severoatlantická oscilace je založena na rozdílu tlaků a to tentokrát na pověstné azorské výši a islandské níži, o kterých jsme tak často slýchali v televizních předpovědích počasí. Smluvně se za krajní body houpačky považují meteorologické stanice Lisabon v Portugalsku a Stykkisholmur na Islandu. Z řady měření je dobře patrná přibližně šestiletá perioda změn atmosférických tlaků a směru větrů, která se projevuje zejména v zimním období, kdy je rozdíl teplot mezi severním Atlantikem a rovníkem největší.
Rovněž složení izotopů uhlíku v jednotlivých přírustkových lamelách korálů by mělo sledovat Suessův efekt - tedy postupný pokles poměru 14C a 12C, který je od roku 1870 dobře detekovatelný díky spalování fosilních paliv, které neobsahují žádný radiokarbon a tím ředí atmosférický zásobník radioaktivního izotopu 14C průmyslovými emisemi. Místo toho koráli indikují náhlé, několikaleté izotopové pulzy, které je možné vysvětlit jen rozdíly mořské cirkulace. Izotopové složení vody z grónských ledovců vykazuje asi desetileté oscilace a krátkodobé cykly trvající mezi 10-30 lety se postupně daří dokázat v tropických mořských sedimentech a jezerních sedimentech západní Evropy. Ukazuje se, že Atlantický oceán se proměňuje v desetiletí trvajícím měřítku. Během jednoho století se kdekoliv na severní polokouli vystřídají dvě či tři delší klimatické oscilace a mnoho kratších, ale jejich dopady jsou zmírňovány či zesilovány lokálními faktory. Přibližně šestileté či podle klimahistorických údajů kvaziosmileté cykly jsou základním kamenem cyklicity celéhom evropského klimatu.
OCEÁNICKÝ SYSTÉM PROUDĚNÍ
V Atlantickém oceánu se cirkulace odehrává přibližně ve třech patrech, které jsou na různých místech propojeny "výtahy" - místy výstupů či poklesů různě teplých a slaných vod. Tato patra můžeme označit jako povrchovou, větrem podmíněnou cirkulaci, jež se odehrává do hloubek okolo 1000 m a jejímž typickým představitelem je Golfský proud. Druhé patro tvoří střední cirkulace, která byla dlouho považována za jednotvárnou, pomalou a nudnou, než se v posledních letech ukázalo, že právě zde dochází ke zkratům mezi povrchovým a hlubokým prouděním. Spodní patro pak vytváří oceánický výměník termohalinní cirkulace, který propojuje atlantickou a pacifickou cirkulaci a představuje tak hlavní globální rozvod původně sluneční energie zachycené oceánem. Tato nervatura oceánu se neustále proměňuje. Povrchové mořské proudy v průběhu roku slábnou, zesilují se, nebo dokonce mění směr. "Zdviže" do nižších pater zanikají nebo se obnovují v periodě trvající několik měsíců i několik desetiletí. Jsou roky, kdy Golfský proud proniká hluboko na sever a roky, kdy se jeho tvar mění z trojúhelníku (s vyšším cípem na severu) na ovál. A podobně jsou i hluboké slané proudy syceny tu teplejší, tu chladnější vodou, podle toho kolik srážek odteče do moře řekami nebo se uvolní z ledovců.
Pokud oceánografy, navyklé žít v údivu nad obrovitostí a složitostí globálních proudů, vůbec něco překvapuje, tak to je velmi dynamická homeostáze celého oceánického systému. I jinak velmi střízliví badatelé používají v soukromí výrazy jako div, zázrak, nepochopitelná záležitost. Může to být dáno i tím, že máme málo přímých, detailních měření oceánické cirkulace.
GOLFSKÝ PROUD
Ani definování průběhu nejznámějšího ze všech oceánských proudů - toho Golfského, není jednoduché. Různé moderní práce v respektovaných časopisech jej zachycují - a to nikoliv v detailech - poněkud různým způsobem. Počátek Golfského proudu leží v tropickém Atlantiku, odkud teplé vody o kapacitě až 30 Sverdrupů ( 1 Sv = milion m3/sec) proudí do Karibské oblasti, odtud Floridským průlivem podél pobřeží USA až k mysu Hatteras, načež se, zhruba pod úrovní Anglie, stáčí k Evropě a odtud zpět k jihu ke svému začátku. Golfský proud tak zdánlivě vytváří uzavřený ovál na povrchu Atlantiku. V jeho nejsevernějším bodu však směrem ke Skandinávii vytéká teplý Severoatlantický proud, který se na severu (zde se jeho pokračování říká Norský proud) ochlazuje a klesá do hlubších vrstev. Síla Golfského proudu se periodicky proměňuje v závislosti na síle větrů a rovněž jeho dráha severním Atlantikem kolísá až o stovky kilometrů. Nicméně, jak už je tomu v klimatologii obvyklé, neexistuje jednoduchý vztah mezi průběhem Golfského proudu a počasím v Evropě. Klimatický systém má -alespoň v tomto dělení- tři části. Řídícím mechanismem je množství slunečního záření, které jak již víme závisí jednak na vnitřní dynamice Slunce (zejména 22ti letý cyklus), jednak na pozici Slunce a Země (180tiletý cyklus a delší Milankovičovy cykly). Druhou úrovní je ukládání tohoto tepla oceány a třetí úrovní je přenos oceánského, původně solárního tepla na pevninu.
Pro klima střední Evropy je stejně důležitá teplota oceánu, jako intenzita západních větrů, které k nám toto teplo (a vlhko) transportují. Na to se dá okamžitě namítnout, že síla větrů pochopitelně závisí na teplotě mořské hladiny, ale tím opět vstoupíme do světa kauzálních vztahů, na který jsme chtěli zapomenout. Otázku, zda dřív byla klimatická slepice nebo klimatické vejce, si zde řešit netroufneme.
TERMOHALINNÍ OCEÁNSKÝ VÝMĚNÍK
Základem nejenom severoatlantické oscilace, ale hlavních krátkodobých mechanismů globálních klimatických změn je tzv. oceánský výměník, který je též znám jako termohalinní výměník nebo jako hlubinný slaný proud. Oceánský výměník v zásadě teče v nejhlubším patře oceánu, ale zároveň přibírá vody ze středního patra a také v dlouhých úsecích vystupuje na povrch a opět sestupuje dolů. Oceánský výměník má dvě velké větve, z nichž jedna probíhá Atlantikem a určuje severoatlantickou oscilaci a druhá prochází Pacifikem a ovlivňuje jižní oscilaci.
Srdcem výměníku je antarktická cirkulace. Antarktida je obklopena pásmem riftových hřbetů, které stáčí hlubinné proudění do velkého oválu obepínajícího celý kontinent - jakoby se při dně kolem Antarktidy točil obrovský vír. Z tohoto víru vycházejí dvě větve, kterým W. Broecker říká atlantický výměník (Atlantic Conveyor) a pacifický protivýměník (Pacific and Indian Anticonveyor). Činnost výměníku si můžeme představit následujícím způsobem: v subtropické oblasti jižního Atlantiku dochází k obrovskému odparu. Odpařená voda je nahrazována studenou vodou proudící středním patrem směrem od Antarktidy. Tato voda se v rovníkové atlantické oblasti rychle otepluje, ale díky odparu získává větší hustotu. Ponořuje se do hloubek okolo 800 m a směřuje dál k Islandu. Díky silným západním větrům, které unáší mořskou vlhkost dál do Euroazie, ztrácí severní Atlantik asi 0,18 Sv odpařené vody (1Sv = Sverdrup = 106 m3/sec). Tato chybějící voda musí pochopitelně odněkud přitéct a tím je dán základní směr středního a hlubokého proudění v Atlantiku - směrem od Antarktidy. Tento proud však mezitím podešel rovník, smísil se s těžkými, slanými vodami ekvatoriálního pásma a je teplý. Na povrch vystupuje zejména v zimě, kdy od severu vanou silné polární větry (ne nepodobné těm, které odhrnují povrchové vody systému ENSO u peruánských břehů) v oblasti kolem Islandu.
Severoatlantický proud je nejasného původu a i když bývá kreslen jako odnož Golfského proudu, tak se soudí, že jeho tepelná kapacita je odvozena hlavně od atlantického výměníku středního oceánského patra. V každém případě dojde k oteplení severní Evropy a podle intenzity větrného proudění zasáhne oceánické klima dál na východ, kde vyzní zhruba na severojižní linii procházející Oděsou či Krymem. Dál na východ a zejména na jihovýchod od hradby hor mezi Kavkazem a Tibetem již hlavní proměny klimatu určuje sezónní či víceletý posun intratropické zóny konvergence a ta závisí na síle větrů jižní oscilace.
Ale vraťme se k Islandu. Antlantický výměník odevzdá teplo, voda ztratí určitou část objemu, ztěžkne a ponoří se. Putuje pak nazpátek podél dna Atlantiku až konečně jižně od Mysu Dobré naděje opět narazí na srdce výměníku - na cirkumanatarktické proudění. Tím se dostane do onoho velkého víru, který je navíc sycen sladkými, ale velmi chladnými vodami padajícími z antarktického šelfu. Tato směs pak podél dna Tichého a Indického oceánu vstupuje do Pacifického protivýměníku a účastní se systému ENSO.
SARGASOVÉ, LABRADORSKÉ A GRÓNSKÉ MOŘE
Pro oba systémy ENSO i NAO je nesmírně důležitá - funkce spojnic, které jsme pracovně označili jako "zdviže" mezi jednotlivými patry výměníku. Víme o nich zatím velmi málo. Severoatlatnická oscilace má tyto zdviže nejméně tři - jsou to konvekční cely Sargasového, Labradorského a Grónského moře. Oceánické konvekční cely si představme jako víceméně ohraničené oblasti, ve kterých dochází k vertikálnímu mísení pomocí sestupujícího a vystupujícího proudění. Je zde homogenizována povrchová a hlubinná voda, takže voda z povrchu může vstupovat do středního nebo spodního patra oceánického proudění a naopak. Konvekční cely jsou nestálé a vyvíjejí se desítky let - nejenom, že se v nich vertikální proudění může úplně zastavit, ale cely se také prohlubují či změlčují.
Tím se dostáváme ke klíčovému mechanismu NAO. Je jím přenos klimatické paměti. Atmosféra je příliš nestálá a turbulentní, nemá dlouhodobou paměť. Dnešní vítr si už nevzpomíná, co dělal včera a jen starci mezi větry - vysoké planetární vlny a tryskové proudy svrchní troposféry vědí cosi o minulém jaru. Oceán je však rozvážný a pomalý. Trvá to desetiletí, než voda z Antarktidy doteče k Islandu a zase se vrátí k srdci výměníku. Cestou narazí na několik životních křižovatek - konvekčních cel, které ji promísí a vtisknou jí poněkud jiné složení a odlišnou teplotu. Není nic vzdálenějšího představě oceánického proudění než jakýsi systém ocelových potrubí. Ale představme si pro názornost systém oceánských výměníků jako potrubí, ve kterém pomalu podél celé planety cirkuluje voda. Do tohoto potrubí je z konvekčních cel připouštěna voda jiné teploty, takže v potrubí se střídají úseky s teplejší vodou a úseky s chladnější vodou. Než vyteče všechna chladná či teplá voda, tak to trvá asi 6 let, ale kromě toho jsou šestileté "balíčky vody" uspořádány do většího balíku obsahujícího vodu tak za 20-30, někdy i za padesát let. Tato voda se cyklicky objevuje na povrchu oceánu a dlouhodobě mění jeho povrchovou teplotu. Tím se mění gradienty, směry větrů a celý ten výše popsaný klimatický příběh.
Je-li rozdíl tlaků mezi Azorami a Islandem velký, pak NAO získává kladný index (0 je dlouhodobý průměr) a většina zim je mírných. Zeslábne-li gradient, pak je index NAO nízký či záporný a evropské zimní počasí je buď nepravidelné, anebo se začne víc uplatňovat sibiřská výše vysokého tlaku se svými suchým, ledovým prouděním. Poslední dvě desetiletí se pohybujeme v severoatlantické oscilaci s vysokým indexem. Převládají mírné zimy a celkové oteplování. Při zeslábnutí oceánické cirkulace je návrat do průměrných zim vnímán jako cosi extrémního, protože při vysokém indexu NAO jsou i klimatické kontrasty větší.
Podobně jako na pevnině existuje systém meteorologických stanic, tak je zřejmě jen otázkou času, kdy bude vybudován systém podmořských stanic, monitorujících v různých hloubkách intenzitu oceánské cirkulace. To by mělo společně se superpočítačovým modelem pracujícím nejenom jako spřažený model oceán - pevnina, ale také ENSO - NAO, umožnit dlouhodobou předpověď počasí či dokonce klimatických změn v měřítku prvních několika let.
Samotná oceánská cirkulace je příliš složitý systém, než abychom ji dále komplikovali otázkou skleníkového jevu. Nicméně analýza W. Broeckera ukazuje, že při dosažení 700 ppm (1 ppm = 10-4 %), což je přibližně úroveň 22. století, dojde ke zhoršení nebo dokonce kolapsu NAO. Modely ale také zároveň ukazují, že čím se koncentrace oxidu uhličitého budou zvyšovat pomaleji, tím je větší šance, že změny nebudou náhlé a katastrofické.
KLIMATICKÁ RIZIKA
Civilizace je stále zranitelnější. V uplynulých dvou desetiletích vznikla celá řada prognóz o tom, jak bude vypadat další klimatický vývoj a jakým způsobem ovlivní společnost. Společný rysem těchto odhadů budoucnosti je donekonečna opakované "zaříkavadlo" o zdvojnásobení obsahu oxidu uhličitého v atmosféře a oteplování atmosféry. Nicméně z analýzy klimatu ať již za celý holocén, tj. posledních 10 tisíc let, nebo za historické období posledního tisíce let, vyplývá, že přirozená variabilita klimatu je poměrně značná a mnohostranná. Je dokonce větší než člověkem způsobené změny - např. během chladných výkyvů konce 16. století poklesla průměrná teplota až o 1,5oC , zatímco globální oteplení dosahuje ve 20. stol. necelých 0,5oC. Rovněž ve středním holocénu panovaly dlouhodobé průměrné teploty o 1,5-1,8oC vyšší než dnes a srážky byly dvojnásobné. Obavy spíš panují z toho, že antropogenní změny mohou urychlit či zvýraznit přirozené klimatické variace. A přirozený klimatický chod v zemích koruny české, jak jsme viděli v předešlé kapitole, znamená celou řadu možností -studená a vlhká desetiletí, dlouhodobá sucha, posuny kontinentálního klimatu s holomrazy a velmi nízkými zimními teplotami, pravidelná teplá předjaří vedoucí k přemnožení hlodavců, období s vlhkými oceánickými léty, během kterých shnije obilí na polích či desetiletí trvající oscilace se zvýšenou povodňovou aktivitou a erozí půdy.
To, že se klima mění, je jeho základní charakteristikou. Důležité přitom je, že tím, jak narůstá počet lidí, plocha staveb a délka technických sítí jako jsou silnice a plynovody a jak zároveň roste složitost našeho života, v němž jsme navázáni na čím dál propracovanější soubory dodavatelů, odběratelů, exportérů, různých věcí, technických pomůcek i sítě mezilidských vztahů, tak zranitelnost naší civilizace neustále vzrůstá. Pozorujeme tak tendenci k neustálému zvyšování škod a to i v letech, jejichž klimatická variabilita je standardní. V. Ložek používá jako příklad konec 2. sv. války na Slovensku. Fronta se zde zastavovala až na několik týdnů. Mnohé vesnice a komunikace mezi nimi byly těžce postiženy. Po skončení války byl návrat k předcházejícímu stavu poměrně rychlý. Domy byly opraveny z místních materiálů, studny vyčištěny, na cesty navezen štěrk, rodiny se mezi sebou skládaly na krávu či později na koně. Představte si podobnou situaci v naší době a uvědomme si, co by znamenalo ochromení vodovodů, centrální kanalizace, elektrického vedení, rozvozu potravin a pohonných hmot. Kolik věcí dnes potřebujeme k životu a neumíme si je sami opatřit!
To není kritika moderní civilizace, ale upozornění na to, že zajištění hladkého fungujícího chodu společnosti je velmi pracné i za normálních podmínek, natož v období klimatických změn. Povodně roku 1997 zasáhly 2,5% území ČR, ale i přes poměrně rozsáhlou pomoc, trvala obnova života v zaplavených oblastech dlouhou dobu. Mezi dopady povodní patřilo i kolísání kurzu koruny, nové daně a výše rozpočtového schodku. A přitom povodňová epizoda trvala řádově měsíc a skutečně citelně postihla jen několik desítek, z celkového množství asi 700 zaplavených obcí. Dlouhodobější klimatické změny, které jinak patří k běžnému klimatickému chodu posledního milénia, jako je např. několik suchých let nebo tvrdé zimy mohou postihnout většinu území ČR a mohou mít řadu nejenom primárních (škody na plodinách, polomy), ale zejména sekundárních dopadů jako je rozvrat ekonomiky, nezaměstnanost a sociální neklid.
KLIMATICKÁ PŘÍZNIVOST ČESKÉ REPUBLIKY
Na druhou stranu představuje území ČR oblast, která během holocénu nikdy nebyla neobyvatelná a vždy zde šlo přežít. Dokonce i suché, kontinentální období subboreálu, které způsobilo rozpad antických říší, znamenalo ve střední Evropě demografický a ekonomický růst kultur pozdní doby bronzové, které se díky ústupu lesa a naučily využívat do té doby téměř neosídlenou krajinu pahorkatin k rozsáhlému pastevectví. V zemském systému existuje celá řada oblastí, pro které mohou klimatické změny znamenat částečnou či úplnou katastrofu. Např. víc jak 50% světové populace je vázáno na pobřežní zónu a změna oceánského proudění zde může ohrozit rybolov. Zvýšení hladiny světového oceánu, které se spíš díky termální expanzi než tání ledovců může pohybovat během příštích desetiletí až kolem 30 cm, není sice dramatické, ale již 50 cm zvýšení a to zejména v kombinaci se změnou větrů a tím vyšší četnosti bouří a vysokých přílivů může pro mnoho přímořských měst již znamenat ohrožení. Jinou velmi zranitelnou oblastí jsou semiaridní oblasti lemující tropické a subtropické pouště. Zde bývá dlouhodobější sucho letální. Podobných příkladů vázaných zejména na monzunovou cirkulaci a epizody El Nino je možné uvést celou řadu a jejich dopady plní stránky novin - jedná se zejména o záplavy a hladomory, které mohou např. v Indii a Číně postihnout desetimiliony lidí. Populace zároveň roste takovým tempem, že přestává být možné pomoci všem.
Je-li na světě nějaká oblast, kde klimatické změny bývají poměrně mírné, tak to jsou zvlněné, nepříliš hornaté a klimaticky průměrné oblasti mírného pásma, do kterých patří i území ČR. Krajina je zde schopna pohltit i podstatně vyšší roční srážky, ale obilí dozrává i ve srážkově podprůměrných letech. Zdejší příroda i lidé si navykli na tvrdé i mírné zimy, které se v průměrných měsíčních teplotách liší až o 5-8oC. Malá energie reliéfu omezuje půdotoky, sesuvy, hloubkovou i plošnou erozi. Povodně na velkých řekách nastupují pozvolna nejméně během jednoho či dvou dní. Neúroda zde málokdy trvá déle jak 2-3 roky. Krajina je schopna uživit člověka téměř za všech okolností, ale vyžaduje péči - zejména starost o úrodnost polí a zdraví lesa. V dobách normálního klimatického chodu nás krajina dílem uživí, dílem je možné dovést laciné potraviny z jiných zemích. Pokud si ale představíme několikaleté klimaticky extrémní období, při kterém poklesne úroda o desítky procent, jak se již na našem území několikrát za posledních 1000 let stalo, pak budeme na domácí krajině mnohem víc závislí, než jsme dnes. Hlavním a největším národním bohatstvím je zemědělská půda. Proto péči o krajinu vnímáme jako důležitý vklad do budoucnosti - nejenom z jakéhosi vlasteneckého či estetického hlediska, ale z důvodu prostého přežívání. A to je věc, kterou nelze dostatečně silně zdůraznit. Téměř dvacet let uvažujeme z nějakého spíš psychologického než skutečného důvodu o globálním oteplování a tak jako jediný lék vnímáme omezení produkce oxidu uhličitého. Ve skutečnosti nás může očekávat celá škála změn a lékem je posílení přirozených schopností krajiny, která je do určité míry schopná klimatické změny vyrovnávat či alespoň mírnit.
ŽIVOT VE SKLENÍKU: HORKÝ SVĚT
Skleníkový jev se projevuje oteplením nižších vrstev atmosféry a povrchu Země následkem přítomnosti skleníkových plynů jako je vodní pára, oxid uhličitý, metan a další plyny. Skleníkové plyny propouští krátkovlné sluneční záření na povrch Země. Tam je část záření pohlcena jako teplo, ale zbytek, tj. až 50-80% se odráží nazpět do prostoru. Interakce se zemským povrchem změní původně prostupné krátkovlné záření na záření dlouhovlné, jež je zachyceno skleníkovými plyny a vráceno zpět na Zemi. Tím se zemský povrch a spodní část atmosféry oteplí. V průběhu historie Země náležela skleníkovému jevu klíčová role udržovatele globální teploty na takové výši, která umožňovala přežití a další vývoj organismů. V dobách slabšího slunečního výkonu, stoupal obsah skleníkových plynů a tím docházelo k vyrovnávání teplot. Bez existence skleníkových plynů by průměrná teplota zemského povrchu byla o 33oC nižší a pohybovala by se asi kolem -17oC.
Koncentrace skleníkových plynů, zejména oxidu uhličitého (CO2) a metanu (CH4) přitom závisí zejména na jeho pohlcování a ukládání mořskými mikroorganismy, méně pak půdními baktériemi a v močálech. Atmosféra je biogenní produkt. Je vytvořena a udržována činností biosféry a bez ní by se během pouhých několika měsíců zhroutila. Posledních 600 milionů let žijeme a vyvíjíme se díky "mikrobiální kolébce", jak nazvala Lynn Margulisová ochrannou a tvořivou atmosférickou činnost mikroorganismů. Tím se dostáváme do nedostatečně prozkoumané oblasti jakési fyziologie Země, ve které celý povrch planety představuje onu globální bakteriální vesnici, bez níž by nemohli existovat větší a složitější organismy včetně člověka.
Až do počátku průmyslové revoluce člověk do složení atmosféry příliš nezasahoval - to je jeho doménou zejména posledních několika desetiletí. Spalování fosilních paliv, ve kterých je oxidován uhlík odložený do sedimentů z atmosféry před desítkami milionů let, vede ke zvýšení koncentrace CO2. Planeta by se tak měla oteplit o 1,5-4,0oC. Koncentrace oxidu uhličitého tak díky člověku vzrostla z 290 na 350ppm CO2 ( ppm = partes per milion = 10-4%). Již tento nárust by měl představovat celkové oteplení nejméně o 1o C. Ve skutečnosti je mnohem menší. To je způsobena jednak tím, že za vyšších obsahů oxidu uhličitého přibývá i dřevní a rostlinná hmota poněkud rychleji a mořské organismy, zejména vápnité řasy ukládají více CO2. Mikrobiální kolébka "ochraňuje" člověka i před ním samým.
Druhým faktorem, který zpomaluje růst teploty jsou emise oxidů síry a zvýšená prašnost. Vodní pára, která je obsažena ve vzduchu jen velmi obtížně vytváří kapičky - k tomu potřebuje nukleační jádra. Industriální prach a drobné kapičky kyseliny sírové tato jádra poskytují a výsledkem je poněkud (o 7-10%) vyšší oblačnost. Mraky, které se v mnoha různých typech vyskytují ve velikostech od milimetrů až po tisíce kilometrů a mohou trvat vteřiny i týdny, se teplotně chovají mnoha různými, často rozpornými způsoby. Celkově se však uznává, že během dne atmosféru poněkud ochlazují (tím jak stíní zemský povrch) a v noci poněkud oteplují (tím jak pohlcují a vrací teplo odražené od Země). Průmyslové emise tak působí proti dennímu oteplování a podporují noční oteplování. Tento jev je pozorován nejenom jako teoretický mechanismus ale i reálnými měřeními dlouhodobých trendů nočních a denních teplot.
Na severní polokouli pozorujeme během 20. století růst průměrné teploty asi o 0,5oC . Nejvíce se otepluje rovníková oblast. Ve středních šířkách, tedy i na území ČR je oteplování slabé a statisticky těžko průkazné. Severní Evropa se jako celek poněkud ochlazuje, ale sv. Evropa např. Finsko se mírně oteluje. Oteplování proběhlo ve dvou větších skocích během 20. a 80.-90. let. Je však sporné ztotožnit toto oteplování se skleníkovým jevem, protože zejména v posledních dvaceti letech došlo k částečné reorganizaci mořského proudění severní polokoule. Nicméně většina studií přičítá toto oteplení, jež na území ČR nepřesahuje 0,3-0,5oC a pravděpodobně je ještě menší, lidskému působení. Co z toho vyplývá pro naši klimatickou budoucnost?
Nechceme být klimatickými kacíři, ale uvážíme-li předpokládaný scénář změn, který obsahuje tři hlavní složky, níže uvedené složky, vychází nám spíš pozitivní působení skleníkového jevu:
- denní teploty se budou měnit málo, ale budou růst noční teploty. Celkový rozptyl teplot se bude snižovat.
- během 21. století dojde k celkovému růstu teploty na našem území asi o 1oC
- během 21. století dojde ke zvýšení oblačnosti a srážek asi o 10%.
Nevěříme tedy na katastrofické ovlivnění klimatu ČR následkem skleníkového jevu. Ze všech možných klimatických scénářů by dokonce byl ten nejpříhodnější, kdyby v jiných částech zemského systému nevyvolával očekávané vážné poruchy - např. další vysušování semiaridních pásem.
Mnohem horší je jiný trend, který nemusí přímo souviset se skleníkovým efektem - průměrné teploty rostou následkem zejména vyšších jarních teplot a letních vln veder. Znamená to možnost jarních such a velkých letních bouřek spjatých s intenzivní erozí, větrnými smrštěmi, náběhy na povodně i rychlým odvodem vody z krajiny, kde sice spadly slušné srážkové úhrny, ale odtekly a tím v horkém létě hrozí přísušky.
Otázka skleníkového jevu je i otázkou politickou: má vůbec cenu nákladně omezovat emise skleníkových plynů nebo to jsou vyhozené peníze? Z hlediska příštích dejme tomu dvaceti, třiceti let bychom se možná nemuseli starat, ale objevují se studie, že při překročení určité, poměrně vysoké koncentrace oxidu uhličitého (asi 700 ppm, mělo by k němu dojít během 80-150 let) se zhroutí současný systém oceánické cirkulace. To by znamenalo dramatické klimatické změny celé severní polokoule a to zejména ve vyšších šířkách. Tlak na snižování emisí skleníkových plynů je tedy oprávněný.
RAKOVINA A OZONOVÁ DÍRA
Vzniká zejména v chladné polovině roku nad Arktidou a severní Evropou. Jedná se o oslabení ozónové vrstvy Země následkem mísení různých vzdušných mas a chemického ničení ozónu. Při vzniku ozónové díry hraje roli jednak přirozené zředění vzduchem chudým na ozón, jednak antropogeně podmíněná likvidace pomocí plynů obchodně nazývaných jako freony. Díky omezení produkce ozónu dochází k zcelování ozónové díry, která pro naše zeměpisné šířky nepředstavuje větší riziko. Úbytek ozónu je na území ČR malý a tvrdé sluneční a kosmické záření je z větší části stíněno prachem a nečistotami v atmosféře. Nicméně počet onemocnění rakovinou kůže stoupl za posledních 6O let asi desetkrát. Jako pravděpodobnou příčinu můžeme uvést kombinaci několika základních faktorů - lidé se víc sluní a plocha plavek je čím dál menší, atmosféra obsahuje stále více kontaminantů včetně kancerogenů a mutagenů (jsou to zejména prchavé organické látky, jejichž hlavním producentem je automobilový průmysl) a lidé používají více kosmetických prostředků často velmi komplikovaného chemického složení. Na kůži tak probíhá stále více nežádoucích reakcí. Praktičtí lékaři proto radí, aby lidé v rozumné míře používali jednoduché kosmetické přípravky a byli si vědomi toho, že nikoliv ozónová díra, ale samotné sluneční záření může být nebezpečné a je třeba jej opatrně dávkovat. Rakovina kůže se pravděpodobně může projevovat i se zpožděním několika desítek let, takže zvláště opalování malých dětí by mělo být velmi mírné.
KYSELÉ DEŠTĚ
Kyselé deště byly v 60. a 70. letech jedním z hlavních ekologických témat, ale dnes o nich téměř neslyšíme - pro sdělovací prostředky přestaly být moderní, přestože jejich dopady na naši přírodu jsou a budou pravděpodobně vyšší než dopady globálního oteplování. V letech 1990-2000 dochází v ČR k poklesu emisí oxidů síry asi o 40%. V té samé době podle řady měření mírně klesá kyselost atmosférických srážek. Např. v Jevanech u Prahy, kde existuje více jak 100 měsíčních měření pH srážek, se průměrné hodnoty snížily z pH 4,2 v letech 1990-92 na pH 4,5 v roce 1997 a tento trend dále pokračuje. Přesto Česká republika se svými 50-60% poškozených lesů představuje nejhůř postiženou evropskou zemi. Hlavní příčinou kyselých dešťů bylo spalování hnědého uhlí ze severočeské pánve, které obsahuje běžně 2-4% síry. Ta se během spalování postupně mění na oxidy síry, pak se hydratuje na kyselinu sírovou a po dopadu na zem buďto přechází do spodních vod, nebo je neutralizována. Vzrůstající automobilová doprava vede k tomu, že emise oxidů síry sice klesají, ale emise oxidů dusíku stoupají a vyhánějí tak "čerta ďáblem".
Neutralizace kyselých dešťů představuje osobitý problém s dalekosáhlými důsledky. Je-li v půdním substrátu dostatek karbonátu, vzniká sádrovec. Po spotřebování karbonátu dochází k vymývání alkálií vázaných zejména na jílové minerály - tehdy vznikají hlavně kamence K-Al sírany. Po vymytí alkálií dochází k samotnému rozpadu jílových minerálů a mezi solemi nalézáme např. jinak vzácný Al-síran nebo dokonce hlinité hydroxidy. Tyto látky jsou toxické pro většinu stromů a zejména pro smrky. Kyselost srážek na jedné straně klesá, ale také zároveň - a někdy rychleji- klesá schopnost půdy neutralizovat kyselé deště. To se týká zejména vyšších poloh, zhruba nad 800m n.v. a chudých substrátů. Výsledkem jsou lesní kalamity, které postupně postihly Krušné hory, Jizerské hory, Krkonoše a v poslední době i Šumavu. Konečná příčina kalamit může být různá - polomy, námrazy, přemnožení kůrovce, ale primární příčinou je oslabení lesa. A zde jsou hlavním viníkem kyselé deště. Lacinou energii posledních desetiletí teď draze platíme a asi i budeme platit. Vymývání půdních bází totiž trvá a tak předpokládáme, že Šumava není poslední horstvo postižené kalamitou. Během příštích dvou či více desetiletí by podobná pohroma mohla postihnout smrkové lesy vyšších poloh a chudých substrátů (např. Českomoravská vysočina) a to se všemi dalšími mikroklimatickými dopady jako je např. vysoušení terénu. Jehličnaté stromy zvláště podhorských poloh svými jehličkami "vyčesávají" z ovzduší aerosoly a zachycují až o 40% horizontální vlhkosti více než listnaté lesy.
Jiným závažným dopadem neutralizace kyselých dešťů je zvýšená tvorba solí, které jsou dílem výmývány, dílem se hromadí v podzemních zásobnících a které se zejména v městském prostředí účastní tzv. solného zvětrávání, neboli destrukce omítek, zdiva a kamene následkem krystalizace a hydratace solí.
PŘÍCHOD LEDOVÉ DOBY: STUDENÝ SVĚT
Již C. Flammarion koncem 19. století ve své knize "Konec světa" upozorňoval na různé možnosti, jakým může být svět zničen. Uvažoval nejenom o pádu komety, "žlutém nebezpečí" - neboli etnických migracích, ale také o příchodu doby ledové. Od té doby to je téma, které se snad každé desetiletí a vždy v poněkud rozvinutější formě vrací na stránky novin. A skutečně není důvod předpokládat, že tento interglaciál skončí jinak než všech padesát předcházejících - příchodem ledové doby. Otázka je jiná: kdy se to stane a jak rozkolísané klima panuje v druhé polovině interglaciálů. Průměrný interglaciál posledního milionu let trvá okolo 20 tisíc let, holocén trvá zatím 10 tisíc let. Každý interglaciál má však poněkud individuální průběh a dokonce některé interglaciály jsou přerušovány stovky či tisíce let trvajícími studenými výkyvy o intenzitě srovnatelné s ledovou dobou. Průměrné podmínky ledové doby na našem území jsou následující:
- čelo kontinentálního ledovce o výšce až 1 km se zastaví přibližně ve střední části Německa a Polska
- klima v ČR bude suché a studené (průměrné roční srážky do 400mm, průměrná roční teplota -2 až-3oC) s dlouhými zimami a krátkými, poměrně horkými léty
- větší část území budou pokrývat travnaté tundry s plazivými dřevinami, ostrůvky zvláště jehličnatých stromů (smrk, borovice) a na chráněných místech i listnatými dřevinami včetně dubu. Charakteristickým divokým zvířetem bude sob.
Na takovémto území mohou přežívat lidé, ale jen na omezené životní úrovni a v omezeném množství. Dá se očekávat obrovský, konfliktní pohyb lidských mas na jih. Ledová doba vyvolaná zastavením oceánického výměníku může přijít již během několika desetiletí a možná i jen jedné dekády. Je to chmurná vyhlídka, ale v příštích asi pěti tisíciletích naštěstí poměrně málo pravděpodobná.
Dlouhou dobu se délka trvání posledního interglaciálu - eemu udávala asi 10 tisíc let, ale novější, kritické údaje získané počítáním jednotlivých ročních vrstviček v jezerních sedimentech prodlužují toto trvání skoro na dvojnásobek. Zároveň charakter Milankovičových parametrů, tedy vzájemné pozice Slunce a Země ukazuje spíš na dlouhý interglaciál. Pokud se opřeme o srovnání sedimentů v jednotlivých interglaciálech získáváme podobný vzorec sedimentace - vyplývá z něj, že bychom měli vstupovat do poslední třetiny interglaciálu a že velmi pravděpodobně se holocén nalézá již za svým zenitem. Jinými slovy, že "v tomto interglaciálu máme již to nejlepší za sebou" V klimatologii není o překvapení nouze, ale přesto považujeme za málo pravděpodobné, že by tato či příští generace mohly zažít příchod ledové doby. Spíš máme před sebou ještě několik tisíc let interglaciálního klimatu. Jiným a závažnějším problémem je rozkolísaný klimatický chod, který se projevuje v druhé polovině a zejména na sklonku interglaciálů. Pravděpodobnost klimatických oscilací, zejména náhlých propadů do chladných podmínek a opětovných rychlých návratů průměrného interglaciálního klimatu vzrůstá.
SUCHÁ OBDOBÍ A KONTINETALITA
Sypkým nebo polopevným vápencům, které se sráží na vývěrech vod z vápnitých oblastí říkáme pěnovce. Mohou vytvářet vápnité močály ve výplních údolí nebo kupy na vývěrech krasových vod o mocnosti až 17 m. Pěnovce se tvořily v holocénu a jejich vývoj a složení dobře odráží klimatické změny posledních tisíciletí. Nejznámnější pěnovcová kupa na našem území leží v Českém krasu za klášterem v malé obci Svatý Jan pod Skalou. Představuje mezinárodní opěrný profil vývoje středoevropského holocénu. Sedimentace zde začala před 9400 lety a skončila po sérii suchých období před 2700 lety. V horní části mnoha pěnovcových kup roztýlených mezi Duryňskem, Čechami a východním Slovenskem nalézáme 3-4 polohy tmavých, humózních půd - rendzin. Ukazují, že několikrát přestaly prameny na dobu asi 100-200 let vytékat a že na povrchu kup se začal vytvářet půdní pokryv. Kdybychom tyto půdní polohy nalezli jen na některých kupách, interpretovali bychom je jako důsledek stěhování pramene. Vyskytují se však příliš často a ve stejné poloze, takže musíme uvažovat o tom, že naše země byly postiženy několika výraznými suchými obdobími, z nichž nejdůležitější byl subboreál v letech 700-1250 před Kristem.
Subboreál představuje nejvíc katastrofické období celého holocénu a skutečně v této době došlo následkem vpádu mořských národů ke zničení všech (až na Egypt, který je díky Nilu závislý na klimatu tropické Afriky) středozemních říší. Doklady z našeho území hovoří o nízkých vodních stavech a neexistenci povodní - i obilné zásobnice si lidé hloubili přímo na březích řek. Podle nálezů želv, která snese velké zimy, ale pro své rozmnožování potřebuje teplá léta, usuzujeme na vyšší letní teploty. Naproti tomu skalní řícení a ústupy jeskynních vchodů, polohy hrubozrných sutí překrývajících hlíny se střepy pozdní doby bronzové a další projevy ukazují na velmi chladné zimy. Spojíme-li si tyto údaje v jeden řetěz důkazů: suché roky-horká léta-velmi studené zimy (ale také odlesnění a splachy půd) získáme vcelku přesvědčivý obraz intenzivních posunů kontinentálního klimatu. Území ČR leží na důležité, ale velmi neostré hranici mezi klimatem s převládající západní oceánskou složkou a východní kontinentální složkou. To je i jeden z hlavních důvodů, proč je předpověď klimatického chodu příštích let tak obtížná. Jakoby se nad ČR přetahovalo zhruba stejně silné kontinentální klima s oceánským. Chvíli vítězí jedno a chvíli druhé. Jedna zima je velmi mírná a druhá mimořádně mrazivá. Ale i v mírné zimě se náhle objeví dva, tři týdny s extrémně nízkými teplotami.
Stejně tak léto může být horké a slunečné nebo může propršet. Nikdy to přesně nevíme předem a pravděpodobně to ani nikdy vědět nebudeme. S jistotou však můžeme říci, že naše území je zasahováno nepravidelně se střídajícími vlny oceanity a kontinentality. Celkově převládá a zejména v první polovině holocénu výrazně převládalo oceánické klima. To bylo postupně střídáno náhlými výkyvy suchého, kontinentálního klimatu trvajícími až několik set let. Někdy před 2-3 tisíci let se ustálil jakýsi proměnlivý režim klimatu na rozhraní mezi oceanitou a kontinentalitou, ve kterém žádná z obou složek není příliš výrazná a navíc se rychle střídá. Celý jev si můžeme představit jako vypínač s polohou mírné a vlhké oceánické klima a polohou studené a suché kontinentální klima. Během starého a středního holocénu je vypínač nastaven téměř neustále na oceánském klimatu. Pak někdo tu a tam přepne vypínač z jedné polohy do druhé, ale v posledních 2-3 tisíciletích si onen neznámý (pravděpodobně NAO) hraje s vypínačem neustále a každých několik desetiletí jej přepíná, ale v jakémsi režimu mírnějších změn. V historickém záznamu pak pozorujeme nepravidelně se střídající období trvající několik až několik desítek let.
V evropském měřítku se rovněž uplatňuje podobná "cyklicita", ale některé teplotní a srážkové vrcholy jsou v různých evropských zemích navzájem posunuty. U větších oscilací evropského klimatu projevující se např. rozdíly průměrných teplot 0,8-1,2oC je obvykle možné takovou změnu korelovat v pásmu sahajícímu přes několik zemí. Menší změny bývají pro různé oblasti individuální. Velmi obtížně se daří korelovat morfologicky odlišné a geograficky vzdálené oblasti - např. Švýcarsko a německou nížinu nebo střední Evropu a Skandinávii. Několik desítek let trvající klimatické změny je rovněž možné detekovat v mořských vrtech, kde různé zastoupení prachových a písčitých zrnek vypovídá o zásadních změnách ve směru silných větrů. Suché, přibližně dvacetileté výkyvy byly rovněž zaznamenány v sedimentech mělkých, vysýchavých afrických jezer. Oscilace v měřítku 5-8 a 20-30 let jsou pro naše a zřejmě světové klima posledních staletí základní veličinou. V delších časových úsecích je nutné počítat s i významným 90tiletým cyklem. O příčinách této nepravidelné, "kulhavé" cyklicity existuje obrovské množství často rozporuplných prací. Nicméně většina autorů považuje za základní příčinu množství sluneční energie dopadající na povrch Země, respektive atmosféry.
Přesto pouhé poznání slunečních cyklů k poznání budoucího vývoje klimatu nepostačuje. Víc jak 80% sluneční energie přijímané Zemí je dále rozváděno systémem oceánských proudů, které fungují v několika různých režimech. Určitá úroveň dopadající sluneční energie automaticky neznamená, že teplo bude rozvedeno obvyklým způsobem, ale možností je obvykle několik. Závisí na celé řadě faktorů - od síly větrů až po množství vody přiváděné řekami. Ve složité nervatuře oceánského proudění rozhodují rozdíly teplot o pouhých několik stupňů Celsia a rozdíly salinity vyjádřené v několika promile. A celý tento systém není provozován v nějakém pevném "potrubí", ale ve fluidním, proměnlivém prostředí světového oceánu. Z tohoto pohledu je vlastně div, že přirozená variace klimatického systému je tak malá.
Právě přirozené střídání teplých a studených , suchých a vlhkých období považujeme za největší klimatické riziko našich zemí. Za posledních tisíc let u nás nedošlo k žádné skutečně drastické klimatické změně. Byly suché i vlhké roky, povodně a klimaticky podmíněné hladomory. Klimatické oscilace, které tyto, z hlediska tehdejších poměrů téměř neřešitelné krize přinášely, trvaly málokdy víc jak několik let. Kromě toho se vždy projevovala klimaticky příznivá a klimaticky nepříznivá desetiletí, během kterých rostla či klesala zemědělská produkce a následkem toho docházelo k ochuzování či bohatnutí celých vrstev společnosti. To v kombinaci s dalšími ekonomickými a společenskými faktory mohlo, ale též nemuselo, vést k bouřím, revolucím a politickým zvratům. Špatná několikaletá úroda, která se dokonce projevila nedozráním vinné révy např. předcházela Velkou francouzskou revoluci. Dá se to říct i jinak: dobrá vláda je v našich klimatických podmínkách schopná zvládnout i větší klimatickou krizi, zatímco špatná či průměrná vláda může podstatně zhoršit situaci společnosti i při průměrné klimatické změně.
VLHKÉ ROKY, POVODNĚ, TORNÁDA
V letech, kdy víc prší, vzrůstá nebezpečí povodní, protože půda je již nasycena vodou, takže další srážky po ní stékají. Pro vlhká období platí totéž jako pro suchá, ale s opačným znaménkem. Existují vlhká desetiletí, ve kterých bývá víc povodní než v klidových obdobích, která málokdy (jak se stalo ve 20. stol.) trvají déle jako 40-50 let. Povodně přicházejí nejenom samostatně, ale častěji ve shlucích ovlivněných celkovým klimatickým chodem několika desetiletí. V klidových období vyhasíná povodňová paměť a lidé stavějí svá sídla v říčních nivách, aby o ně později přišli. Je velmi instruktivní projít si vesnice v Polabí, na Vltavě či Berounce. Zde všude docházelo zejména při jarním tání ke vzniku "dřenic", ledových hrází, které zvedaly hladiny řek o neuvěřitelných 6-11m ! Jádra historických vesnic a městeček (Přelouč, Čelákovice, Budňany aj.) tak ležela na malém pahorku až několik set metrů od řeky Jak přibývalo lidí a ubývalo půdy, tak se zástavba posouvala stále blíž řece a přečasto na tento trend doplatila.
Nadprůměrná povodňová aktivita ve 14. století vedla ke zničení desítek vesnic, které ležely méně jak 4-5m nad údolní nivou. Dokonce bylo nutné přestěhovat celé středověké město - Děčín - který pak již nikdy nebyl na stejném místě obnoven. Povodně postihovaly povodí Labe a Vltavy rovněž ve 30. letech 15. století a během celého 16. a19. století. Již před velkými povodněmi roku 1997 upozorňoval J. Kotyza, J. Svoboda a další odborníci, že pravděpodobnost velkých povodní vzrůstá, protože klidové období trvá již příliš dlouho. Tuto předpověď můžeme rozšířit tím způsobem, že je podobně jako v minulosti pravděpodobnější, že se bude jednat o celé období zvýšené povodňové aktivity než o jeden samostatný jev, jednu osamnělou povodeň.
Kromě velkých povodní regionálního měřítka známe tzv. "bleskové či přívalové povodně", které bývají též označovány jako "flash-floods", neboli "povodňové záblesky". Charakteristická přívalová povodeň vzniká po velké jarní či letní bouřce a ovlivní jen několik km2. Na postiženém území se však projeví rychlým vzestupem hladin nějakého místního toku, často malého potoka, až o několik metrů. Její účinky zasahují jen několik chalup či část vsi, ale bývají devastující. Mnoho přívalových povodní spadne mimo obydlené oblasti, takže o jejich četnosti jsme jen málo informováni, přesto se podle svědectví lesníků a strážců chráněných oblastí, kteří soustavně sledují po desítky let své revíry, zdá, že jejich počet se v posledních letech zvyšuje. Pokud tomu, tak skutečně je, pak je můžeme přičíst abnormálně teplým rokům, ve kterých se zvyšuje počet vln veder a tím i bouřek.
Se zvyšováním teploty povrchu přímo souvisí výskyt tropických hurikánů, jejichž hnacím motorem je vysoká teplota povrchu moře (kolem 27oC). Dráha hurikánů opisuje nepravidelný ovál mezi středním Atlantikem, Karibskou oblastí a Floridou. Zde hurikány obvykle způsobí největší škody a zaniknou. Některé z nich, byť v oslabené podobě silných, nárazových větrů a mořských bouří, se stáčí nazpět nad Atlantik a přes Velkou Británii směřují dál do západní Evropy. Zde se projevují jako ničivé větrné smrště a bouřlivé přílivy. Počet a intenzita těchto smrští v posledním desetiletí vzrůstala a pojistné škody se několikanásobně zvyšují. Z historické analýzy víme, že v letech s bouřlivými přílivy na pobřeží Německa a Francie bývá v Čechách mírná zima. Vyšší teploty povrchu Země rovněž vedou ke vzniku tornád. Na území ČR se jedná o mimořádně vzácný jev, ale již území Německa bylo v posledním desetiletí zaznamenáno několik tornád, které měly jako v okolí Hamburgu ničivé účinky. Tornádo na Sázavě bylo schopné ukroutit koruny vzrostlých stromů a odnést je neznámo kam. V klimatologii je málo záležitostí, o které by se nevedly spory, ale nikdo nepochybuje o tom, že oteplování sebou přináší zvýšený výskyt bouří, větrů, smrští a pádů krup.
Naproti tomu při ochlazení klesá odpar, půda je déle promrzlá a krajina se celkově zvlhčuje, aniž by muselo dojít k podstatnému zvýšení srážek. Je velmi zajímavé seznámit se např. s popisy lesů na konci minulého století v období s poněkud vlhčím a studenějším chodem, které může být blízké tomu, jež nás čeká. Především mnoho lesů bylo podmáčených a tam, kde dnes snadno procházíme suchou nohou, bylo nutné nosit holínky. Něco podobného se týkalo podhorských luk a řady polí. Vysoušení současné krajiny a to i v místech, kde nebyly položeny meliorace, je evidentní a nemusí být trvalé. Na to je nutné pamatovat při zakládání domů. Zvlhčení klimatu má ještě jeden důležitý dopad - hnití zemědělských plodin a množení plísní a některých škůdců. V těchto letech se klimatický cyklus zřejmě přechyluje na stranu celkově vlhčího klimatu, které by zde mělo zůstat dalších možná až 90 let.
SOPKY, METEORITY, VÝBUCHY
Sopečný výbuch, pád meteoritu nebo dokonce jaderná válka mají společné klimatické rysy. Do ovzduší je uvolněno velké množství prachu nebo aerosolů, které díky velké energii výbuchu pronikají nikoliv jen do troposféry (odkud jsou nejpozději během tří týdnů vymyty), ale hlavně do stratosféry. Komunikace mezi klidnou, zvrstvenou statosférou (stratum= vrstva) a bouřlivou troposférou (tropo- = obracet) je omezená a tak prachové částice obíhají celou Zemi a jen pozvolna sedimentují. Dozvuky velkého sopečného výbuchu, jako byl v nedávné době výbuch sopky Pinatubo a Tambora, je v klimatickém systému cítit ještě další 2-3 roky a statisticky se dá dokázat ještě po pěti letech. Silné sopečné výbuchy, které zastínily Slunce a tím ochladily atmosféru, měly pravděpodobně velmi zásadní vliv na krize pravěkých civilizací. Již Benjamin Franklin upozorňoval, že opar nad Atlantikem způsobený erupcí islandské sopky Laki měl vliv na mimořádně chladnou zimu 1783-84.
Sopky pravděpodobně zásadně ovlivnily vývoj dvou dvou velkých prehistorických oblastí - Středozemí a Číny. V čínských análech existují popisy oblak prachu, které na dobu několika týdnů zastiňovaly hvězdy na noční obloze a způsobily zničení úrody a velký hladomor. Ve středozemní oblasti se za období zvýšené vulkanické aktivity považují zejména roky 1500-1800 před Kristem, kdy klimatické změny přispěly k zničení minojské kultury a možná měly díky kulturním či etnickým migracím vliv i na rozvoj naší domácí únětické kultury starší doby bronzové.
Pád meteoritu má podobné dopady jako vulkanická exploze, ale není tak častý. Z třetihor a čtvrtohor známe asi 60 impaktových (tj. vzniklých dopadem meteoritu) kráterů, jejichž průměr dosahuje od několika set až do několika desítek kilometrů. Některé ze zásadních hranic mezi geologickými obdobími či útvary, jako je např. slavná hranice mezi křídou a terciérem mají svůj původ v dopadu velkého meteoritu, který prachem zastínil povrch Země možná až na několik desítek let, způsobil velké ochlazení a masové vymírání živočichů. Zatímco k sopečnému výbuchu, který by nějak viditelně ovlivnil počasí na území ČR, může dojít tak 2-3x za století, představuje pád meteoritu sice devastující, ale málo pravděpodobnou událost operující v geologickém měřítku. Pokud vůbec můžeme na základě historických zpráv vystopovat dopady sopečného výbuchu na náš ekosystém, jednalo se o 1-2 chladné, deštivé roky (roky bez léta a tvrdé zimy), během kterých nedozrávala úroda a obilí hnilo. Čím víc se blížíme do zemědělsky méně příznivých oblastí, např. do vyšších horských území nebo do Skandinávie, tím jsou dopady horší a jejich vliv na obyvatelstvo vyšší.
EROZE PŮDY A SESUVY
Řada studií i pozorování např. dlouhých rýh telefonních společností, které se táhnou na kilometry daleko naší krajinou ukazuje, jak silně je v dlouhodobém měřítku několika desítek let ohrožena svrchní, úrodná vrstva půdy. Erozi můžeme dělit na hloubkovou, která způsobuje vznik roklí a výmolů, a plošnou, která neviditelně, milimetr po milimetru snižuje mocnost půdy na celé ploše. Hloubková eroze je vázána zejména na chladné oscilace. Podle výsledků archeologického výzkumu vznikaly 10 i více metrů hluboké rokle v Německu během 14. století a v menší míře i na konci 16. století a později. Při hloubkové erozi dochází nejenom ke ztrátám zemědělské půdy, ale také při ústí roklí k vytváření výplavových kuželů a zazemňování říčních niv včetně přirozených i umělých nádrží.
V uplynulých letech jsme sledovali mnoho kilometrů různých technických rýh pro plynovody či telefonní kabely. Pravidelně se setkáváme s projevy plošné eroze, která postihuje celé krajiny. Např. na polích Českého krasu a to i na zarovnaném, měkce modelovaném reliéfu je patrné, že mocnost tmavé svrchní vrstvy úrodné půdy se i na mírných svazích snížila z původních 20-35 cm asi o jednu třetinu a místy i více. Naproti tomu v údolích a v dolních částech svahů se plošně splavená půda hromadí a dosahuje až 50 cm. Pokud tento trend bude dále pokračovat ( a neděje se téměř nic, co by jej mohlo zmírnit), pak musíme počítat s tím, že plošná eroze během 100-200 let obnaží podložní, chudší půdní horizont, což povede k výraznému snížení úrodnosti. Plošná eroze nepůsobí katastrofickým dojmem, protože na rozdíl od třeba tornáda nebo krupobití není vidět a nevzbuzuje zájem sdělovacích prostředků, ale její dopady spočívající v degradaci rozsáhlých územních celků mohou být v dlouhodobějším měřítku zhoubnější než nějaká spektakulární klimatická pohroma.
Mezi klimatem a sesuvy je obtížné nalézt jednoznačný spojovací článek. Sesuvy vznikají a vyvíjejí se podle typu reliéfu a substrátu tedy z interních příčin. Spouštěcím mechanismem sesuvů ale pravidelně bývají dlouhotrvající deště, které natolik zatíží skalní masiv nebo zvodní jeho odlučné plochy, že dojde k sesuvům. Zvlášť náchylné k sesuvům a svahovým pohybům jsou horniny karpatského flyše, jehož samotné jméno je odvozeno od německého výrazu pro "tečení".
ETNICKÉ MIGRACE, POLITICKÝ A SOCIÁLNÍ NEKLID
Z předcházejícího rozboru vyplývá, že území ČR leží v klimaticky stabilní zóně a že případných několik let nepříznivého klimatu je možné za předpokladu dobře fungující státní správy zvládat. Nejméně polovina světové populace však žije v situaci, kterou může klimatická změna -např. další vysušení semiaridních oblastí, změna monzunové cirkulace nebo vzestup mořské hladiny - životně ohrozit. Světová populace zároveň roste a řada jejích částí se ocitá na hranici environmentální únosnosti. Této meze často dorůstají právě v období příznivé klimatické periody a po zhoršení podmínek následuje sociální kolaps, který v našem globalizovaném světě vede k vlnám ekonomických a environmentálních uprchlíků.
Otázka etnických a kulturních migrací pravěku Evropy patří mezi nejvíc složité problémy současné archeologie. Navíc se dá jen velmi obtížně stanovit, zda určitá oblast či říše zanikla z vnitřních sociologických důvodů nebo z vnějších klimatických důvodů, anebo z kombinace obou. Základní model etnické migrace, který je s určitými výhradami přijímám i v dnešní době, podal již v roce 1940 Bedřich Hrozný v knize "O nejstarším stěhování národů a problému civilizace proto-indické". Za hlavní příčinu migrací v euroazijském pásmu dnes považujeme periodické vysoušení lesostepního pásma táhnoucího se přibližně mezi Černým a Kaspický mořem přes středoazijské republiky až k hranicím Číny chráněným Čínskou zdí nebo jejími předchůdci. Maximum obyvatel žilo v rozvolněné zemědělské krajině na rozhraní lesa a stepi. Step sice poskytovala sezónní dostatek píce pro pasoucí dobytek, ale její úživnost během horkého, suchého léta anebo během tuhé zimy, byla malá. Zemědělci se nepouštěli do zápasu s lesem, ale žili na jeho hranici v místech, kde byl už dostatek vláhy a úrodné půdy a kde šlo využít volných travnatých ploch ke kočovnému zemědělství. Kratší nepříznivá období řešila řada pravěkých kultur přesunem hlavního způsobu obživy ze zemědělství na pastevectví.
Nomádi mají jinou sociální strukturu než zemědělci. Jsou lépe organizovaní, protože řídí přesuny několika desítek (charakteristicky 70-100 ) lidí tří generací a několikatisícové stádo dobytka. Charakteristická je pro ně "vláda pevné ruky" a vyspělejší válečnická technika. Středoazijské lesostepní pásmo zaujímá obrovskou plochu, takže uživilo mnoho milionů zemědělců, ale podstatně menší množství pastevců. Podle pylových diagramů však víme, že zde několikrát, charakteristicky např. v mladší polovině eneolitu (2800-2100 let před Kristem), docházelo k rozšíření stepi až o 200 km. Tím zemědělci přicházeli o zázemí, a step už nestačila uživit pastevce. Na suché výkyvy, které jsou analogické suchým výkyvům zaznamenaným jako vrstvy půd v našich pěnovcových tělesech, reagovaly lidské společnosti jakýmsi etnickým dominovým efektem. Cesta na východ bývala úspěšně blokována čínskými říšemi, které po celou dobu své existence čelily náporu barbarů. Cesta na západ vedla dvojí trasou - nejčastěji přes anatolijsko-trójskou oblast na Balkán a odtud podél Dunaje do karpatské kotliny ( a odtud přes jižní Moravu do Polabí) anebo severně od karpatského oblouku polskými a německými nížinami. Evropa tak opakovaně, pravděpodobně již neolitu až po historicky dokumentované nájezdy Tatarů a Turků vstřebávala tu etnické, tu pouze kulturní podněty přinášené z předního či středního východu.
V environmentálně a politicky zranitelném současném světě, v němž přibývá lidí žijících pod hladinou chudoby, a ve kterém navíc pozorujeme posledních 50 let trvající trend k vysoušení subtropických semiaridních pásem, musíme počítat s problémem etnických migrací a přizpůsobit jim svoji imigrační politiku. Lze se přitom opřít o zkušenosti ze západní Evropy, které ukazují, že pokud v určitém státě vznikne dostatečně početná menšina, tak funguje jako krystalizační jádro pro další, třebas ilegální, přistěhovalce. Je nepochybné, že se budeme muset učit žít nejenom se slovenskou a ukrajinskou, ale také s vietnamskou a čínskou menšinou, která bude ve druhé generaci vstupovat na vysoké školy a ve třetí generaci do politiky. Domníváme se, že z hlediska naší civilizace budeme více ovlivněni sociálními dopady klimatických změn než samotnými klimatickými změnami. Navíc Evropa si musí zvykat na to, že je malá a tím i z hlediska světa nepříliš zajímavá. V současné době tvoří země Evropské unie asi 7% světové populace, ale v polovině 21. století to bude možná jen 3% světové populace.
KLIMATICKÁ BUDOUCNOST
Četli jsme v životě příliš mnoho klimatických prognóz a s trochou přehánění jsme získali dojem, že lhostejné či dokonce zlomyslné podnebí bedlivě sleduje, co o něm, kdo napíše a pak schválně udělá něco jiného. Náš přístup je, jak jsme uvedli již v úvodu, odlišný v tom, že příliš nevěříme tomu, že z minulosti se dá poznat budoucnost. Minulost je dobrá k vymezení hranic systému, k poznání toho v jakém rozmezí teplot, srážek či katastrof se systém obvykle pohybuje. Systémem je v našem případě podnebí či převládající typ počasí vázaný na určitý region či na území ČR a jeho blízké okolí.
Ptáme-li se "jaké bude klima v 21. století?", pak poctivá odpověď zní "to nikdo neví a prognózy si odporují". Nicméně z analýzy průběhu minulých klimatických změn můžeme poměrně dobře odhadnout, v jakém klimatickém rozmezí se budeme pohybovat a jaká jsou budoucí rizika. Především klima bude stejně proměnlivé jako v předcházejících staletích. Podle výsledků všech měření jsou přirozené variace klimatu stále ještě důležitější než antropogenní ovlivnění a takové nejspíš ještě řadu desetiletí zůstanou. Neznamená to, že složení atmosféry můžeme klidně dál ovlivňovat emisemi všemi druhu, protože již ve 22. století při dosažení hranice obsahu CO2 asi 700 ppm může naopak začít převládat destabilizující vliv člověka.
Z dlouhodobého hlediska je prakticky jisté, že i tento interglaciál skončí jako všech padesát předcházejících - příchodem nové doby ledové. Orbitální parametry Slunce a Země však naznačují, že máme ještě několik tisíc let času. V měřítku celého středoevropského holocénu představují hlavní katastrofické události suchá období s kontinentálním chodem srážek a teplot a trvající od 100-200 let a v případě subboreálu i déle. Poslední takové období končilo okolo roku 700 před Kristem. Suchá, kontinentální období evropského pravěku sice často vymezují počátky a konce různých kultur či jejich fází, ale ne konec osídlení. Středoevropské sucho není katastrofou, ale je změnou. Ale není pravděpodobné, že by nás podobný výkyv potkal. Krátkodobá a asi i méně intenzivní suchá období však mohou přijít a ovlivnit zejména okraje panonské pánve - tedy jižní Moravu a v menší míře střední Čechy, ležící ve srážkovém stínu pohraničních hor.
Většina současných analýz buď počítá s antropogenním působení skleníkového jevu nebo naopak s přirozenou klimatickou variabilitou. Skleníkový jev v našich podmínkách představuje zvýšení průměrné roční teploty asi o 1oC, snížení teplotních extrémů zvláště nízkých nočních teplot a zvýšení srážek asi o 10%. Takto charakterizovaný skleníkový jev by pro naše šířky znamenal dobrodiní, kdyby zároveň neotevíral dveře jiným nebezpečím jako je budoucí možné zhroucení oceánické cirkulace, novým škůdcům a nemocem nebo etnickým migracím z více ohrožených částí světa - zejména ze semiaridního pásma Ruska a středoazijských republik, kde naopak skutečná pozorování i matematické modely ukazují na trend snižování srážek a ten zde znamená nikoliv změnu, ale katastrofu.
A co se týče přirozené klimatické variability, tak dlouhodobé statistické trendy ukazují, že několik desítek let trvající teplé období, by se nejpozději kolem roku 2000 mělo měnit na studenější a srážkově poněkud bohatší. Tomu odpovídá nejenom dlouhodobý vzorec přirozené cirkulace, ale také konec poměrně význačného devadesátiletého cyklu sluneční aktivity. Příští desetiletí sledují klimatologové s velkým zájmem, protože pokud bude dále pokračovat vzestupný teplotní trend, tak to bude nejspíš znamenat, že antropogenní signál skleníkového jevu začíná přehlušovat přirozené oscilace. A to je i klíčový problém klimatické prognózy pro Českou republiku - buď převáží přirozený chod a pak budeme v několikaletém průměru pociťovat oteplování anebo převládne přirozený chod a pak nás s největší pravděpodobností čekají studenější a vlhčí desetiletí.
V obou případech však bude klima i nadále oscilovat v dřívějších cyklech 2-3, 5-6, 20-30 let. Chceme-li se dopředu připravit na klimatické změny, neuvažujme ani o studeném ani o horkém, ale o proměnlivém světě. Přitom s kolísáním teplot toho příliš neuděláme, ale se srážkami se dá hospodařit. Ideálem je takové vodní hospodářství, které je schopno vyrovnávat povodně i sucha. V praxi to znamená správně fungující les, který zadržuje velké srážky a pak je postupně během roku vydává, existenci malých vodních nádrží, jež se během srážkového období naplní a pak mohou sloužit jako zásobárna vody a také revitalizovaný systém říčních niv, ve kterých se voda může rozlévat a zpomalovat povodňové kulminace efektivněji než ve velkých nádržích, které pomáhají při 20-30tiletých vodách a škodí při větších povodních. Klimatické změny se v našich podmínkách dají mírnit péčí o půdu a o krajinu, jež je naším největším skutečným bohatstvím.
Za skutečná rizika klimatických změn, ať již v primárním, bezprostředním dopadu nebo v druhotných, zprostředkovaných účincích považujeme zejména tyto procesy:
- kyselé deště i přes podstatnou redukci emisí stále působí, vymývají půdní báze, oslabují zejména na málo úživných podkladech a ve výškách nad 700-800m n.v. monokulturní hospodářské lesy. V příštích dvou desetiletích očekáváme podobné kalamity, jaké postihovaly Krušné hory, Jizerské hor, Krkonoše a Šumavu i na dalších pohořích.
- 20. století je u nás stoletím povodňového klidu narušeného až více jak stoletou povodní na Moravě v roce 1997 v povodní v Čechách v roce 2002. Trend ke zvlhčování letních měsíců a okolnost, že povodně často přicházejí ve shlucích, nás nutí počítat se zvýšeným povodňovým nebezpečím.
- Bude-li pokračovat trend celkové plošné ("plíživé") eroze zemědělské půdy, je třeba během příštího století očekávat degradaci celých krajinných celků a podstatné snížení celkové úrodnosti půd.
- v neklidném 21. století v době demografického růstu a zhoršování životního prostředí v některých územích až za mez stability mohou mít a pravděpodobně i budou mít sekundární dopady klimatických změn ve zranitelných částech světa jako kolapsy ekonomik, sociální napětí, lokální konflikty větší dopad na život v ČR než reálné klimatické změny postihující střední Evropu.
K překonání následků klimatických změn vedou podle našeho názoru dvě navzájem provázané cesty - péče o krajinu a zemědělskou půdu, a spravedlivá, dobře organizovaná a přitom flexibilní státní správa.
Příloha
Počátky instrumentálních meteorologických pozorování
Pozorování počasí patří pravděpodobně k jedné z nejstarších vědeckých disciplin na světě. Lidé pochopitelně chtěli být připraveni na to co je čeká, jaký bude meteorologický vývoje řekněme V příštích 5 nebo 10 dní a podobně. Tento zájem měl své logické pozadí v ekonomické základně, kterou bylo zemědělství. To se v našich zeměpisných šířkách muselo krátce po svém vzniku, resp. krátce po svém příchodu adaptovat na jinou klimatickou oblast, nežli byl Přední východ, kde vzniklo. V klimatickém pásmu Předního východu panují jiné teplotní a hydrologické poměry nežli ve střední Evropě, takže pozorování počasí a podnebí patřilo zřejmě k základním informačním systémům, které byly vypracovány s cílem jejich dlouhodobého využití. Tím jsou myšleny samozřejmě pranostiky s jejich mimořádně obsažným informačním potenciálem. Nicméně i když využití těchto lidových meteorologických zkušeností, zůstalo v používání prakticky až do naší historické současnosti, zásadní klimatické změny tato pozorování neposkytovala. Přesné určení meteorologického vývoje mohly poskytnout pouze přístroje, které by reagovaly, na všechny meteorologické změny. Proto je třeba zdůraznit, že pokrok a vývoj meteorologie, byl umožněn teprve vynalezením základních přístrojů. Ty byly původně sestrojeny pro řešení fyzikálních problémů, ale byly velice rychle použity pro klimatologické potřeby. Definice meteorologie jako samostatného vědního oboru je v úzké vazbě se stejnou definicí moderní fyziky, neboť oba vědní obory vycházely prakticky ze stejných pozic. Bez kvalitních měřících přístrojů by totiž vůbec nevznikly. To bylo přibližně na počátku 17. století.
POČÁTKY JSOU V ITÁLII - GALILEO GALILEI
Zde je nutné učinit jednu vsuvku, která by měla zůstat trvale zapsána v širším podvědomí a totiž to, že nová měřící technika byla dílem italských fyziků a především sklářských dělníků v toskánské Florencii.
Samozřejmě, že s tímto konstatováním souvisí základní otázka, proč právě Itálie? I když odpověď nebude jednoznačná a asi nikdy definitivní, můžeme konstatovat, že se spojuje se jménem Galileo Galilei. Ten však nemohl vyrůst v takovou autoritu, kdyby k tomu neměl technické a především ekonomicko-sociální zázemí celé oblasti. Ekonomická situace Itálie a vůbec celé středomořské oblasti byla od konce 15. až do počátku 17. století až neuvěřitelně dynamická a stala se centrem nebývalého bohatství a blahobytu. To znamenalo, že základní potřeby společnosti se nesoustředily pouze na otázku prostého přežití, ale na to, že jsou již k dispozici takové prostředky, které umožňují pohlédnout do budoucnosti. S tímto zjištěním se pochopitelně zaměřil zájem na praktické využití konkrétních poznatků.
Galileovi životopisci zdůrazňují jeho zájem o řešení konkrétních problémů spojených s fyzikou, které vycházely z praxe. Například jeho epochální vynález dalekohledu byl podmíněn požadavkem velitelů benátského loďstva o poskytnutí přístroje, který by s dostačnou přesností rozlišoval na velkou vzdálenost něpřátelské lodi. I jeho druhý vynález, který se běžně ujal a dnes již téměř nikdo neví, že jeho autorem je Galileo, bylo mechanické počitadlo určené pro vojenské účely.
Tyto objevy, které tak výrazně přispěly k lidskému pokroku, byly paradoxně vytvořeny oficiálními vojenskými zakázkami. Galileův postoj v otázkách fyziky spočíval především v experimnetu a nikoliv v neúčelných scholastických rozborech starých klasiků. V Galileovi se již hlásí ten duch renesance, který dbal na osobní poznání - u M. Luthera se jednalo o osobní cestu k Bohu, u Erasma Rotterdamského na osobní poznání bible a u renesanční vědců o experiment a vlastní poznání podstaty přírodních jevů.
Nicméně již koncem 16. století se ekonomická situace začala silně měnit ve prospěch západu, kam se pozvolna přesouvalo těžiště světového obchodu. Na domácím, poněkud přesyceném italském trhu zavládl tvrdý konkurenční boj v němž obstál pouze zručný řemeslník a především dovedný technik. Za takového stavu se zemědělská výroba stávala určitým východiskem s možností mimořádné budoucí prosperity. Do zemědělství byly investovány velké částky, jejichž návratnost by se ještě zvýšila rozvinutím dálkového obchodu. Primárním cílem italského zemědělství od konce 16. a počátku 17. století bylo především zavodňování a s tím spojené i první měření spadlých srážek a stanovení optimálních klimatických podmínek ve stájích pro hospodářská zvířata a v sýpkách.
Proto se mladý Galilei, který začal pracovat ne velkovévodském dvoře toskánských šlechticů, nezabýval problémy nebeské mechaniky, ale docela přízemním problémem, jak vyřešit vyhloubení říčního dna s co nejmenšími finančními náklady. Výsledkem jeho odborného působení bylo udělení patentu na stroj ke zdvihání vody a zvodňování pozemků, kerý měl časovou platnost dvaceti let na území benátské republiky v roce 1593. Galileův vynález však spočívá v tom, že jako první položil dostatečně pevné základy k sestavení velmi přesných přístrojů k měření teplot, které byly založeny na teplotní roztažnosti použitého média.
GALILEŮV TERMOSKOP
První přístroje používané na měření teploty byly vcelku primitivní. Základ termoskopu představovala skleněná trubice přibližně půl lokte dlouhá, která měla světlost asi jako průměr stébla trávy. Na jejím horním konci byla vyfouknuta koule o vleikosti slepičího vejce. Dutá koule byla naplněná vzduchem. Přístroj fungoval tak, že když byla koule oběma rukama zahřáta a spodním koncem vložena do nádobky s vodou, nasávala tu větší či menší množství vody podle teploty ohřátého vzduchu. Když se koule ochladila a vzduch se v ní smrštil, vystupovala voda v trubici až do určité výšky nad hladinu vody v nádobce a tam pod vlivem okolníhoatmosférického tlaku již zůstala.
Galileův princip, který on sám považoval za termální, je vlastně spojenou funkcí jak tlaku vzduchu tak i jeho teploty. Pozdější vývoj oba přístroje od sebe vzdálil, ale základní princip mají oba společný. I když se Galileo o tomto přístroji sám nezmiňuje, jeho popis podali jeho žáci s dodatkem, že jej používal k měření teploty vzduchu. Galileo vynezl tento přístroj někdy v letech 1592-1597, takže toto období je možné považovat za zrod moderní meteorologie, neboť byly položeny pevné základy vývoje prakticky použitelných přístrojů k měření teplot vzduchu. Údaje o Galileově termoskopu jsou značně obecné, neboť nám nedovolují udělat si konkrétnější představu o tom, jak byly přesné parametry přístroje. Nicméně jeho základní obrysy si můžeme představit jako skleněnou trubici o výšce přibližně 20 - 25 cm a světlosti kolem 1 - 2 mm s hořejší koulí o průměru asi 7 cm. Tento přístroj byl Galileem používán ještě za jeho působení na univerzitě v Padově. K jeho prvnímu praktickému použití došlo rovněž také v Padově v tamější nemocnici. Profesor mediciny na padovské univerzitě Santorio, použil termoskop k měření teploty lidského těla během svého působení na škole, tj. letech 1611-1624. K dispizici jsou rovněž informace, že profesor Santorio opatřil skleněnou trubici jakosi stupnicí, přičemž se jednalo o vylepšený typ přístroje, který měl skleněnou trubici točenou do spirály, kde aby se dosáhlo co největší citlivosti v měření teplot, byly dílky hodně velké. Je tedy možné celkem právem považovat profesora Santoria za prvního člověka, který vyrobil přístroj, na němž bylo odečítáno kolísání teplot podle jednotné stupnice.
VÝVOJ TEPLOMĚRŮ
V krátké době bylo experimentálně ověřeno, že různé teploměry, zhotovené podle schematu, vypracovaném Galileem, ukazují nestejnou výšku vodního sloupce, ačkoliv jsou ve stejném prostředí. Metodami pokusů a omylů bylo rovněž velmi brzo po objevu termoskopu zjištěno, že bude technicky velice obtížné vyrobit a zhotovit takové dva teploměry, které by zobrazovaly okolní teplotu a v témže prostředí stejně. Italští fyzikové z toho vyvodili také naprosto logický závěr, že takové přístroje je možné vyrobit teprve tehdy, jestliže bude při jejich výrobě dosaženo takových parametrů, které by splňovaly tyto základní podmínky:
- musí být naprosto stejně velké,
- musí mít tentýž tvar,
- musí mít stejnou světlost, tedy naprosto stejný průměr kapiláry,
- musí být vyrobené ze stejného druhu skla,
- musí obsahovat stejné množství vzduchu a
- musí být plněny za stejného atmosférického tlaku.
Tento velmi složitý technický problém se podařilo zvládnout přibližně v průběhu dalších 100 let. I když se teploměry staly nyní poměrně dostupné, přesto se ještě v roce 1714 podivil a to nemálo, profesor hallské univerzity dr. Ch. Wolf, když zkoušel dva lihové teploměry, které vyrobila dílna německého technika Fahrenheita, že ukazují zcela stejné údaje.
NĚMECKÝ VLIV
Metodika měření se také velmi změnila. Původní Galileův termoskop totiž podléhal nejen změnám teplotním, ale i tlakovým. Na zdokonalení přístroje se však již podílela celá řada předních evropských odborníků, kteří metodice měření věnovali mnohdy celý život. Jejími představiteli bezesporu byli magdeburský pukrmistr Otto von Guericke (1602-1686) a jeho kolega, kněz Gaspar Schott-S.J. (1608-1666). Byl to především Schott, který zdokonalil termoskop tak, že jeho řešení používáme dodnes. Jeho teploměr měl již uzavřené obě kapiláry, čímž bylo eliminováno působení vnějšího tlaku vzduchu, a tím tak byla naznačena cesta k výrobě tlakoměrů. Nicméně médiem byla ještě voda. Tyto poznatky si však tehdejší vzdělanci sdělovali v obsáhlé korespondenci, která tak nepřímo potvrzuje, jak byli kolegiální a ve své podstatě i nezištní.
Na základě experimentů německých fyziků, začali florentští skláři vyrábět již teploměry, které splňovaly všechny požadavky moderního přístupu k měření. To, že k tomu došlo ve Florencii nebylo náhodné, neboť se zde sdružovala mozková kapacita celé tehdejší renesanční Evropy. Nebylo náhodné rovněž ani, to že se v blízkém okolí soustředily početné cechy italských sklářů, proslulých svou dovedností. Vědecké sdružení brzy přešlo pod ochranná křídla velkovévodů, kteří sami dali popud (vévoda Ferdinand II. 1610-1670) k vytvoření L´Academia del Cimento. Byly to především tyto příznivé podmínky, které způsobily, že vývovj teploměrů postupoval neobyčejně rychle. Vyvrcholením italských snah byl lihový teploměr, který sestrojil tosksánský vévoda Ferdinand II., který se již ve všem podobal do současnosti používaným teploměrům.
TEPLOMĚRNÉ STUPNICE
I když byly záklalní fyzikální problémy vyřešeny, stál před početnou skupinou evropských fyziků jeden z velmi obtížných i když na první pohled triviálních problémů. Ten spočíval v tom, že bylo velmi těžké se dohodnout na stanovení rozpětí teploměrné stupnice. Původní teploměr profesora Santoria měl stupnici pouze čtyřdílnou. Je velice pravděpodobné, že florentští skláři sledovali rozpravy s v pravidelných věstnících L´Academia del Cimento, neboť v krátké době vstoupili na trh s teploměry, které měly čtyři základní provedení. Nutno uznat, že využili všech dobových znalostí a své teploměry ocejchovali téměř přesně podle současných principů.
Základními body florentské teploměrné stupnice byla teplota tajícího ledu a teplota, kterou ukazoval teploměr vystavený plnému slunečnímu záření za letního odpoledne. Tzv. velký teploměr měl stupnici dělenou na 100 dílů a byl-li postaven do tajícího sněhu, měl ukazovat 20 stupňů a v letním poledním žáru měl ukazovat 80 . Je vidět, že jeho výrobci již počítali s teplotami pod bodem mrazu. Malý teploměr měl bod mrazu na 13 stupni a teplotu poledního žáru na 40 stupních. Z konstrukce obou teploměrů vyplývá, že zatímco spodní základní bod teploměrné stupnice byl určen neobyčejně přesně a používá se dodnes, horní limit byl značně subjektivní.
Byly konstruovány i takové teploměry, které měly stupnice spirálovitě stočeny a tak mohly být děleny na 300 - 400 stupňů, takže byly schopné měřit až v setinách stupně. I přes uvedené nedostatky není možné italským sklářům upřít prvenství, neboť vyráběli velmi přesné přístroje, které nikdo jiný v Evropě zhotovit nedovedl. To, že usilovali o dosažení co největší unifikace, je vlastně dokladem toho, že jako první prováděli systematické pokusy s cílem zhotovení dvou naprosto stejných přístrojů, které by měřily za všech okolností stejně a bylo by možné je vzájemně srovnávat.
Florenťaně si byli velmi přesně vědomi těchto problémů. Když chtěl ve druhé polovině 17. století toskánský velkovévoda zřídit první teploměrnou síť, posílal do Bolgny, Parmy, Modeny, Milána, Innsbrucku, Varšavy, Paříže a do dalších měst, kde sídlily jezuitské řádové komendy, teploměry "quae superne hermetice sunt sigillata et comuniter Florentina dici solent" (které jsou nahoře hermeticky zapečetěny a obecně se jim říká florentské). Unifikované přístroje zaručovaly s dostatečně vysokou spolehlivostí jednotný způsob zaznamenávávní teplot, čímž byl splněna jedna ze základních podmínek, aby všechny přístroje ukazovaly stejně.
JEZUITÉ A METEOROLOGIE
Jezuitská kolej v Osnabrücku dostala jeden z florentských teploměrů v roce 1654 a podle písemných zpráv prý jím jezuité systematicky měřili. Vzhledem k této skutečnosti se dá proto předpokládat, že i pražská jezuitská kolej byla jedním takovým teploměrem vybavena. V rámci jezuitské správní organizace byly těmito přístroji vybaveny všechna jezuitská centra a Praha rozhodně nepatřila mezi prerifermí místa Evropy. Ostatně význam pražského Klementina tomu odpovídá. Díky šťastné náhodě se do dnešní doby zachovala řada těchto přístrojů. V roce 1830 objevil profesor matematiky Libri-Carucci ve sklepním depozitáři univerzity celou bednu těchto přístrojů. Teprve z těchto přístrojů byly odvozovány jiné typy s různými teplotními médii a tím pádem i s různými teplotními stupnicemi. V oblasti měření teplot tak vznikal chaos a těžko identifikovatelný zmatek. Holandský fyzik Van Swinden napočítal v první polovině 18. století celkem 71 nejrůznějších teploměrných stupnic. Například na Hubinově teploměru byl bod mrazu na 25 dílku a 50 dílek odpovídal teplotě ve sklepích pařížské observatoře. Jiný teploměr měl dělení od nuly po 90 dílcích nahoru a dolů. Pražský Steplingův teploměr měl bod varu vody označen nulou a stupnice k bodu mrazu byla rozdělena na 150 stejných dílků.
S tímto teploměrem se setkal ještě v roce 1930 dr. Gregor a spolu s dr. Hlaváčem jej opatřil cejchovním listem. Tento i další teploměry byly přezkoušeny a prokázaly pozoruhodnou stálost a přesnost a především svoji výbornou zachovalost. Je vskutku pozoruhodné, že teploměr vyrobený někdy kolem roku 1750 si zachoval takovéto vlastnosti díky precizní práce dr. Steplinga. Rozdíky v konstrukcích některých teploměrů byly tak veliké, že u těch, které se náhodou zachovaly neznáme přesná fyzikální data, podle nichž byly sestrojeny a jejich transformace na °C je velmi problematická. Na druhou stranu existuje několik krátkodobých řad s udanými teplotami, u nichž vůbec nevíme, podle jakých přístrojů byly zjišťovány. Porovnávací měření byla náročná ještě krátce před II. světovou válkou. Německý meteorolog W. Lenke uvedl, že ještě v roce 1936 byly na některých stanicích saské sítě teploměry, které udávaly bod varu při 200 °C, bod mrazu při 100 °C. Z tohoto pohledu je potom práce, kterou provedl P. Jakub Hemmer ze Societas Palatinae Mannheimensis s pomocí asistentů téhož Tovaryšstva - P. Ch. Mayera a P. K. Königa, kteří vyrobili a přezkoušeli přístroje, které posléze rozesílali v rámci Tovaryšstva do celého světa.
Rozdělení teploměrné stupnice podle standardních a vždy ověřitelných fyzikálních principů je spojeno až se jménem Celsia (1701-1744) a Fahrenheita (1686-1736). Celsiova stupnice byla zavedena roku 1750 německým fyzikem Stromerem a ta se postupně ujala na všech observatořích jako mezinárodně uznávaný etalon, když vytlačila starší dělení Réaumurovo s 80 dílnou stupnicí z roku 1730. Tento vývoj teploměrných stupnic byl dlouhý a neobešel se bez omylů, ale je potřebné zdůraznit, že i zde mají prioritu Italové. Carlo Renaldini, člen Academia del Cimento, podal již v roce 1694 návrh, aby byly za základ teplotních měření zvoleny teploty mrznutí a varu vody a aby vzdálenost mezi těmito základními body byla rozdělena na 100 stejných dílků. Německý meteorologa Lenke tuto skutečnost několikrát opakoval a zdůrazňoval, že: rozhodující zásluhy o nejvýznamnější fáze vývoje teploměru (termoskopu - tedy vzduchotěsné uzavření kapiláry), první teploměrné stupnice (1640) a stodílné rozdělení mezi bodem mrazu a varu vody (1694) mají Italové.
POČÁTKY METEOROLOGIE V ČECHÁCH
Průnik instrumentálního měření z Itálie do našich zemí byl velmi pomalý, zdlouhavý a náhodný. Nicméně je zajímavé, že již z roku 1585 máme popis jakéhosi přístroje na měření směru větru, který dal vyrobit Petr Vok. Kronikář V.Břežan o této události zanechal informaci:
"…17. iulii a těch časů pan Petr Vok z Rožmberka se paní svau ráčil býti v markrabství Moravském v městě svém v Lipníku. navrátiv se na Bechyni, dal připraviti nástroje, skrze kteréž mohl v pokoji svém poznati, kdy který vítr vál; k tomu potřebován byl Pavel, hodinář z města Litomyšle, a Matauš Ornys, maléř z Prahy…"
Hodinář Pavel z Litomyšle byl ve své době jedním z nejlepších mechaniků na území českého království, který se věnoval vývoji orlojů, které zdokonalil velmi podstatně. Ornys patřil zase k mimořádně kvalitním malířům a iluminátorům, ale rozuměl rovněž velmi dobře matemnatice a později se zcela věnoval zeměměřičství. Oba byli tedy vysoce kvalifikovanými odborníky, kteří Vokovi sestrojili pravděpodobně velmi složitou větrnou korouhev. Jak však přístroj vypadal nevíme. Neví se dokonce ani to, kde byl umístěn. Podstané však je, že Vok nařídil sestrojení přístroje až po svém návratu z Moravy. Je proto velice pravděpodobné, že za svého pobytu mohl podobný přístroj vidět, neboť z Moravy pochází nejstarší dosud známé denní zápisy o počasí. Jedná se o ztv. "žerotínská pozorování". Jedná se o stručné denní záznamy povětrnosti a to od listopadu 1533 až do dubna 1545. Jsou zapsaána na okrajích Stöfflerových Efemerid, které byly vydány v Tübingenu v roce 1531 a patřily s největší pravděpodobností některému z rodu Žerotínů, nejspíše Karlovi Staršímu. Avšak i zde jsou četné mezery a to v létě, kdy jejich pisatel nebyl ve svém sídle přítomen.
Lze ovšem souhlasit s českým historikem meteorologických pozorování B.Hrudičkou, že:
"… můžeme prozatím přístroj P.Voka považovati za první dokonalý meteorologický přístroj k zjišťování směru větru, zřízený mimo Itálii a silami domácími …" Avšak zdá se, že žádná systematická měření nebyla s tímto přístrojem konána, ale sloužil spíše jako curiosum k pobavení návštěvníků rožmberského panství. O to cennější jsou žerotínská pozorování, která mají systematický charakter.
Prvenství v zahájení systematických kroků vedoucích k meteorologickým pozorováním má u nás především Johannes Kepler. Jako první obeslal všechny známé evropské vzdělance s výzvou systematických zápisů o průběhu počasí. Tento apel opakoval i ve své objemné práci "Progonosticum auf das Jahr nach der gnadenreichen Geburt unsers Herrn und Heylandes Jesu Christi (der gewöhnlichen Rechnung) 1605 …Praha
…chci totiž zevrubně vyložit, jak zde v Praze probíhalo počasí v uplynulém roce a to den ode dne a kvůli lepšímu porozumění též naznačit, z čeho mohla být sledována každá změna počasí, ať již to byly příčiny nebeské nebo pozemské; takové cvičení pokládádm za prospěšné, obzvláště když, mimo mě ještě i jiní pracovníci vezmou si k ruce své vlastní předchozí prognózy a to tak, jak jsou, bez falše a přikrašlování; bude-li každý na svém místě pilně pozorovat počasí a bude-li také svá skutečná pozorování publikovat, přispěje konečně k obecnému znamenitému užitku.
Tímto způsobem pokoušel se vyšperkovat svá prognostica Georgius Caesius, čímž si mě zavázal k vděčnosti, která by však byla ještě větší, kdyby vydal tiskem plynulé počasí za celý rok, neboť to, že ukazuje, jaké počasí následovalo před 30, před 19 a před 12 lety po rovnocenných aspektech, mně nepostačuje, jelikož častěji působí více jiných aspektů zároveň a nebo alespoň v těsné blízkosti, také aspekty domněle působící na jmenované dny přesahují při opraveném výpočtu daleko do jiných dní a konečně i proto, že tím bývá pochopitelně zapomínáno ono počasí, které vzniká jen z pozemských a nebo jiných příčin …"
Podmínky, které panovaly v Českém království v předbělohorské době, byly více nežli optimistické, ale s příchodem třicetileté války všechny naděje skončily. Nicméně jedno velké pozitivum se v té době povedlo. Císařským dekretem ze dne 10. listopadu roku 1622, nařídil císař Ferdinand II., že celé české školství, výuka i dohled nad ní bylo svěřeno Societas Jesu - jezuitskému řádu. Výuka, kterou Jezuité praktikovali, patřila a dodnes patří k jedné z nejkvalitnějších. Jistě nebylo náhodné, že italští fyzikové se obraceli právě k tomuto řádu s nabídkami ke spolupráci. Spolupráce českých jezuitů s významnými vědeckými centry po celé Evropě, zesílila po skončení třicetileté války, především s italskými řádovými bratry. Čeští odborníci byli velmi dobře informováni o pokusech italských fyziků a v mnoha případech některé úspěšně opakovali. Například M. Marci opakoval pokusy Toricelliho. Je tedy velmi pravděpodobné, že v rámci jezuitské organizace byla některá vědecká jezuitská centra vybavena prvními italskými teploměry ještě dlouho před zahájením systematického přístrojového pozorování v roce 1752.
O této pravděpodobné skutečnosti existuje písemný doklad v podobě tabelárních přehledů tvrdých zim 18. století. Tuto práci publikovali v roce 1785 ve Vratislavi K.Ch. Löwe a J.Riem. Zabývali se především tvrdou zimou 1708/09 a uváděli celou řadu míst, kde byla prováděna měření. Z Čech jsou uváděny lednové teploty z Prahy a Karlových Varů a to nejen pro rok 1709, ale rovněž i pro roky 1738, 1740, 1755, 1767 a 1785. Tato práce by ovšem znamenala, že přístrojová měření byla konána na více místech v Čechách než jenom v Praze. Existují ještě další doklady, jeden z roku 1681 ze Soběslavi a druhý z roku 1717 ze Zákup.
Stav našich zemí byl ještě dlouho po skončení třicetileté války velmi žalostný. Zatímco jinde v Evropě byl již cítit počátek průmyslové revoluce, panovaly v Čechách i na Moravě tuhé feudální poměry. Centrální vídeňská vláda si byla dobře vědoma tohoto stavu, především v zemědělské produkci. K tomu je nutné ještě připočítat mimořádně rychlý přírůstek obyvatelstva, který byl daný jeho předcházejícím poklesem během třicetileté války, takže vláda stála před naléhavým problémeme uživit velké množství lidí. Východiskem z nouze se ukázaly být brambory. Již samotný název této nové plodiny naznačuje, že do našich zemí pronikly z německého Brandenburska, ale jinak se jim říkalo rovněž i erteple, zemčata, krumple a podobně. Pěstování se neobešlo, jak jinak v našich poměrech, bez řízné vojenské asistence, neboť sedláci se bouřili proti násilím vnucené plodině. Nicméně brzy se ukázalo, že to byl mimořádně moudrý krok, neboť rychlý přírůstek obvatelstva vyvolával prudký růst cen základních potravin, zejména ve 2. polovině 18. století.
KLEMENTINUM
Přibližně v té době se počala měnit i do té doby ustálená struktura feudálního hospodaření. Vrchnostenský velkostatek totiž hledal vlastními silami intenzivnější a výnosnější formy zemědělské výroby. Proto je také druhá polovina 18. století obdobím čilého pokusnictví a především pronikání modernějších zemědělských soustav do našich vesnic. Je samozřejmé, že nebylo nic ponecháno náhodě a byly proto zakládány (za přispění státu) zemědělské společnosti. V roce 1769 vznikla v Čechách "Společnosz pro zvelebení orby a svobodného umění v Čechách", která byla posléze v roce 1788 reorganizována na "Vlastenecko-hospodářskou společnost". Zvyšování zemědělské produkce bylo zcela v intencích státu. Stát proto také nařizoval svým úředníkům, aby se na tomto novém úsilí podíleli. Mezi nimi byli i ředitelé hvězdáren, kteří měli nejblíže k fyzikálním měření a ti byli také vyzváni, aby svým podílem pomáhali právě v těchto zemědělských společnostech.
Proto je cítit tolik zemědělského zaměření v dílech astronomů a matematiků, tedy prvních ředitelů pražského Klementina P. Jos. Steplinga, A. Strnada a P.M. Aloise Davida. Tyto tři muže spojovala ještě jedna okolnost. Všichni byli členové Tovaryšstva Ježíšova a v jeho školách také vystudovali. Právě tato skutečnost je přímo předurčila k této profesi, neboť absolvování jezuitské koleje zaručovalo prvotřídní kvalitu. V době probíhajících reforem byl již v nejvyšších kruzích státní správy uznáván význam přírodovědeckého bádání, především v oblasti zvyšování zemědělské produkce a průmyslové výroby.
Zatímco budování hvězdáren v přímořských státech (Greenwich 1675, Paříž 1667), sloužilo ke zpřesnění astronavigačních metod pro potřeby dálkových plaveb, pak stavba hvězdáren ve vnitrozemských státech, měla plnit hlavně požadavky zeměměřičské pro účely státní správy (katastrální vyměřování - nová berní soustava) a armádu (přesné vojenské mapy). Podobné přesné měřící přístroje, jaké byly používány pro určení polohy hvězd, bylo např. možné využít k mimořádně náročným výpočtům tras dlouhých zavodňovacích kanálů.
Výuka byla v katolických zemích v rukou jezuitského řádu. Generálové řádu sledovali vývoj výzkumu, především v přírodních a technických vědách s obavami, neboť nové poznatky velmi citelně nahlodávaly oficiální církevní doktrínu o vývoji světa. Samotný Galileo čelil jezuitskému obvinění z hereze a G.Bruno byl pro svůj názor o formování sluneční soustavy upálen. Avšak i tento řád prošel zásadní reformou, neboť jeho vedení si dobře uvědomovalo, že vědění znamená moc. Změněnou situaci řešil řád tím, že sám zakládal nové vědecké ústavy včetně hvězdáren. Od roku 1622 byl klemetinský komplex v Praze v jezuitských rukou a brzy se stal centrem vzdělanosti. Je rovněž nutné zdůraznit, že řády měly výrazně mezinárodní charakter, který umožňoval šíření poznatků po celé katolické Evropě. Volba budoucí hvězdářské a meteorologické stanice tak přirozeně padla na pražskou jezuitskou komendu, která měla s měřením fyzikálních jevů dlouholeté zkušenosti. V rámci pokrokových reforem v řádu, byla ve 2. polovině 18. století přestavěna "astronomická věž" v Klementinu na moderní hvězdárnu.
Na většině hvězdáren byly s astronomickými pozorováními prováděna souběžně i pozorování meteorologická, neboť pod pojmem meteora, byly myšleny všechny jevy, které se objevují mezi nebem a zemí. Pravidelná meteorologická měření byla v pražském Klementinu zahájena v roce 1752. Ředitelem hvězdárny byl od jejího založení v roce 1749 P. Josef Stepling S.J. Bohužel se tyto záznamy nedochovaly, takže jsou dnes k dispozici záznamy až od roku 1771. Díky tomu, že na místa ředitelů byli dosazováni ti nejkvalitnější odborníci, je považována pražská observatoř za jednu z nejlepších na světě.
ANTONÍN STRNAD - PÝCHA ČESKÝCH METEOROLOGŮ
Stepling nebyl pouze výkonným ředitelem hvězdárny, ale byl rovněž výborným pedagogem, který vyškolil celou řadu vynikajících odborníků, z nichž se jeden z jeho žáků A.Strnad stal i jeho nástupcem. Když v roce 1778 Stepling zemřel, považovali mnozí současníci jeho skon za vážnou ztrátu pro českou vědu.Jak se však ukázalo, byl to planý poplach, neboť Antonín Strnad byl nejen důstojným nástupcem Steplinga, ale i vynikajícím pokračovatelem jeho činnosti. Práce hvězdárny a observatoře byly ve světě vždy vyhledávány a oceňovány pro jejich přesnost a detailní zpracování v té době měřených meteorologických veličin.
Na naše obrozenecké vědce můžeme být právem hrdi. A ne vždy, jak už to v našich zemích chodí, dosáhli uznání během svého života. Zvláště výmluvný byl osud A. Strnada. Byl známý svými pokrokovými názory a nijak se netajil svými sympatiemi k myšlenkám Francouzské revoluce. Pražská policie se obávala proniknutí pokrokových názorů a horečně pátrala, kdo by mohl být jejich hlasatelem. A. Strnad se ocitl na seznamu podezřelých a musel mnohokrát dokazovat, že není členem žádného tajného spolku. Nakonec se obhájil, ale vedení Královské české společnosti nauk, jejímž byl tajemníkem, se tak tímto vyšetřováním vystrašilo, že Strnada vyloučilo ze správy meteorologických stanic, které hodlala zřídit. Ten toto jednání považoval samozřejmě za křivdu a nesl to velmi těžce. Nicméně tajemníkem Společnosti zůstal ještě po další dva roky. To však byl již vážně nemocen a proto mu po požádání o uvolnění z této funkce bylo vyhověno. Nemocného Strnada pozval na svůj zámek kníže Ferdinand Kinský v Sazené u Velvar na zotavenou. Bohužel toto pozvání se minulo svým účinkem. Strnad v Sazené zemřel 23. září 1799.
Uznání se nedočkal ani po své smrti. Strnadův hrob byl u východní zdi kostela sv. Klimenta v Chržíně. Kdysi jej prý zdobil pomníček s nápisem. Během doby však natolik zchátral, že byl sňat a uložen v kralupském muzeu. Smutné je, že dodnes neznáme Strnadův hrob. Když se jej v roce 1935 pokoušelo několik nadšenců identifikovat, setkali se s nezdarem. Již současníci si uvědomovali, že Antonín Strnad byl nejen mimořádně významný vědec, ale i stejně tak velký vlastenec. Byla to pouze jeho zásluha, že byl znovuzřízen Staroměstský orloj. Ten byl již v tak dezolátním stavu, že jej chtěli pražští konšelé prodat do strého železa. Strnad jako první pochopil jeho obrovskou cenu a s velkou námahou dosáhl, že na opravu byla uvolněna z městských pěněz nutná dotace. Orloj byl opraven v letech 1787-1791 vynikajícícm hodinářem Landspergrem.
Vědecký ohlas Strnadův byl mnohem větší v cizině nežli doma. Nicméně jeho zásluhy o českou vědu byly takového charakteru, že to museli vzít v úvahu i vysokoškolští profesoři, takže v roce 1792 byl zvolen děkanem filozofické fakulty a v roce 1795 rektorem univerzity. Strnad měl významné postavení i v tehdejší školské správě a jenom jeho zásluhou, získal J.Jungmann profesuru v Litoměřicích. Po Strnadovi nastoupili jako ředitelé další učení mužové, ale Strnad byl z nich pravděpodobně nejvýznamnější. Jeho zásluha na položení přesných a odborných metod v meteorologii je nepochybná.
Celý dokument na stiahnutie [256.5 KB]