Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Antropocén – velké zrychlení světa

Antropocén je geologické období, které je zásadně ovlivněné lidskou činností

Publikováno: Vesmír 95, 146, 2016/3
Obor: Geologie

Novu epochu se snaží definovat nejen geologové. O počátku však nepanuje shoda. Lidé ovlivňovali nezanedbatelně své prostředí již před 60 000 lety (lov ve velkém měřítku, vypalování vegetace, …). V čem je naše doba bezprecedentní?

Antropocén začal zdokonalením parního stroje v roce 1784 a masivním využíváním fosilních paliv, ale různí autoři posunují jeho počátek dále do minulosti či naopak do minulého století, třeba do neolitu, do vzestupu římského impéria či na konec druhé světové války.

Antropocén se projevuje obrovskými změnami povrchu planety, k nimž patří například velkoplošné odlesňování, napřimování říčních toků, ale týká se i moří. Geochemické cykly prvků jako uhlík, síra, křemík, fosfor a dusík, ale i rtuť a těžké kovy začínají být v antropocénu více ovlivňovány lidskými aktivitami než přírodními procesy. Součástí antropocénu je i globální neofytizace (stěhování nových rostlin), rozbíjení ekosystémů, vymírání druhů a celková proměna světa. Ta však může být v budoucnosti kompenzována vznikem nových druhů života následkem genetických modifikací či propojování strojů a organismů.

Termín antropocén byl navržen v roce 2000 atmosférickým geochemikem a držitelem Nobelovy ceny P. J. Crutzenem a biologem E. Stoermerem, ale vědci jako Thomas W. Jenkyn, Antonio Stoppani či Vladimir Vernadskij již od roku 1854 hovoří o antropozoicky ovlivňovaném světě. Většina současných autorů považuje za první publikaci, která se otázkou „antropozoika“ začala vážně zabývat, vlivnou monografii George Perkinse Marshe Člověk a příroda (1864).

Biolog Eugene F. Stoermer podle svých slov používal výraz „anthropocene“ již v osmdesátých letech 20. století, ale nikdy jej nepoužil ve vědecké publikaci. Do české literatury byl termín antropocén pravděpodobně poprvé uveden právě na stránkách Vesmíru (Vesmír 81, 67, 2002/2). Výraz „antropozoikum“ ve smyslu čtvrtohory či „éra člověka“ byl však v ČR běžně používán již od padesátých let 20. století a toto označení nese i stejnojmenný sborník zabývající se geologií čtvrtohor.

Antropocén jako plavba do neznámé země

V každém případě je antropocén dobou velkých změn, kterou můžeme přirovnat k silnému říčnímu proudu, v němž je vše ohroženo a nic není stálé. Neznáme budoucnost, proto neumíme odhadnout, zda antropocén není jen dalším obdobím kreativní destrukce, která uvolní nové evoluční síly. To je však jen malá útěcha třeba pro nosorožce, kteří jsou na pokraji vyhynutí. Dinosauři na sklonku druhohor také nejásali, že budou konečně nahrazeni evolučně dokonalejšími savci.

O antropocénu se nejčastěji hovoří v souvislosti s proměnou atmosféry, která před průmyslovou revolucí obsahovala 270–275 ppm CO2 (1 ppm je miliontina celku, tedy 0,0001 %). V roce 1950 se koncentrace zvýšila na 310 ppm a dnes se blíží k hranici 400 ppm. Problémem nejsou ani tak absolutní koncentrace – ty byly v geologické minulosti i vyšší – ale rychlost růstu, která v mnoha případech znemožňuje adaptabilitu. Plujeme do neznámé země nových polí klimatické a environmentální „stability“.

Mozek jako environmentální katalyzátor

Pokud „něco“ může za příchod antropocénu, tak je to nejspíš lidský mozek. Dieta našich předků se před několika miliony let měnila z převážně vegetariánské na všežravou a energetický zisk byl využit na rozvoj mozku, jehož objem se ztrojnásobil na dnešních zhruba 1300 cm3 a tím lidé získali největší poměr váhy mozku k váze těla v celé živočišné říši. Poměrně záhy, možná už před 4 miliony let, se naučili používat oheň a nejpozději asi před 12 000 lety začali vypalováním porostů ovlivňovat krajinu. Zhruba v té době vzniká v několika částech světa zemědělství, rozvíjí se jazyk a později písmo, a to vede ke vzniku civilizačních center, která si mezi sebou dokážou vyměňovat informace, a tím katalyzovat velkoplošné změny zpočátku říční a zemědělské krajiny, ale později i pahorkatin a horských pastvin.

Za zvlášť důležité milníky se ani tak nepovažuje vznik hydraulických civilizací v Egyptě a Mezopotámii, ale průběžná domestikace zvířat, zavádění terasovaných rýžovišť před nejméně 8000 lety, později římská těžba rud a čínský uhelný průmysl, který již v 11. století dosáhl stejné úrovně těžby jako celá Evropa v roce 1700. Fosilní paliva změnila pravidla. Lidé závislí na dřevu mohli využívat jen palivo nahromaděné dejme tomu za 200 let života stromu, ale lidé spalující uhlí už měli k dispozici uhlíkový palivový zásobník starý 300 milionů let. Zemědělské společnosti potřebují na svůj provoz zhruba třikrát až pětkrát víc energie než lovci a sběrači a podobně i průmyslová společnost potřebuje nejméně trojnásobek zemědělské energie. „Vyšvihnout“ se mezi zemědělce je energeticky poměrně snadné, pokud zvládneme domestikaci, ale posunout se do průmyslové společnosti je možné jen za použití fosilních paliv. Tím spíš, že svět v roce 1820 už měl miliardu obyvatel, kterou by lesy nedokázaly energeticky zásobit.

Zhruba od začátku antropocénu mezi lety 1800 a 2000 se populace zvýšila víc než šestkrát, globální ekonomika padesátkrát a využívání energie zhruba čtyřicetkrát. Dostupná energie umožnila doslova „ze vzduchu“ výrobu amoniaku, a tím dusičnanu amonného jako základu umělých hnojiv, na kterých dnes závisí zhruba polovina světové produkce potravin. Není divu, že i koncentrace dusičnanů v pobřežních vodách vzrostla za stejnou dobu desetkrát, a to se všemi dopady například na korálové útesy, které jsou dnes poškozené na 95 % své plochy.

Jak počítat změnu?

Pokud chceme co nejjednodušeji číselně vyjádřit celkovou intenzitu změn v antropocénu, volíme obsah oxidu uhličitého v atmosféře. Obsah CO2 je něco jako v ekonomice HDP, tedy měřítko, jak moc jsme pracovali, spotřebovávali a proměňovali svět. První mírnou změnu v obsahu CO2 pozorujeme kolem roku 1850. Růst o nějakých 10 ppm je zatím malý a odpovídá přirozenému kolísání obsahu, které závisí například na mořském proudění či na sopečných explozích.

Během následujícího století do roku 1945 již naměříme další růst koncentrací o 25 ppm, a ten již překračuje přirozený cyklus uhlíku. Získáváme tak první nezvratný důkaz globálního vlivu člověka. Někdy do půlky minulého století se dá hovořit o téměř lineárním růstu lidského vlivu, ale brzy nato se začala odehrávat druhá fáze antropocénu, kterou Will Steffen, Paul J. Crutzen a John R. McNeill charakterizují jako „velké zrychlení“.

Nová úroveň rychlosti

Mezi koncem poslední světové války a rokem 2000 se populace zdvojnásobila na 6 miliard, ale ekonomika vzrostla patnáctkrát. Symbolem doby se stala ropa. Na konci války existovalo 40 milionů automobilů. V roce 1996 to již bylo 700 milionů a dnes víc než miliarda. Laciná ropa z klasických ložisek jednou dojde, to mějme na paměti, až budeme tankovat rekordně laciný benzin, který byl koncem roku 2015 na jedenáctiletém minimu.

Koncem války žilo ve městech 30 % populace, dnes to už je přes 60 %. Koncem 19. století globální městská populace dosahovala nějakých 200 milionů lidí, brzy to však budou 4 miliardy. Ale nejde jenom o množství lidí, města jsou rovněž centry, odkud vycházejí finanční i technologické inovace. Nikdy předtím nebyl ani zlomek lidí mezi sebou tak propojen jako nyní. Vynálezy i podvody se dnes šíří nebývalou rychlostí.

Za posledních 50 let změnili lidé globální ekosystém víc než kdykoliv za celou lidskou historii a digitální technologie dál urychlují výměnu informací, kapitálu, peněz, zboží i energie. Základy tohoto procesu však byly položeny již v letech 1890–1914, kdy zejména v ekonomice, pěstování bavlny a dalších plodin anebo hornictví můžeme hovořit o první velké moderní globalizační vlně.

Není účelem tohoto článku zahlcovat čtenáře čísly, ale v mnoha oborech lidské činnosti platí, že v posledních třech desetiletích exponenciálně rostou hodnoty jako emise oxidu uhličitého či produkce amoniaku. Každý matematicky trochu vzdělaný člověk sebou trhne, když slyší slovo „exponenciální“, které v přirozených systémech znamená, že velice rychle je dosaženo dalšího stropu možností a situace se z dřívějšího hlediska stává neúnosnou. Pochopitelně že tu je – jako téměř vždy – naděje. Například světová spotřeba energie je zhruba na úrovni 0,1 % sluneční energie dopadající na kontinenty.

Celkově se však dá říct, že většina klimatologů a environmentálních specialistů považuje příští dvě nebo tři desetiletí za jedno z nejklíčovějších období ve vývoji civilizace a je zaražena velikostí a rychlostí probíhajících změn, tedy „velkým zrychlením“.

Literatura

Základní současná literatura

Crutzen P. J., Stoermer E. F.: The Anthropocene. IGBP Global Change Newsl. 41, 17–18, 2000. V tomto článku poprvé oba autoři definovali výraz antropocén.

Crutzen P. J.: Geology of mankind, Nature 415, 23, 2002, http://dx.doi.org/ 10.1038/415023a.

Steffen W., Crutzen P. J., McNeill J. R.: The Anthropocene: are humans now overwhelming the great forces of nature. Ambio 36, 614–621, 2007.

Starší práce

Marsh G. P.: Man and nature: or, physical geography as modified by human action. C. Scribner, New York, NY 1864.

Stoppani A.: Corsa di geologia. Bernardoni & Brigola, Milan, Italy 1871–1873.

Arrhenius S.: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. Lond. Edinb. Dublin Phil. Mag. J. Sci. (5th series) 41, 237–275, 1896.

Chamberlin T. C.: A group of hypotheses bearing on climatic changes. J. Geol. 5, 653–683, 1897, http://dx.doi.org/10.1086/607921.

Kdy začal antropocén?

Přestože P. Crutzen a E. Stoermer definovali antropocén celkem nedávno (2000), dnes existují už tři poměrně vlivné mezinárodní časopisy, které se tématem zabývají: The Anthropocene, The Anthropocene Review a Elementa. Přesto dodnes není jasné, jak máme antropocén definovat. Kdybychom o něm hovořili jako např. o celém holocénu, zmírnili bychom současnou naléhavost a antropogenní změnu bychom zařadili mezi jednu z častých holocenních klimatických změn. V zásadě jde tedy o to, zda současné teplé období máme rozdělit na holocén a s ním srovnatelný, i když kratší antropocén, anebo zda je antropocén jenom nějakou metaforou současných změn v rámci holocénu. Věc má pochopitelně politický dosah – kvůli „metafoře“ není nutné přijímat žádná další opatření směřující k redukci oxidu uhličitého.

Podívejme se na toto dilema z geologického hlediska. Haberova‑Boschova reakce, která z vodíku a vzdušného dusíku vyrábí amoniak pro syntetická hnojiva, proměnila cyklus dusíku způsobem, jaký jsme na Zemi nepozorovali 2,5 miliardy let. Od roku 1750 lidé uvolnili do atmosféry 555 petagramů uhlíku (1 Pg je 1015 gramu), což se určitě nestalo posledních 800 000 let a zřejmě ani od konce miocénu před několika miliony let. Uvolněný oxid uhličitý způsobil takové okyselení povrchové vrstvy moře, jaké tady nebylo 300 milionů let.

Lidé dnes využívají 25–38 % primární produktivity planety, a tím „berou“ potravu milionům dalších druhů. To pomohlo šestému hromadnému vymírání v dějinách Země, které je dnes nejméně stokrát rychlejší než přirozená obměna druhů. Na druhou stranu lodní i pozemská doprava přispěla k šíření poměrně malé škály odolných druhů a hybridů, což vede k procesu nazývanému „globální homogenizace“. Poslední podobné období existovalo před 200 miliony let, kdy se začal trhat obří kontinent Pangea. Výměna mořských organismů, cestujících v balastní vodě lodních nákladů či uprchlá z akvárií chovatelů, mezi kdysi nezávislými moři vůbec nemá známou geologickou obdobu.

Zdá se tedy, že antropocén skutečně existuje, ale jak jej geologicky, tedy v příslušné vrstvě definovat? Holocén je dnes určen na základě zvýšení koncentrace deuteria ve vrstvičce z grónského ledovce o stáří 11 650 let v hloubce skoro 1,5 km. Tehdy se rozeběhl systém oceánských proudů, který vedl k oteplení planety. Zatím byly navrženy tyto jasně definované hranice antropocénu:

1. Rok 5020 před dneškem, kdy se náhle zvýšila koncentrace metanu v globální atmosféře pravděpodobně následkem pěstování rýže.

2. Rok 1610, kdy došlo ke snížení obsahu CO2 v atmosféře o 7–10 ppm. Pokles je pravděpodobně způsoben sopečnými výbuchy, které v letech 1550–1650 vedly k mírnému ochlazení severní polokoule a depopulaci Jižní Ameriky následkem epidemií zavlečených či mutovaných z evropského prostředí.

3. Přibližně rok 1800, kdy po vylepšení parního stroje začíná růst spotřeba paliv, dochází k růstu měst a zvyšování populace (částečně zastavené napoleonskými válkami).

4. Rok 1964 indikovaný radioizotopy uvolněnými z pokusných výbuchů jaderných bomb v atmosféře a letokruhem se zvýšeným obsahem 14C ze smrku z polské lokality nedaleko Krakova.

Diskuse o počátku antropocénu asi nebudou ještě dlouho uzavřeny. Osobně bych se přikláněl k původní Crutzenově definici založené na rozšíření inovovaného parního stroje kolem roku 1800, ale jiní badatelé dávají přednost novějšímu datu zhruba mezi rokem 1945 a 1964, které odpovídá počátku „velkého zrychlení“.

http://dx.doi.org/10.1038/nature14258

Nelineární reakce – největší hrozba pro budoucnost

Nelineární reakce se většinou týkají oceánu, který obsahuje obrovské množství uhlíku, ale rovněž tepla. Vrstva světového oceánu o hloubce 2 m obsahuje tolik tepla jako celá atmosféra. V posledních deseti letech rostla globální teplota mnohem méně, než by odpovídalo produkci skleníkových plynů, ale zato se oteplila vrstva oceánu do hloubek kolem 2 km. Jenže od určité míry už oceánské chlazení přestává být účinné a otepluje se víc, než by odpovídalo emisím CO2. Tento jev dobře znají lidé, kteří mají doma bazén – zahřát v takovém případě vzduch v místnosti obyčejnými radiátory či ho ochladit, je velice zdlouhavé, když je voda v bazénu teplá.

Jiným příkladem nelineární reakce je oteplení severních moří a okolního permafrostu a uvolnění obrovského množství dalšího skleníkového plynu – metanu. Výška hladiny budoucího oceánu bude záviset hlavně na odtávání Západoantarktického štítu. Teplejší voda se dostává pod ledovec, ten se trhá a je odnášen na jih, kde taje. Zatímco expanze ohřáté vody zvýší hladinu oceánu do konce 21. století dejme tomu o 30 cm a tání grónského ledovce možná o dalších 15–20 cm, rozpad antarktických ledovců může přidat dalších 80 cm.

Snad největší obavy však vzbuzuje okyselení (acidifikace) oceánu, který dnes pohlcuje zhruba 28 % lidmi uvolněného oxidu uhličitého. CO2 se rozpouští v mořské vodě a vzniká zde kyselina uhličitá, která se disociuje na karbonátový a bikarbonátový ion. Obsah rozpuštěného anorganického uhlíku v mořské vodě je součet rozpuštěného oxidu uhličitého, kyseliny uhličité, karbonátového iontu a bikarbonátového iontu, kterého je ve vodě kolem 91 %. Jejich vzájemný poměr je závislý na teplotě a kyselosti prostředí a má značný význam pro mořské organismy, které vytvářejí vápnité schránky. Zásaditost mořské vody zatím klesla z předindustriálních 8,2 na 8,1 pH a pokles dále pokračuje. Koncem 21. století může pH mořské vody poklesnout o dalších 0,3–0,4 pH, což omezí produkci a ukládání uhlíku v podobě karbonátu až o desítky procent. Tím víc jej pak zůstane v atmosféře.

Nedávno byli v 69 lokalitách studováni koráli rodu Porites a bylo zjištěno, že jejich růst se zpomalil o 14 %, což může být způsobeno i teplotou a znečištěním oceánu. Při vyšších koncentracích CO2 se však růst korálů dokonce zastavuje. V krajním případě se pak oceány mohou stát místem, odkud bude oxid uhličitý uvolňován. Vůbec nejzávažnější je model, podle kterého při oteplení oceánu o víc než 6 °C oproti současnému stavu dojde ke kolapsu mořské biosféry a snížení globální produkce kyslíku. Tyto předpovědi jsou však poměrně nejisté, protože mořská biota sestává z mnoha desítek tisíc mikroorganismů a může se stát, že mořský uhlíkový cyklus ovládne okrajový, zatím málo zastoupený druh.

Změny mikroskopické mořské bioty jsou zejména kolem pobřeží poměrně značné následkem velkého přísunu dusičnanů i zatím dosti záhadných fenoménů, jako je nižší koncentrace rozpuštěného oxidu křemičitého, který tvoří schránky mořských rozsivek.

Člověk jako geomorfologický činitel

Ve Velké Británii bylo v letech 1500–1850 vytěženo 2900 milionů tun uhlí. Ale po roce 1860 bylo stejné množství uhlí vytěženo za pouhých 23 let a po roce 1910 jen za pouhých deset let. Podobné exponenciální tempo můžeme pozorovat i u dalších surovin, zejména pak množství materiálu přemísťovaného při budování domů, dálnic a dalších staveb. Čísla jsou neuvěřitelná a ukazují rovněž na obrovskou spotřebu energie. Odhaduje se, že v těchto letech člověk ročně globálně přemístí 57 miliard tun zeminy, zatímco všechny řeky světa pravděpodobně přemístí jenom 22 miliard tun zeminy, tedy třikrát méně.  V tomto množství není započítán rozvoz zboží a úklid odpadků. Roční přesun hornin na hlavu od roku 2000 přesahuje dvacet tun!

Dobrým příkladem geomorfologického působení člověka je tunel pod kanálem La Manche (Channel Tunnel), při jehož ražbě bylo nutné vyvézt 20 milionů tun horniny. Ta byla deponována pod nedalekým útesem Shakespeare Cliff, kde došlo k vytvoření nové pevniny o ploše 40 hektarů. V samotné Británii bylo od roku 1850 při dolování surovin zejména v uhelných lomech přemístěno 38,5 krychlových kilometrů hornin. Podle těchto čísel se zdá, že cena energie je v současné době zanedbatelně nízká.

Fosforový vrchol

Další rychlý růst civilizace bude brzděn nedostatkem anebo cenou některých zdrojů. Světu se kromě základního zdroje, totiž vody, začíná nedostávat stříbra, cínu, některých platinových kovů, běžné a zatím laciné konvenční ropy. Jedny z největších obav však vzbuzuje nedostatek fosforu, který je součástí většiny průmyslových hnojiv. Poptávka prudce roste, protože přibývá nejenom lidí, ale také střední třídy, která si může dovolit větší nákupy a lepší jídlo.

Těžba fosforitu se proto stále zvyšuje. Jsou otevírána stále chudší ložiska anebo ložiska obsahující zvýšené množství těžkých prvků – v případě fosforitu to je zejména kadmium. V roce 2030 těžba zřejmě dosáhne vrcholu 25 až 30 milionů tun fosforu ročně, a pak začne klesat (populace však nadále poroste). Dlouhodobé prognózy týkající se surovin se sice málokdy naplnily, ale dá se očekávat další, možná i skokový růst ceny fosforitů již během dalšího desetiletí. Nechci slyšet, co si pak budeme myslet o hnojivech zbytečně promrhaných na něco, co jsme mohli snadno ušetřit – na biopaliva.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201603_146-153.pdf (640 kB)

Diskuse

Počet příspěvků: 1