Fyzika a environmentální výchova 3 – atmosféra a klima

Jak mluvit se žáky o skleníkovém efektu?

Není vždy snadné hovořit s žáky (popř. s veřejností) o závažných globálních environmentálních problémech, zejména o změnách klimatu. Není neobvyklé, když se v diskusích setkáme se zuřivým odporem prudce odmítajícím jakékoli informace a varování. Důvody, proč někteří lidé nepřipouští, že by mohly ekologické (či jiné) problémy představovat hrozbu, mohou být samozřejmě různé (a v konkrétních případech mohou mít i věcný, racionální základ). Ale ukazuje se, že často je jejich původ psychologický. Jan Krajhanzl ve své knize Dobře utajené emoce a problémy životního prostředí (2012) poukazuje na to, že na první pohled iracionální lidské reakce na znepokojivé informace o environmentálních hrozbách mohou mít svůj původ v přirozeném sklonu bránit se pocitům ohrožení (ze situací, které je obtížné řešit) pomocí „obranných mechanismů ega“. S tím souvisí často přepjaté reakce na informace o environmentálních hrozbách v podobě popírání, bagatelizování, zesměšňování.

Ukazuje se, že problém neadekvátní reakce společnosti na environmentální hrozby spočívá spíš v pocitu bezmoci než v neinformovanosti či lhostejnosti veřejnosti. Obrana proti pocitům ohrožení je běžná nejen u dospělé populace, ale, jak ukazují průzkumy, i u školáků (Krajhanzl 2012 s. 11–13). To je mimořádně důležitý poznatek pro tvorbu metod a forem výuky v rámci environmentální výchovy (popř. environmentální osvěty). Nakonec i dobře míněné kampaně, které v úmyslu vyvolat zájem veřejnosti expresivně líčí apokalyptické podoby environmentálních hrozeb, jsou kontraproduktivní, pokud v lidech probudí strach. Takové kampaně (nebo vzdělávací postupy) spíš než mobilizaci k řešení problému vyvolají v lidech (žácích) obranné mechanismy, které povedou k pasivitě (Krajhanzl 2012 s. 16). S tímto aspektem je důležité počítat i při vyučování tématu o globálních změnách klimatu. Environmentální výchova nesmí být „výchovou katastrofami“. Vždy je třeba hovořit o naléhavé potřebě řešit problém a ne o očekávání nevyhnutelné zkázy.

Skleníkový efekt jako fyzikální jev

V tomto odstavci se budu zabývat obsahem učiva o skleníkovém efektu, se kterým pracuji ve své pedagogické praxi.

Globální změny klimatu (probíhající a očekávané) mají podle převažujících klimatologických teorií antropogenní příčinu zejména ve zvyšování koncentrací tzv. skleníkových plynů v atmosféře (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 4, 7–9). Spalování fosilních zdrojů [2] však tvoří jenom část z celkového množství skleníkových plynů. Vedle oxidu uhličitého je dalším významným skleníkovým plynem také metan (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 7). Ten se do ovzduší uvolňuje jednak přirozeným způsobem (například z mokřadů nebo z termitišť), a ovšem také lidskou činností. Tou je například těžba uhlí (popř. ropný a plynárenský průmysl), uniká také ze skládek. Je rovněž produktem zemědělské výroby (vzniká například při chovu dobytka nebo pěstování rýže). V kontextu hrozících změn klimatu představují významný podíl emisí metanu zmíněné antropogenní vlivy (podle Kadrnožka 2006 s. 70–73). Mezi další, z hlediska globálních změn klimatu méně významné skleníkové plyny, patří ozón, freony, oxid dusný a samozřejmě také vodní pára.

Skleníkový efekt je poměrně složitý fyzikální jev, který ovlivňuje celá řada faktorů. Snad se nedopouštím příliš vážných odchylek od dostupných vědeckých teorií, když v rámci didaktické transformace zjednodušuji mechanismus skleníkového efektu následujícím způsobem:

• Krátkovlnné (především světelné) záření ze Slunce proniká atmosférou k povrchu Země (část záření je pohlcena a část odražena zpět do vesmíru).
• Pohlcené záření je tělesy na povrchu Země znovu vyzářeno v podobě delších vln tepelného záření (toto záření už není krátkovlnné, jelikož sálající tělesa mají mnohem menší teplotu než Slunce).
• Zatímco byla atmosféra dobře „průhledná“ pro krátkovlnné záření, pro dlouhovlnné (tepelné) záření to už neplatí. Skleníkové plyny pohlcují toto záření a zase jej vyzařují všemi směry (tedy ne pouze do vesmíru, ale i zpět k povrchu Země). Tím se povrch planety ohřívá.
• To je podobná situace jako ve skleníku. Zatímco krátkovlnné záření ze Slunce dobře proniká přes sklo, pro dlouhovlnné záření vycházející z těles ve skleníku představuje sklo bariéru. A tak je za slunných dnů ve skleníku obvykle větší teplo než venku.

Obavy z důsledků skleníkového efektu

Skleníkový efekt je jev, který na Zemi nejen pozorujeme, ale je to také jev, díky kterému je na Zemi možný život, jak jej známe. Bez vlivu skleníkového efektu by byla průměrná teplota na Zemi o 30 °C až 40 °C nižší (Kadrnožka 2006, s. 68). Intenzita skleníkového efektu a také hodnoty průměrné teploty se v průběhu historie planety Země mnohokrát měnily.

Obavy z důsledků globálních změn klimatu jsou na místě. Jsou to například znepokojivé jevy (které již přírodovědci evidují) jako: zvyšování průměrné teploty vzduchu a oceánů, tání ledovců (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 6), migrace organismů (a také nakažlivých chorob) na naší polokouli směrem k severu, snížení biodiverzity a ohrožení stávajících ekosystémů (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 17), snižování salinity oceánů, přibývání extrémních klimatických jevů (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 11), ohrožení potravinové bezpečnosti (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 19) a zejména zvyšování teploty a hladin oceánů (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 13). Oceán tak může v relativně blízké budoucnosti pohltit rozsáhlé obydlené oblasti. Již dnes diskutovaný problém tzv. klimatických uprchlíků by nabyl zcela reálných rozměrů (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 20).

         Zvyšování vodní hladiny oceánů je zajímavý proces, ve kterém figurují zejména tyto faktory:

• Tání pevninských ledovců, ze kterých stéká voda do oceánů.
• Tání ledovců plujících na moři má na jeho hladinu také vliv. Žáci se ve fyzice učí, že po rozpuštění ledu plujícího na hladině (například kostky ledu ve sklenici) se hladina vody nezvýší. Objem vody z rozpuštěného ledu bude stejně velký jako objem části ledu plujícího pod hladinou (kapalná voda má větší hustotu než led). To ovšem platí pro situaci, kdy je led ze sladké vody a voda, ve které led pluje, je také sladká. Odlišná je ovšem situace, kdy je voda, ve které led pluje, slaná a led z vody sladké (ledovce plující na mořích jsou především ze sladké vody, protože vznikly stlačením sněhu). Slaná voda má větší hustotu než sladká voda a sladkovodní led má nad hladinou větší objem. Po rozpuštění ledu hladina nepatrně stoupne (v závislosti na salinitě vody). Experiment na téma rozpouštění ledu ve sladké vodě předvádím žákům. Experiment s rozpouštěním ledu ve slané nepředvádím, protože při úrovni přesnosti, kterou mám k dispozici, není výsledek příliš průkazný.
• Tepelná roztažnost vody.

Skleníkový efekt vyvolává ovšem také tzv. zpětné vazby. Mezi záporné (tedy pro nás příznivé) zpětné vazby, které může skleníkový efekt vyvolat, patří vzrůstání intenzity fotosyntézy (a přibývání biomasy), která se s koncentrací uhlíku v atmosféře zvyšuje. Tím se zvyšuje také intenzita odčerpávání uhlíku z atmosféry (na druhou stranu to zase způsobí nárůst počtu živočichů a vzniku dalšího metanu). Příkladem druhé významné negativní zpětné vazby je globálním oteplením způsobená intenzivnější tvorba uhličitanů (vápenců), které rovněž odčerpávají ze vzduchu oxid uhličitý (podle Kadrnožka 2006 s. 74).

Silně znepokojivé jsou ovšem kladné zpětné vazby. Sem patří například zvyšování koncentrace vodní páry v atmosféře. Mnozí klimatoskeptici poukazují na to, že zvýší-li se koncentrace vodní páry v atmosféře, zvýší se celková oblačnost, která bude kompenzovat následky skleníkového efektu, protože mračna odrážejí významný podíl záření zpět do vesmíru. Kadrnožka (2006 s. 75) poukazuje na to, že k celkovému zvýšení oblačnosti nedojde, jelikož (jak se učí žáci ve fyzice) teplý vzduch pojme víc vodní páry než chladný vzduch (posouvá se teplotní hranice rosného bodu, která podmiňuje vznik mraků).

Vážné obavy mají dnes klimatologové z hrozby situace, kdyby kvůli klimatickým změnám roztála obrovská území pokrytá permafrostem (srv. Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 6, 16, 20). Do atmosféry by se tak uvolnil metan.

Poznámka: Výše v textu se často odkazuji na „Souhrnnou zprávu Páté hodnotící zprávy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC), 2014“ (přesněji její překlad). Domnívám se, že je velice vhodné pracovat s tímto (volně dostupným) dokumentem (s konkrétními částmi textu) s poučenými žáky ve výuce. Žáci se v průběhu vyučování učí pracovat s vědeckou zprávou (byť zjednodušenou pro veřejnost a politiky), s grafy a mírou pravděpodobnosti, se kterou je vyjadřována platnost uvedených výzkumných závěrů.

Opatření

V úvodu článku bylo řečeno, že environmentální výchova nemá být „výchovou katastrofami“. Pokud bychom při vyučování o globálních změnách klimatu zůstali pouze u popisu mechanismu skleníkového efektu a výčtu hrozeb, které se změnami klimatu pro civilizaci souvisí, mohla by naše snaha o probuzení zájmu o toto téma u žáků narazit na psychologické bariéry. Proto je důležité neustále hovořit o probíhajícím a plánovaném „procesu mitigace“ (tedy snižování rizik spojených s globální změnou klimatu).

Rizika je totiž opravdu s vysokou pravděpodobností možné výrazně snížit zásadním omezením produkce skleníkových plynů pomocí sociálních, technologických, ekonomických a politických opatření (viz Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 23, 24, 29). Už dnes se podnikají kroky (mezinárodní politické kroky, rozsáhlé vědecké výzkumy a projekty, masové občanské aktivity, atd.), které na hrozby reagují. K celé řadě opatření se již rozhodli mnozí státníci z celého světa. Pořádají se celosvětové klimatické kongresy a konference (například Rio de Janeiro 1992, Paříž 2015, Katovice 2019) a politici dělají kroky vedoucí k průběžnému snižování produkce skleníkových plynů [3]. Mezi oblasti, které by měly vést ke snižování produkce skleníkových plynů, patří například:

• podpora obnovitelných zdrojů energie (popřípadě i jiných zdrojů, které neprodukují oxid uhličitý),
• zásadní omezení využívání fosilních zdrojů energie,
• šetrnější doprava (to je oblast, ve které můžeme přispět ke změně i na osobní úrovni, viz článek Fyzika a environmentální výchova 1 – energie a doprava),
• omezování konzumace masa (popřípadě jiných zemědělských produktů, které stojí za nadměrnou produkcí metanu),
• třídění a zodpovědná recyklace odpadů,
• účinné zateplování domů (budování nízkoenergetických, pasivních či nulových staveb),
• ochrana přírody,
• zalesňování,
• vyvarovat se plýtvání,
• v kontextu vzdělávání bych ještě navrhl zaměření špičkových mozků na výzkum technologií, které pomohou lidem tuto mimořádně obtížnou situaci řešit.

 (srv. Souhrnná zpráva IPCC 2014, s. 32–38)

[1] Odkazuji zejména na „Souhrnnou zprávu Páté hodnotící zprávy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC); Změna klimatu 2014“, 2015.

[2] Fosilní zdroje energie jsou především uhlí, ropa a zemní plyn. Těžištěm jejich využívání je získávání energie prostřednictvím spalování, při kterém se uvolňují environmentálně problematické emise (zejména skleníkový plyn oxid uhličitý). 

[3] Ale neměli bychom ani zamlčovat varování odborníků, že změny probíhají zatím příliš pomalu a ne všechny vlády si uvědomují naléhavost problému, který je třeba okamžitě řešit.

Literatura a použité zdroje

KADRNOŽKA, J. Energie a globální oteplování. 1. vyd. Brno: VUTIUM, 2006. ISBN 80-214-2919-4.

Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání. Praha: MŠMT, 2017.

KRAJHANZL, J. Dobře utajené emoce a problémy životního prostředí. Brno: Lipka, 2012. ISBN 978-80-87604-17-5.

Souhrnná zpráva Páté hodnotící zprávy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) [online]. 2015. [cit. 2019-07-15]. Dostupné z: https://www.mzp.cz/cz/souhrnna_zprava_ipcc_2015.