Vrsta dokazov, da človek povzroča globalno segrevanje, je naslednja.

Mi dvigujemo raven CO₂ v ozračju

Izpusti ogljikovega dioksida, ki jih povzroča človek, so izračunani iz mednarodnih statističnih podatkov o energiji, upoštevajoč premog, rjavi premog, šoto in proizvodnjo surove nafte po državah in letih od 1751. leta naprej. Izpusti CO₂ so se v zadnjem stoletju drastično povečali in se povzpeli do 29 milijard ton leta 2006 (EIA).

Koncentracijo CO₂ v ozračju merijo na več sto merilnih mestih po vsem svetu. Neodvisne meritve prav tako izvajajo z letali in sateliti. Za obdobje pred letom 1958 so raven CO₂ v zraku določili iz zračnih mehurčkov, ujetih v polarnih ledenih strženih. V predindustrijski dobi zadnjih 10.000 let je bila raven CO₂ v ozračju relativno stabilna, od 275 do 285 ppm (delcev na milijon). V zadnjih 250 letih se je raven CO₂ zvišala za okrog 100 ppm. Trenutno se količina CO₂ v ozračju povečuje za približno 15 gigaton na leto (2 ppm).

Slika 1. Raven CO₂ v ozračju (zelena krivulja predstavlja ledeni stržen s postaje Low Dome na Antarktiki, modra z Maune Loe na Havajih, rdeča pa skupne izpuste CO₂ (CDIAC). Medtem ko raven CO₂ v ozračju običajno predstavljamo v delcih na milijon, je tukaj prikazana količina CO₂ v ozračju v gigatonah. Med izpuste CO₂ uvrščamo izpuste iz fosilnih goriv, proizvodnje cementa in izpuste, nastale pri sežiganju plina.

Človeštvo dejansko izpušča dvakrat več CO₂, kot ga dejansko obstane v ozračju. Narava absorbira več kot polovico CO₂, ki ga izpustimo v zrak, in tako zmanjša naš vpliv na podnebje. Delež človekovega izpusta CO₂, ki ostaja v ozračju, se od leta 1958 naprej giblje okrog 43 %.

CO₂ "ujame" toploto

V skladu s fiziko sevanja in desetletji laboratorijskih meritev je pričakovati, da bo več CO₂ v ozračju absorbiralo tudi več infrardečega sevanja na poti v vesolje. Leta 1970 je NASA izstrelila satelit IRIS za merjenje infrardečega spektra. Leta 1996 je Japonska vesoljska agencija izstrelila satelit IMG, ki je zabeležil podobne meritve. Obe zbirki podatkov so primerjali, da bi ugotovili morebitne spremembe izhodnega sevanja v več kot 26 letih (Harries, 2001). Ugotovili so zmanjšanje izhodnega toka sevanja v območju valovnih dolžin, ki jih absorbirata toplogredna plina kot sta CO₂ in metan (CH₄). Sprememba izhodnega sevanja je bila v skladu s teoretičnimi pričakovanji. Članek vsebuje »neposreden eksperimentalni dokaz o znatno povečanem učinku tople grede na Zemlji«. Rezultat so potrdili tudi kasnejši članki, v katerih so uporabili podatke kasnejših satelitov (Griggs, 2004; Chen, 2007).

Slika 2. Sprememba spektra v obdobju 1970-1996 zaradi toplogrednih plinov. Na navpični osi je označen odklon glede na sevanje črnega telesa (Harries, 2001).

Ko toplogredni plini absorbirajo infrardečo sevanje, tako zajeta energija segreva ozračje, ki nato ponovno seva v infrardečem spektru v vse smeri. Nekaj tega sevanja se prebije do Zemljinega površja. Zato pričakujemo, da bomo z naraščajočo koncentracijo toplogrednih plinov zaznali več sevanja proti tlom. Talne meritve od 1973 do 2008 potrjujejo naraščajoči trend omenjenega IR sevanja (Wang, 2009). V regionalni študiji v osrednjih Alpah je bilo ugotovljeno, da se infrardeče sevanje v smeri proti tlom povečuje zaradi povečanega učinka tople grede (Philipona, 2004). Korak naprej so naredili znanstveniki z analizo spektralnih podatkov visoke ločljivosti, tako da so količinsko določili prispevke k povečanju sevanja za posamezne toplogredne pline (Evans, 2006). Rezultat je avtorje pripeljal do zaključka, da »morajo ti eksperimentalni podatki učinkovito prekiniti trditve skeptikov, da ni eksperimentalnih dokazov o povezavi med povečanjem koncentracije toplogrednih plinov v ozračju in globalnim segrevanjem«.

Slika 3. Spekter dolgovalovnega sevanja, ki vpada na površje Zemlje. Učinek tople grede zaradi vodne pare je izvzet. Prikazani so prispevki drugih toplogrednih plinov (Evans, 2006).

Planet kopiči toploto

Ker torej več energije prihaja kakor odhaja v vesolje, naš podnebni sistem kopiči toploto. Celotno toplotno bilanco planeta sestavlja prispevek toplote iz oceanov, ozračja, površja in ledenih površin (Murphy, 2009). Prispevek toplote v oceanih je zaenkrat izmerjen le do globine 3000 m. Prispevek toplote ozračja so izračunali s pomočjo zbirke podatkov o temperaturi zraka pri tleh in toplotne kapacitete troposfere. Upoštevan je tudi prispevek površja in talilne toplote ledu (to je energije, potrebne, da se led stali).

Slika 4. Časovni potek odklona v skupni količini Zemljine toplote glede na leto 1950 (Murphy, 2009). Oceanski podatki so vzeti iz Domingues in sod. (2008).

Od leta 1970 do 2003 je planet kopičil toploto z močjo 190.000 milijard vatov. Velika večina te energije se je uskladiščila v oceanih. Če upoštevamo, da ima tipična jedrska elektrarna izhodno moč eno milijardo vatov, to pomeni, da je segrevanje oceanov po moči ekvivalentno 190.000 jedrskim elektrarnam. Kaj pa po letu 2003? Karta segrevanja oceanov je bila narejena na osnovi meritev toplote oceanov do globine 2000 m (von Schuckmann, 2009). Globalno so oceani do leta 2008 še naprej akumulirali toploto, in sicer z močjo 0,77 ± 0,11 W/m₂, kar je v skladu z drugimi ocenami energijskega neravnovesja planeta (Hansen, 2005; Trenberth, 2009). Planet torej še naprej kopiči toploto.

Slika 5. Časovna vrsta povprečnega globalnega skladiščenja toplote v oceanih do globine 2000 m (enota na sliki je 10⁸ J m^-2)

Pokazali smo nekaj neposrednih dokazov, da ljudje povzročajo globalno segrevanje. Emisije CO₂, ki jih povzroča človek, precej prekašajo stopnjo naraščanja koncentracije CO₂ v ozračju. Okrepljen učinek tople grede je dokazan s satelitskimi meritvami in meritvami s tal. Energijsko neravnovesje je dokazano z upoštevanjem celotne količine toplote na planetu in meritvami toplote v oceanih.