Sciencemag.cz
Doporučujeme
Asi nejvhodnějším příkladem přírodního rizika, které by nikoho přímo nezabilo, způsobilo by však obrovské celoplanetární poruchy vedoucí k velkému počtu nepřímých obětí, je možnost katastrofické geomagnetické bouře způsobené výronem koronální hmoty. Koróna je vrstvou atmosféry Slunce, nejvzdálenější od středu (bez speciálních pomůcek ji lze vidět pouze během úplného zatmění slunce), a paradoxně má stokrát vyšší teplotu než povrch Slunce. Při výronech koronální hmoty dochází k uvolnění ohromného množství (miliardy tun) explozivně urychleného materiálu, který s sebou nese magnetické pole, jehož síla výrazně převyšuje sílu běžného slunečního větru a meziplanetárního magnetického pole. Koronální výrony začínají zakřivením a přepólováním
magnetického pole v nižší části vrstvy, čímž dochází k prudkým slunečním erupcím, které se mohou pohybovat rychlostí (při níž se rozpínají) menší než 250 km/s (na Zemi se tak dostanou za 7 dní) nebo vysokou až téměř 3 000 km/s (jíž dosáhnou Země za pouhých 15 hodin).
Největší známý výron koronální hmoty začal ráno 1. září 1859, kdy britský astronom Richard Carrington zpozoroval na Slunci a následně zakreslil velkou skvrnu vyzařující velkou bílou erupci
ve tvaru ledviny. Bylo to zhruba dvacet let před příchodem telefonů (1877) a více než dvacet let před zahájením centralizované komerční výroby elektřiny (1882), proto se tehdejšími jedinými
pozorovanými účinky tohoto jevu staly silné polární záře a poruchy nově se rozšiřujících telegrafních sítí, které byly budovány ve 40. letech 19. století: dráty jiskřily, přenášené zprávy se přerušovaly nebo byly nesmyslně zkomolené, operátoři dostávali od přístrojů elektrické rány a tu a tam docházelo k nenadálým požárům.
K několika nejvážnějším pozdějším událostem pak došlo mezi 31. říjnem a 1. listopadem 1903 a 13.–15. květnem 1921, kdy sítě telefonních linek i elektrických vedení byly v Evropě i Severní Americe stále poměrně omezené a jinde velmi řídké. I tak jsme však získali stručný obrázek toho, co by mohl značný výron koronální hmoty způsobit, a to v březnu 1989, kdy takový mnohem slabší (ve srovnání s tím, co pozoroval Carrington) případ vyřadil na devět hodin z provozu celou energetickou síť Quebecu, dodávající elektřinu 6 milionům lidí. O více než 30 let později jsme se stali mnohem ohroženějšími: pomysleme jen na veškerou elektroniku od mobilních telefonů přes e-maily až po mezinárodní bankovnictví a GPS-navigace v každé lodi, letadle a nyní i v desítkách milionů aut.
To, že se tak stane, bychom zjistili ještě před úderem sluneční bouře; naše nepřetržité sledování sluneční aktivity by totiž okamžitě detekovalo jakékoli výrony hmoty a dopřálo by nám nejméně 12–15 hodin času mezi varováním a dopadem. Intenzitu erupce však dokážeme změřit až v okamžiku, kdy proletí okolo sondy SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), což je cca 1,5 milionu kilometrů od Země, a to čas na reakci snižuje na méně než hodinu, možná dokonce na pouhých 15 minut.
I v případě mírných škod by na hodiny či dny došlo k přerušení komunikace a fungování elektrických distribučních sítí a obrovská geomagnetická bouře by tato spojení vyřadila celosvětově z provozu, čímž bychom zůstali bez elektřiny, bez informací, bez dopravy, bez možnosti provádět platby kartami či vybírat peníze z účtů.
A co bychom si teprve počali, kdyby kompletní obnova celé této životně důležité, ale těžce poškozené infrastruktury trvala roky, či dokonce celá desetiletí? Odhady globálních škod se řádově liší, od 2 bilionů až po 20 bilionů USD – to se však jedná jen o finanční škody, ne o hodnoty lidských životů zmařených během dlouhých období bez komunikace, osvětlení, klimatizace,
nemocničních přístrojů, chlazení a průmyslové výroby (a tedy i bez dostatečných vstupů do zemědělství).
Mám však i dobré zprávy. Studie z roku 2012 odhadovala 12procentní pravděpodobnost další „Carringtonovy události“ v průběhu příštích 10 let neboli jednu ku osmi, a zdůrazňovala, že kvůli vzácnosti výskytu těchto extrémních událostí je těžké odhadovat jejich četnost a „prakticky nemožné predikovat konkrétní budoucí výskyt“. Při této nejistotě nepřekvapí, že skupina vědců z Barcelony v roce 2019 zkalkulovala toto riziko pro dekádu od roku 2020 pouze na 0,46–1,88 %, takže by i nejvyšší hodnota znamenala pravděpodobnost 1 k 53, tedy podstatně útěšnější perspektivu.
A v roce 2020 přišla skupina na Carnegie-Mellonově univerzitě s ještě nižším odhadem: s desetiletou pravděpodobností 1 až 9 % pro událost o síle nejméně jako v roce 2012 a 0,02 až
1,6 % o síle Carringtonovy události z roku 1859. Jenže i když si je řada odborníků těchto rizik a nedozírnosti potenciálních následků dobře vědoma, jedná se nepochybně o jedno z těch (podobně pandemie) rizik, na která se nemůžeme nikdy dostatečně připravit; nezbývá než doufat, že příští mohutná koronální erupce se nevyrovná, či dokonce nepřekoná Carringtonovu událost.
Ačkoli to asi nebude to, co by dnes svět rád slyšel, je nepříjemnou pravdou, že virové pandemie budou zaručeně přicházet opakovaně, a to s poměrně vysokou frekvencí, a i když se v některých
základních rysech podobají, jsou ve svých dopadech nepředvídatelně specifické. Začátkem roku 2020 žilo na světě okolo miliardy lidí starších 62 let, kteří přežili tři pandemie virů:
v letech 1957–1959 (H₂N₂), 1968–1970 (H₃N₂) a 2009 (H₁N₁).
Nejpřesnější rekonstrukce celkové úmrtnosti pandemie z let 1957–1959 udávají 38/100 000 (1,1 milionu úmrtí při počtu 2,87 miliardy obyvatel na světě), pandemie z let 1968–1970 úmrtnost 28/100 000 (1 milion úmrtí při 3,55 miliardy obyvatel na světě), zatímco událost z roku 2009 měla nižší virulenci a úmrtnost nepřesáhla 3/100 000 (cca 200 000 úmrtí při 6,87 miliardy obyvatel na světě).
Příchod další takové události byl jen otázkou času, jak však již bylo uvedeno, na tyto hrozby vyskytující se s (relativně) nízkou frekvencí nebýváme nikdy připravení. V žebříčku největších globálních rizik Světového ekonomického fóra, publikovaném každoročně v letech 2007 až 2015, se celkem osmkrát objevilo zhroucení cen aktiv, finanční krize a významné systémové selhání finančního sektoru (evidentně dozvuky roku 2008) a jednou krize z nedostatku pitné vody, zato hrozba pandemie se mezi tři největší rizika nedostala ani jednou. Tolik tedy ke kolektivní prozíravosti globálních rozhodovacích činitelů!
Tento text je úryvkem z knihy
Vaclav Smil: Jak svět doopravdy funguje
Kniha Zlín 2023
O knize na stránkách vydavatele
Komunikačních metalických sítí nám tu už mnoho nezbylo. V poslední míli dožívá JTS, ze které se Telecomy snaží ždímat poslední zbytky života moderní DSL technologií. Délka metalického vedení je pár set metrů. Kdo má telefonní linku na vstupu do domu jištěnu proti přepětí v souladu s dnešními normami, bude nejspíš relativně v klidu. Páteře internetu jsou výhradně na optice už dávno, retailová poslední míle se zrovna u nás zrovna teď houfně stěhuje na optiku (většinou PON). V širé krajině se drží pokrytí bezdrátem – v licenčních pásmech mobilní operátoři, v bezlicenčních pásmech „wifináři“ (dnes spíš 10 nebo 60 GHz). Na jejich věže vede většinou jenom napájení a případně optika.
Chci říct, že koncové krabičky (počítače) a mobilní telefony (bezdrátové přístroje s vlastní baterií) budou proti magnetické bouři relativně v suchu.
Pokud se týče rozvodu elektrické energie, tam může skutečně dojít k narušení funkce, řekněme k black-outu (na pár hodin? až několik dní?) – a tím i ke ztrátě komunikace. Lidem doma rozmrznou mrazáky, v hypermarketech a potravinářském průmyslu přestane fungovat chlazení, a po nějaké době přestane téct voda nejspíš i z centrálních vodovodů, které jsou sice stavěny obvykle jako samotížné, ale zásobníky na vyvýšených místech jsou v mnoha případech doplňovány čerpadly (každý nemá zdroj vody v horách vysoko nad městem).
Vyřazení přenosových sítí VN/VVN bude s trochou štěstí způsobeno spíš vybavením silnoproudých ochran na rozvodnách, které by registrovaly „anomálii v toku energie“, než že by došlo k nějaké primární destrukci klíčových zařízení (hlavně transformátorů). Následný rozběh po black-outu není okamžitý, rozjet lehlou síť z nuly do rovnovážného provozu nějakou dobu trvá (generátory bylo nutno zastavit kvůli ztrátě zátěže, teď je bude nutno postupně znovu nahodit a celou síť sfázovat).
Stránka na níže uvedeném odkazu vysvětluje vliv na energetickou páteř následovně: rozsáhlá síť vedení VN/VVN sbírá náboj přilétající sluneční plazmy / signál indukovaný EM polem přilétajícího výronu. To se na vedení projevuje jako přírůstek proudu (a asi taky napětí), který se bere „odnikud“ jak v zemních tak bohužel i ve fázových vodičích, a uzemňuje se skrz vinutí transformátorů. Tento „rušivý signál“ je velmi nízkofrekvenční až stejnosměrný – a ačkoli jeho proud se zdá být mnohem menší, než je jmenovitá zatížitelnost transformátorů, problém spočívá v tom, že způsobuje stejnosměrné nasycení jader transformátorů, a tedy zvyšuje jejich ztráty pro přenášený užitečný střídavý výkon. Za normálních podmínek (buzení čistě střídavým výkonem) mají tyto velké transformátory ztrátu pod 1%. Zvýšenou ztrátou „užitečně přenášené energie“ při asymetrickém sycení jádra se transformátor snadno přehřeje.
Běžné klasické nadproudové VN/VVN ochrany toto bohužel nezjistí (neregistrují stejnosměrný proud), a VN trafa pouze s touto základní ochranou jsou proto náchylná k poškození výronem slunečního plazmatu.
Zařídit detekci stejnosměrné složky technicky není složitý problém – následně lze výstupem této detekce shodit ochranu (včas odpojit transformátor od sítě), samozřejmě s následkem black-outu, potíží pro generátory (zastavit jadernou elektrárnu při 100% ztrátě zátěže není rychlé ani jednoduché) apod.
Existuje údajně také možnost, přivázat transformátory na vedení (fázové vodiče) pomocí vazebních / ss oddělovacích kondenzátorů. Takto ošetřený transformátor může zůstat v provozu. (Pak je mi ale otázkou, jak se zařídí bezpečné svedení stejnosměrného proudu z fázových vodičů vedení. Napadá mě doplnit cívky, tzn. zapojit to jako LC dolní propust, až na to, že cívka má se stejnosměrem velmi podobný problém jako trafo…)
https://www.quora.com/Is-it-possible-for-the-2nd-Carrington-solar-flare-to-destroy-the-power-grid-globally/answer/Brian-Donovan-13?ch=10&oid=93890753&share=deacc1e3&srid=Nh3qt&target_type=answer