Schimbarile climatice si gazele de sera

Civilizatia umană a fost si va fi in mod sigur marcată de evoluţia climei, iar studiul schimbărilor climatice reprezinta un pas fundamental pentru inţelegerea istoriei şi viitorului rasei umane. În decursul celor catorva sute de ani in care oamenii au studiat sistemul climatic al planetei noastre, schimbarile au fost relativ reduse, insa studiile stiintifice ne arata, de exemplu, că in trecutul geologic deşertul Sahara a fost acoperit de gheaţă, iar recifii de corali creşteau in Transilvania. La apogeul ultimei glaciaţiuni, acum ~21.000 de ani, calote de gheaţă acopereau Canada, nordul Statelor Unite, nordul Europei si părţi din Asia (Figura 1). In centrul acestor calote grosimea gheţii era de 1 km sau chiar mai mult, iar nivelul mării era cu ~120 m mai scăzut decât in prezent, unind insulele dintre Asia si Australia si conectând Marea Britanie de continentul European.

 Schimbarile climatice si efectul lor asupra gazelor de sera

Figura 1. Comparaţie intre aria ocupată de calotele glaciare in emisfera nordică in prezent (stânga) si acum 21000 de ani (dreapta). Imagine preluata de la NASA.

Teoria lui Milankovič si cauzele erelor glaciare

Care sunt cauzele acestor schimbări climatice si cum putem afla mai multe despre cum a evoluat clima in trecut?

Cu aproape 90 de ani in urmă sârbul Milutin Milankovič a publicat o monografie intitulata “Teoria matematica a fenomenelor termice cauzate de radiaţia solară”, care avea sa revolutioneze studiul schimbarilor climatice la scara geologica. Conform acestei teorii, pământul trece prin perioade glaciare si interglaciare la intervale care pot fi calculate tinând cont de schimbarile periodice in configuratia orbitală a Pământului. Mai exact, schimbarile in excentricitatea orbitei in jurul soarelui (Figura 2), inclinaţiei planului de rotatie (Figura 3) si schimbarea anotimpului in care Pământul se afla cel mai aproape de soare (Figura 3) modifică distribuţia radiatiei solare la diferite latitudini. Prin urmare, atunci când energia solara din timpul verii la latitudini mari din emisfera nordica este ridicata, Pământul absoarbe mai multa energie de la soare facând clima mai calda si prevenind formarea unor calote glaciare extinse. Din contră, cand energia primită de la soare este scazuta, clima va fi mai rece, ghetarii vor putea supravietui de la un an la altul, iar calotele glaciare vor incepe sa se formeze la latitudini mari. Emisfera nordică are un rol mai mare pentru ciclurile glaciare decât emisfera sudică pentru că aria ocupată de continente este mai extinsă la nord de ecuator iar calotele glaciare au mai mult spatiu să se dezvolte.

 Schimbarile climatice si efectul lor asupra gazelor de sera

Figura 2. Datorită atractiei gravitationale excercitată asupra pămantului de catre celelalte planete din sistemul solar, forma orbitei in jurul soarelui variaza de-a lungul timpului de la eliptica pana la aproape circulară, afectând distributia sezonieră a radiatiei solare in cele două emisfere. Aceste schimbari sunt concentrate in cicluri care au o durata medie de 100.000 si 413.000 de ani. Excentricitatea afectează clima pământului pentru ca atunci când orbita este mai circulară cantitatea de energie primită de la soare va fi mai mare decat in cazul unei orbite mai eliptice, iar clima va fi mai caldă.

 Schimbarile climatice si efectul lor asupra gazelor de sera

Figura 3. Oblicitatea, sau inclinatia planului axial (stanga) variaza intre 22.1 grade si 24.5 grade (in prezent se afla la 23.5 grade) cu o periodicitate de ~40.000 de ani si are efectul cel mai pronuntat in distributia energiei la latitudini mari. O inclinare mai accentuată a orbitei va produce contraste sezoniere mai pronuntate (veri mai calde si ierni mai reci) in timp ce un unghi mic al orbitei va determina veri mai racoroase si ierni mai blande. Precesia echinoctiilor si solstitiilor in jurul orbitei (dreapta) afectează perioada din an in care Pământul se afla cel mai departe (afelion) si mai aproape (perihelion) de soare si se schimba cu o periodicitate de 19,000 si 23,000 de ani. Atunci cand afelionul se produce in timpul verii, calotele glaciare vor putea sa se formeze datorită temperaturilor mai scazute, iar cand afelionul are loc in timpul iernii (cum este cazul in prezent) verile vor fi mai calde iar calotele glaciare nu vor putea creste.

Deşi acceptată de marea majoritate a comunităţii ştiiţifice, teoria lui Milankovič nu poate explica toate trăsăturile observate în arhivele geologice. Prin urmare, în ultimii ani au apărut teorii alternative care fie modifică diferite aspecte ale acestei teorii, fie propun mecanisme complet diferite pentru apariţia si dispariţia perioadelor glaciare. Despre acestea, însă, poate într-un articol viitor.

Schimbările climatice si gazele de seră

Pe lângă configuraţia orbitală, doi factori adiţionali pot afecta in mod fundamental balanţa energetică a pământului: (1) modificarea fractiei de energie solară reflectată de Pământ (albedo) indusă, de exemplu, de schimbarea concentraţiei de aerosoli din atmosferă sau a tipului de vegetaţie; (2) alterarea cantităţii de energie reflectată inapoi spre Pământ de către atmosferă (de exemplu prin schimbarea concentratiei gazelor de seră). Societatea umana are capacitatea de a influenta acesti factori, de exemplu, prin inlocuirea pădurilor cu culturi agricole sau prin arderea combustibililor fosili.

În prezent, principalul motiv de ingrijorare vis-à-vis de schimbarile climatice este concentratia ridicată a CO2-ului si a altor gaze de seră. Acestea au atins nivele fară precedent, cel putin in ultimii 800.000 de ani (Fig. 4), perioadă pentru care avem date precise culese din carotele de gheată din Antarctica.

 Schimbarile climatice si efectul lor asupra gazelor de sera

Figura 4. Comparaţie între volumul de gheaţă dedus prin măsurarea izotopilor de oxigen (δ18O) în cochiliile unor organisme marine (albastru) si date din carotele de gheată Votstok si EPICA din Antarctica (anomalia de temperatură (roşu), concentraţia de metan (violet) si concentraţia dioxidului de carbon (verde)). Date preluate de la NOAA.

Pe masură ce zapada s-a acumulat in Antarctica, stratele de zapadă de la adancime au fost comprimate si s-au transformat treptat in cristale de gheaţă, iar în acest proces mici bule de aer au fost incorporate in gheaţă. Oamenii de stiinţă pot sa extragă carote lungi de caţiva kilometri si să masoare concentratia diferitelor gaze pastrate în gheaţă de-a lungul timpului. Conform acestor date, in ultimii 800.000 de ani concentraţia CO2-ului a variat intre 180 de părţi pe million (ppm) în timpul erelor glaciare si ~300 ppm în timpul perioadelor calde (interglaciare).

Deasemeni, datele confirmă că la inceputul incalzirii de la sfârsitul ultimei perioade glaciare, temperatura a început să crească cu ~800 de ani înaintea creşterii CO2-ului, însă ulterior temperatura s-a schimbat în tandem cu CO2-ul. Prin urmare, din moment ce tranziţia de la glaciar la interglaciar dureaza ~5000 de ani, 5/6 parti din încalzirea totală poate fi explicată de creşterea CO2-ului. Scepticii încălzirii globale folosesc însă doar prima parte a observatiei precedente pentru a argumenta că dioxidul de carbon antropogenic nu va induce schimbari climatice în viitor si aleg sa ignore partea a doua a observatiei de mai sus.

În ultimii 100 de ani CO2-ul a crescut cu mult peste 300 ppm si se afla in prezent la ~385 ppm. Pentru comparaţie, cresterea de 80 ppm a CO2-ului în timpul tranzitiei de la ultima perioadă glaciară a luat 5000 de ani. In mod similar, concentratia metanului (CH4) in atmosferă a oscilat intre ~350 parti pe miliard (ppb) si 750 ppb in ultimii 600.000 de ani; in prezent insă concentratia acestui gaz in atmosfera este de ~1750 de ppb!

Voteaza acest articol in concursul Naturalist.

Add to FacebookAdd to DiggAdd to Del.icio.usAdd to StumbleuponAdd to RedditAdd to BlinklistAdd to TwitterAdd to TechnoratiAdd to FurlAdd to Newsvine

Anunțuri

Un gând despre &8222;Schimbarile climatice si gazele de sera&8221;

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s