Τι γνωρίζουμε για το κλίμα; Τα στοιχεία για την κλιματική αλλαγή Understand article

Μετάφραση: Θοδωρής Πιερράτος (Theodoros Pierratos). Στο πρώτο από τα δυο άρθρα, ο Rasmus Benestad ερευνητής του Νορβηγικού Μετεωρολογικού Ινστιτούτου, εξετάζει τα στοιχεία για…

Τα τελευταία χρόνια η κλιματική αλλαγή έχει γίνει ένα σημαντικό διεθνές πολιτικό θέμα, περιλαμβάνοντας το πρωτόκολλο του Κιότο καθώς και συζητήσεις σε συναντήσεις υψηλού επιπέδου όπως αυτές των G8. Η πρόσφατη τέταρτη έκθεση αποτίμησης (AR4) της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) αναφέρει ότι η παγκόσμια άνοδος της θερμοκρασίας που καταγράφηκε τις τελευταίες δεκαετίες είναι πολύ πιθανό να οφείλεται σε ανθρώπινη δραστηριότητα (με πιθανότητα μεγαλύτερη από 90%).

Οι διεθνείς επιστημονικές ενώσεις έχουν ζητήσει την ανάληψη δράσεων που θα μετριάσουν την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από τις εκπομπές των αερίων θερμοκηπίων όπως το CO2. Η IPCC και ο πρώην αντιπρόεδρος των ΗΠΑ Al Gore μοιράστηκαν το Νόμπελ Ειρήνης το 2007 για τη διάδοση της γνώσης σχετικά με την αλλαγή του κλίματος που οφείλεται στον άνθρωπο. Το ντοκιμαντέρ του Gore με τίτλο Μια Ενοχλητική Αλήθεια τιμήθηκε με βραβείο Όσκαρ. Η έκθεση Stern θεωρεί την αλλαγή του κλίματος ως μια μεγάλη πρόκληση για τον κόσμο.

Συγχρόνως, τα μέσα ενημέρωσης έχουν παρουσιάσει αναφορές που δίνουν την εντύπωση ότι η επιστήμη που εμφανίζει ως ανθρωπογενή (προκαλούμενη από τον άνθρωπο) την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας είναι αμφισβητούμενη, και παρουσιάζουν αντικρουόμενες επιστημονικές απόψεις για τον τρόπο διαχείρισης της αλλαγής του κλίματος. Επομένως, τι πραγματικά γνωρίζουμε για το κλίμα; Στο άρθρο αυτό εξετάζουμε τα στοιχεία και τα επιχειρήματα σχετικά με το κλίμα και την αλλαγή του κλίματος.

Η ιστορία της κλιματικής έρευνας

Είναι χρήσιμο να τεθεί η έννοια της αλλαγής του κλίματος σε ένα ιστορικό πλαίσιο, και να σημειωθεί ότι αποτέλεσε θέμα συζήτησης και παλιότερα. Στα τέλη του 19ου αιώνα, μελετητές αναρωτήθηκαν εάν το τοπικό κλίμα επηρεάστηκε από την αποψίλωση, ή κατά πόσο οι ηλιακές κηλίδες είχαν οποιαδήποτε επιρροή στον καιρό. Στο τέλος του 19ου αιώνα ιδρύθηκε στη βόρεια Νορβηγία το παρατηρητήριο Mount Haldde για το σέλας επειδή, μεταξύ άλλων, υπήρχε η πεποίθηση ότι το Βόρειο Σέλας, μπορεί να επηρεάζει τον καιρό.

Προσδιορισμός με ανακατασκευή του
CO2 (γκρι) και της  θερμοκρασίας
(μπλε)όπως προκύπτει από τον πυρήνα
πάγου του Βοστόκ. Τέρμα δεξιά
φαίνονται οι σημερινές συγκεντρώσεις
CO2. Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνσn

Χορηγία εικόνας από Rasmus Benestad

Μερικοί μελετητές θεώρησαν ότι το κλίμα ακολουθεί συγκεκριμένους κύκλους και μελετώντας το παρελθόν θα μπορούσε κάποιος να εντοπίσει κανονικότητες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να προβλέψουν το μέλλον. Περίπου την ίδια εποχή, υπήρξαν επίσης ερευνητές που μελέτησαν τα αποτελέσματα των αυξήσεων στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του CO2. Σκέφτηκαν ότι μεταβολές στις συγκεντρώσεις του CO2 ενδεχομένως θα βοηθούσαν να εξηγηθούν οι έντονες μεταβολές θερμοκρασίας που συνδέονται με τις εποχές παγετώνων, δεδομένου ότι οι επιδράσεις των αλλαγών της γήινης τροχιάς γύρω από τον Ήλιο θεωρήθηκαν εξαιρετικά μικρές για να ληφθούν υπόψη. Ένας εξαιρετικός δικτυακός τόπος σχετικά με αυτές τις ιστορικές πτυχές του θέματος είναι ο ‘The Discovery of Global Warming’ (Η ανακάλυψη της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας) ’w1.

Πώς ξέρουμε, όμως, ότι υπήρξαν εποχές παγετώνων; Η θεωρία των παγετωνικών και μεσοπαγετωνικών περιόδων βασίστηκε σε γεωλογικές ανακαλύψεις και διάφορα γεωλογικά στοιχεία. Οι γεωλόγοι αναρωτήθηκαν τι ήταν αυτό που είχε σμιλεύσει τις κοιλάδες στις οροσειρές, προκάλεσε τον θρυμματισμό των βράχων και τα παγετώδη κορήματα, και πρότειναν τη μόνη εύλογη εξήγηση: ο πάγος. Βρέθηκαν επίσης παλαιοντολογικά ευρήματα, όπως υπολείμματα βλάστησης και ζώων τα οποία συνδέονται με θερμότερα κλίματα, γεγονός που οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το τοπικό κλίμα ήταν θερμότερο, και απολιθώματα που υποδεικνύουν ότι κατά το παρελθόν η στάθμη της θάλασσας ήταν διαφορετική από τα σημερινά επίπεδα.

Προσφάτως, ακόμη πιο αξιόπιστα χημικά ευρήματα έχουν εξαχθεί από τους πυρήνες πάγου που εξορύχτηκαν με τρυπάνι από στρώματα πάγου στην Ανταρκτική και τη Γροιλανδία (δείτε το γράφημα παρακάτω). Οι φυσαλίδες  αέρα που παγιδεύονται στον πάγο, σε βάθη που αντιπροσωπεύουν το χρόνο στον οποίο διαμορφώθηκε το στρώμα του πάγου, παρέχουν τις ενδείξεις για τις θερμοκρασίες και τις συγκεντρώσεις συγκεκριμένων ατμοσφαιρικών αερίων.

Η κατανόηση εκ μέρους μας των εποχών των παγετώνων στηρίζεται σε δύο πυλώνες: τη θεωρία του Milankovitch που εξηγεί πώς σχετίζονται οι αλλαγές στη τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο με την εμφάνιση των εποχών παγετώνων, και την ερμηνεία του Arrhenius για το πώς οι μεταβολές στα επίπεδα του CO2 θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη μέση θερμοκρασία του πλανήτη.

Οι συζητήσεις συνεχίζονται: αλλά σύμφωνα με όσα ξέρουμε σήμερα, που έσφαλαν οι παλαιότεροι μελετητές για το κλίμα;

Δεδομένα για το κλίμα μας

Οι φυσικές μεταβολές μάς πληροφορούν ότι το κλίμα είναι ευαίσθητο σε εξωτερικές συνθήκες, όπως είναι η ενέργεια που προσλαμβάνει η Γη από τον Ήλιο. Γνωρίζουμε επίσης ότι η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης θα έπρεπε να είναι χαμηλότερη από ό,τι είναι, αν θεωρήσουμε μόνο την ισορροπία μεταξύ της ενέργειας που λαμβάνει από τον Ήλιο και της θερμότητας που δραπετεύει στο διάστημα.

Η θέα της Γης από το Διεθνή
Διαστημικό Σταθμό

Χορηγία εικόνας από NASA

Υπάρχει ήδη ένα φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου που διατηρεί τη θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας περίπου 30ºC υψηλότερη από ό,τι προβλέπεται από το ενεργειακό ισοζύγιο. Πώς το γνωρίζουμε αυτό; Κυρίως από τους νόμους της φυσικής (οι οποίοι έχουν επιβεβαιωθεί κάτω από διαφορετικές συνθήκες), σύμφωνα με τους οποίους ο πλανήτης μας λαμβάνει ενέργεια μόνο από τον Ήλιο υπό μορφή φωτός, η οποία μετριέται από την ηλιακή σταθερά με τιμή περίπου 1370 W/m2. Αν ο πλανήτης ούτε θερμαίνεται ούτε κρυώνει με την πάροδο του χρόνου, τότε η ενέργεια που λαμβάνει από τον Ήλιο πρέπει να είναι ίση με την ποσότητα ενέργειας που η Γη χάνει στο Διάστημα.

Η απώλεια ενέργειας ακολουθεί έναν βασικό νόμο (το νόμο των Stefan-Boltzmann), ο οποίος έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά στο εργαστήριο και λέει ότι η απώλεια ενέργειας (ακτινοβολία μέλανος σώματος) εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Είναι επίσης σημαντικό να λάβουμε υπόψη την ποσότητα φωτός που ανακλάται από τον πλανήτη (για παράδειγμα, από τα σύννεφα και τον πάγο).

Το ενεργειακό ισοζύγιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλεφθεί η επιφανειακή θερμοκρασία άλλων πλανητών του Ηλιακού Συστήματος και η επιβεβαίωσή του από εμπειρικές μετρήσεις συνιστά έναν επιστημονικό έλεγχο. Η ένταση του ηλιακού φωτός μπορεί να υπολογιστεί εύκολα μέσω της ηλιακής σταθεράς και της απόστασης του πλανήτη από τον Ήλιο.

Γενικά, η επιφανειακή θερμοκρασία των πλανητών μειώνεται καθώς αυξάνεται η απόσταση από τον Ήλιο, όπως αναμένεται από το ενεργειακό ισοζύγιο ακτινοβολίας. Μερικοί πλανήτες όμως, όπως η Γη, έχουν υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες από αυτές που προβλέπονται από το αυστηρό μοντέλο ενεργειακού ισοζυγίου ακτινοβολίας. Αυτοί είναι πλανήτες οι οποίοι έχουν ατμόσφαιρα η οποία περιέχει αέρια θερμοκηπίου (ΑΘ). Για παράδειγμα, η επιφάνεια της Αφροδίτης, η οποία έχει ατμόσφαιρα που περιέχει ΑΘ, είναι θερμότερη από αυτή του Ερμή, ο οποίος είναι πιο κοντά στον Ήλιο δεν έχει όμως ατμόσφαιρα που να περιέχει ΑΘ.

Εργαστηριακά πειράματα επιβεβαιώνουν τις ιδιότητες του CO2 ως αέριου θερμοκηπίου. Αυτά τα αέρια, όπως είναι το CO2 έχουν μια σημαντική φυσική ιδιότητα: είναι διαφανή στο ορατό φως αλλά αδιαφανή στο υπέρυθρο φως (ακτινοβολία λόγω θερμότητας).

Η θέα της Γης από το διάστημα
Χορηγία εικόνας από NASA

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου μπορεί επίσης να γίνει κατανοητό από τη σκοπιά της κβαντικής φυσικής, σύμφωνα με την οποία τα φωτόνια απορροφούνται από συγκεκριμένα μόρια αυξάνοντας την περιστροφή τους ή την ταλάντωσή τους.

Όταν τα μόρια στη συνέχεια χάνουν την ενέργεια που προσέλαβαν από τα φωτόνια, ακτινοβολούν περίπου τη μισή ενέργεια προς το έδαφος. Όταν αυτή η ακτινοβολία προστίθεται στο ηλιακό φως που έρχεται από τον Ήλιο το αποτέλεσμα είναι η θέρμανση της επιφάνειας.

Εν κατακλείδι, η θεωρία πίσω από το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι αδιαμφισβήτητη και στηρίζεται τόσο σε εμπειρικά στοιχεία όσο και στη θεωρητική φυσική. Έχει επίσης αποδειχτεί από αρκετές διαφορετικές πηγές στοιχείων ότι το κλίμα της Γης έχει υποστεί μεταβολές κατά το παρελθόν. Οι μεταβολές αυτές μπορούν να αποδοθούν σε αλλαγές παραγόντων που επηρεάζουν το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης.

Download

Download this article as a PDF

Web References

Resources

  • Ο δικτυακός τόπος Climate Change Education απευθύνεται σε μαθητές, καθηγητές αλλά και άλλο κόσμο:http://climatechangeeducation.org
  • Ο δικτυακός τόπος RealClimate περιέχει πολλά σχόλια σχετικά με την κλιματική επιστήμη από εν ενεργεία επιστήμονες του κλίματος για το ενδιαφερόμενο κοινό και τους δημοσιογράφους. Σκοπεύει να παρέχει άμεσες απαντήσεις σε αναπτυσσόμενες ιστορίες. Η συζήτηση περιορίζεται σε επιστημονικά ζητήματα και δεν περιέχει πολιτικές ή οικονομικές εφαρμογές της επιστήμης. Δείτε:www.RealClimate.org

Review

Όλοι έχουν ακούσει κάτι για την κλιματική αλλαγή. Το θέμα απασχολεί συχνά τα μέσα ενημέρωσης αλλά οι πληροφορίες που δίνονται είναι συχνά ημιτελείς ή επηρεασμένες από πολιτικές θέσεις. Ως καθηγητές φυσικών επιστημών πρέπει να παρέχουμε στους μαθητές ακριβείς πληροφορίες και εργαλεία για να αναπτύξουν σημαντικές στάσεις βασισμένες σε γεγονότα ώστε να γίνουν ενεργοί πολίτες.

Το άρθρο του Rasmus Benestad που δημοσιεύεται σε δυο μέρη, είναι πολύ χρήσιμο επειδή παρουσιάζει το θέμα καθαρά και αντικειμενικά, αναφέρεται στην ιστορία του, στα διαθέσιμα στοιχεία, στην ανθρωπογενή συνεισφορά και σε αμφισβητούμενα θέματα. Επιπλέον προσφέρει στον αναγνώστη αξιόλογες διαδικτυακές αναφορές για επιπλέον αναζήτηση ανάλογα με τις γνώσεις του στο αντικείμενο.

Συνιστώ αυτό το άρθρο στους καθηγητές φυσικών επιστημών που επιθυμούν να ανανεώσουν τις γνώσεις τους καθώς και σε μαθητές γυμνασίου – λυκείου που ενδιαφέρονται για τα γεγονότα και τα επιστημονικά στοιχεία που βρίσκονται στην καρδιά αυτής της διαμάχης. Το υλικό είναι επίσης ιδιαίτερα κατάλληλο για συζήτηση στην τάξη και για διαθεματική προσέγγιση της περιβαλλοντικής εκπαίδευσης στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση.


Giulia Realdon, Ιταλία




License

CC-BY-NC-ND