Zece lucruri care ne afectează clima Understand article

Tradus de Mircea Băduţ. Activitățile umane continuă să influențeze clima la scară globală, dar avem și un număr de alte mecanisme interconectate care joacă un rol semnificativ.

Nu există nici o îndoială: clima planetei noastre s-a tot schimbat de-a lungul timpului geologic – chiar şi înainte de apariția lui Homo sapiens. De-a lungul istoriei sale de 4,6 miliarde de ani, Pământul a suferit numeroase extreme climaterice, de la perioadele când planeta era acoperită aproape complet de gheață, până la vremurile când Oceanul Arctic a ajuns la excentrica temperatură de 23°C.

Aceste schimbări climatice sunt rezultatul multor mecanisme de interacțiune, care variază în magnitudinea efectelor. Totuşi, pe parcursul ultimului secol un factor particular a jucat un rol semnificativ în influențarea climatului: consensul covârșitor al oamenilor de știință din domeniul climei este că temperatura Pământului crește ca urmare a emisiilor de gaze cu efect de seră generate de activitatea umană.

Pentru a arăta adevărata amploare a impactului nostru, oamenii de știință examinează o mulţime diversă de procese interconectate care determină schimbările climatice, fie ele naturale sau induse de om, atât în trecut cât și în prezent. În articolul de faţă, parcurgem zece dintre aceste mecanisme. Fiecare mecanism are o măsură diferită de influențare a climei Pământului, aşa încât ordinea în care sunt discutate nu reflectă importanţa lor.

Antarctica’s Brunt Ice Shelf
Crăpăturile care se întind pe banchiza Brunt din Antarctica sunt pe cale să ciuntescă platoul de gheţă și să elibereze un aisberg de dimensiunea districtului Londra.
ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

1. Fără gaze cu efect de seră, Pământul ar fi o planetă înghețată

Prin efectul lor de seră, gazele din atmosfera Pământului (precum bioxidul de carbon, metanul și oxidul de azot) captează radiația infra-roșie de pe Pământ, care altfel ar fi radiată în spațiu. Datorită acestui proces natural, suprafața Pământului are o temperatură medie de 15°Cw1. Fără aceste gaze, planeta noastră ar avea la suprafaţă o temperatură de -18°C, iar viața așa cum o știm nu ar fi posibilă.

Schimbările la nivelul gazelor cu efect de seră pot avea un impact semnificativ asupra climatului global. De exemplu, în trecutul geologic al Terrei, erupțiile vulcanice sau impactul asteroizilor (vom reveni ulterior) au crescut nivelul bioxidului de carbon din atmosferă, determinând creșteri dramatice ale temperaturii. Însă în istoria recentă a Pământului, oamenii au amplificat acest efect natural.

2. Oamenii intensifică efectul natural de seră

Începând cu Revoluția industrială (sec.18-19), activitățile umane au crescut concentrația gazelor cu efect de seră din atmosferă. Nivelul bioxidului de carbon a crescut ca urmare a despăduririi și a arderii combustibililor fosili. Concentrațiile de metan au crescut ca urmare a creșterii șeptelului (bovine, ovine, porcine) și a culturilor de orez.

Până în prezent, efectul de seră antropogen a condus la o creștere globală a temperaturii cu aproximativ 1,0°C peste nivelul pre-industrial. Dacă încălzirea globală continuă în ritmul actual, aceasta ar putea duce la o încălzire de 3-4°C până la sfârșitul acestui secol. Oamenii de știință susţin că încălzirea trebuie limitată la 1,5°C – adică la o creștere suplimentară de nu mai mult de 0,5°C față de nivelul de astăziw2. Pentru a realiza acest lucru, trebuie să reducem drastic emisiile de gaze cu efect de seră. Partea pozitivă este că noi avem totuși posibilitatea de a controla mecanismul componentei antropice a efectului de seră.

Observed and projected global temperature change
Schimbări de temperatură globală observate și prognozate. Limitarea încălzirii globale la 1,5°C necesită reducerea drastică a emisiilor de gaze cu efect de seră. Adaptat din Raportul special privind încălzirea globală de 1,5°C
IPCC
Global temperature change relative to pre-industrial levels (°C): Modificarea globală a temperaturii în raport cu nivelurile pre-industriale (°C);
Human-induced warming to date: Încălzirea provocată de om până în prezent;
Likely increase based on the present rate of warming: Creșterea probabilă, estimată pe baza ratei actuale de încălzire;
Modelled range of warming if CO2 emissions decline to net zero in 2055 and other greenhouse gases are reduced after 2030: Domeniul de încălzire modelată, dacă emisiile de CO2 scad până la zero în 2055 și alte gaze cu efect de seră sunt reduse după 2030

3. Formarea stratului de gheaţă este legată de orbita Pământului

Noi trăim astăzi în ceea ce se numeşte Epoca de gheață cenozoică târzie, care a început în urmă cu 34 de milioane de ani. Ultima fază a acestei ere glaciare a fost perioada quaternară, în timpul căreia Pământul a trecut printr-o serie de stări glaciare și interlagice, în care straturile continentale de gheață au crescut sau s-au retras de câteva ori.

Aceste stări glaciare și interglaciare sunt considerate a fi determinate de variații ale orbitei Pământului, aspect cunoscut sub numele de ciclurile Milankoviciw3. Aceste cicluri sunt centrate pe trei parametri legați de mișcarea Pământului: excentricitatea, oblicitatea axei de rotaţie și precesia axei planetare. Acești trei termeni descriu forma orbitei Pământului (indiferent că ea este mai circulară sau mai eliptică), înclinarea axială a Pământului în raport cu orbita sa, dar și clătinarea axei de rotație planetare.

De exemplu, astăzi axa Pământului este înclinată la un unghi de 23,5° față de perpendiculara pe planul său orbital, dar această oblicitate a variat între 22° și 25° pe o perioadă de aproximativ 41000 de ani. Asemenea modificări afectează cantitatea de radiații solare care lovește diferite regiuni ale Pământului, influențând astfel formarea straturilor de gheață.

Excentricitatea: într-un ciclu de aproximativ 100000 de ani, forma orbitei Pământul variază de la forma uşor eliptică la o formă aproape circulară.
Nicola Graf
Earth: Pământ
Oblicitatea: înclinarea axei Pământului variază între 22° și 25° (înclinare față de perpendiculara pe planul său orbital) pe o perioadă de aproximativ 41000 de ani.
Nicola Graf
Sun: Soare
Precesia: axa de rotaţia a Pământului se clatină, descriind un cerc complet într-o perioadă de aproximativ 26000 de ani.
Nicola Graf

4. Activitatea solară scăzută coincide cu perioadele glaciare

Puterea Soarelui variază de-a lungul ciclului său de activitate de 11 ani. La maximul de energie solară – când activitatea Soarelui este cea mai mare – pe suprafața Soarelui apare un număr mare de pete solare (pete întunecate) și de facule (pete luminoase). Pentru noi, efectul concret al acestui maxim este o creștere a radiației solare, care poate contribui la o climă mai caldă. La minimul energiei solare – perioada cu cea mai redusă activitate solară – se întâmplă contrariulw4.

Un exemplu notabil este Minimul Maunder, care descrie perioada de raritate a petelor solare manifestată între anii 1645 și 1715. Acest minim solar a coincis cu „mica epocă de gheață” – care nu a fost de fapt o epocă de gheață, ci o perioadă în care Europa și America de Nord au suportat un frig sever, și când în Londra, pe fluviul Tamisa, s-au organizat memorabile „târguri pe gheață”.

Sunspot observations per year since the early 1600s
Observaţii anuale ale petelor solare de la începutul anilor 1600, subliniind minimele și maximele solare
Global Warming Art/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Number of sunspots: Număr de pete solare;
Maunder Minimum: Minimul Maunder;
Dalton Minimum: Minimul Dalton;
Modern Maximum: Maximul modern;
Sporadic observations prior to c. 1750: Observaţii sporadice înainte de anul 1750;
Average monthly measurements since c. 1750: Măsurători lunare medii începând cu 1750

5. Creșterea oxigenului a provocat un eveniment de răcire

În urmă cu 2,5 miliarde de ani, în atmosfera Pământului nu exista oxigen. Deși Soarele era pe atunci mai puțin strălucitor, planeta noastră era doar parțial locuibilă, deoarece concentrația atmosferică a metanului era de 1000 de ori mai mare decât astăzi. Însă toate acestea s-au schimbat odată cu Marele Eveniment de Oxigenare, care a fost declanșat de proliferarea algelor verzi-albăstruiw5. Aceste organisme microscopice au devenit capabile să realizeze fotosinteza, emanând oxigen ca produs secundar al procesului lor de viaţă.

Se consideră că acest oxigen nedorit a reacționat cu metanul din atmosferă pentru a produce bioxid de carbon și apă. Bioxidul de carbon este de 62 de ori mai puțin eficient la încălzirea planetei decât metanul, aşa încât înlocuirea metanului cu bioxid de carbon a condus la o scădere dramatică a temperaturii, scufundând Pământul în cea mai veche epocă de gheață – glaciațiunea huroniană.

6. Încălzirea poate întrerupe curenții oceanici

Curenții oceanici și sistemele eoliene sunt componente importante ale sistemului climatic. Ca efect al încălzirii diferențiale, prin care ecuatorul este mai fierbinte decât polii Pământului, curenții de convecție din oceane și din atmosferă transferă energia termică către poli. Aceasta este forța motrice a circulației atmosferice și a circulației termohaline din oceane.

Circulația termohalină (THC, sau transportorul oceanic, așa cum mai este cunoscută) este determinată de diferențele de temperatură și de salinitate ale apeiw6. Aceasta aduce apele de suprafață calde de la tropice înspre Atlanticul de Nord, care apoi încălzește părți ale Europei. Astăzi există îngrijorarea că încălzirea globală va provoca topirea ghețurilor din Groenlanda, diluarea salinității Oceanului Atlantic de Nord și reducerea densității apelor sale. Dacă apa nu mai este suficient de densă pentru a se scufunda, atunci circulația termohalină s-ar întrerupe.

Thermohaline circulation of the world’s oceans
Circulația termohalină a oceanelor lumii, care este determinată de diferențele de salinitate și de temperatură ale apei. Căile albastre reprezintă curenți de apă adâncă, iar căile roșii reprezintă curenții de suprafață.
Nicola Graf
Atlantic Ocean: Oceanul Atlantic;
Indian Ocean: Oceanul Indian;
Pacific Ocean: Oceanul Pacific;
Warm shallow current: Curent cald de suprafaţă;
Cold and salty deep current: Curent rece şi sărat de adâncime

7. Impactul asteroizilor a provocat catastrofe climatice

În urmă cu 66 de milioane de ani, asteroidul Chicxulub, având diametrul de 10 km, s-a ciocnit cu Pământul, ducând la dispariția dinozaurilorw7. Se consideră că impactul asteroidului a aruncat în stratosfera o cantitate mare de praf, care a blocat 50% din lumina solară ce ajungea pe Pământ. Acest lucru a compromis fotosinteza și a dus la prăbușirea lanțurilor trofice. Evenimentul a determinat şi o scădere dramatică a temperaturilor globale, aruncând Pământul într-o „iarnă de impact” care ar fi persistat timp de un deceniu.

Totuşi, după ce praful s-a reaşezat la sol, se pare că Pământul a cunoscut o încălzire globală rapidă. Aceasta a fost rezultatul masei de bioxid de carbon eliberate atât de impactul în sine (asteroidul sfărâmând roci carbonatate) cât și de incendiile ulterioare care s-au răspândit pe Pământ.

fi evenimentele de dispariție din Permian-Triasic și din Triasic-Jurasic) sunt considerate ca fiind cauzate de evenimente de impact, deși nu s-au găsit cratere.

8. Plăcile tectonice pot încălzi sau răci planeta

Zona munților Himalaya – formată ca urmare a coliziunii dintre plăcile tectonice indiană și eurasiatică – este un prim exemplu al modului în care tectonica plăcilor poate avea un impact asupra climei. De-a lungul ultimilor 50 de milioane de ani, ascensiunea lentă a masivului Himalaya a expus la intemperii chimice o nouă rocă. În acest proces, bioxidul de carbon din atmosferă se intergrează în anumite minerale din stâncă, ceea ce reduce cantitatea de bioxid de carbon atmosferic și răceşte planeta.

De asemenea, mișcarea plăcilor tectonice poate avea o influență importantă asupra curenților oceanici. De exemplu, crearea Porţii Tasmaniene și a Pasajului Drake – când continentele Australasia și America de Sud s-au desprins de Antarctica – a dus la formarea curentului circumpolar din Antarctica, în urmă cu 30 de milioane de ani. Curentul a adus la suprafață apă răcită antarctic. Această activitate tectonică – combinată cu încorporarea bioxidului de carbon atmosferic prin formarea munţilor Himalaya – se presupune că a declanșat Epoca de gheață a cenozoicului târziu. Astăzi, oamenii de ştiinţă pot prezice unde se vor deplasa plăcile tectonice în următorii 250 de milioane de aniw8.

9. Erupțiile vulcanice au efecte mixte

Un alt efect al plăcilor tectonice constă în erupțiile vulcanice, care pot afecta clima Pământului pentru perioade cuprinse între câteva zile și câteva zeci de ani. Cantitățile mari de bioxid de carbon pe care vulcanii le emană pot încălzi planeta pe termen lung, dar praful și bioxidul de sulf pe care aceştia le aruncă în atmosferă pot bloca radiațiile solare incidente, conducând la o răcire globală pe termen scurtw9.

Erupția Muntelui Pinatubo din Filipine în 1991 a pulverizat în stratosferă 17 milioane de tone de bioxid de sulf. Aceasta a determinat formarea unei pături de picături de acid sulfuric care a blocat lumina soarelui și a scăzut temperaturile globale cu aproximativ 0,4°C timp de doi ani.

Hot volcanic ash erupting from Mount Pinatubo
Cenușă vulcanică firbinte erupând din Muntele Pinatubo la 12 iunie 1991, cu trei zile înainte de erupția principală
Dave Harlow / USGS / Wikimedia Commons, domeniul public

10. Prezenţa norilor complică încălzirea globală

Norii au consecințe importante pentru clima planetei. Norii joși și groși răcesc suprafața Pământului, în timp ce norii înalţi şi subțiri încălzesc clima. Cheia formării norilor sunt aerosolii – particule mici aflate în suspensie în atmosferă. Aceştia acționează ca niște ‘semințe’ minuscule pe care se condensează vaporii de apăw10. Aerosolii sunt mai mult decât ceea ce putem găsim într-o cutie de spray. Aceştia pot fi naturali (precum praful sau sarea marină) sau antropogeni (cum ar fi poluanții sau fumul). Deci o creștere a aerosolilor antropogeni poate intensifica formarea de nori, ceea ce (în funcție de înălțimea norilor) ar putea compensa extinderea încălzirii globale.

Experimentul CLOUD de la CERN îmbunătățește înțelegerea noastră asupra aerosolilor și asupra norilor, și investighează posibila influență a razelor cosmice asupra formării norilorw11. Aceste raze conțin particule subatomice care provin de la supernove din afara Sistemului solar, și se crede că ele influențează prezenţa norilor prin formarea de noi aerosoli.

Recunoştinţă

Autorul și editorii doresc să îi mulțumească doctorului Anwar Khan de la grupul de cercetare a chimiei atmosferice din cadrul Universităţii din Bristol, Marea Britanie, pentru contribuția sa utilă la acest articol.

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 – Într-un videoclip de la „MinuteEarth”, aflați cum acționează gazele cu efect de seră pentru a menține caldă planeta noastră.
  • w2 – Oficiul pentru Educația Climatică (OCE) a realizat un rezumat pentru profesori, în Raportul Special asupra Încălzirii Globale cu 1,5 ºC (SR15) al Grupului Interguvernamental privind Schimbările Climatice (IPCC).
  • w3 – Urmăriți un videoclip care oferă o explicație detaliată a ciclurilor Milanković și a modului în care acestea afectează clima.
  • w4 – Un cont zglobiu din ‘SciShow Space’ explică modul în care Soarele ne afectează climatul.
  • w5 – Urmăriți o explicație captivantă a Evenimentului Marii Oxigenări.
  • w6 – Aflați mai multe despre circulația termohalină într-un videoclip de pe YouTube.
  • w7 – Într-un film de 3 minute, BBC Earth explică modul în care impactul Chicxulub a dus la dispariția dinozaurilor.
  • w8 – Urmăriți o animație despre cum se presupune că se vor deplasa continentele pe suprafața Pământului ca urmare a tectonicii plăcilor.
  • w9 – AUn videoclip de 2 minute descrie modul în care vulcanii pot schimba clima planetei.
  • w10 – Urmăriți un videoclip TED-Ed care explică efectul pe care aerosolii îl pot avea asupra climei noastre.
  • w11 – Experimentul CLOUD de la CERN este descris mai detaliat pe website-ul CERN.

Resources

  • Descărcați gratuit următorul manual introductiv despre științele climatice de pe web-site-ul ‘Bookboon’:
    • Sloan T (2016) Introductory Climate Science: Global Warming Explained 1st edition. Aberystwyth, UK: Aberystwyth University. ISBN: 9788740314083

Author(s)

Mike Follows este profesor de fizică la Școala Regelui Edward din Birmingham, Marea Britanie. Înainte de a-şi dobândi doctoratul în fizica temperaturilor joase, Mike Follows a petrecut un deceniu lucrând pentru Biroul Metropolitan Britanic, deci poate că nu e de mirare că este atras de problemele globale și de modul în care fizica ajută la explicarea – și poate la rezolvarea – lor.


Review

Schimbările climatice reprezintă o problemă importantă pentru mulți tineri din întreaga lume, după cum au demonstrat recentele campanii derulate de elevi pentru a crește gradul de conștientizare asupra acestei probleme și pentru a solicita acțiuni de prevenire a încălzirii globale. Acest articol dezvăluie mecanismele care influențează schimbările climatice, și el poate fi folosit ca punct de plecare pentru a discuta despre impactul activității umane asupra schimbărilor climatice și consecințele acestora asupra Terrei.

Elevii se pot gândi și la acțiunile pe care le-ar putea lua pentru a ajuta la păstrarea planetei. În plus, studierea mecanismelor care influențează clima oferă posibilitatea de a folosi concomitent cunoştinţele de biologie, geografie și fizică, subliniind natura interdisciplinară a științei.

Câteva întrebările potențiale pentru discuție:

  • Ce sunt gazele cu efect de seră? Dați două exemple.
  • Care ar fi temperatura medie de suprafață a Pământului dacă nu ar exista gaze cu efect de seră?
  • Ce se întâmplă pe suprafața Soarelui în timpul unui maxim solar?
  • Ce efect a avut creșterea nivelului de oxigen din atmosfera Pământului asupra temperaturii planetei?
  • Ce anume determină circulaţia termohalină?
  • Cum ar fi afectată temperatura Pământului de impactul unui asteroid?
  • Cum pot erupțiile vulcanice să afecteze climatul Pământului?

Mireia Güell Serra, profesoară de chimie şi de matematică, INS Cassà de la Selva, Spania




License

CC-BY