Home » Articole » Articole » Știință » Încălzirea globală » Importanța dioxidului de carbon în încălzirea globală

Importanța dioxidului de carbon în încălzirea globală

Caracteristicile fizice de bază ale încălzirii globale o fac diferită fundamental de toate celelalte probleme de poluare cu care se confruntă oamenii. Problema distrugerii ozonului de către clorofluorocarburi (problema „găurii din ozon”) a fost un mic act de încălzire care împărtășește unele caracteristici cu problema încălzirii globale. Dar, deoarece problema găurii de ozon a fost ceva mai limitată în domeniul de aplicare, iar reducerea clorofluorocarburilor nu a forțat societatea să se confrunte cu decizii economice cu adevărat dificile, aceasta se află într-o clasă diferită calitativ. Emisiile induse de om ale mai multor gaze, altele decât dioxidul de carbon, contribuie, de asemenea, la încălzirea globală, dar pe o perioadă lungă de timp, dioxidul de carbon este de departe cel mai mare jucător și cel mai implicat în activitatea economică.

Dioxidul de carbon este prezent doar în concentrații foarte mici în atmosferă. Imediat înainte de începutul erei industriale, ar fi trebuit să cercetezi un milion de molecule de aer pentru a găsi 280 de molecule de dioxid de carbon. Dacă tot dioxidul de carbon din atmosferă ar fi adunat într-un strat lângă pământ, stratul ar fi adânc de aproximativ doi metri. Majoritatea dintre noi ar trebui să stea pe un scaun pentru a respira. Din cauza faptului că în atmosferă există relativ puțin dioxid de carbon, activitatea economică umană are perspectiva de a-și dubla concentrația în secolul XXI, cu creșteri mai mari vizibile după aceea. Ar fi mult mai greu pentru orice facem să schimbăm semnificativ conținutul de oxigen al atmosferei, care reprezintă aproximativ o cincime din atmosferă. În ciuda concentrației sale scăzute, dioxidul de carbon joacă un rol cheie în determinarea climei Pământului, deoarece acest gaz întârzie foarte mult eficiența cu care planeta pierde energie în spațiu prin radiația infraroșie (căldură). Principalii constituenți ai atmosferei sunt în esență transparenți la radiația infraroșie. Dioxidul de carbon încălzește Pământul în același mod în care un sac de dormit sau o cuvertură de puf încălzește o persoană, reducând rata pierderii de căldură. Pentru Pământ, această acoperire suplimentară permite planetei să mențină o temperatură mai mare decât ar fi posibilă altfel, având în vedere rata de aport de energie solară de la Soare.

Vaporii de apă sunt celălalt jucător important în bugetul energetic al Pământului, dar concentrația sa în atmosferă este tamponată pe o scară de timp de săptămâni de imensul rezervor oceanic de apă, care se poate evapora rapid în atmosferă și poate ploua la fel de rapid. Astfel, vaporii de apă se adaptează ca răspuns la alte schimbări ale climei (în principal temperatura); în loc să fie un factor principal, este un feedback care amplifică alte cauze ale schimbărilor climatice, inclusiv creșterea dioxidului de carbon. Acesta este motivul pentru care vaporii de apă, deși sunt un gaz cu efect de seră important, nu sunt reglementați de Protocolul de la Kyoto (Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change (1997), 37 ILM (1998).) sau de reglementările propuse la nivel de stat pentru controlul climei din California.

Dioxidul de carbon, în schimb, are o durată de viață foarte lungă în atmosferă și surse naturale foarte slabe; prin urmare, modificările ratei cu care dioxidul de carbon este introdus în atmosferă au o mare influență asupra conținutului de dioxid de carbon din atmosferă. Dioxidul de carbon este implicat în aproape toate marile schimbări climatice din istoria Pământului, inclusiv venirea și plecarea erelor glaciare; eonii de stări calde fără gheață în care au trăit dinozaurii în urmă cu aproximativ șaptezeci de milioane de ani; prăbușirea Pământului într-o stare înghețată la nivel global în epoca neoproterozoică în urmă cu aproximativ șase sute de milioane de ani; și menținerea condițiilor favorabile vieții pe Pământul foarte tânăr, când Soarele era mult mai slab decât este astăzi. Știm din istoria Pământului că dioxidul de carbon are un impact enorm asupra locuinței planetei noastre, dar istoria ne umilește și ne dezvăluie lacune majore în înțelegerea naturii și gravității impactului. Pentru un geolog, ideea de a dubla concentrația de dioxid de carbon din atmosferă este de-a dreptul înspăimântătoare, asemănătoare cu închiderea ochilor și rotirea unui cadran cu termostat care nu a fost atins de mult timp și fără nici măcar avantajul de a ști dacă este un gaz-cuptor sau o bombă cu hidrogen la capătul de jos al firelor termostatului.

Caracterul unic al provocării reprezentate de poluarea cu dioxid de carbon derivă dintr-o triadă de proprietăți. În primul rând, emisiile de dioxid de carbon induse de om constituie o perturbare uriașă a ciclului natural al carbonului, cauzând modificări ale concentrației de dioxid de carbon din atmosferă care sunt mari și cu o viteză fără precedent în analele istoriei geologice. În absența arderii combustibililor fosili, nivelul natural de dioxid de carbon este menținut prin activitatea vulcanică, în special o evadare de aproximativ cinci sute de milioane de tone metrice de carbon pe an în atmosferă din interiorul Pământului. Arderea combustibililor fosili trimite în prezent în atmosferă de aproximativ cincisprezece ori această cantitate anual, iar rata crește exponențial. Ca urmare, nivelul de dioxid de carbon atmosferic a crescut deja de la valoarea sa preindustrială de 280 de molecule pe milion la o valoare actuală de 370 de molecule pe milion, iar acest nivel este de așteptat să atingă de două ori valoarea preindustrială înainte de sfârșitul anului. secolul actual. (Houghton, et al, eds, Intergovernmental Panel on Climate Change, Climate Change 2001: The Scientific Basis: Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change ch 3 (Cambridge 2001) (hereinafter Climate Change 2001).) Prin comparație, concentrația de dioxid de carbon în timpul celor două milioane de ani anteriori erei industriale, cuprinzând întreaga istorie a speciei umane, oscilează între un nivel scăzut de 180 de molecule pe milion în timpul Epocii glaciare și un nivel înalt de aproximativ 300 de molecule pe milion în timpul perioadelor interglaciare. Trebuie să te întorci cu zece milioane de ani înapoi pentru a găsi o altă perioadă în care concentrația de dioxid de carbon a fost la fel de mare pe cât o vom atinge în secolul următor. Privind puțin mai departe în viitor, arderea combustibililor fosili ar putea să dubleze de patru ori concentrația preindustrială în decurs de patru sute de ani, într-un scenariu de afaceri obițnuit. Acest lucru este comparabil cu valorile pe care modelatorii de climă le folosesc pentru a reproduce climatul de abur și lipsit de gheață din Cretacic care a existat în urmă cu aproximativ șaptezeci de milioane de ani (Bette L. Otto-Bliesner, Esther C. Brady, and Christine Shields, Late Cretaceous Ocean: Coupled Simulations with the National Center for Atmosheric Research Cmate System Model, 107 J Geophysical Res (Atmospheres) ACL 11-1 (2002).). A întoarce ceasul climatic cu șaptezeci de milioane de ani în decurs de câteva secole nu este un lucru care poate fi întreprins cu ușurință.

În al doilea rând, schimbările așteptate ale temperaturii cauzate de creșterea dioxidului de carbon au o direcție și o amploare fără precedent în ultimii două milioane de ani. În acea perioadă, clima a fluctuat de la o temperatură medie globală maximă care aproximează valorile predominante în jurul anului 1950 la temperaturi cu aproximativ șase grade mai reci în timpul principalelor ere glaciare (Thomas J. Crowley and Gerald North, Paleoclimatologv 110-32 (Oxford 1991).), până la patru grade Celsius, (C’mate Change 2001 at ch 9 (cited in note 4).) fără nicio garanție că cifra mai înaltă reprezintă cu adevărat cel mai rău posibil caz. La capătul superior al acestui interval, vorbim despre o schimbare climatică cu două treimi la fel de mare ca trecerea la o eră glaciară dar cu această diferență importantă: încălzirea așteptată s-ar adăuga peste temperaturile maxime experimentate în ultimele două. milioane de ani. Prin urmare, nu avem analogi naturali care să ne spună cum ar răspunde rețeaua complexă de interacțiuni fizice și biologice la o schimbare climatică atât de drastică. Conducem pe un teritoriu necunoscut și, având în vedere starea imperfectă actuală a simulărilor fizice și mai ales ecologice, cu un parbriz puternic încrustat cu noroi.

În al treilea rând, și cel mai important, excesul de dioxid de carbon pe care îl trimitem astăzi în atmosferă este îndepărtat extrem de lent, ceea ce înseamnă că dioxidul de carbon pe care îl emitem în următoarea jumătate de secol va modifica clima pentru milenii care vor urma; chiar dacă am încetat complet folosirea combustibililor fosili după cincizeci de ani, răul nu ar putea fi anulat. Durata de viață a dioxidului de carbon din atmosferă este adesea citată în mod eronat ca fiind de ordinul a o sută de ani; această cifră este de fapt rezultatul unei metode greșite și în mare măsură lipsite de sens de agregare a numeroase procese fizice care funcționează pe scări de timp foarte diferite într-un singur număr care se presupune că reprezintă cantitatea de timp în care un dioxid de carbon adăugat suplimentar va rămâne în atmosferă. Fapt este că pentru fiecare kilogram de dioxid de carbon trimis în atmosferă astăzi, doar o mică parte va fi absorbită rapid în ocean. După cinci sute până la o mie de ani de absorbție lentă de către ocean, un sfert din acel kilogram va rămâne în atmosferă. O parte din aceasta va fi absorbită de ocean în următorii zece mii de ani prin procese lente legate de sedimentele oceanice, dar 7% din kilogramul nostru inițial va rămâne timp de sute de mii de ani. (David Archer, Fate of Fossil Fuel C0 2 in Geologic Time, 110 J Geophysical Res C09S05 at 5 (2005).) S-a estimat că exploatarea combustibilului fosil ar putea elimina ciclul natural al erei glaciare în următoarele jumătate de milion de ani, cu consecințe imprevizibile în prezent pentru stocarea și eliberarea catastrofală de gheață exotică purtătoare de metan în ocean asupra viitorului și, odată cu această putere, vine o responsabilitate fără precedent. (David Archer and Andrey Ganopolski, A Movable Trigger Fossil Fuel C02 and the Onset of the Next Gladation, 6 Geochemistry, Geophysics, and Geosystems Q05003 (2005), available online at <http://www.agu.org/journals/gc> (visited Nov 11, 2005).)

O creștere inofensivă cu două până la patru grade Celsius a temperaturii medii globale duce cu ea la schimbări regionale mult mai mari ale temperaturii și precipitațiilor, care pot avea, la rândul lor, consecințe profunde. Regiunile polare se încălzesc mai mult decât media și deja, în stadiul incipient actual de încălzire, o cincime din gheața arctică de vară a dispărut. Gheața arctică de vară ar putea dispărea în cincizeci de ani (J. Overpeck, et al, Arctic System on Trajectoy to New Seasonally Ice-Free State, 86 EOS 309, 309 (Transactions of the American Geophysical Union 2005).), ceea ce va avea consecințe grave pentru urși polari și alte mamifere marine. Deschiderea porturilor arctice și a rutelor de transport maritim se poate dovedi a fi o binefacere pentru economia de piață (precum o sursă de conflicte politice și dispute teritoriale), dar exploatarea din ce în ce mai intensă a zonei este puțin probabil să fie bună pentru ecosistemele naturale. Învățăm, de asemenea, că gheața terestră poate răspunde mai rapid la climă decât se credea anterior. Zona de topire a gheții de vară a Groenlandei s-a extins dramatic și mulți din ghețarii Groenlandei se topesc în ocean. La polul opus, plasa de gheață Larsen B din Antarctica s-a prăbușit pentru prima dată în zece milenii. (Paul R. Epstein and James J. McCarthy, Assessing Ckmate Stabiliy, 85 Bull Am Meteorological Soc 1863, 1863-70 (2004).) Succesul filmului documentar March of the Penguins, o relatare simplă a unui an din viața pinguinilor împărați din Antarctica, este o dovadă a afinității profunde pe care oamenii o simt pentru aceste creaturi curajoase. Pinguinii împărați s-au adaptat de-a lungul a milioane de ani la viața pe gheață. Ciclul lor de viață este intim legat de marșul lung pe uscat de-a lungul gheții de mare și a gheții de pe platformă, întreprins pentru a-și proteja nou-născuții de prădătorii oceanici. Pinguinii s-ar lupta cu putere să anuleze zece milioane de ani de evoluție într-un secol.

La tropice, temperatura se schimbă puțin în cursul normal al anului. Cum va răspunde ecosistemul Amazonului la încălzirea și uscarea extinse prevăzute de unele modele? Apa caldă reține mai puțin oxigen decât apa rece. Prin urmare, în întreaga lume, încălzirea globală va stresa peștii sensibili de apă dulce care trăiesc în pâraiele de mică adâncime; crustaceele de apă sărată de coastă vor fi probabil și ele afectate de căldură. Bolile agricole, bolile umane și infestările cu paraziți (inclusiv boala cartofilor, gândacii de scoarță, West Nile și malaria) își pot extinde aria o dată cu încălzirea. Valurile de căldură de vară vor deveni mai severe, punând un stres deosebit asupra locurilor unde sunt deja abia tolerabile în timpul verii. Unele regiuni se vor confrunta cu secete extinse, iar dacă musonii ar înceta, rezultatele vor fi catastrofale pentru țări precum India. De asemenea, uraganele își extrag energia din apa caldă, astfel încât intensitatea (și poate și numărul) uraganelor este probabil să crească în viitor. Există indicii că creșterea așteptată a puterii distructive a uraganelor este deja în curs. (K.A. Emanuel, Increasing Destructiveness of Tropical Cyclones over the Past 30 Years, 436 Nature 686, 686-88 (2005).)

Impactul în regiunile de coastă joase poate fi exacerbat de o creștere a nivelului mării chiar mai mare decât prognoza actuală, dacă ghețarii s-ar dovedi mai receptivi la creșterile de temperatură decât se crede în mod convențional.

Circulațiile oceanice majore sunt, de asemenea, probabil să se schimbe, cu consecințe incerte pentru clima Pământului și ecosistemele sale oceanice. Dioxidul de carbon devine un acid atunci când se dizolvă în apă; acidificarea rezultată a oceanului va îngreuna formarea scheletelor coralilor. În timp ce dioxidul de carbon din aer acționează ca un îngrășământ pentru multe tipuri de plante, ceea ce înseamnă că o creștere a concentrației sale ar putea avea efecte benefice limitate asupra plantelor agricole, această creștere ar putea avea, de asemenea, consecințe negative și neașteptate pentru ecosistemele terestre (la fel cum deversarea de fosfați și îngrășământul cu nitrați în Golful Mexic nu s-a dovedit benefic pentru mediu).

În plus, dovezile istorice arată că sistemul climatic are schimbări bruște în el și că schimbările climatice se evoluează mai degrabă astfel decât pe o curbă lină și blândă. (R.B. Alley, et al, Abrupt Climate Change, 299 Science 2005, 2005-10 (2003).) În ciuda filmului The Day After Tomorrow, aceasta nu înseamnă că încălzirea globală riscă să aducă o era glaciară. Mai degrabă, riscăm să trecem la un climat care are schimbări mult mai dramatice de la un deceniu la altul, ceea ce face adaptarea mult mai dificilă. Ultimii zece mii de ani, care îmbrățișează întreaga istorie a civilizației, au avut un climat neobișnuit de stabil și nu suntem siguri despre ce ar fi nevoie pentru a perturba această stare fericită de lucruri.

Multe dintre efectele de mai sus se află mai degrabă în domeniul posibilului decât al probabilului și, în prezent, este dificil de spus cât de mari ar fi astfel de impacturi sau chiar cât de probabile sunt. Cu toate acestea, s-a făcut un caz convingător conform căruia ar trebui să se acorde mai multă atenție evenimentelor cu risc scăzut, dar potențial catastrofale, spre deosebire de concentrarea actuală asupra cazului „cel mai probabil” (See Richard Posner, Catastrophe: Risk and Response (Oxford 2004); Jonas, Imperative (cited in note 2).). Cei care ar lua în derâdere că o asemenea aplicare a „principiului precauției” ar duce la paralizie se bazează pe o caricatură extremă a principiului care seamănă puțin cu modul în care este folosit în practică. De exemplu, dacă cineva se gândește să conducă noaptea pe un drum de munte și are farurile defecte, știe că râpa din față are un pod vechi peste ea, și a auzit că a fost o furtună care poate să fi distrus podul, ar fi destul de justificat să conduci încet sau poate chiar să amâni călătoria, chiar dacă nu se știa cu certitudine că podul fusese distrus. Fără îndoială, cei care disprețuiesc „principiul precauției” ar fi foarte bucuroși să își încarce întreaga familie în mașină și să pornească la drum.

Natura globală a problemei schimbărilor climatice are unele implicații noi de politică și, de asemenea, creează unele oportunități. Atmosfera este bine amestecată în ceea ce privește dioxidul de carbon. Din punctul de vedere al schimbărilor climatice, dioxidul de carbon eliberat în Sydney, Australia este, din toate punctele de vedere, interschimbabil cu dioxidul de carbon eliberat în Beijing, China sau Edmonton, Canada. Atmosfera este cu adevărat un bun comun global în ceea ce privește dioxidul de carbon, ceea ce face ca sistemele de comercializare a certificatelor de emisii să fie mult mai benefice decât ar fi cazul poluanților, cum ar fi mercurul, care au efecte letale la nivel local. Prejudiciul cauzat de emisia de dioxid de carbon în Edmonton nu este resimțit în primul rând, sau deloc, în Edmonton. Acest scenariu înseamnă că cineva se confruntă cu o formă deosebit de gravă a problemei călătorului clandestin. O situație deosebit de instabilă este creată atunci când un emițător major, cum ar fi Statele Unite, percepe (în mod prostesc) că va suferi daune minime din cauza impactului schimbărilor climatice și percepe (de asemenea, în mod prostesc) că acțiunile întreprinse pentru reducerea emisiilor îi vor afecta economia.

Din cauza impactului pe termen extrem de lung al emisiilor de dioxid de carbon din fiecare an suplimentar, calculul întârzierii este complet schimbat în comparație cu alte probleme de poluare. De obicei, în fața incertitudinii, o anumită întârziere ar putea fi justificată; tehnologia se îmbunătățește astfel încât reducerea să fie mai ieftină și ar putea aștepta să aruncăm o privire asupra impactului în creștere pentru a vedea cât de dăunătoare sunt de fapt. Pentru multe tipuri de poluare, deciziile proaste sunt, într-o anumită măsură, reversibile. De exemplu, să presupunem că la un moment dat societatea a decis că nu își mai permite restricții stricte privind emisiile de particule de la centralele electrice. Se menține la această decizie, în ciuda posibilității ca o reducere destul de modestă a reducerilor de taxe pentru cei bogați să poată acoperi cu ușurință costurile. O astfel de societate, în esență, acordă o valoare mai mare capacității indivizilor bogați de a-și permite noi obiecte de lux decât sănătății copiilor și a altor populații vulnerabile. O generație viitoare cu valori diferite ar trebui în cele din urmă să trăiască cu vinovăția unui număr mare de decese prevenibile de copii din cauza astmului și a altor afecțiuni respiratorii. Cu toate acestea, un sentiment de vinovăție vor împovăra generațiile viitoare, deoarece efectele negative vor dispărea în câțiva ani de acțiuni întreprinse de lideri mai iluminați. Nu avem nici măcar acest lux dubios în ceea ce privește încălzirea globală. Dacă așteptăm patruzeci sau cincizeci de ani înainte de a lua măsuri serioase, zarul va fi fost aruncat și o mie de generații din descendenții noștri vor trebui să trăiască cu consecințele climei pe care le-am lăsat moștenire.

Problema consecințelor pe termen lung este agravată de timpul îndelungat pentru dezvoltarea de noi infrastructuri și tehnologii energetice și de durata lungă de viață a capitalului — cu mult peste o jumătate de secol — a centralelor electrice nou construite. Investițiile care se fac astăzi, investiții pe care generația viitoare va fi reticentă să le accepte, angajează economia mondială în încă o jumătate de secol de emisii de dioxid de carbon. De fapt, vom rămâne rapid în criză de timp și nu vom mai putea să acționăm.

Sursa: Pierrehumbert, R. T. (2006) “Climate Change: A Catastrophe in Slow Motion,” Chicago Journal of International Law. Vol. 6: No. 2, Article 6. Open access. Traducere și interpretare de Nicolae Sfetcu

Căldura - Termodinamica fenomenologică
Căldura – Termodinamica fenomenologică

Despre căldură, temperatură, și modalități de măsurare, și aplicații practice în inginerie. Un punct de vedere contemporan privind energia, termodinamica și legile ei, cu detalierea celor mai importante principii care o guvernează. Un capitol special este dedicat schimbărilor climatice și … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $3,99 Selectează opțiunile
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 2
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9,99$34,55 Selectează opțiunile
Lumina – Optica fenomenologică
Lumina – Optica fenomenologică

O introducere în fenomenologia opticii geometrice (reflexia, refracția, principiul lui Fermat, oglinzi, miraje, dispersia, lentile), opticii fizice (undele luminoase, principiul Huygens–Fresnel, difracția, interferența, polarizarea, vederea tridimensională, holografia), opticii cuantice (fotoni, efectul fotoelectric, dualitatea undă-particulă, principiul incertitudinii, complementaritatea) și culorilor (transparența, … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $3,99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *