Οι παράγοντες που αναγκάζουν να αλλάξει το κλίμα

Η μεγαλύτερη αλλαγή στους κλιματικούς εξαναγκασμούς κατά τους πρόσφατους αιώνες προκαλείται από τα ανθρωπογενή αέρια θερμοκηπίου, τα οποία στην ατμόσφαιρα απορροφούν τη θερμική ακτινοβολία αντί να της επιτρέπουν να διαφεύγει στο Διάστημα. Στην ουσία, καθιστούν την κοινώς λεγόμενη -«κουβέρτα» πιο παχιά, επιστρέφοντας περισσότερη θερμότητα προς το έδαφος παρά αφήνοντας τη να δραπετεύει προς το Διάστημα. Οπότε η Γη ακτινοβολεί προς το Διάστημα λιγότερη ενέργεια απ' όση απορροφά από τον Ήλιο. Αυτό το προσωρινά ανισοσκελισμένο πλανητικό ενεργειακό ισοζύγιο έχει ως αποτέλεσμα τη σταδιακή θέρμανση της Γης.

Λόγω της μεγάλης θερμοχωρητικότητας των ωκεανών, απαιτείται περίπου 1 αιώνας έως ότου το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης προσεγγίσει ένα νέο σημείο ισορροπίας —οπότε και θα ακτινοβολεί προς το Διάστημα ποσότητα ενέργειας ίση με αυτή που θα λαμβάνει από τον Ήλιο. Και φυσικά, το ισοζύγιο επιτυγχάνεται σε υψηλότερη θερμοκρασία. Εν τω μεταξύ, πριν από την ισορροπία, πιθανόν να προστεθούν και νέοι μηχανισμοί κλιματικών εξαναγκασμών.

Το πιο σημαντικό ανθρωπογενές αέριο θερμοκηπίου είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο προέρχεται κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων (κάρβουνο, πετρέλαιο, φυσικό αέριο). Εντούτοις, είναι συγκρίσιμη η συνδυασμένη δράση των υπόλοιπων ανθρωπογενών αερίων. Τα αέρια αυτά, ειδικά το τροποσφαιρικό όζον και οι πρόδρομες ενώσεις του, περιλαμβανομένου και του μεθανίου, αποτελούν συστατικά της φωτοχημικής ρύπανσης (to νέφος των πόλεων), η οποία καταστρέφει την ανθρώπινη υγεία και μειώνει τη γεωργική παραγωγικότητα.

Τα αερολύματα —μικρά δηλαδή σωματίδια που περιέχονται στον αέρα— εμπλέκονται στον έτερο μηχανισμό κλιματικού εξαναγκασμού. Η δράση τους είναι πιο περίπλοκη. Μερικά «λευκά» αερολύματα, όπως τα θειικά (δημιουργούνται από το θείο που εμπεριέχεται σε ορυκτά καύσιμα), είναι εξαιρετικά ανακλαστικά, επομένως μειώνουν τη θέρμανση της Γης από τον Ήλιο. Ωστόσο, ο «μαύρος» άνθρακας (αιθάλη), προϊόν ατελούς καύσης ορυκτών καυσίμων, βιοκαυσίμων και υπαίθριας καύσης βιομάζας, απορροφά ηλιακό φως και με αυτό τον τρόπο θερμαίνει την ατμόσφαιρα. Σε αυτό τον κλιματικό εξαναγκασμό που προκαλείται άμεσα από τα αερολύματα ενέχεται αβεβαιότητα 50%, εν μέρει επειδή οι συγκεντρώσεις αερολυμάτων δεν μετρούνται καλά και εν μέρει λόγω της πολυπλοκότητας τους.

Τα αερολύματα προκαλούν επίσης και έναν έμμεσο κλιματικό εξαναγκασμό με το να αλλάζουν τις ιδιότητες των νεφών. Τα λαμπρότερα και μακροβιότερα σύννεφα που προκύπτουν μειώνουν την ποσότητα ηλιακού φωτός που απορροφά η Γη, επομένως το έμμεσο αποτέλεσμα των αερολυμάτων είναι ένας αρνητικός κλιματικός εξαναγκασμός ο οποίος επιφέρει μείωση της θερμοκρασίας.

Μεταξύ άλλων ανθρωπογενών μηχανισμών κλιματικών εξαναγκασμών περιλαμβάνεται και η αντικατάσταση των δασών από καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Τα δάση είναι σκουρόχρωμα, ακόμα και με χιονισμένο έδαφος, οπότε η αποψίλωση μειώνει τη θέρμανση από τον Ήλιο.

Οι φυσικοί μηχανισμοί κλιματικών εξαναγκασμών, όπως οι εκρήξεις ηφαιστείων και οι διακυμάνσεις της ηλιακής φωτεινότητας, έχουν πιθανόν μικρή μεταβλητότητα στη χρονική κλίμακα των 1.000 ετών. Ωστόσο, στοιχεία περί μικρής αύξησης της ηλιακής φωτεινότητας τα τελευταία 150 χρόνια υποδεικνύουν έναν κλιματικό εξαναγκασμό μερικών δεκάτων του βατ ανά τετραγωνικό μέτρο.

Το καθαρό άθροισμα των εξαναγκασμένων κλιματικών μεταβολών από το 1850 και εντεύθεν είναι 1,6 ± 1,0 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο. Παρά τις μεγάλες αβεβαιότητες, υπάρχουν στοιχεία που συνηγορούν ότι αυτή η εκτιμώμενη τιμή για το καθαρό άθροισμα των κλιματικών εξαναγκασμών είναι κατά προσέγγιση σωστή. Ενδεικτικό στοιχείο αποτελεί η στενή συμφωνία της παρατηρούμενης θερμοκρασίας του πλανήτη κατά τις περασμένες δεκαετίες με αυτή κλιματικών μοντέλων

Οι ανθρωπογενείς μηχανισμοί εξαναγκασμένων κλιματικών μεταβολών, κυρίως τα αέρια θερμοκηπίου, θερμαίνουν την επιφάνεια της Γης κατά περίπου 2 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο —που ισοδυναμεί με τη θέρμανση κάθε τετραγωνικού μέτρου του πλανήτη από δύο λαμπιόνια του 1 Watt. Το φαινόμενο της θέρμανσης επιβραδύνεται από τους ωκεανούς, εξαιτίας της δυνατότητας τους να απορροφούν θερμότητα τέτοιας τάξης μεγέθους. Η επιφάνεια τους θερμαίνεται πρώτη, αλλά γρήγορα το επιφανειακό νερό αναμιγνύεται και αντικαθίσταται από ψυχρότερο που ανέρχεται από τους πυθμένες. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι πρέπει να περάσει σχεδόν 1 αιώνας μέχρις ότου οι ωκεανοί αποκτήσουν τη νέα θερμοκρασία τους. που προσομοιώνουν το κλίμα με αυτούς τους εξαναγκασμούς. Σε περισσότερο θεμελιώδες επίπεδο, το παρατηρούμενο πλεόνασμα θερμότητας των ωκεανών τα τελευταία 50 χρόνια συμφωνεί με το εκτιμώμενο καθαρό άθροισμα των κλιματικών εξαναγκασμών.

Αιτίες για την παγκόσμια θέρμανση

Η παγκόσμια μέση τιμή της επιφανειακής θερμοκρασίας αυξήθηκε περίπου κατά 0,75 βαθμούς Κελσίου στη διάρκεια της περιόδου εκτεταμένων ενόργανων μετρήσεων, η οποία ξεκινά στα τέλη του 19ου αιώνα. Το μεγαλύτερο ποσοστό αυτής της θέρμανσης, περίπου 0,5 βαθμός Κελσίου, σημειώθηκε μετά το 1950. Τα αίτια της μπορούν να διερευνηθούν καλύτερα για τα τελευταία 50 χρόνια, διότι οι περισσότεροι μηχανισμοί κλιματικών εξαναγκασμών παρατηρούνται τότε, ιδιαίτερα μετα την έναρξη των δορυφορικών μετρήσεων του Ήλιου, των στρατοσφαιρικών αερολυμάτων και του όζοντος στη δεκαετία του 1970. Επιπλέον, το 70% της ανθρωπογενούς αύξησης των αερίων θερμοκηπίου σημειώθηκε μετά το 1950.

Το σημαντικότερο μέγεθος είναι το ανισοσκελισμένο πλανητικό ενεργειακό ισοζύγιο, το οποίο αποτελεί συνέπεια του μακρού χρονικού διαστήματος που απαιτεί η θέρμανση των ωκεανών. Συμπεραίνουμε ότι το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης δεν είναι πια ισοσταθμισμένο κατά ποσό της τάξεως του 0,5 έως 1 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο —τόση περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται από τη Γη σε σχέση με αυτή που εκπέμπεται στο Διάστημα ως θερμότητα. Ακόμη κι αν η ατμοσφαιρική σύσταση δεν αλλάξει περαιτέρω, η γήινη επιφάνεια τελικά θα θερμανθεί, λόγω του συγκεκριμένου πλεονεκτήματος, ακόμα περισσότερο κατά 0.4 με 0.7 βαθμούς Κελσίου.

Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του ανισοσκελισμένου ενεργειακού ισοζυγίου αντιπροσωπεύεται από θερμότητα που διοχετεύεται στους ωκεανούς. Ο Sydney Levitus, της Εθνικής Διεύθυνσης Ωκεανών και Ατμόσφαιρας των ΗΠΑ (ΝΟΑΑ), έχει αναλύσει μεταβολές στις θερμοκρασίες των ωκεανών για την τελευταία πεντηκονταετία και ανακάλυψε ότι το θερμικό περιεχόμενο των ωκεανών της Γης αυξήθηκε τα τελευταία 50 χρόνια κατά περίπου 87,6 κιλοβατώρες ανά τετραγωνικό μέτρο. Βρήκε επίσης ότι ο ρυθμός αποθήκευσης θερμότητας στους ωκεανούς κατά το πρόσφατο παρελθόν συμφωνεί με την εκτίμηση μας ότι η Γη απέχει αυτή τη στιγμή από το ισοσκελισμένο ενεργειακό ισοζύγιο κατά 0,5 με 1 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο. Σημειωτέον ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την τήξη πάγου που επαρκεί για την άνοδο της στάθμης της θάλασσας κατά 1 μέτρο είναι περίπου 105,12 κιλοβατώρες (λαμβάνοντας τη μέση τιμή για ολόκληρο τον πλανήτη), ενέργεια που θα μπορούσε να συγκεντρωθεί σε 12 χρόνια αν το ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη δεν ήταν ισοσκελισμένο κατά 1 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο.

Η συμφωνία με τις παρατηρήσεις, τόσο της προβλεπόμενης από τα μοντέλα θερμοκρασιακής μεταβολής όσο και της αποθήκευσης θερμότητας στους ωκεανούς, δεν αφήνει περιθώρια αμφιβολίας ότι η παρατηρούμενη παγκόσμια αλλαγή στο κλίμα οφείλεται σε φυσικούς και ανθρωπογενείς μηχανισμούς κλιματικού εξαναγκασμού. Ο τρέχων ρυθμός αποθήκευσης θερμότητας στους ωκεανούς αποτελεί κρίσιμο πλανητικό μέτρο, διότι δεν προσδιορίζει απλώς το μέγεθος της επιπρόσθετης παγκόσμιας θέρμανσης που βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη, αλλά ισούται επίσης και με τη μείωση των κλιματικών εξαναγκασμών που απαιτούνται για να σταθεροποιηθεί το σημερινό κλίμα της Γης.

Το Ενεργειακό Ισοζύγιο της Γης

Το Ενεργειακό Ισοζύγιο της Γης είναι ισοσκελισμένο όταν η εξερχόμενη από τη Γη θερμότητα ισούται με την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια.

Στις μέρες μας, το εν λόγω ενεργειακό ισοζύγιο δεν είναι ισοσκελισμένο. Τα ανθρωπογενή αερολύματα, από τη μια, έχουν αυξήσει την ανάκλαση του ηλιακού φωτός από τη Γη· από την άλλη, τα αέρια θερμοκηπίου έχουν επιτείνει τον εγκλωβισμό της θερμικής ακτινοβολίας σε αυτήν. Η δεύτερη, όμως, όχι απλώς αντισταθμίζει την πρώτη, αλλά την υπερβαίνει και κατά 1 Watt περίπου ανά τετραγωνικό μέτρο —αυτή η περίσσεια ενέργειας θερμαίνει τους ωκεανούς και λιώνει τους πάγους.

Το προσομοιωμένο ανισοσκελισμένο ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη (κάτω εικόνα) επιβεβαιώνεται από μετρήσεις της θερμότητας που αποθηκεύεται στους ωκεανούς.

Το ανισοσκελισμένο ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη αποτελεί ένα κρίσιμο μέτρο, διότι αποτιμά τον καθαρό κλιματικό εξαναγκασμό και προαναγγέλλει τη μελλοντική παγκόσμια θέρμανση που βρίσκεται ήδη καθ' οδόν.