ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΚΛΙΜΑ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΔΟΤΣΑΣ ΜΗΝΑΣ- ΕΥΘΥΜΙΟΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚAI ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΚΛΙΜΑ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΔΟΤΣΑΣ ΜΗΝΑΣ- ΕΥΘΥΜΙΟΣ Επιβλέπων: Μελέτη Χαρίκλεια Επίκουρος Καθηγήτρια ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2011

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εκπόνηση Πτυχιακής εργασίας αποτελεί αναγκαία προϋπόθεση και συμβάλλει στην καλύτερη επιστημονική κατάρτιση ενός ερευνητή έτσι ώστε να προωθηθούν περαιτέρω οι γνώσεις και η εμπειρία του πάνω στο θέμα με το οποίο ασχολείται. Η συγκεκριμένη εργασία ασχολείται με το θέμα του κλίματος και της κλιματικής αλλαγής. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι η αναδρομή στα γεγονότα που οδήγησαν τους επιστήμονες να αντιληφθούν οτί το κλίμα αλλάζει, οι λόγοι αυτής της αλλαγής καθώς και οι επιπτώσεις της. Κλείνοντας το σύντομο αυτό πρόλογο θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους αυτούς που με διάφορους τρόπους προσέφεραν την βοήθειά τους, στην ολοκλήρωση αυτής της εργασίας και συγκεκριμένα: Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στην Επίκουρο Καθηγήτρια κ. Μελέτη Χαρίκλεια, για την πολύτιμη βοήθειά της και για την ηθική συμπαράστασή και κατανόησή της κατά την διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. Θεσσαλονίκη

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.1 Κλιματικό σύστημα Πως γνωρίζουμε ότι το κλίμα αλλάζει Κλιματικός εξαναγκασμός λόγω μεταβολής της ακτινοβολίας 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα Φαινόμενο του θερμοκηπίου Διοξείδιο του άνθρακα CO Μεθάνιο CH Υποξείδιο του αζώτου, Χλωροφθοράνθρακες, Όζον Επιπτώσεις του ενισχυμένου φαινομένου του θερμοκηπίου Αερολύματα Ωκεάνια κυκλοφορία Κίνηση τεκτονικών πλακών Γήινη τροχιά Ηλιακή δραστηριότητα 33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Σύγχρονη τάση της θερμοκρασίας Υπερθέρμανση του πλανήτη Κλιματικά μοντέλα 37 2

4 1.1 Κλιματικό σύστημα Σαν κλίμα ορίζουμε τη μέση καιρική κατάσταση ή τον μέσο καιρό μιας περιοχής, που προκύπτει από τις μακροχρόνιες παρατηρήσεις των διάφορων μετεωρολογικών στοιχείων. Το κλίμα επομένως είναι κάτι διαφορετικό από τον καιρό, που χαρακτηρίζεται ως μια φυσική κατάσταση της ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια μιας μικρής χρονικής περιόδου. Το κλίμα παίζει σπουδαιότατο ρόλο, τόσο στο φυτικό όσο και στο ζωικό βασίλειο. Σε παγκόσμια κλίμακα το κλίμα επηρεάζεται κυρίως από την ενέργεια που δέχεται η Γη από τον Ήλιο. Ωστόσο επηρεάζεται και από άλλες ροές ενέργειας που λαμβάνουν χώρα εντός του κλιματικού συστήματος. Το κλιματικό σύστημα είναι ένα σύνθετο ενεργό σύστημα που αποτελείται από την ατμόσφαιρα, την επιφάνεια του εδάφους, το χιόνι και τους πάγους (κρυόσφαιρα), τους ωκεανούς και άλλους μικροοργανισμούς του νερού (υδρόσφαιρα) και τους ζωντανούς οργανισμούς (βιόσφαιρα). Η ατμόσφαιρα είναι το ασταθέστερο και πιο γρήγορα μεταβαλλόμενο μέρος του συστήματος. Η σύνθεσή της, στο μεγαλύτερο ποσοστό της, παραμένει αμετάβλητη και αποτελείται κυρίως από άζωτο (Ν 2 78,1%) οξυγόνο (Ο 2 20,9%), τα οποία είναι αέρια που αλληλεπίδρούν μόνο με την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία. Υπάρχει και ένα πολύ μικρό ποσοστό αερίων, τα οποία αλληλεπιδρούν με την υπέρυθρη μακροκυματική ακτινοβολία που επανεκπέμπει η Γη και η σύνθεσή τους έχει αλλάξει με την εξέλιξη της Γης. Τα αέρια αυτά ονομάζονται αέρια του θερμοκηπίου και παίζουν σημαντικό ρόλο στην θερμοκρασία και το κλίμα του πλανήτη. Η κάλυψη, περίπου 70% της γήινης επιφάνειας από τους ωκεανούς, αλλά και ο μεγάλος όγκος υπόγειων υδάτων κάνουν την υδρόσφαιρα πολύ σημαντική. Η κυκλοφορία και η μεγάλη θερμοχωρητικότητα των ωκεανών λειτουργούν ως ρυθμιστές του γήινου κλίματος, αλλά και ως πηγή φυσικής μεταβλητότητας του κλίματος. Η κρυόσφαιρα επηρεάζει το κλιματικό σύστημα λόγω της υψηλής ανακλαστικότητας της ηλιακής ακτινοβολίας των πάγων, της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας και της επιρροής των παγόβουνων στην ωκεάνια κυκλοφορία. Η επιφάνεια του εδάφους, με τη σειρά της, ελέγχει την ενέργεια που λαμβάνεται από τον ήλιο και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τέλος, η θαλάσσια και επίγεια βιόσφαιρα ασκούν σημαντική επίδραση στη σύνθεση της ατμόσφαιρας. Ο βιόκοσμος επηρεάζει τη λήψη και απελευθέρωση των αερίων του θερμοκηπίου, μέσω της φωτοσύνθεσης, απελευθερώνοντας στην ατμόσφαιρα σημαντικά ποσά διοξειδίου του άνθρακα από θαλάσσια και επίγεια φυτά. Διαδραματίζει δηλαδή ένα κεντρικό ρόλο στον κύκλο του άνθρακα και στη γενικότερη μεταβλητότητα του κλίματος. 3

5 Εικόνα 1: Το κλιματικό σύστημα 1.2 Πως γνωρίζουμε ότι το κλίμα αλλάζει. Το κλίμα της Γης έχει αλλάξει αρκετές φόρες στην διάρκεια της ιστορίας της. Τα τελευταία χρόνια υπήρξαν επτά παγετώνειες περίοδοι, με το τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων περίπου χρόνια πριν, να σηματοδοτεί την έναρξη της σύγχρονης εποχής του κλίματος - και του ανθρώπινου πολιτισμού. Οι περισσότερες από τις αλλαγές αυτές οφείλονται σε πολύ μικρές αλλαγές στην τροχιά της Γης δεδομένο που αλλάζει το ποσό της ηλιακής ενέργειας που δέχεται η Γη. Η σημερινή τάση του κλίματος του πλανήτη είναι ιδιαίτερα σημαντικη διότι το μεγαλύτερο μέρος της αλλαγής είναι πολύ πιθανό να οφείλεται σε ανθρωπινες δραστηριότητες που προχωρούν με ρυθμό που είναι πρωτοφανής. Τα επιστημονικά στοιχεία που αποτελούν ενδείξεις για την υπερθέρμανση του κλιματικού συστήματος είναι ατράνταχτα, σύμφωνα με την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (IPCC). Δορυφόροι σε τροχιά γύρω από τη Γη και άλλες τεχνολογικές εξελίξεις μας έδωσαν την εικόνα της Γης, συλλέγοντας πληροφορίες για τον πλανήτη και το κλίμα του σε παγκόσμια κλίμακα. Μελετώντας αυτά τα δεδομένα μας αποκαλύφθηκε ότι το κλίμα της Γης αλλάζει. 4

6 Ενδείξεις αυτής της αλλαγής αποτελούν τα εξής: 1) Αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Τα δεδομένα δείχνουν ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης έχει αυξηθεί από το 1880 με το μεγαλύτερο μέρος αυτής της αύξησης να λαμβάνει χώρα από το 1970 και μετά. Αξιοσημείωτο είναι ότι αν και τα έτη υπήρχε ένα ελάχιστο στην ηλιακή δραστηριότητα η θερμοκρασία του εδάφους συνέχισε να αυξάνει. 2) Αύξηση της θερμοκρασίας και του όγκου των θαλασσών. Αποτελώντας το 70% της επιφάνειας της Γης οι θάλασσες και οι ωκεανοί απορρόφησαν μεγάλο μέρος αυτής της θερμότητας. Σαν αποτέλεσμα ήταν η αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών, στα πρώτα 700 μέτρα, κατα 0,3 F από το Ακόμα το παγκόσμιο επίπεδο των θαλασσών αυξήθηκε κατα 17 εκατοστά τον τελευταίο αιώνα, με το ποσοστό της τελευταίας δεκαετίας να είναι σχεδόν διπλάσιο του υπόλοιπου. Αυτή η αύξηση μπόρεί να οφείλεται τόσο σε αύξηση του όγκου λόγο αύξησης της θερμοκρασίας όσο και στην αυξημένη τροφοδότηση των ωκεανών με νερά από τους παγετώνες. Εικόνα 2 : Δημοκρατία των Μαλδίβων, μία περιοχή ευάλωτη στην αύξηση του όγκου των θαλασσών 5

7 3) Συρρίκνωση παγετώνων Οι παγετώνες θεωρούνται από τους πιο ευαίσθητους δείκτες της αλλαγής του κλίματος. Αυτό γιατί αυξάνουν σε όγκο όταν το κλίμα δροσίζει και υποχωρούν όταν ζεσταίνει.η επεξεργασία δορυφορικών κυρίως δεδομένων και φωτογραφιών έδειξε ότι οι παγετώνες της Γροιλανδίας και της Ανταρκτικής έχουν μειώσει κατά πολύ τον όγκο τους. Συγκεκριμένα φαίνεται ότι η Γροιλανδία έχασε περίπου 150 με 250 κυβικά χιλιόμετρα πάγου μεταξύ των ετών 2002 και 2006 ενώ η Ανταρκτική έχασε περίπου 152 κυβικά χιλιόμετρα πάγου μεταξύ 2002 και Εικόνα 3: Τρεχούμενα νερά στους πάγους Εικόνα 4: Διαστημική φωτογραφία του της Γροιλανδίας όρους Κιλιμάντζαρο (έλλειψη χιονιού) 4) Αύξηση της οξίνισης των ωκεανών Η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα των ωκεανών της Γης αυξάνει από το 1750, και σήμερα αυξάνεται με ρυθμό 2 δισεκατομμύρια τόνους ετησίως. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αυξήσει της οξύτητας των ωκεανών κατά περίπου 30 τοις εκατό. 6

8 Αυτά σε συνδυασμό με τα ακραία φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα παγκοσμίως δείχνουν ότι το κλίμα της Γης αλλάζει. Εικόνα 5 : Αύξηση κλιματικών καταστροφών συγκριτικά με τους σεισμούς ( ) 1.3 Κλιματικός εξαναγκασμός λόγω μεταβολής της ακτινοβολία ή Radiative Forcing Η επιρροή ενός παράγοντα που μπορεί να προκαλέσει αλλαγή του κλίματος, όπως ένα αέριο του θερμοκηπίου, μετριέται συχνά από έναν όρο που ονομάζεται κλιματικός εξαναγκασμός λόγω μεταβολής της ακτινοβολία ή Radiative Forcing. Ο κλιματικός εξαναγκασμός είναι ένα μέτρο για το πώς η ενεργειακή ισορροπία του συστήματος γη-ατμόσφαιρα επηρεάζεται όταν αλλάζουν κάποιοι παράγοντες που έχουν επιπτώσεις στο κλίμα. Στον παρόντα όρο, η λέξη «ακτινοβολία» προκύπτει επειδή αυτοί οι παράγοντες αλλάζουν την ισορροπία μεταξύ της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και της εξερχόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας μέσα στη γήινη ατμόσφαιρα. Αυτή η ισορροπία της ακτινοβολίας ελέγχει τη θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας. Όταν ο κλιματικός εξαναγκασμός από έναν παράγοντα ή μια ομάδα παραγόντων αξιολογείται ως θετικός, η ενέργεια του συστήματος γη-ατμόσφαιρα 7

9 αυξάνεται τελικά, οδηγώντας σε θέρμανση του συστήματος. Αντίθετα, για έναν αρνητικό κλιματικό εξαναγκασμό, η ενέργεια θα μειωθεί, οδηγώντας σε ψύξη του συστήματος. Στον κλιματικό εξαναγκασμό συνεισφέρουν τόσο οι ανθρωπογενείς παράγοντες όσο και οι φυσικοί. Η συνεισφορά μερικών από αυτούς τους παράγοντες, ανθρωπογενών και φυσικών, από την έναρξη της βιομηχανικής επανάστασης και μετά φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα και μετριούνται σε W/m -2 Εικόνα 6 : Κλιματικός εξαναγκασμός διαφόρων παραγόντων Βλέπουμε ότι εξαναγκασμός για όλες τις αυξήσεις των αερίων του θερμοκηπίου, είναι θετικός επειδή κάθε αέριο απορροφά την εξερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα. Από τα αέρια του θερμοκηπίου, οι αυξήσεις του CO2 έχουν προκαλέσει το μεγαλύτερο εξαναγκασμό κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Οι τροποσφαιρικές αυξήσεις όζοντος έχουν συμβάλει επίσης στη θέρμανση, ενώ οι στρατοσφαιρικές έχουν συμβάλει στην ψύξη. Τα αερολύματα επηρεάζουν το κλίμα άμεσα μέσω της αντανάκλασης και της απορρόφησης της ηλιακής και υπέρυθρης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Μερικά αερολύματα προκαλούν θετικό εξαναγκασμό, ενώ άλλα προκαλούν αρνητικό. Ο συνολικός κλιματικός εξαναγκασμός αθροίζεται σε όλους τους τύπους αερολυμάτων 8

10 και είναι αρνητικός. Τα αερολύματα προκαλούν επίσης, έμμεσα έναν αρνητικό κλιματικό εξαναγκασμό μέσω των αλλαγών που προκαλούν στις ιδιότητες των νεφών. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες από τη βιομηχανική εποχή έχουν αλλάξει τη φύση της κάλυψης εδάφους σε όλη την υδρόγειο, κυρίως μέσω των αλλαγών στα λιβάδια και τα δάση. Έχουν τροποποιήσει επίσης τις αντανακλαστικές ιδιότητες του πάγου και του χιονιού λόγω της εναπόθεσης άνθρακα σε αυτά. Η ηλιακή ακτινοβολία έχει αυξηθεί βαθμιαία από τη βιομηχανική εποχή, προκαλώντας έναν μικρό θετικό κλιματικό εξαναγκασμό. Αυτό είναι αποτέλεσμα του εντεκαετούς κύκλου του ήλιου που ακολουθεί αυτή η αλλαγή της ηλιακής ακτινοβολίας του Ήλιου. Η ηλιακή ενέργεια θερμαίνει άμεσα το κλιματικό σύστημα και μπορεί να έχει επιπτώσεις στην ατμοσφαιρική αφθονία μερικών αερίων του θερμοκηπίου, όπως το στρατοσφαιρικό όζον. Οι ηφαιστειακές εκρήξεις μπορούν να δημιουργήσουν έναν κλιματικό εξαναγκασμό μέσω των αυξήσεων που πραγματοποιούνται στα αερολύματα θειικού άλατος στη στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα είναι αυτήν την περίοδο χωρίς ηφαιστειακά αερολύματα, δεδομένου ότι η τελευταία σημαντική έκρηξη ήταν το 1991 (στο όρος Pinatubo). Οι διαφορές στις εκτιμήσεις του κλιματικού εξαναγκασμού, μεταξύ της παρούσης εποχής και της έναρξης της βιομηχανικής, για τις ηλιακές αλλαγές και τα ηφαίστεια, είναι και οι δύο πολύ μικρές έναντι των διαφορών που υπολογίζονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. 2.1 Παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα Το κλιματικό σύστημα εξελίσσεται τόσο λόγο της εσωτερικής δυναμικής των στοιχείων που το αποτελούν, δηλαδή την ατμόσφαιρα, την επιφάνεια του εδάφους, την κρυόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και τους ζωντανούς οργανισμούς (βιόσφαιρα), όσο και μέσω των αλλαγών στους εξωτερικούς παράγοντες που έχουν επιπτώσεις σ αυτό. Οι παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα μπορούν να χωρισθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τους φυσικούς παράγοντες που οφείλονται στα φυσικά φαινόμενα, όπως οι αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα και οι ηφαιστειακές εκρήξεις, και τους ανθρωπογενείς παράγοντες που οφείλονται στην ανθρώπινη δραστηριότητα και επηρεάζουν έντονα τη σύνθεση της ατμόσφαιρας.στην συνέχεια θα αναλύσω τον τρόπο που επηρεάζουν αυτοί οι παράγοντες το κλίμα. 9

11 2.2 Φαινόμενο του θερμοκηπίου Τον 19ο αιώνα, οι επιστήμονες αντιλήφθηκαν ότι τα αέρια στην ατμόσφαιρα μπορούν να προκαλέσουν ένα φαινόμενο ανάλογο με αυτό που συμβαίνει στα θερμοκήπια, το οποίο μπορεί να επηρεάσει τη θερμοκρασία του πλανήτη. Το φαινόμενο αυτό ονομάστηκε «φαινόμενο του θερμοκηπίου». Το ενδιαφέρον αυτών των επιστημόνων στρεφόταν κυρίως στο πως κάποια χαμηλότερα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα θα μπορούσαν να έχουν οδηγήσει στις παγετώνειες περιόδους του παρελθόντος. Στις αρχές του 19 ου αιώνα,ο Svante Arrhenius υπολόγισε ότι οι εκπομπές από τις βιομηχανικές δραστηριότητες του ανθρώπου θα μπορούσε να φέρει κάποια μέρα μια παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας. Άλλοι επιστήμονες απέρριψαν την ιδέα του ως λανθασμένη. Το 1938, G.S Callendar υποστήριξε ότι το επίπεδο του διοξειδίου του άνθρακα αυξανόταν και μαζί του ανέβαινε και η θερμοκρασία του πλανήτη, αλλά οι περισσότεροι επιστήμονες έκριναν τα επιχειρήματά του ως αβάσιμα. Ήταν σχεδόν τυχαίο το γεγονός ότι μερικά ερευνητές στη δεκαετία του 1950 ανακάλυψαν ότι η υπερθέρμανση του πλανήτη πραγματικά ήταν δυνατή. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, C.D. Keeling μετρώντας τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είδε ότι αυξάνονταν με ταχείς ρυθμούς. Βρήκαν ότι το αέριο διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αλλαγή του κλίματος, έτσι ώστε η αύξηση του επιπέδου θα μπορούσε να επηρεάσει σοβαρά το μέλλον μας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι μια διαδικασία κατά την οποία η ακτινοβολία που εκπέμπει η επιφάνεια της Γης απορροφάται από ορισμένα αέρια στην ατμόσφαιρα τα οποία την επανεκπέμουν προς όλες τις κατευθύνσεις. Ο μηχανισμός με τον οποίο συμβαίνει αυτό είναι ο εξής: Η Γη λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο με την μορφή ακτινοβολίας. Με την απορρόφηση αυτής της ενέργειας η επιφάνεια της γης φτάνει στους 15 βαθμούς Κελσίου. Με τη σειρά της η γη ακτινοβολεί σαν μέλαν σώμα αυτής της θερμοκρασίας, ακτινοβολεί δηλαδή μακροκυματική υπέρυθρη ακτινοβολία μεταξύ 4 και 100 μm. Σε αυτά τα μήκη κύματος τα θερμοκηπικά αέρια, που είναι διαφανή στη εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, είναι πιο απορροφητικά. Κάθε στρώμα της ατμόσφαιρας που περιέχει αέρια του θερμοκηπίου απορροφά ένα μέρος από την θερμότητα που εκπέμπεται από τα κατώτερα στρώματα. Για να διατηρήσει την δική του ισορροπία ακτινοβολεί εκ νέου θερμότητα τόσο προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να θερμαίνονται περισσότερο τα κατώτερα στρώματα. 10

12 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένα φαινόμενο ουσιώδες και απαραίτητο για την εξέλιξη και διατήρηση ζωής στον πλανήτη. Χωρίς αυτόν τον μηχανισμό η μέση θερμοκρασία της γής θα ήταν περίπου 35 βαθμούς κελσίου χαμηλότερη δηλαδή περίπου -20 αντί για 15 οc. Το ανησυχητικό είναι η ενίσχυση του φαινομένου. Οι ανθρωπογενείς εκπομπές θερμοκηπικών αερίων αυξάνουν την ικανότητα της ατμόσφαιρας να παγιδεύει την εξερχόμενη ακτινοβολία της γης επιδρώντας έτσι στο κλίμα της.έτσι όταν αναφερόμαστε στο φαινόμενο του θερμοκηπίου σαν πρόβλημα είναι πιο σωστό να μιλάμε για το ενισχυμένο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Εικόνα 7 : Αναπαράσταση του φαινομένου του θερμοκηπίου 11

13 Θερμοκηπικά αέρια Διοξείδιο του άνθρακα CO 2 Η συνεισφορά του διοξειδίου του άνθρακα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι καταλυτική αν και άργησε να γίνει φανερή. Πριν το 1965 μία ομάδα επιστημόνων είχε προτείνει ότι μέχρι το 2000 η αύξηση του CO 2 στην ατμόσφαιρα μπορεί να είναι αρκετή ώστε να οδηγήσει σε αλλαγές του κλίματος. Όμως οι περισσότεροι ελάχιστα έβλεπαν το CO 2 σαν σαν αίτιο μια μελλοντικής υπερθέρμανσης. Έπρεπε να φτάσει το 1970 ώστε το φαινόμενο του θερμοκηπίου να γίνει αντικείμενο μελέτης και τότε οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι πάνω από τις μισές των ανθρώπινων δραστηριοτήτων που προκαλούν αλλαγές στο κλίμα οφείλονται στις εκπομπές του CO 2. Το CO 2 εκλύεται άμεσα στην ατμόσφαιρα από την χρήση ορυκτών καυσίμων και έμμεσα από την εκχέρσωση δασικών εκτάσεων. Τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα υπολογίζεται ότι αυξάνουν κατα 0,4 0,5 % περίπου το χρόνο. Ακολουθώντας αυτούς τους ρυθμούς η συγκέντρωσή του υπολογίζεται ότι θα έχει διπλασιαστεί το Μια τέτοια αύξηση θα μπορέσει να οδηγήσει σε μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 3-5 ο C. Οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι γνωστές από το 1958, αλλά μέσω μετρήσεων που γίνονται σε στήλες πάγου μπορεί να υπολογιστεί και για τις τελευταίες χιλιετίες. Κατά την διάρκεια της τελευταίας περιόδου των παγετώνων οι συγκεντρώσεις του CO 2 υπολογίστηκαν περίπου 200ppm αλλά στο τέλος της έφτασαν τα 280ppm. Ήταν η περίοδος που η γη άρχισε να ζεσταίνεται και μεγάλα ποσά CO 2 απελευθερώθηκαν από τους πάγους. Τα επίπεδα του CO 2 μετριούνται με μεγάλη ακρίβεια από τον σταθμό της Mauna Loa στη Χαβάη. Από της μετρήσεις αυτές φαίνεται η εκθετική αύξηση της συγκέντρωσεις του διοξειδίου του άνθρακα. 12

14 Εικόνα 8 : Μηνιαίες συγκεντρώσεις (ppm) CO 2 ( Παρατηρητήριο Mauna Loa) Ας δούμε λίγο πιο αναλυτικά τις μετρήσεις του CO 2, οι οποίες τεκμηριώνουν τις πρόσφατες αλλαγές στις αναλογίες ανάμειξης του αερίου. Οι μετρήσεις αυτές απαιτούνται για τους υπολογισμούς του κλιματικού εξαναγκασμού λόγω μεταβολής της ακτινοβολίας ή Radiative Forcing (RF). Επιπλέον, παραθέτω στοιχεία για την προ-βιομηχανικά επίπεδα του CO 2 που αποτελούν το αποδεκτό επίπεδο αναφοράς για τους υπολογισμούς του κλιματικού εξαναγκασμού. Για τις ημερομηνίες πριν από το 1950 έμμεσες μετρήσεις μόνο χρησιμοποιούνται.για αυτές τις περιόδους, τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO 2 προσδιορίζονται συνήθως από τις αναλύσεις σε φυσαλίδες αέρα που έχουν παγιδευτεί σε πυρήνες πολικού πάγου. Ένα ευρύ φάσμα άμεσων και έμμεσων μετρήσεων επιβεβαιώνουν ότι η ατμοσφαιρική αναλογία ανάμειξης του CO 2 έχει αυξηθεί σε παγκόσμιο επίπεδο περίπου 100 ppm (36%) κατά τα τελευταία 250 χρόνια, από ένα εύρος των ppm κατά την προβιομηχανική εποχή( μ.χ.) σε379 ppm το Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο απόλυτος ρυθμός αύξησης του CO 2 στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε σημαντικά: η πρώτη αύξηση κατά 50 ppm πάνω από το προβιομηχανικό επιπεδο, επιτεύχθηκε το 1970 μετά από περισσότερα από 200 χρόνια, ενώ η δεύτερη 50 ppm επιτεύχθηκε μέσα σε περίπου 30 χρόνια. Στα 10 χρόνια το ατμοσφαιρικό CO 2 αυξήθηκε κατά περίπου 19 ppm, τον υψηλότερο μέσο ρυθμό ανάπτυξης που καταγράφηκε από άμεσες ατμοσφαιρικές μετρήσεις του CO 2 από το1950. Ο μέσος ρυθμός αύξησης των 13

15 εκπομπών CO 2 που καθορίζεται από αυτές τις άμεσες μετρήσεις κατά την περίοδο 1960 έως το 2005 είναι 1,4 ppm ετησίως. Οι υψηλής ακρίβειας μετρήσεις του CO2 στην ατμόσφαιρα είναι ουσιαστικής σημασίας για την κατανόηση των ισορροπιών στον κύκλο του άνθρακα. Οι πρώτες επί τόπου (in situ) συνεχείς μετρήσεις του CO 2 στην ατμόσφαιρα πραγματοποιείθηκαν από έναν υψηλής ακρίβειας αναλυτή αερίου μη σκεδαζόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας που τέθηκε σε εφαρμογή από τον C.D. Keeling στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps (SiO). Αυτές ξεκίνησαν το 1958 στη Mauna Loa, στη Χαβάη.Τα δεδομένα τεκμηριώσαν για πρώτη φορά ότι το CO 2 όχι απλά αυξάνοντας στην ατμόσφαιρα, αλλά και ότι διαμορφωνόνταν από τις αλλαγές που προκαλούσαν οι εποχιακές αλλαγές στις φωτοσύνθετικές διαδικασίες της χερσαίας βιόσφαιρας. Τις μετρήσεις αυτές ακολούθησαν συνεχή προγράμματα επί τόπου ανάλυσης σε άλλες τόποθεσίες και στα δύο ημισφαίρια,όπως στο Baring Head στη Νέα Ζηλανδία. Αυτοί οι δύο σταθμοί παρέχουν τα μεγαλύτερα συνεχή μητρώα καταγραφής του ατμοσφαιρικού CO 2 στο βόρειο και νότιο ημισφαίριο,αντίστοιχα. Επειδή το CO 2 είναι ένα θερμοκηπίκο αέριο μακράς διάρκειας ζωής και αναμειγνύεταιι καλά στην ατμόσφαιρα, οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται σε τέτοιες περιοχές, μακρια από τοπικές πηγές και καταβόθρες CO 2, παρέχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα για μεγάλα τμήματα της γης, συμπεριλαμβανομένων των ηπείρων και πηγών σε πόλεις. Επειδή η συνεχής χρήση αναλυτών CO 2 είναι ακριβή και χρειάζεται διαρκώς βαθμονόμηση, οι μετρήσεις γίνονται πια συλλέγοντας ατμοσφαιρικό αέρα σε δοχεία. Έπειτα αυτά τα δοχεία αναλύονται σε εργαστήρια με βαθμονομημένα όργανα. Το μεγαλύτερο εργαστήριο ανάλυσης τέτοιων δειγματών είναι το ΝΟΑΑ στην Αμερική. Οι αυξήσεις στο ατμοσφαιρικό CO 2 από την βιομηχανική επανάσταση και μετά είναι κυρίως λόγω της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων και παραγωγής τσιμέντου. Άλλες πηγές περιλαμβάνουν εκλύσσεις λόγω αλλαγών στη γη και η καύση βιομάζας. Επειδή η αύξηση της αναλογίας ανάμιξης του CO 2 αποτελεί το ισχυρότερο παράγοντα που συνεισφέρει στο κλιματικό εξαναγκασμό λόγω μεταβολής της ακτινοβολίας, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πως το CO 2 που εκλύεται διανέμεται στην ατμόσφαιρα στους ωκεανούς και την βιόσφαιρα. Μεταξύ των πλέον διαδεδομένων μεθόδων για να δούμε το πως διανέμεται το CO 2, είναι οι μετρήσεις των ισοτόπων του άνθρακα CO 2, καθώς και υψηλής ακρίβειας μετρήσεις της ατμοσφαιρικής περιεκτικότητας σε οξυγόνο (Ο 2 ). Ο άνθρακας που περιέχεται στις εκπομπές CO 2 έχει δύο σταθερά ισότοπα που συμβολίζονται 12C και 13C. Το πρώτο από αυτά, 12C, είναι το πιο άφθονο ισότοπο περίπου 99%, ακολουθούμενο από τον 13C με ποσοστό περίπου 1%. Οι εκπομπές CO 2 από άνθρακα, φυσικό αέριο, την καύση του πετρελαίου και την εκχέρσωση έχουν ισοτοπική 14

16 αναλογία (13C/12C) που είναι μικρότερη από εκείνες του CO 2 στην ατμόσφαιρα, και κάθε ένα φέρει μια «υπογραφή» που σχετίζεταιι με την πηγή του. Όμως, όπως φαίνεται σε εργασία του Prentice (2001), όταν το CO 2 από την καύση ορυκτών καυσίμων εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, η 13C/12C ισοτοπική αναλογία σε ατμοσφαιρικο CO 2 μειώνεται με ένα προβλέψιμο ρυθμό που βρίσκεται σε αντιστοιχία με τις εκπομπές CO 2 ορυκτής προέλευσης. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να μετρηθούν εύκολα με τη χρήση σύγχρονων φασματομετρων μάζας, τα οποία έχουν την δυνατότητα μέτρησης ισοτοπικής αναλογίας CO 2 στην ατμόσφαιρα με ακρίβεια καλύτερη από 1/10 5. Μετρήσεις του ατμοσφαιρικού O 2 παρέχουν μια ισχυρή και ανεξάρτητη μέθοδος προσδιορισμού του διαμοιρασμού του εκπεμπόμενου CO 2 μεταξύ των ωκεανών και του έδαφους. Οι ατμοσφαιρικές αλλαγές των O 2 και CO 2 είναι αλληλένδετες μέσω των διαδικασιών της αναπνοής και της φωτοσύνθεσης. Μέτρηση των μεταβολών του ατμοσφαιρικού O 2 είναι τεχνικά δύσκολο, λόγω της δυσκολίας που ενέχει η μέτρηση αλλαγών 1ppm σε ένα υπόβαθρο αναλογίας ανάμιξης του επιπέδου των ppm. Αυτές οι δυσκολίες ξεπεράστηκαν για πρώτη φορά από τους Keeling και Shertz το 1992.Πρόσφατες εργασίες των Manning και Kelling (2006) αναφέρουν ότι το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μειώνεται με ταχύτερο ρυθμό από όσο αυξάνεται το διοξείδιο του άνθρακα γεγονός που καταδεικνύει τη σημασία των ωκεανων σαν δεξαμενή άνθρακα. Από το 1990 έως το 1999 το ποσοστό των εκπομπών που οφείλονται στην καύση ορυκτών καυσίμων και την παραγωγή τσιμέντου αυξήθηκε ανώμαλα από 6,1 σε 6,5 GtC το χρόνο ή περίπου 0,7% ετησίως. Από το 1999 έως 2005, ωστόσο, το ποσοστό της εκπομπής αυξήθηκε συστηματικά από 6,5 σε 7,8 GtC το χρόνο ή περίπου 3,0 % ετησίως, αντιπροσωπεύοντας περίοδο υψηλότερων εκπομπών και αύξηση των εκπομπών πάνω από τα επίπεδα που προβλέπει η TAR. Οι εκπομπές Διοξείδιου του άνθρακα που οφείλονται στον συνδυασμό τόσο της παγκόσμιας ετήσιας καύσης ορυκτών καυσίμων και της παραγωγής τσιμέντου έχουν αυξηθεί κατά 70% κατά τα τελευταία 30 χρόνια. Εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα που οφείλονται στην αλλαγή της χρήσης της γης κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990 υπολογίζεται από 0,5 έως 2,7 GtC το χρόνο, συμβάλλοντας κατά 6% έως 39% στον ρυθμό αύξησης του CO 2. Το 2005, η παγκόσμια μέση αναλογία ανάμειξης του CO 2 για το δίκτυο SIO σε 9 τόποθεσίες ήταν 378,75 ± 0,13 ppm και για το δίκτυο NOAA / GMD σε 40 τοποθεσίες ήταν 378,76 ± 0,05 ppm,δίνοντας ένα παγκόσμιο μέσο όρο περίπου 379 ppm. Χρησιμοποιώντας για τον παγκόσμιο μέσο όρο την τιμή 379 ppm για το ατμοσφαιρικο CO 2 κατά το 2005 δίνει μια τιμή για τον κλιματικό εξαναγκασμό 1,66 ± 0,17 Wm-2, συνεισφορά που κυριαρχεί εκείνων, 15

17 όλων των άλλων παραγόντων. Πρόκειται για μια αύξηση της τάξης του 13 έως 14% σε σχέση με την τιμή που αναφέρθηκε για το 1998 από τον Ramaswamy και τους συνεργάτες του. Η αλλαγή αυτή είναι αποκλειστικά λόγω της αυξήσης του CO 2 στην ατμόσφαιρα και είναι επίσης πολύ μεγαλύτερη από τις μεταβολές του κλιματικού εξαναγκασμού των άλλων παραγόντων. Κατά την δεκαετία 1995 έως 2005, ο δείκτης κλιματικού εξαναγκασμού λόγω του CO 2 αυξήθηκε κατά περίπου 0,28 W/m 2 (20%), μια αύξηση μεγαλύτερη από αυτό που υπολογίστηκε για κάθε άλλη δεκαετία από το 1800, περίπου. Η μελλοντική πρόβλεψη της εξέλιξης της συγκέντρωσεις του CO 2 είναι δύσκολη γιατί εξαρτάται από το κατα πόσο μπορούμε να εκτιμήσουμε την ποσότητα των ορυκτών καυσίμων που πρόκειται να καταναλωθούν στα επόμενα χρόνια και του ποσοστου του CO 2 που πρόκειται να μείνει στην ατμόσφαιρα. Αν η κατανάλωση καυσίμων συνεχιστεί με τον ίδιο ρυθμό θα υπάρξει μια αύξηση της συγκέντρωσης της τάξης του 4 %. Όμως η χρήση ήπιων πηγών ενέργειας μπορεί να οδηγήσει σε ελάττωση αυτού του ποσοστού Μεθάνιο CH 4 Ενώ όλοι οι επιστήμονες είχαν στρέψει την προσοχή τους στο διοξείδιο του άνθρακα, κάποιοι ερευνητές σχεδόν κατα τύχη βρήκαν ότι και άλλα αέρια που εκλύονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες μπορούν να συνεισφέρουν αρκετά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου αλλάζοντας το κλίμα. Το 1859 ο John Tyndall ανέλαβε να μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο τα αέρια μπορούν να παγιδεύσουν την θερμική ακτινοβολία. Η συμβατική άποψη ήταν ότι τα αέρια ήταν απολύτως διαφανή. Ο Tyndall κατάφερε να το επιβεβαιώση για τα κύρια ατμοσφαιρικά αέρια οξυγόνο και άζωτο καθώς και για το υδρογόνο. Όμως ερευνώντας το φυσικό αέριο που αποτελείται από μονοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο διαπίστωσε ότι είναι αδιαφανές στην θερμική ακτινοβολία. Τότε ξεκίνησε να μελετάει και άλλα αέρια και είδε ότι και οι υδρατμοί παγιδεύουν την ακτινοβολία. Τότε δεν δόθηκε πολύ σημασία στην συνεισφορά του μεθανιού στην πιθανή κλιματική αλλαγή λόγω της πολύ χαμηλής του συγκέντρωσης. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αποτελεί ένα θερμοκηπικό αέριο που συνεισφέρει περίπου % στο συνολικό φαινόμενο. Αυξάνεται κάθε χρόνο κατά 1 2 % αποτέλεσμα της αυξανόμενης κατανάλωσης τροφίμων, κυρίως ρυζιού και κρέατος, από τους κατοίκους των αναπτυγμένων περιοχών του πλανήτη. Αν και η δράση του ως θερμοκηπικό αέριο δηλαδή η ικανότητα του να παγιδεύει την θερμική ακτινοβολία είναι κατα 4 φορές μεγαλύτερη από του διοξειδίου του άνθρακα οι σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις του το κάνουν να συνεισφέρει κατα 12 με 20 %. Η αύξηση του από το 1985 μέχρι το 2010 φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. 16

18 Εικόνα 9 : Ετήσιες συγκεντρώσεις CΗ 4 Πιο αναλυτικά το μεθάνιο έχει το δεύτερο μεγαλύτερο δείκτη κλιματικού εξαναγκασμού των θερμοκηπικών αερίων μεγάλης διάρκειας ζωής μετά το CO 2, κατά τον Ramaswamυ. Κατά τα τελευταία 650 χιλιάδες χρόνια, δεδομένα από πυρήνες πάγων δείχνουν ότι η συγκέντρωση του CH 4 στην γήινη ατμόσφαιρα έχει διακυμανθεί από τα χαμηλά επίπεδα του περίπου 400 ppb κατά τις παγετώδεις περιόδους στα υψηλότερα επίπεδα των 700 ppb κατά τις μεσοπαγετώδεις περιόδους, έχοντας υπάρξει και μια μόνο μέτρηση από τον πυρήνα του Βοστόκ στην οποία η συγκέντρωση φτάνει περίπου τα 770 ppb. Οι παρούσες ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του μεθανίου είναι σε πρωτοφανή επίπεδα για τα τελευταία χρόνια. Άμεσες ατμοσφαιρικές μετρήσεις του αερίου που γίνονται σε ένα μεγάλο ευρος τόποθεσιών και στα δύο ημισφαίρια κατά τα τελευταία 25 χρόνια δείχνουν ότι, αν και η συγκέντρωση του CH 4 αυξήθηκε κατά περίπου 30% κατά τη διάρκεια αυτης της χρονικής περιόδου, ο ρυθμός αυξησης του έχει μειωθεί σημαντικά από επίπεδα μεγαλύτερα από 1% ετησίως, στα τέλη της δεκαετίας του '70 και στις αρχές της δεκαετίας του 1980, σε ρυθμούς κοντά στο μηδέν προς το τέλος του τη δεκαετία του Η επιβράδυνση του ρυθμού αύξησης άρχισε στη δεκαετία του 1980, ελαττούμενη από 14 ppb το χρόνο (περίπου 1% ετησίως) το 1984, σχεδόν στο μηδέν κατά τη διάρκεια των ετών Η 17

19 μετρήσεις αυτές έγιναν για ένα δίκτυο των τόποθεσιών του NOAA / GMD. Επίσης μετρήσεις που έγιναν από τον Lowe το 2004 σε τόπους του νοτίου ημισφαιρίου και από τον Cunnold το 2002 για το δίκτυο GAGE / AGAGE παρουσιάζουν παρόμοια αποτελέσματα. Ένα βασικό χαρακτηριστικό της παγκόσμιας αύξησης του CH 4 είναι η σημερινή της ετήσια μεταβλητότητα, που παρουσιάζει ρυθμούς ανάπτυξης που κυμαίνονται από τα υψηλα επίπεδα των 14 ppb ετησίως το 1998, σε επίπεδα μικρότερα από το μηδέν το 2001, 2004 και 2005 όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Οι λόγοι για τη μείωση του ρυθμού αύξησης των επιπέδων συγκέντρωσης του ατμοσφαιρικού μεθανίου,και οι συνέπειες για τις μελλοντικές μεταβολές της ατμοσφαιρας δεν είναι ακόμα κατανοητά αλλά συνδέονται σαφώς με την εξέλιξη των ισορροπίων μεταξύ πηγων και καταβόθρων του μεθανίου. Το περισσότερο μεθάνιο αφαιρείται από την ατμόσφαιρα από την αντίδραση του με τις ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ), το οποίο είναι παράγεται φωτοχημικά στην ατμόσφαιρα. Άλλοι δευτερεύοντες μηχανισμοί αφαίρεσης μεθανίου περιλαμβάνουν αντίδραση με ελεύθερο χλώριο, η καταστροφή του στην στρατόσφαιρα, και σε καταβόθρες του εδάφους. Οι παγκόσμιες πηγές μεθανίου είναι σχετικά γνωστές, αλλα η συνεισφορά της κάθε πηγής στη συνολική συγκέντρωση όχι. Οι πηγές αυτές είναι κυρίως βιογενείς και περιλαμβάνουν τους υγρότοπους, την καλλιέργεια ρυζιου, την καύση βιομάζας και την εκτροφή μηρυκαστικών ζώων. Το μεθάνιο επίσης, εκπέμπεται από διάφορες 18

20 βιομηχανικές πηγές, συμπεριλαμβανομένων και των διαδικασιών εξαγωγής ορυκτών καυσίμων. Αρκετές υποθέσεις έχουν προταθεί για να εξηγηθει η μείωση του ρυθμό ανάπτυξης του μεθανίου και της μεταβλητότητας του. Για παράδειγμα, ο Hansen το 2000 θεώρησε ότι τα οικονομικά κίνητρα οδήγησαν σε μείωση των ανθρωπογενών εκπομπών μεθανίου. Η αμελητέα μακροπρόθεσμη αλλαγή στη κύρια καταβόθρα του μεθανίου, το υδροξύλιο, συνεπάγεται ότι οι εκπομπές του μεθανίου δεν αυξάνονται. Ομοίως, οι Dlugokencky το 1998 και Francey το1999 πρότειναν ότι η επιβράδυνση του ρυθμού ανάπτυξης οφείλεται στη σταθεροποίηση των εκπομπών CH 4, δεδομένου ότι οι παρατηρήσεις-μετρήσεις είναι συνεπείς με σταθερές εκπομπές με έναρξη των παρατηρήσεων από το Σχετικά μεγάλες διακυμάνσεις συνέβησαν στο ρυθμό ανάπτυξης του μεθανίου κατά τη διάρκεια του 1991 και του 1998, με τιμές που φθάνουν στα 15 και 14 ppb ετησίως, αντίστοιχα (περίπου 1% ετησίως). Την ανωμαλία του 1991 ακολούθησε μια δραματική πτώση του ρυθμού ανάπτυξης το 1992 και έχει συνδεθεί με την έκρηξη του ηφαιστείου Πινατούμπο τον Ιούνιο του Η έκρηξη προσθεσε μεγάλες ποσότητες τέφρας και διοξειδίου του θείου SO2 στην κατώτερη στρατόσφαιρα των τροπικών ζωνών με επακόλουθες επιπτώσεις στην τροπική φωτοχημεία και την αφαίρεση του μεθανίου μέσω του ατμοσφαιρικού OH. Οι Lelieveld το 1998 και Walter το 2001 πρότειναν ότι οι χαμηλές θερμοκρασίες που ακολούθησαν την έκρηξη του ηφαιστείου θα μπορούσε να καταστήλει τις εκπομπές μεθανίου από τους υγροβιότοπους. Παράλληλα με τον ανώμαλο ρυθμό ανάπτυξης της αναλογίας ανάμειξης του μεθανίου, μια ακόμα ανωμαλία παρατηρήθηκε στη σχέση με την ισοτοπική αναλογία 13C/12C στο μεθάνιο σε περιοχές του νοτιου ημισφαιριου. Αυτό αποδίδεται κυρίως σε μείωση των εκπομπών από κάποια ισοτοπικά βαριά πηγή, όπως η καύση βιομάζας παρόλο που τα στοιχεία αυτά δεν επιβεβαιώθηκαν. Για τη σχετικά μεγάλη αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης του μεθανίου που αναφέρθηκε για το 1998, ο Dlugokencky πρότεινε ότι οι υγρότοποι και η καύση βιομάζας σε βόρειες περιοχές θα μπορούσαν να έχουν συμβάλει στην ανωμαλία, σημειώνοντας ότι το 1998 ήταν το θερμότερο έτος παγκοσμίως, από τότε που άρχισε η κταγραφή θερμοκρασιών με όργανα. Χρησιμοποιώντας μια αντίστροφη μέθοδο, οι Chen και Prinn το 2006 απέδωσαν το ίδιο γεγονός κατά κύριο λόγο στην αύξηση των υγροτόπων και των εκπομπων από τις καλλιέργειες ρυζιού και δευτερευόντως στην καύση βιομάζας. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξε και ο Morimoto το 2006, που έκανε μετρήσεις στα ισότοπα άνθρακα που περιέχει το μεθάνιο με σκοπό να περιορίσει τις σχετικές συνεισφορές της καύσης βιομάζας και των υγροτόπων στηυν αύξηση. 19

21 Με βάση τις μετρήσεις σε πυρήνες πάγου, την προ-βιομηχανική περίοδο η παγκόσμια τιμή για το μεθάνιο, από το 1700 μέχρι 1800 ήταν 715 ± 4 ppb παρέχοντας το επίπεδο αναφοράς για τον υπολογισμό του δείκτη κλιματικού εξαναγκασμού. Ο κλιματικός εξαναγκασμός, λόγω των αλλαγών στην αναλογία ανάμειξης του μεθανίου υπολογίζεται με την απλουστευμένη αλλά έγκυρη έκφραση που δόθηκε από τον Ramaswamy το Η μεταβολή στην αναλογία ανάμειξης του μεθανίου από 715 ppb το 1750 σε 1774 ppb το 2005 δίνει μία τιμή για τον κλιματικό εξαναγκασμό 0,48 ± 0,05 W m-2, κατατάσσοντας το μεθάνιο ως το δεύτερο θερμοκηπικό αέριο μεγάλης διάρκειας ζωής μετά το CO 2 με υψηλότερο δείκτη κλιματικού εξαναγκασμού. To εύρος αβεβαιότητας στις αναλογίες ανάμειξης για σήμερα, αντιπροσωπεύει την ετήσια μεταβλητότητα, η οποία δεν περιλαμβάνεται στις εκτιμήσεις της προβιομηχανικής περιόδου που προέρχονται μόνο από μετρήσεις πυρήνων πάγου Υποξείδιο του αζώτου, Χλωροφθοράνθρακες, Όζον Αν το μεθάνιο απέσπασε λίγη προσοχή σε σχέση με το διοξείδιο του άνθρακα ακόμα λιγότερη απέσπασαν άλλα αέρια που βρισκονταν στην ατμόσφαιρα σε ίχνη. Το 1980 ο Ramanathan δημοσίευσε την θέση του ότι στην παγκόσμια θέρμανση μπορούν να συνεισφέρουν και άλλα αέρια όπως το υποξείδιο του αζώτου (Ν 2 Ο) το όζον και οι χλωροφθοράνθρακες (CFC). Υπολόγισε ότι αυτά τα αέρια μπορούν να συνεισφέρουν όσο και το 40 % του διοξειδίου του άνθρακα και των άλλων θερμοκηπικών αερίων μαζί. Αυτή η άποψη ήταν πολύ δύσκολο να πείσει τους επιστήμονες καθώς ήταν δύσκολο να δεχτούν ότι αέρια που ίσα που ανιχνέυονται στην ατμόσφαιρα μπορούν να επιδράσουν στο κλίμα. Το 1985 ο ίδιος και η ομάδα του δημοσίευσε μια μελέτη 30 αερίων, σε ίχνη, που απορροφούν την εξερχόμενη απο τη γη ακτινοβολία. Αυτά τα θερμοκηπικά αέρια μαζί μπορούσαν να θερμάνουν τον πλανήτη όσο και το διοξείδιο του άνθρακα. Πιέσεις από τους επιστήμονες οδήγησε το 1987 σε μια διεθνη συμφωνία, το Πρωτόκολλο του Μοντρεαλ. Έιχε μεγάλη επιτυχία στη μείωση των CFC ωστόσο οι συνέπειες τους στο κλίμα ήταν ακόμα ασαφής. Η μείωση τους οδήγησε μεν στον περιορισμό της υπερθέρμανσης αλλά, οι άλλες ουσίες που χρησιμοποιήθηκαν αργότερα σαν υποκατάστατα τους αποτελούσαν και αυτές με τη σειρά τους θερμοκηπικά αέρια. 20

22 Εικόνα 10 : Ετήσιες συγκεντρώσεις CFC-12 και CFC-11 Σήμερα γνωρίζουμε ότι το υποξείδιο του αζώτου συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου περίπου 4-6 %. Παράγεται από τη βακτηριακή δράση στο νερό και το χώμα, από τη διάσπαση των αζωτούχων λιπασμάτων και από τη καύση των ορυκτών καυσίμων. Η συγκέντρωσή του αυξάνεται κατά 0,25 0,4 % ετησίως ενώ γνωρίζουμε ότι μπορέι να παραμέινει στην ατμόσφαιρα μέχρι και 170 χρόνια. 21

23 Εικόνα 11 : Ετήσιες συγκεντρώσεις Ν 2 Ο Όσο για το τροποσφαιρικό όζον η συνεισφορά του είναι % και αυξάνει ετησίως με ρυθμό 2 %. Το 75 % σχεδόν παράγεται με τη φωτοχημική δράση του ηλικού φωτός σε ρύπους όπως τα οξείδια του αζώτου και οι υδρογονάνθρακες. Βλέπουμε ότι τα διάφορα θερμοκηπικά αέρια δεν διαφέρουν μόνο ως προς τις συγκεντρώσεις τους αλλά και ως προς τον χρόνο παραμονής τους στην ατμόσφαιρα. Έτσι το 1990 προτάθηκε η χρήση του Δυναμικού Παγκόσμιας Θέρμανσης (GWP). Αυτό δεν περιλαμβάνει μόνο τις συγκεντρώσεις των αερίων αλλά και το χρόνο παραμονής τους στην ατμόσφαιρα. Παρακάτω δίνεται ένας πίνακας με υπολογισμούς του Δυναμικού Παγκοσμιας Θέρμανσης των σημαντικότερων θερμοκηπικών αερίων. Αέριο Χρόνος Ζωής (έτη) Συγκέντρωση GWP(20 έτη) GWP(100 έτη) Διοξείδιο του Μεταβάλλεται άνθρακα Μεθάνιο Υποξείδιο του αζώτου CFC CFC HCFC-22 11, HFC Το Δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης υπολογίζεται για 1 κιλό αερίου 22

24 2.2.4 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΑΥΞΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Με την κατανάλωση ορυκτών και υγρών καυσίμων (λιγνίτη, πετρέλαιο, βενζίνη) η ατμόσφαιρα κατακλύζεται από CO 2 και άλλα αέρια θερμοκηπίου που απορροφούν την εκπεμπόμενη από τη Γη υπέρυθρη ακτινοβολία και εγκλωβίζουν την θερμότητα με αποτέλεσμα να αυξάνεται η θερμοκρασία του πλανήτη. Σύμφωνα με μετρήσεις της Ομάδας Κλιματικών Αλλαγών του Παν/μιου του East Anglia, η μέση θερμοκρασία του πλανήτη αυξήθηκε κατά 0,6 0 C τον περασμένο αιώνα: η μεγαλύτερη άνοδος θερμοκρασίας των τελευταίων 1000 ετών. Η πρόβλεψη της IPPC για αυτόν τον αιώνα είναι άνοδος της μέσης θερμοκρασίας από 1,1 έως 6,4 0 C. Φυσικά, οι διακυμάνσεις είναι μεγάλες: άλλες περιοχές θερμαίνονται λιγότερο και άλλες περισσότερο. Καθώς το έδαφος θερμαίνεται ταχύτερα από το νερό, γιατί απορροφά περισσότερη θερμότητα, στο Βόρειο ημισφαίριο έχουμε μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας. Στην Αρκτική, η υπερθέρμανση συντελείται ταχύτερα καθώς συρρικνώνεται το παγοκάλυμμα που ανακλά το ηλιακό φώς. Το ίδιο συμβαίνει και στην Αλάσκα όπου η μέση θερμοκρασία αυξήθηκε κατά 1,96 0 C (στην πρωτεύουσα Τζούνοου) τις τελευταίες 3 δεκαετίες. Στην Ανταρκτική, αν και η μείωση της στιβάδας του όζοντος πιστεύεται ότι έχει ψυχράνει τμήματά της, καταγράφηκε άνοδος της ετήσιας μέσης θερμοκρασίας κατά 2,5 0 C. Ο Ινδικός και ο Ειρηνικός ωκεανός είναι θερμότεροι από ποτέ άλλοτε τα τελευταία χρόνια. THΞΗ ΤΩΝ ΠΑΓΩΝ Άμεση απόρροια της υπερθέρμανσης που προκαλεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι η τήξη των πάγων στους πόλους και η γενικότερη μείωση των παγετώνων των ορεινών όγκων σε όλα τα μήκη και πλάτη του πλανήτη με ρυθμό γρηγορότερο από τον αναμενόμενο. Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν ότι οι παγετώνες και τα παγοκαλύμματα λειτουργούν σε ένα πλαίσιο αναδράσεων, δηλαδή αντιδράσεων που επιτείνουν την αρχική αιτία. Η διαδικασία της τήξης έχει ως εξής: το χιόνι ανακλά το φώς και την θερμότητα του ήλιου εμποδίζοντας τον πάγο από κάτω του να λιώσει. Με υψηλές θερμοκρασίες, το στρώμα χιονιού λιώνει και ο εκτεθειμένος σκούρος πάγος απορροφά περισσότερη ηλιακή θερμότητα. Ετσι, η τήξη της επιφάνειας προκαλεί πρόσθετη τήξη. Καθώς το πάχος του παγετώνα μειώνεται, η επιφάνειά του βρίσκεται εκτεθειμένη σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Σε δεύτερο στάδιο, έχουμε τη λεγόμενη διαλυτική διάβρωση : τα νερά της τήξης το καλοκαίρι διαπερνούν τον πάγο μέσω 23

25 ρωγμών, θρυμματίζουν και λιπαίνουν τη βάση του παγετώνα, γεγονός που αυξάνει την ολίσθησή του προς τη θάλασσα. Το ανησυχητικό είναι ότι οι απώλειες από την τήξη του καλοκαιριού δεν αναπληρώνονται γιατί πλέον οι χιονοπτώσεις του χειμώνα έχουν μειωθεί δραματικά. Στη συνέχεια, λόγω του μειούμενου πάχους, ο πάγος εδράζεται πιο χαλαρά στη ξηρά και αδυνατεί να συγκρατήσει τον επιταχυνόμενο παγετώνα. Τέλος, οι περισσότεροι παγετώνες καταλήγουν σαν ένας επιπλέοντας τοίχος πάγου που συγκρατεί τον παγετώνα πίσω του. Καθώς ο ωκεανός θερμαίνεται λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, προκαλεί τον θρυμματισμό του τοίχου οδηγώντας τον παγετώνα στον ωκεανό. Στους ορεινούς παγετώνες, η αποκάλυψη των σκουρόχρωμων υποκείμενων βράχων επιταχύνει την τήξη τους καθώς απορροφούν περισσότερη θερμότητα. Έτσι η παγκόσμια υπερθέρμανση οδηγεί στη συρρίκνωση τις δεξαμενές πάγου ολόκληρου του πλανήτη, από τα ψηλά βουνά ως τους πόλους. Στην Αρκτική, η έκταση των πάγων της μειώθηκε κατά 10% τα τελευταία 30 χρόνια. Το περμαφρόστ, το μόνιμα παγωμένο υπέδαφος, στην Αλάσκα λιώνει και αναγκάζει το έδαφος να υποχωρήσει έως και 5 μέτρα σε κάποιες περιοχές της, επηρεάζοντας όλα τα έργα υποδομής εκεί καθώς και τα δάση. Σύμφωνα με μελέτες του Ε.Ρινιό του Εργαστηρίου Αεριοπροώθησης της NASA, στην Γροιλανδία η απώλεια του πάγου της διπλασιάστηκε την περασμένη δεκαετία. Μόνο το 2005 έχασε 224 κυβικά χιλιόμετρα πάγου υπερδιπλάσια ποσότητα που χάθηκε το Στην Ανταρκτική, το 2002 η τράπεζα πάγου Λάρσεν κατέρρευσε και οδήγησε σε σημαντική επιτάχυνση των παγετώνων που πέφτουν στη θάλασσα Γουέντελ. Στην άλλη πλευρά της Ανταρκτικής, οι παγετώνες που πέφτουν στην θάλασσα Αμούνσεν έχουν επιταχυνθεί σχεδόν κατά 30% την τελευταία δεκαετία. Οι επιστήμονες φοβούνται ότι έως το 2035 οι περισσότεροι παγετώνες των Ιμαλαϊων θα έχουν εξαφανισθεί. Στις Άλπεις, πολλοί παγετώνες έχουν υποχωρήσει περισσότερο από 2000 μέτρα. Το Εθνικό Πάρκο Παγετώνων στις ΗΠΑ απαριθμεί 30 παγετώνες από τους 150 το 1910 που ιδρύθηκε. Στην Ισλανδία, ένα και μόνο καλοκαίρι αφαίρεσε 60 μέτρα πάγου από τον παγετώνα Σολεϊμαγιόκουλ. Στο Κιλιμάντζαρο της Αφρικής τα χιόνια έχουν λιώσει κατά 80% από το ΑΝΟΔΟΣ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΣΤΑΘΜΗΣ Η ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης θα συμβεί για δυο λόγους: Πρώτον, εξαιτίας των υψηλότερων θερμοκρασιών που επικρατούν στον πλανήτη τα τελευταία χρόνια, ο όγκος του νερού των ωκεανών αυξάνεται. Δεύτερον, το νερό που είναι αποθηκευμένο στους πάγους των πόλων που λιώνουν προσθέτει επιπλέον ποσότητα νερού στους ωκεανούς. Αυτός ο συνδυασμός επιπτώσεων υπήρξε ο κύριος παράγοντας για την ανύψωση της στάθμης της θάλασσας κατά εκατοστά τα τελευταία 100 χρόνια, σύμφωνα με την IPPC. Οι επιστήμονές της επισημαίνουν πως 24

26 η θαλάσσια στάθμη έχει παρουσιάσει σημαντικές διακυμάνσεις στην ιστορία της Γης, ωστόσο ο σημερινός ρυθμός ανόδου της, έχει ξεπεράσει το μέσο ρυθμό ανόδου των προηγούμενων 3 χιλιετιών. Η IPPC προβλέπει ότι ως το τέλος αυτού του αιώνα η θαλάσσια στάθμη θα αυξηθεί κατά 10 εκατοστά έως 1 μέτρο: 2-5 φορές μεγαλύτερη αύξηση από την παρατηρούμενη τα τελευταία 100 χρόνια. Σύμφωνα με τις μελέτες του Working Group 2 της IPPC, υπάρχει η βεβαιότητα ότι η ελάχιστη μερική απώλεια του πάγου της Γροιλανδίας και της Δυτικής Ανταρκτικής, που μπορεί να συμβεί με άνοδο θερμοκρασίας από C μέσα σε χρονικό διάστημα μερικών αιώνων έως μιας χιλιετίας, θα οδηγήσει σε ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης κατά 4-6 μέτρα. Αν αυτή η τάση αύξησης της θαλάσσιας στάθμης συνεχιστεί ή επιταχυνθεί, οι ακτογραμμές του πλανήτη θα βρεθούν αντιμέτωπες με σοβαρά προβλήματα και δραματικές αλλαγές. Παράκτιες περιοχές όπως το Μπαγκλαντές, η Λουιζιάνα και η Ν.Φλόριντα των ΗΠΑ, η Βενετία, η Ολλανδία, η Σανγκάη και άλλες, θα πρέπει να αντιμετωπίσουν μεγάλες πλημμύρες και διαβρώσεις. Με κάθε εκατοστό ανόδου των υδάτων, οι αμμώδεις ακτές υποχωρούν ένα μέτρο περίπου οριζοντίως λόγω διάβρωσης. Επιπλέον, η εισροή αλμυρού νερού στον υδροφόρο ορίζοντα γλυκού νερού απειλεί τις πηγές πόσιμου νερού και δημιουργεί προβλήματα στις καλλιέργειες. Το τοπίο των παράκτιων ακτών θα αλλάξει ριζικά. Η άνοδος της θαλάσσιας στάθμης αναμένεται να πλήξει περισσότερο τις πιο ευάλωτες περιοχές και τις αναπτυσσόμενες χώρες που είναι λιγότερο ικανές να αντιμετωπίσουν ή να προσαρμοστούν στο γεγονός αυτό. ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΑΝΙΔΑ ΚΑΙ ΤΗΝ ΧΛΩΡΙΔΑ Το κλίμα είναι ένα αναπόσπαστο κομμάτι των οικοσυστημάτων και οι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί στο κλίμα της περιοχής τους εδώ και χρόνια. Η κλιματική αλλαγή που προκαλεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένας παράγοντας που έχει την δυνατότητα να αλλάξει τα οικοσυστήματα. Η τήξη των πάγων στους πόλους διαταράσσει τα πολικά οικοσυστήματα. Οι πολικές αρκούδες απομακρύνονται πολύ για να βρουν τροφή περνώντας από παγόβουνο σε παγόβουνο. Σε ορισμένες περιοχές η εξαφάνιση του θαλάσσιου πάγου αναγκάζει τις πολικές αρκούδες να απομακρύνονται και να διανύουν τεράστιες αποστάσεις κολυμπώντας εκθέτωντας τον εαυτό τους σε μεγάλο κίνδυνο που τους στερεί έως και τη ζωή. Από την άλλη πλευρά, το κρίλ (ένα οστρακόδερμο, είδος γαρίδας) που είναι θεμέλιος κρίκος στην τροφική αλυσίδα των φαλαινών, των πιγκουϊνων και άλλων πλασμάτων των πόλων, χρειάζονται τον θαλάσσιο πάγο ως πεδίο αναπαραγωγής. Η υποχώρηση του θαλάσσιου πάγου προκαλεί μείωση των κοπαδιών των κρίλ και διαταράσσει την τροφική αλυσίδα των πολικών ειδών. 25

27 Η άνοδος της θερμοκρασίας, όμως, επηρεάζει τα οικοσυστήματα σε όλο τον πλανήτη. Τα φυτά και τα ζώα προσπαθούν να προσαρμοστούν στις κλιματικές αλλαγές στα ενδιαιτήματά τους υποχωρώντας σε ολοένα και μεγαλύτερα υψόμετρα και γεωγραφικά πλάτη μέχρι να μην υπάρχει άλλο μέρος στο οποίο να μπορούν να προσαρμοστούν. Αυτές, όμως, οι οδοί διαφυγής είναι αρκετά περιορισμένες από την ανθρώπινη παρουσία και δραστηριότητα αφού ο πλανήτης είναι σήμερα πιο πυκνοκατοικημένος από ποτέ. Τα ζώα, τα φυτά και τα έντομα ήδη προσαρμόζονται στις κλιματικές αλλαγές μετατοπίζοντας τα όρια εξάπλωσής τους, επισπεύδωντας τις μεταναστεύσεις και διαφοροποιώντας τις περιόδους ζευγαρώματος και ανθοφορίας. Αυτό μπορεί να γίνει όταν οι βιολογικοί κύκλοι των οργανισμών μπορούν να συντονιστούν. Αλληλοεξαρτώμενα είδη, όπως τα φυτά και τα έντομα που τα επικονιάζουν ή τα πουλιά και τα έντομα που τα τρέφουν, δεν προσαρμόζονται πάντα στις αλλαγές την ίδια στιγμή. Μερικές φορές η έλλειψη συντονισμού φτάνει σε επικίνδυνο σημείο και οδηγεί τα είδη σε εξαφάνιση. Το 2001 η IPCC δημοσίευσε μια μελέτη για τα βιολογικά συστήματα. Σύμφωνα με αυτήν, από ένα σύνολο 59 ειδών φυτών, 47 ασπόνδυλων, 29 αμφιβίων και ερπετών, 388 πτηνών και 10 θηλαστικών περίπου το 80% έδειξε αλλαγές στις βιολογικές παραμέτρους που μελετούνταν (π.χ έναρξη και λήξη αναπαραγωγικής περιόδου, μεταβολές στον τρόπο μετανάστευσης, μεταβολές στην κατανομή των ειδών σε μεγαλύτερα υψόμετρα προς τους πόλους, αλλαγές στο μέγεθος σώματος και στον αριθμό πληθυσμού) ανάλογες με τις προβλέψεις για την παγκόσμια υπερθέρμανση (το υπόλοιπο 20% έδειξε μεταβολές προς την αντίθετη κατεύθυνση). Ο κίνδυνος εξαφάνισης μπορεί να αυξηθεί για πολλά είδη, ειδικά για αυτά που είναι ήδη υπό εξαφάνιση λόγω της ερημοποίησης, των χαμηλών αριθμών πληθυσμού ή στενού εύρους θερμοκρασιών αντοχής. Η πιο πρόσφατη αναφορά της IPCC (Summary for Policy Makers 6/04/07) προβλέπει ότι μέχρι τα μέσα του 21ου αιώνα, πάνω από το 30% των ειδών θα είναι σε αυξανόμενο κίνδυνο εξαφάνισης. Προβλήματα από την υπερθέρμανση του πλανήτη και την αύξηση του CO 2 αντιμετωπίζουν και οι κοραλλιογενείς ύφαλοι των ωκεανών. Τα κοράλλια βρίσκονται σε ολοένα και πιο ζεστά νερά που σε περιόδους νηνεμίας και ηλιοφάνειας σιγοβράζουν. Η ζέστη προκαλεί την αποβολή των συμβιωτικών φυκιών που εξασφαλίζουν την τροφή των κοραλλιών και τους προσδίδουν το χρώμα τους. Μερικοί αποχρωματισμένοι ύφαλοι επανακάμπτουν ενώ άλλοι μετατρέπονται σε νεκροταφείο κοραλλιών. Το 1998 το 16% του συνόλου των κοραλλιών του πλανήτη αποχρωματίστηκε ή νεκρώθηκε. Επιπλέον, η αυξημένη συγκέντρωση CO 2 στους ωκεανούς τους μετατρέπει σε περισσότερο όξινους. Το CO 2 στο νερό βρίσκεται με την μορφή ανθρακικού οξέος Η 2 CO 3 και μειώνει το ph των νερών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να διαβρώνεται το ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3 που είναι ο βασικός δομικός λίθος των κοραλλιογενών υφάλων. Ο συνδυασμός αυτών των δυο παραγόντων μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλη καταστροφή των κοραλλιογενών υφάλων που αποτελούν τα ισοδύναμα των επίγειων τροπικών δασών στους ωκεανούς. 26

28 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου επηρεάζει και τα δάση. Οι επιπτώσεις περιλαμβάνουν απειλές για την υγεία των δασών, αλλαγές στην γεωγραφική κατανομή των ειδών των δένδρων και αύξηση των μεγάλων καταστροφικών πυρκαγιών. Τα θερμότερα καλοκαίρια ευνοούν την ανάπτυξη και εξάπλωση παρασίτων και παθογόνων οργανισμών που προσβάλλουν τα δένδρα. Παραδείγματος χάρη, στην Αλάσκα έχουν νεκρωθεί 15 εκατομμύρια στρέμματα ελατοδάσους εξαιτίας ενός δενδροκτόνου κολεόπτερου (Dendroctonus rufippenis). Ακόμη, οι αλλαγές στις θερμοκρασίες και στις βροχοπτώσεις και χιονοπτώσεις αναμένεται να οδηγήσουν σε μετανάστευση ειδών δένδρων που θα καταλήξουν σε αλλαγές στην γεωγραφική κατανομή των δασικών τύπων και σε νέους συνδυασμούς ειδών μέσα στα δάση. Το περιοδικό Science δημοσίευσε στις 18/08/07 μια μελέτη για την σχέση της παγκόσμιας υπερθέρμανσης και της αύξησης των πυρκαγιών στα ορεινά δάση των δυτικών ΗΠΑ και του Καναδά. Σύμφωνα με αυτή την μελέτη, οι αυξημένες θερμοκρασίες φαίνεται να έχουν αυξήσει την διάρκεια και την ένταση των πυρκαγιών από το 1986 (σε σχέση με την περίοδο ). Η διάρκεια της περιόδου των πυρκαγιών αυξήθηκε κατά 78 ημέρες και η μέση διάρκεια των πυρκαγιών από 7,5 σε 37,1 ημέρες. Οι επιστήμονες αποδίδουν αυτές τις αυξήσεις σε 3 κρίσιμους παράγοντες: πρόωρο λιώσιμο του χιονιού στα βουνά (κατά 1-4 εβδομάδες), υψηλότερες καλοκαιρινές θερμοκρασίες και λιγότερη υγρασία (λόγω μειωμένων κατακρημνύσεων). Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι οι πυρκαγιές των δασών προσθέτουν κατά προσέγγιση 3, g CO 2 στις εκπομπές CO 2 στην ατμόσφαιρα ή το 40% των εκπομπών CO 2 από την καύση ορυκτών καυσίμων. Εάν η κλιματική αλλαγή αυξάνει τις πυρκαγιές των δασών, αυτές οι νέες πηγές εκπομπών CO 2 θα επιταχύνουν την ενίσχυση των αερίων του θερμοκηπίου και θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια ανάδραση στην εξέλιξη της παγκόσμιας υπερθέρμανσης. 27

29 2.3 Αερολύματα Με τον όρο αερολύματα ή αιωρούμενα σωματίδια αναφερόμαστε σε σωματίδια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα και αποτελούνται από σκονή, αιθάλη, διοξείδιο του θείου, αλάτι από τις θάλασεες και άλλα. Τα αιωρούμενα σωματίδια είτε προέρχονται από τον άνθρωπο είτε όχι είναι υπέυθυνα για μια ακόμα επιδραση στο κλίμα η οποία άργησε να γίνει κατανοητή. Μέχρι το 1990 οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι σχεδόν το μισό του συνόλου των αιωρούμενων σωματιδίων στην κατώτερη ατμόσφαιρα ήταν προιόν ανθρωπίνων δραστηριοτήτων και περιλάμβανε βιομηχανική αιθάλη, διοξείδιο του θείου και σωματίδια από αποψίλωση δασών. Αλλά οι συνέπειες ήταν αβέβαιες καθώς πιστεύαν ότι τα θερμοκηπικά αέρια ήταν αυτά που θα επηρέαζαν το κλίμα. Παρόλα αυτά καποιοι επιστήμονες άρχισαν να παραδέχονται ότι η κλιματική αλλαγή δεν ήταν μόνο θέμα του διοξειδίου του άνθρακα. Επηρεαζόταν απο ό,τι θα μπορούσε να επηρεάσει το ενεργειακό ισοζύγιο τη γης. Στις αρχές του 1990 ο Charlson και άλλοι εργάστηκαν για να δείξουν ότι τα αερολύματα μπορούσαν να προκαλέσουν μείωση της θερμοκρασίας απλά ανακλώντας στο διάστημα την ηλιακή ακτινοβολία. Το 1991 αυτός και η ομάδα του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η σκέδαση της ακτινοβολίας στο SO 2 που προερχόταν απο τις ανθρώπινες δραστηριότητες μπορούσε να εξισορροπίσει την αύξηση της θερμοκρασίας λόγo του CO 2. Τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν και έμμεσα να μειώσουν την ακτινοβολία που φτάνει στη γη. Αυτό γίνεται αυξάνοντας την λευκότητα των νεφών πάνω στα οποία επικάθονται. Το 1991 το ηφαίστειο Πινατούμπο εξεράγγει στις Φιλιππίνες εναποθέτοντας περίπου 20 εκατομμυρια τόννους διοξειδίου του θείου στην στρατόσφαιρα. Αυτό αποτελούσε ένα φυσικό πείραμα. Κάποιοι επιστήμονες προέβλεψαν μέσω ατμοσφαιρικών μοντέλων ότι θα υπήρχε μία ψύξη που θα διαρκούσε κάποια έτη. Έτσι και έγινε. Άνεμοι στην στρατόσφαιρα διέσπειραν τα αερολύματα μέχρι που σχεδόν κάλυψαν όλοι την γη, στο ύψος της στρατόσφαιρας και εκεί παρέμειναν για σχεδόν δύο χρόνια. Κατα την διάρκεια αυτή σημειώθηκε μία μείωση της θερμοκρασίας. Παρακάτω φαίνεται μια φωτογραφία της έκρηξης καθώς και ένα σχέδιο της μεταφοράς των αερολυμάτων στην στρατόσφαιρα. 28

30 Εικόνα 12 : Έκρηξη του Πινατούμπο το 1991 Εικόνα 13 : Διασπορά αερολυμάτων,από έκρηξη ηφαιστείου στη στρατόσφαιρα 29

31 Τα σωματίδια ανθρωπογενούς προέλευσης θα μπορούσαν να έχουν ακριβως τα ίδια αποτελέσματα. Αν και η αιθάλη απορροφά ένα μέρος θερμότητας οδηγόντας σε θέρμανση, στο σύνολο έχει ένα αρνητικό συντελεστή στην αύξηση της θερμοκρασίας. Εικόνα 14 : Συγκεντρώσεις SO 4 Αν και η επίδραση των ανθρώπων περιορίζεται κυρίως στην εκπομπη θερμοκηπικών αερίων και αερολυμάτων, οι φυσικοί παράγοντες δεν είναι μόνο αυτοί και δεν είναι πλήρος κατανοητοί. Θα δούμε μερικούς από αυτούς παρακάτω. 2.4 Ωκεάνια κυκλοφορία Οι ωκεανοί αποτελώντας το 70 % του κλιματικού συστήματος μπορούν να επιδράσουν πάνω σε αυτό και να το αλλάξουν. Βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις όπως η ταλάντωση El Nino,η ταλάντωση του Βορείου Ατλαντικού και η Αρκτική ταλάντωση μπορούν να προκαλέσουν διακυμάνσεις στο κλίμα σε τοπικό επίπεδο αλλά όχι κλιματική αλλαγή. Όμως για μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες, οι ωκεάνιες διαδικασίες όπως η θερμοαλατική κυκλοφορία διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην 30

32 διανομή θερμότητας στους ωκεανούς του κόσμου και έτσι μπορούν να επηρεάσουν το παγκόσμιο κλίμα. Με τον όρο θερμοαλατική κυκλοφορία αναφερόμαστε στην μεγάλης κλίμακας ωκεάνια κυκλοφορία που επηράζεται τόσο από τη θερμοβαθμίδα των υδάτων όσο και από τις βαθμίδες που υπάρχουν στην αλατότητα τους. Δηλαδή είναι μια κυκλοφορία που επηρεάζεται από τη διαφορά στην πυκνότητα των υδάτων. Η διαδικασία είναι ότι επιφανεικά θερμά νερά από τον ατλαντικό ωκεανό κινούνται προς τους πόλους. Κατά την μετακίνηση τους αυτή ψύχονται και βυθίζονται σε μεγαλύτερα βάθη. Λόγω συνέχειας, ύδατα από μεγάλα βάθη κινούνται ανοδικά στον Βόρειο Ειρηνικό Ωκεανό. Μέσω αυτής της κυκλοφορίας μεταφέρεται θερμότητα προς τους πόλους και συνεπώς ρυθμίζεται ο όγκος των πάγων. Επίσης με την άνοδο «παλιότερων» νερών από τα βάθη των ωκεανών στην επιφάνεια ελευθερόνωνται μεγάλες ποσότητες CO2 στην ατμόσφαιρα πράγμα που μπορεί να επηρεάσει το κλίμα. Έτσι βλέπουμε ότι η θερμοαλατική κυκλοφορία μπορεί να επηρεάσει το παγκόσμιο κλίμα. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται η θερμοαλατική κυκλοφορία. Εικόνα 15 : Θερμοαλατική κυκλοφορία 31

33 2.5 Κίνηση τεκτονικών πλακών Η κίνηση των τεκτονικών πλακών στο εσωτερικό της γης μπορούν να επηρεάσουν το κλίμα της. Αυτό βέβαια είναι μια πολύ αργή διαδικασία βάση των ανθρωπίνων δεδομένων. Κατά την διάρκεια των εκατομμυρίων ετών οι κινήσεις των τεκτονικών πλακών διαμορφώνουν τη μορφή της ξηράς και κατα συνέπεια και τη γεωμετρία των ωκεανών. Η θέση των ωκεανών είναι σημαντική στην μεταφορά θερμότητας στη γή και κατά συνέπεια στην διαμόρφωση του κλίματος της. Ένα παράδειγμα ελέγχου των τεκτονικών κινήσεων στην ωκεάνια κυκλοφορία είναι ο σχηματισμός του Ισθμού του Παναμά σχεδόν 5 εκατομμυρια χρόνια πριν, με τον οποίο διεκόπει η ανάμειξη υδάτων μεταξύ Ατλαντικού και Ειρηνικού Ωκεανού. Αυτό επηρέασε την δυναμική των ωκεανών και ίσως βοήθησε στην δημιουργία των πάγων του βορείου ημισφαιρίου. 2.6 Γήινη τροχιά Καθώς η γη λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο καθώς περιφέρεται γύρω από αυτόν, μία μικρή αλλαγή στην τροχιά της θα μπορούσε να φέρει αλλαγή στο ποσό ενέργειας που λαμβάνει. Αυτή η θεωρία έγινε γνωστή κατά τον πρώτο παγκόσμιο πόλεμο από τον Μιλανκοβιτς, έναν σέρβο πολιτικό μηχανικό και μαθηματικό. Στην θεωρία του ο Μιλανκοβιτς υποστήριζε ότι αλλαγές στην εκκεντρότητα και το επίπεδο της τροχιας της γης καθώς και στην κλίση του άξονά της μπορούν να προσδιορίσουν (επηρεάσουν) το κλίμα στην γη. Τέτοιες αλλαγές συμβαίνουν στην διάρκεια πολλών χιλιάδων ετών. Για παράδειγμα ο άξονα της γης κάνει ένα πλήρη κύκλο μετάπτωσης κάθε χρόνια ενώ η κλίση του άξονα περιστροφής μεταβάλλεται από 22,1 μέχρι 24.5 μοίρες και κάθε σχεδόν χρόνια. Ακόμα πιο αργές είναι οι αλλαγές στο επίπεδο και στην εκκεντρότητα της τροχιάς της γης,όμως αυτές οι αλλαγές αλλάζουν το ποσό της ακτινοβολίας που δέχεται η γη από τον ήλιο καθώς και τα μέρη που αυτή διανέμεται. 32

34 Εικόνα 16 : Αλλαγή κλίσης Εικόνα 17 : Μεταπτωτική κίνηση άξονα 2.7 Ηλιακή δραστηριότητα Ο σημαντικότερος φυσικός παράγοντας της μεταβλητότητας του κλίματος της Γης είναι η ηλιακή δραστηριότητα. Αυτό οφείλεται στο σημαντικό ρόλο που παίζει η ακτινοβολία του Ήλιου, αφού είναι η κυρίαρχη πηγή ενέργειας που τροφοδοτεί το κλιματικό σύστημα. Η ακτινοβολία όμως του Ήλιου δεν παραμένει σταθερή, αλλά παρουσιάζει διακυμάνσεις που περιγράφονται με τον όρο ηλιακή δραστηριότητα. Η ηλιακή δραστηριότητα μεταβάλλεται με το χρόνο λόγω της περιστροφής του ήλιου γύρω από τον άξονα του, των σχεδών κυκλικών μεταβολών στη δραστηριότητα και τη θερμοκρασία της επιφάνειας του,διαφόρων επεισοδιακών γεγονότων όπως εκλάμψεις καθώς και μεταβολές στο μαγνητικό του πεδίο. Η πιο προφανής εκδήλωση της ηλιακής δραστηριότητας είναι η μεταβολή του αριθμού των ηλιακών κηλίδων σύμφωνα με τον 11-ετή ηλιακό κύκλο. Οι ηλιακές κηλίδες είναι σχετικά ψυχρές περιοχές της φωτόσφαιρας διαμέτρου περίπου 8000 Km. Η θερμοκρασία τους είναι της τάξης των 3800 K, πολύ χαμηλότερη από την ενεργό θερμοκρασία της φωτόσφαιρας (5800 Κ περίπου). Η καταμέτρηση των κηλίδων είναι μία περίπτωση φυσικής παραμέτρου που έχουμε πληθώρα μετρήσεων από αιώνες πριν. Από αυτές τις μετρήσεις είναι εμφανής ένας κανονικός κύκλος στον αριθμό των κηλίδων με περίοδο περίπου 11 χρόνια και ο οποίος είναι γνωστός ως ενδεακετής ηλιακός κύκλος. Υπάρχουν δηλαδή εναλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα κάθε 11 χρόνια μεταξύ μέγιστης (ενεργός ήλιος) και ελάχιστης (ήρεμος ήλιος). 33

35 Εικόνα 18 : Ετήσιες μετρήσεις ηλιακών κηλίδων Αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο του ήλιου οδηγούν σε αλλαγές στον ηλιακό άνεμο και κατα συνέπεια σε αλλαγές στον ιονισμό της ατμόσφαιρας. Αλλαγές στον ιονισμό των αερολυμάτων που αποτελούν πυρήνες συμπύκνωσεις νεφών οδηγεί σε αλλαγές στα επίπεδα συμπύκνωσεις,σχετικής υγρασίας και λευκότητας. Αυτό έχει σαν συνέπεια να φτάνει στη γή περισσότερη ή λιγότερη ακτινοβολία από τον ήλιο στην επιφάνεια της γης. Η επιστημονική κοινότητα δεν είναι ακόμα σίγουρη για το πόσο η ηλιακή δραστηριότητα μπορεί να επηρεάσει το γήινο κλίμα. Σημαντικό για την εξαγωγή ενός σωστού συμπεράσματος είναι να μετρηθεί με ακρίβεια οι ηλιακές επιδράσεις. Δυστυχώς τέτοιες μετρήσεις έχουμε τα τελευταία χρόνια με την ανάπτυξη των δορυφόρων και η σύγκριση των αποτελεσμάτων είναι δύσκολη λόγω των διαφορετικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται. 3.1 Συγχρονη τάση της θερμοκρασίας Η παρακολούθηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας από τα τέλη του 19 ου αιώνα οδήγησε στο να καταλάβουμε γυρω στο 1930 ότι η θερμοκρασία έχει μια αυξητική τάση. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960 ειδικοι βρήκαν ότι τις τελευταίες δύο δεκαετίες υπήρχε μία τάση προς ψύξη. Γνωρίζοντας πια ότι το κλίμα μπορεί να αλλάξει με διάφορους τρόπους, επιστήμονες υπολόγισαν στις αρχές του 34

36 1970 ότι το κλίμα θα συνεχίσει να ψύχεται, σαν αποτέλεσμα είτε τις δράσης των αιωρούμενων σωματιδίων είτε λόγω ενός φυσικού κύκλου. Όμως παρόλη την τάση προς ψύξη, τα θερμοκηπικά αέρια θα αναστείλουν την ψυκτική δράση των αερολυμάτων και η θερμοκρασία τελικά θα αρχίσει να αυξάνει. Όταν η άνοδος συνεχίστηκε και στον 21ο αιώνα με πρωτοφανή ταχύτητα και σε παγκόσμιο επίπεδο, ακόμα και στα βάθη των ωκεανών, οι επιστήμονες κατάλαβαν ότι αυτή η αύξηση σηματοδοτεί μια αλλαγή στο κλιματικό σύστημα. Παρακάτω παραθέτω δύο διαγράμματα της πορείας της θερμοκρασίας στη γη και την πορεία του θερμικού περιεχομένου των ωκεανών. Εικόνα 19 : Μεταβολή της θερμοκρασίας (μετρήσεις τριων διαφορετικών ομάδων) 35

37 Εικόνα 20 : Μεταβολή της θερμικού περιεχομένου των ωκεανών 3.2 Υπερθέρμανση του πλανήτη Βλέπουμε ότι καθώς μιλάμε για κλιματική αλλαγη, στη σύγχρονη εποχή είναι καλύτερα να μιλάμε για υπερθέρμανση του πλανήτη. Με τον όρο αυτό εννοούμε την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης από τα μέσα περίπου του 20ου αιώνα και μετά. Σύμφωνα με την τέταρτη έκθεση αξιολόγησης του 2007 της Διακυβερνητικής Επιτροπής γαι την Αλλαγή του Κλίματος (IPCC),η θερμοκρασία στην επιφάνεια αυξήθηκε κατά 0,74 ± 0,18 oc κατά την διάρκεια του 20ου αιώνα. Μεγαλύτερο μέρος της παρατηρηθείσας αύξησης της θερμοκρασίας από τα μέσα του 20ού αιώνα έχει προκληθεί από την αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου, που προκύπτουν από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η καύση των ορυκτών καυσίμων και της αποψίλωσης των δασών. Ένα μέρος αυτής της αύξηση εξουδετερώθηκε από την ανακλαστική δράση των αιωρουμενων σωματιδίων που αυξάνουν την ανακλαστικότητα τον νεφών και εμποδίζουν την ηλιακή ακτινοβολία να φτάσει στο έδαφος. 36