Published in Science in School (http://www.scienceinschool.org) Τι γνωρίζουµε για το κλίµα; Ερευνώντας τα αποτελέσµατα της ανθρωπογενούς παγκόσµιας θέρµανσης Μετάφραση: Βαγγέλης Κολτσάκης Χορηγία εικόνας από istockphoto / Karl Dolenc Σε αυτό, το δεύτερο από δύο άρθρα, ο Rasmus Benestad, ερευνητής του κλίµατος από το Νορβηγικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο, εξετάζει στοιχεία που αποδεικνύουν ότι οι άνθρωποι προκαλούν κλιµατική αλλαγή. Είναι εξακριβωµένη η ύπαρξη ενός φυσικού φαινοµένου θερµοκηπίου στη γη, το οποίο καθιστά τον πλανήτη κατοικήσιµο. Τι γίνεται λοιπόν µε την περαιτέρω ανθρωπογενή αύξηση της παγκόσµιας θερµοκρασίας (anthropogenic global warming - AGW); Σε τελική ανάλυση, οι φυσικές µεταβολές στο κλίµα υπήρχαν πολύ πριν αρχίσει να επεµβαίνει ο άνθρωπος για παράδειγµα σκεφτείτε τις εποχές των παγετώνων. Θεωρητικά, θα αναµένατε ότι η θερµοκρασία θα αυξανόταν εάν εµποδίζονταν η εκποµπή θερµότητας ενώ παρέµενε σταθερή η ποσότητα θερµότητας που έφτανε στη Γη. Η αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερµοκηπίου (greenhouse gases - GHGs) έχει την ίδια επίδραση µε τον περιορισµό της εκποµπής θερµότητας, δεδοµένου ότι τα αέρια του θερµοκηπίου είναι διαφανή στην ηλιακή ακτινοβολία αλλά αδιαφανή στην υπεριώδη, η οποία ακτινοβολείται από τη Γη στο διάστηµα (και που µε τον τρόπο αυτό η Γη εκπέµπει θερµότητα). Κατά συνέπεια, µια αύξηση στο φαινόµενο του θερµοκηπίου διαταράσσει την ισορροπία της ακτινοβολούµενης ενέργειας. Τα αρχικά εµπειρικά στοιχεία για µια επερχόµενη κλιµατική αλλαγή περιλαµβάνουν µια ~30% συστηµατική αύξηση στα επίπεδα του CO 2 σε σχέση µε τα προ-βιοµηχανικά επίπεδα των 280 ppm (η µαύρη καµπύλη στο γράφηµα δείχνει τα επίπεδα του CO 2 από το 1958). εν υπάρχει καµιά αµφιβολία ότι το CO 2 προέρχεται από πηγές καυσίµων (απολιθωµάτων), καθώς οι αναλογίες ισοτόπων δείχνουν ότι ο C έχει εκτεθεί λιγότερο στην κοσµική ακτινοβολία. Η μεταβολή στις συγκεντρώσεις του CO 2 στην ατμόσφαιρα (μαύρο, από MaunaLoa, Hawaii) και στη παγκόσμια μέση θερμοκρασία (T(2m) πορτοκαλί, αλλά χωρίς κλίμακα; Δεδομένα από NASAGISS). Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνσn Χορηγία εικόνας από Rasmus Benestad
Όταν πρωτόνια της κοσµικής ακτινοβολίας συγκρούονται µε το άζωτο-14 (επτά πρωτόνια και επτά νετρόνια στον πυρήνα) στον αέρα, παράγεται άνθρακας-14 (καθώς και άλλα ισότοπα όπως βηρύλλιο-10) µέσω της πυρηνικής αντίδρασης: 14 N + p 14 C + n Αυτό σηµαίνει ότι ο άνθρακας µε χαµηλή αναλογία σε ισότοπα άνθρακα-14 πρέπει να προέρχεται από βαθιά στο έδαφος, όπου δεν φτάνει η κοσµική ακτινοβολία. Επιπρόσθετα, η αναλογία O 2 προς N 2 έχει ελαττωθεί. Αυτό αναµένεται από την αυξανόµενη καύση απολιθωµάτων, κατά την οποία το O 2 ενώνεται µε τον C σχηµατίζοντας CO 2. Οι ωκεανοί έχουν γίνει επίσης πιο όξινοι, οδηγώντας σε µια αύξηση στα επίπεδα του CO 2 τόσο στην ατµόσφαιρα όσο και στους ωκεανούς. Σε τελική ανάλυση, ο άνθρακας δε µπορεί αυθόρµητα να εξαφανιστεί από το πρόσωπο της Γης - κάτω από κανονικές συνθήκες, διατηρείται. Ως εκ τούτου, η καύση των καυσίµων απολιθωµάτων αναµένεται να παραγάγει ένα πλεόνασµα CO 2 στην ατµόσφαιρα, στους ωκεανούς ή/και στη βιόσφαιρα. Η εξαγωγή του απολιθωµένου άνθρακα βαθιά από το υπέδαφος, τον αφαιρεί από αυτές τις κρυµµένες αποθήκες και τον απελευθερώνει στην επιφάνεια της Γης, όπου και παραµένει. Χορηγία εικόνας από istockphoto / Rob Friedman Σύµφωνα µε την Fourth Assessment Report (AR4) του Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), η µέση παγκόσµια θερµοκρασία, µετρηµένη από χιλιάδες ανεξάρτητα θερµόµετρα διασκορπισµένα σε όλη τη Γη, έχει αυξηθεί κατά 0.74 ± 0.18 ºC κατά τα τελευταία 100 έτη, και φαίνεται να συνεχίζει να αυξάνεται. Μερικές µελέτες µέσω δορυφόρων έχουν αναφέρει επίσης αλλαγές στα φασµατικά χαρακτηριστικά της θερµότητας που ακτινοβολείται από τη γη, σχετιζόµενες µε το αυξανόµενο φαινόµενο του θερµοκηπίου. Οι µετρήσεις γεωτρήσεων κάτω από την επιφάνεια, που µπορούν επίσης να χρησιµοποιηθούν για να καταγράψουν µεταβολές θερµοκρασίας, δείχνουν και αυτές επίσης ότι έχει υπάρξει µια θέρµανση. Η µέση στάθµη της θάλασσας παγκοσµίως αυξάνεται, και εξαιτίας του γεγονότος ότι το θερµότερο νερό έχει µεγαλύτερο όγκο και επειδή παγετώνες έχουν λειώσει. Έχει τεκµηριωθεί επίσης ότι οι περισσότεροι παγετώνες παγκοσµίως έχουν υποχωρήσει σε σχέση µε τα τέλη του 19ου αιώνα. Η καλυµµένη από πάγο θάλασσα στην Αρκτική έχει ελαττωθεί από τότε που ξεκίνησαν σχετικές δορυφορικές µετρήσεις, αλλά και οι χιονοπτώσεις έχουν επίσης µειωθεί. Υπάρχουν επίσης στοιχεία από τον υδρολογικό κύκλο: σηµάδια από συχνότερες και έντονες καταιγίδες και αλλαγές στις παροχές των ποταµών και στα στατιστικά των βροχοπτώσεων.
Επιπρόσθετες εκθέσεις σχετικά µε τις βιολογικές µεταβολές ταιριάζουν στην εικόνα µιας παγκόσµιας κλιµατικής αλλαγής. Αλλαγές στα όρια των δασωδών περιοχών, στα πλάτη και την πυκνότητα των δακτυλίων των δέντρων, στα κοράλλια, στα ιζήµατα στους πυθµένες των θαλασσών και στους σταλαγµίτες δείχνουν το πώς το κλίµα έχει αλλάξει κατά το παρελθόν. Με βάση αυτούς τους δείκτες, η παρούσα θέρµανση φαίνεται να είναι ασυνήθης, τουλάχιστον κατά τα προηγούµενα 1000 έτη. Αµφιβολίες? Εκείνοι που αµφισβητούν την έννοια µιας παγκόσµιας θέρµανσης, αποκαλούνται σκεπτικιστές κλίµατος και έχουν υποστηρίξει ότι η παγκόσµια αύξηση της θερµοκρασίας είναι µια συνέπεια αλλαγών στον Ήλιο. Αλλά οι σύγχρονες µετρήσεις των κοσµικών ακτίνων, των ηλιακών κηλίδων και άλλων δεικτών που χρησιµοποιούνται για να περιγράψουν την κατάσταση του ήλιου, δείχνουν ότι αυτός δεν έχει γίνει πιο ενεργός από όσο ήταν τη δεκαετία του '50 (δείτε το διάγραµµα). Οι παραλλαγές στη συµπεριφορά του Ήλιου δεν θα απέκλειαν απαραίτητα το ρόλο των αερίων του θερµοκηπίου στην κλιµατική αλλαγή. Εάν το κλίµα µας επρόκειτο να είναι ευαίσθητο σε µικρές αλλαγές στον Ήλιο, θα έπρεπε να επηρεάζεται εύκολα από τις αλλαγές στην ενεργειακή ισορροπία - ως εκ τούτου αυτό θα αποτελούσε έναν ισχυρότερο λόγο για να θεωρηθεί ότι οι µεταβολές στα αέρια του θερµοκηπίου θα µπορούσαν να προκαλέσουν µια παγκόσµια κλιµατική αλλαγή. Και άλλοι παράγοντες µπορεί να έχουν επιπτώσεις στην ισορροπία της ακτινοβολίας, όπως οι αλλαγές στην τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο και στην ηλιακή δραστηριότητα. Τα ηφαίστεια είναι γνωστό ότι ελευθερώνουν προς την ανώτερη ατµόσφαιρα σωµατίδια που εµποδίζουν το φως του Ήλιου. Τα φυσικά καθώς επίσης και τα ανθρωπογενή αερολύµατα µπορεί επίσης να έχουν επίδραση σε ένα φαινόµενο εξασθένισης, που µειώνει το ποσό ενέργειας που φθάνει από τον Ήλιο στην επιφάνεια της Γης. Τα αερολύµατα µπορεί επίσης να έχουν επιπτώσεις στην απώλεια γήινης θερµότητας - η καθαρή επίδραση εξαρτάται από τον τύπο των σωµατιδίων, το µέγεθός τους, το υψόµετρο στο οποίο βρίσκονται και τη συγκέντρωσή τους. Σύγκριση μεταξύ των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων (GCRs, γκρίζο) και η παγκόσμια μέση θερμοκρασία (Τ (2m), μπλε). Αν και δεν υπάρχει καμία μακροπρόθεσμη τάση στη συμπεριφορά των GCR, η Τ(2m) έχει αυξηθεί. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνσn Χορηγία εικόνας από Rasmus Benestad Οι αλλαγές στην επιφάνεια του εδάφους µπορούν επίσης να διαδραµατίσουν έναν ρόλο, µε την αλλαγή του τρόπου που ο πλανήτης ανακλά το φως καθώς επίσης και την ανταλλαγή της υγρασίας και της ενέργειας µεταξύ της επιφάνειας και της ατµόσφαιρας. Μερικοί σκεπτικιστές υποστηρίζουν ότι η παγκόσµια αύξηση της θερµοκρασίας είναι µια παραίσθηση που οφείλεται στην επίδραση της αστικοποίησης. Εντούτοις, αυτό δεν εξηγεί το πώς οι περισσότεροι από τους ωκεανούς έχουν θερµανθεί και κοντά στην επιφάνεια αλλά και στα βάθη - όπου δεν υπάρχει καµία πόλη. Ούτε εξηγεί γιατί η µεγαλύτερη θέρµανση έχει συµβεί στην Αρκτική, την Αλάσκα και τη Σιβηρία. Εκτός αυτού, η αστική
επιρροή στο αρχείο θερµοκρασιών έχει µελετηθεί και έχει ληφθεί υπόψη κατά την υπολογισµό του παγκόσµιου µέσου όρου. Ένα άλλο επιχείρηµα που χρησιµοποιείται από τους σκεπτικιστές κλίµατος είναι ότι οι δορυφορικές µετρήσεις της θερµοκρασίας στην ατµόσφαιρα δε δείχνουν παρόµοια αύξηση της θερµοκρασίας όπως δείχνουν οι µετρήσεις που γίνονται στο έδαφος. Αυτή η απόκλιση οφειλόταν στα λάθη στην ανάλυση των δεδοµένων από τους δορυφόρους - οι τάσεις όµως τώρα συµπίπτουν µε τις µετρήσεις από το έδαφος. Άλλοι έχουν υποστηρίξει ότι η ατµόσφαιρά µας είναι ήδη αδιαφανής στην υπέρυθρη ακτινοβολία και ως εκ τούτου είναι κορεσµένη, οπότε η όποια επιπρόσθετη ποσότητα CO 2 δεν θα έχει σηµαντική επίδραση. Εντούτοις, αρκεί κάποιος να κοιτάξει στην Αφροδίτη για να δει ότι η ατµόσφαιρα δεν µπορεί να κορεστεί τόσο εύκολα. Αυτό µπορεί επίσης να αποδειχθεί και θεωρητικά. Εκτός αυτού, δεν είναι σηµαντική µόνο η επίδραση του CO 2 καθώς υπάρχουν και άλλες σηµαντικές διαδικασίες που µπορούν να επιδράσουν και µπορεί να ενισχύσουν (όπως πχ η υποχώρηση των παγετώνων ή η υγρασία στον αέρα) ή να µειώσουν (πχ τα χαµηλά σύννεφα) την εµφάνιση του φαινόµενου του θερµοκηπίου. Αλλά το κλίµα άλλαζε πάντα... Υπάρχουν µελετητές που υποστηρίζουν ότι το κλίµα µας έχει από τη φύση του µια περιοδικά επαναλαµβανόµενη συµπεριφορά. Πώς ξέρουµε ότι η παρούσα θέρµανση δεν είναι παρά ένα µέρος µόνο ενός φυσικού κύκλου, όπως µια επαναφορά από µια σύντοµη ψυχρή περίοδο; Μπορούµε να συναγάγουµε από τους νόµους της φυσικής ότι η µέση θερµοκρασία δεν αλλάζει αυθόρµητα, καθώς η ποσότητα της συνολικής ενέργειας πρέπει να παραµένει σταθερή. Στο παρελθόν, κάτι συγκεκριµένο προκάλεσε αλλαγές - είτε επρόκειτο για αλλαγές στην τροχιά της Γης, τη σύνθεση της ατµόσφαιρας, την ηλιακή δραστηριότητα, τα ηφαίστεια ή τις αλλαγές της επιφάνειας της Γης. Κανένας από αυτούς τους παράγοντ ες, εκτός από τις αλλαγές στις συγκεντρώσεις των αερίων του θερµοκηπίου, δε µπορεί να εξηγήσει την τρέχουσα θέρµανση. Ακόµη και οι αλλαγές το ίδιο στο σύστηµα, όπως το φαινόµενο Ελ Νίνιο, µπορούν να είναι η αιτία για κάποιες µεταβολές, αλλά αυτές είναι πολύ µικρές σε σχέση µε µεταβολές που οφείλονται σε εξωτερικά αίτια. Και ανεξάρτητα από την αιτία, υπάρχει πάντα µια φυσική εξήγηση για τις αλλαγές, είτε αυτές είναι εξωτερικές είτε εσωτερικές. Μπορούµε πραγµατικά να εµπιστευθούµε τα µοντέλα για το παγκόσµιο κλίµα; Αυτά δεν είναι τέλεια, αλλά αποτελούν ακόµη το καλύτερο διαθέσιµο εργαλείο για προβλέψεις για το µέλλον. Ένα τέτοιο µοντέλο µπορεί να θεωρηθεί ως ένα παζλ, όπου η µεγάλη εικόνα προκύπτει από τα µικρά κοµµάτια συνολικά και κατά τρόπο συνεπή και οργανωµένο. Ενσωµατώνει όλα όσα γνωρίζουµε για το κλίµα (φυσικούς νόµους και εµπειρικά δεδοµένα) και παρέχει µια περιεκτική εικόνα µέσω µαθηµατικών µεθόδων σε ισχυρούς υπολογιστές. Αν και µερικές εξισώσεις που περιγράφουν τις διαδικασίες δε µπορούν να λυθούν ακριβώς, οι προσεγγίσεις εντούτοις παρέχουν ένα ικανοποιητικό αποτέλεσµα.
Προβλέψεις για το µέλλον Τι µπορούµε να περιµένουµε από την ανθρωπογενή παγκόσµια θέρµανση; Οι µελέτες που δηµοσιεύονται σε έγκυρα επιστηµονικά περιοδικά έχουν συλλεχθεί και έχουν αξιολογηθεί στην έκθεση του IPCC, µέσω της οποίας παρουσιάζεται η κύρια εικόνα για το µέλλον. Σύµφωνα µε την AR4, η ανθρωπογενής παγκόσµια θέρµανση είναι πολύ πιθανό να οδηγήσει σε µια γενική θέρµανση, µε µια εντονότερη επίδραση στην Αρκτική και πάνω από τις ηπείρους. Στις υποτροπικές περιοχές µπορεί να υπάρξουν περισσότερες ξηρασίες, αλλά στα µεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη αναµένονται περισσότερες βροχές. Η έκθεση προβλέπει ότι θα υπάρξουν επίσης περισσότερες πληµµύρες και καταιγίδες. Παγετώνες µπορούν να λειώσουν, µειώνοντας τον εφοδιασµό σε πόσιµο νερό για ένα µεγάλο µέρος του παγκόσµιου πληθυσµού. Μια άνοδος της στάθµης των θαλασσών µπορεί να επιδράσει στις παράκτιες περιοχές και οι κάτοικοι κάποιων περιοχών µπορεί να αναγκαστούν να µετοικίσουν σε µεγαλύτερα υψόµετρα. Η εποχή των τυφώνων του 2005 παρήγαγε έναν πρωτοφανή - τουλάχιστον στη σύγχρονη εποχή - αριθµό τροπικών κυκλώνων στην Καραϊβική (Βόρειο Ατλαντικό), µερικοί από τους οποίους οδήγησαν σε θύµατα και σοβαρές ζηµιές. Θα υπάρξουν συχνότεροι ή ισχυρότεροι κυκλώνες και τυφώνες όταν ο κόσµος θα είναι θερµότερος; Και βιώνουµε τώρα µια αλλαγή στη δραστηριότητα των τροπικών κυκλώνων; Αυτή τη στιγµή, δε µπορούµε να είµαστε βέβαιοι, αν και υπάρχουν µερικές ενδείξεις ότι η ένταση των θυελλών µπορεί να αυξηθεί, και ότι έχει σηµειωθεί µια ανοδική τάση στη δραστηριότητα που συνδέεται µε τους εντονότερους τροπικούς κυκλώνες πάνω από κάποιες ωκεάνιες περιοχές. Γραµµές συµπύκνωσης Αυτό το MERIS (MEdium Resolution Imaging Spectrometer) δείχνει µεγάλο µέρος της βορειοανατολικής Ευρώπης, συµπεριλαµβάνοντας περιοχές από Γερµανία, Σουηδία, Πολωνία και ανία. Χορηγία εικόνας από ESA Η επιµηκυµένη νέφωση γύρω από και στα ανατολικά της ανίας, ιδιαίτερα ορατή πάνω από τη θάλασσα, είναι στην πραγµατικότητα γραµµές συµπύκνωσης που σχηµατίζονται από υδρατµούς από τα αεροπλάνα. Το πλήθος αυτών των γραµµών καταδεικνύει τη µεγάλη εναέρια κυκλοφορία στους ουρανούς. Θεωρείται ότι από τις γραµµές αυτές µπορούν να σχηµατιστούν σύννεφα σε µεγάλο υψόµετρο, τα οποία θα µπορούσαν να συµβάλουν στην αύξηση της παγκόσµιας θερµοκρασίας λόγω του φαινοµένου του θερµοκηπίου. Οι εργασίες στο Data User Element (DUE) στο ESA αυτήν την περίοδο περιλαµβάνουν µελέτες των γραµµών συµπύκνωσης και των επιδράσεων που µπορεί αυτές να έχουν στην κλιµατική αλλαγή.
Κοινωνικές πτυχές Εκτός από τα επιστηµονικά ζητήµατα που αφορούν στην ανθρωπογενή παγκόσµια θέρµανση, υπάρχουν και ηθικές πτυχές, όπως το ότι ενώ τα πλούσια κράτη φέρουν το µεγαλύτερη µέρος της ευθύνης για τις αυξανόµενες εκποµπές αερίων του θερµοκηπίου, είναι τα λιγότερα επηρεασµένα από αυτές w1. Υπάρχουν επίσης και ενεργειακά θέµατα, καθώς και το ερώτηµα εάν οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας µπορούν να αντικαταστήσουν τα καύσιµα. Επιπλέον, οι οικονοµικές εκτιµήσεις και οι πολιτικές επιλογές σχετικά µε την κλιµατική αλλαγή είναι στενά συνδεµένες µε τις επιλογές σε θέµατα ενέργειας και εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου. Η συζήτηση για το κλίµα µπορεί πράγµατι να είναι ένα από τα σηµαντικότερα ζητήµατα σήµερα. Θα ήταν ντροπή εάν το ευρύτερο κοινό δεν θα µπορούσε να συµµετέχει σε αυτήν την συζήτηση λόγω έλλειψης κατανόησης των σχετικών θεµάτων. Ως εκ τούτου, είναι σηµαντικό τα σχολεία να διδάσκουν τους µαθητές τους για το κλίµα και την κλιµατική αλλαγή και οι πληροφορίες τους είναι εξακριβωµένες και ενηµερωµένες. Αναφορές στο διαδίκτυο w1 Για µια συζήτηση σχετικά µε την πολιτική για την κλιµατική αλλαγή, δείτε στοwww.opendemocracy.net Ανασκόπηση Ο καθένας έχει ακούσει για την κλιµατική αλλαγή. Το θέµα εξετάζεται συχνά από τα µέσα µαζικής ενηµέρωσης, αλλά οι πληροφορίες που δίνονται είναι συχνά ελλιπείς ή προκατειληµµένες από τις πολιτικές απόψεις. Ως καθηγητές φυσικών επιστηµών, πρέπει να παρέχουµε στους µαθητές τις σωστές πληροφορίες και τα όργανα για να αναπτύξουν σωστές στάσεις, βασισµένες στα γεγονότα και στοχεύοντας στον ενεργό πολίτη. Το δεύτερο από τα δύο άρθρα του Rasmus Benestad είναι πολύ χρήσιµο επειδή παρουσιάζει το θέµα µε σαφήνεια και αντικειµενικά, εξετάζοντας τα στοιχεία για την ανθρωπογενή κλιµατική αλλαγή. Συστήνω αυτό το άρθρο στους καθηγητές φυσικών επιστηµών που είναι πρόθυµοι να ενηµερωθούν σχετικά και στους µαθητές της δευτεροβάθµιας εκπαίδευσης που ενδιαφέρονται για τα γεγονότα και τα επιστηµονικά στοιχεία σχετικά µε αυτό το θέµα. Το υλικό είναι επίσης ιδιαίτερα κατάλληλο για συζήτηση στην τάξη και για διεπιστηµονική προσέγγιση στην περιβαλλοντική εκπαίδευση στα σχολεία της δευτεροβάθµιας εκπαίδευσης. Giulia Realdon, Ιταλία