Η παγκόσμια έρευνα και τα αποτελέσματά της για την Κλιματική Αλλαγή Αλκιβιάδης Μπάης Καθηγητής Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας Τμήμα Φυσικής - Α.Π.Θ.
Πρόσφατη εξέλιξη της παγκόσμιας μέσης θερμοκρασίας 12 θερμότερα έτη: 1990, 2001, 2008, 2004, 2003, 2006 2002, 1998, 2009, 2007, 2005, 2010 0.70 C/10ετία 1.97 C/10ετία 2
Πως προκαλείται η Κλιματική Αλλαγή; Διατάραξη του ενεργειακού ισοζυγίου του πλανήτη (ανισορροπία μεταξύ εισερχόμενης & εξερχόμενης ενέργειας) Μεταβολές στην εκπομπή ακτινοβολίας από τον Ήλιο Μεταβολές στην ανακλαστική ικανότητα της Γης (εναλλαγές στην έκταση πάγου/χιονιού (και βλάστησης) λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας και της σχετικής θέσης Γης-Ήλιου) Μεταβολές στη σύσταση της ατμόσφαιρας: CO 2, CH 4, H 2 O, N 2 O, κ.ά. (διατάραξη ισορροπίας πηγών καταβορθών: φυσικές εκπομπές, τεκτονικές αλλαγές, διαλυτότητα ωκεανών - θερμοκρασία) 3
Το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου Το φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου Το ενισχυμένο φαινόμενο του θερμοκηπίου 4
Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα Το CO 2 παραμένει στην ατμόσφαιρα για χιλιάδες χρόνια προκαλώντας μη αναστρέψιμες μεταβολές στο κλίμα και στη χημεία των ωκεανών 5
Απόσυρση του CO 2 45% των εκπομπών CO 2 διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα 55% αποσύρονται σε φυσικές καταβόθρες Ωκεανοί δεσμεύουν 25% Βλάστηση δεσμεύει 30% 6
Απόσυρση του άνθρακα με τη φωτοσύνθεση Φωτοσύνθεση - διαπνοή 7
Απόσυρση του άνθρακα στους ωκεανούς Βιολογικές και φυσικές αντλίες CO 2 8
Παγκόσμια Θέρμανση - Παρούσα κατάσταση Κενά στη γνώση Τι είναι ήδη κατανοητό (επιστήμονες) Τι είναι ευρέως γνωστό (κοινό) Κρίσιμα θέματα για το μέλλον του Πλανήτη Κλιματική αδράνεια Παγκόσμια θέρμανση σε εξέλιξη Σημεία καμπής - μη αναστρέψιμες μεταβολές Απώλεια ελέγχου Τα άσχημα και τα καλά νέα Ασφαλή επίπεδα για το CO 2 < 350 ppm (σήμερα είναι 390 ppm) Υπάρχει ακόμη χρόνος αν αναληφθεί άμεση δράση 9
Οι γειτονικοί πλανήτες Η Αφροδίτη είναι πιο κοντά στον Ήλιο αλλά λόγω των νεφών της απορροφά 25% της ηλιακής ακτινοβολίας (η Γη απορροφά 70%). Η πολύ πυκνή ατμόσφαιρα CO 2 προκαλεί ισχυρό φαινόμενο θερμοκηπίου ΟΆρηςείναιπολύψυχρός(όλοτονερόείναιπαγωμένο), η Αφροδίτη πολύ θερμή (όλο το νερό έχει εξατμιστεί), η Γη έχει ακριβώς τις κατάλληλες συνθήκες για ύπαρξη ζωής. 10
Η Ζώνη Διαβίωσης Η Ζώνη μετατίθεται προς τα μέσα όταν ο πλανήτης ανακλά περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία Ζώνη Διαβίωσης Η 2 Ο αέριο Η 2 Ο υγρό Η 2 Ο πάγος Λαμπρότερος Ήλιος ή Περισσότερα αέρια θερμοκηπίου Μετακίνηση Ζώνης προς τα έξω Στην αρχή του ηλιακού συστήματος ο Ήλιος ήταν 30% ασθενέστερος και η Αφροδίτη είχε θάλασσα. ΚαθώςοΉλιοςγινόταν λαμπρότερος το νερό εξατμίστηκε λόγω ενός ανεξέλεγκτου φαινομένου του θερμοκηπίου. Σε παλαιότερες εποχές, όταν ο Ήλιοςήτανασθενέστεροςκαιτο CO 2 λιγότερο, ηγηείχεπαγώσει (π.χ., πριν 700 εκ έτη) Σήμερα η Γη βρίσκεται χρονικά στο καλύτερο σημείο (στο μέσο της ζώνης). 11
Η κατανόηση της κλιματικής αλλαγής Ιστορικά στοιχεία για το κλίμα της Γης (Παλαιο-κλίμα) Πως ανταποκρίθηκε στο κλίμα στις αλλαγές που συνέβησαν στο παρελθόν Συνεχείς παρατηρήσεις/μετρήσεις σε παγκόσμια κλίμακα Πως αντιδρά το κλίμα στις παρατηρούμενες αλλαγές της σύνθεσης της ατμόσφαιρας Κλιματικά μοντέλα (θεωρία) Εξήγηση των παρατηρούμενων φαινομένων και προσομοιώσεις για το μελλοντικό κλίμα 12
Προϊστορία του κλίματος της Γης (εκτιμήσεις) Πριν 50 εκατ. έτη δεν υπήρχαν παγωμένες περιοχές στους ωκεανούς Η στάθμη της θάλασσας ήταν ~75 μέτρα ψηλότερα από σήμερα ΗσυγκέντρωσητουCO 2 ήταν ~1000 ppm Η εμφάνιση στρώματος πάγου στους πόλους αύξησε το albedo της Γης (μείωση της απορρόφησης ακτινοβολίας) 13
Καινοζωική περίοδος Τέλος της Κρητιδικής εποχής (65 εκ. έτη) Επιδράσεις στο κλίμα κατά τη διάρκεια της Καινοζωικής περιόδου: Αύξηση της ηλιακής ακτινοβολίας (~0.4%) +1 W m -2 Μεταβολές στο albedo της επιφάνειας (θέσεις των ηπείρων) ~1 W m -2 Μείωση του CO 2 στην ατμόσφαιρα (από 1000 σε 170 ppm) > -10 W m -2 Ρυθμός μεταβολής CO 2 : Καινοζωική περίοδος: 0.0001 ppm y -1 Τελευταία 200 έτη: 2 ppm y -1 Σήμερα 14
Μικρής κλίμακας διακύμανση του CO 2 στην ατμόσφαιρα Σήμερα: ~30% περισσότερο CO 2 από ότι στα τελευταία 800,000 έτη Οκτώβριος 2011 = 389 ppm 15
Η ρόλος της τροχιάς της Γης Μεταβολή της γωνίας πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων μεταβολή της ηλιακής ενέργειας που δέχεται η επιφάνεια της Γης Μεταβολή της ανακλαστικότητας της επιφάνειας Παράδειγμα: Περισσότερη ακτινοβολία Λιώσιμο των ωκεάνιων πάγων σκουρότερος ωκεανός απορροφά περισσότερη ενέργεια θερμαίνεται ελευθερώνει περισσότερο CO 2 ενισχύεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου 16
Κλιματικός Εξαναγκασμός Εναλλαγή στην κάλυψη του εδάφους με πάγο 17
Κλιματικός Εξαναγκασμός Κλιματική Ευαισθησία: 18
Γιατί η θερμοκρασία μεταβάλλεται με αργό ρυθμό; 19
Συσχέτιση της παγκόσμια μέσης θερμοκρασίας με τις συγκεντρώσεις θερμοκηπικών αερίων Αύξηση της παγκόσμιας μέσης θερμοκρασίας από την προβιομηχανική εποχή ( C) Συγκεντρώσεις θερμοκηπικών αερίων (ppm CO 2 -eq) Το εύρος της διακύμανσης της θερμοκρασίας οφείλεται στην αβεβαιότητα της ευαισθησίας του κλίματος στα αέρια του θερμοκηπίου 20
Σημεία καμπής για το κλιματικό σύστημα Αποσύνθεση των παγετώνων Θέρμανση του ωκεανού Τήξη του στρώματος πάγου που επιπλέει Βύθιση του ρεύματος πάγου Κατάρρευση οικοσυστημάτων Μετατόπιση κλιματικών ζωνών Πολλαπλές πιέσεις σε αλληλοεξαρτώμενα είδη Εξαφάνιση ειδών Απελευθέρωση παγωμένου (ενυδατωμένου) μεθανίου Αποθέματα σε τούντρες, γεωλογικές πλάκες, και στον πυθμένα της θάλασσας Τα παραπάνω έχουν συμβεί ήδη στο παρελθόν σε περιόδους θέρμανσης 21
Επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής πρόσφατο παρελθόν και παρόν
Αύξηση της μέσης στάθμης των ωκεανών Αίτια: α) Μεταφορά νερού από την ξηρά και την ατμόσφαιρα (λιώσιμο πάγων-παγετώνων, αποξήρανση λιμνών) β) Θερμική διαστολή του όγκου του νερού Οι ωκεανοί απορρόφησαν το 80% της θερμότητας που προστέθηκε Αύξηση της μέσης στάθμης: 1963-2003: 1.8 mm/έτος 1993-2003: 3.1 mm/έτος 1993-2010: 3.2 mm/έτος 23
Μείωση της έκτασης του πάγου στην Αρκτική 24
Εξαφάνιση των ορεινών παγετώνων Ο Παγετώνας Chacaltaya, Bolivia 25
Μεταβολές στην ατμοσφαιρική κυκλοφορία Οι ανθρωπογενείς επεμβάσεις συνεισφέρουν στη μεταβολή της κυκλοφορίας στην ατμόσφαιρα μεταβάλλοντας τους ανέμους, την θερμοκρασία και τις τροχιές των καταιγίδων Θερμότερες Ψυχρότερες Ξηρότερες Υγρότερες 26
Εκτιμήσεις για το μέλλον...
Πόσο θα μεταβληθεί η θερμοκρασία στο μέλλον; Μεταβολές μεταξύ 1980-1999 και 2080-2100 Αισιόδοξη πρόβλεψη: 1.8 C (πιθανό εύρος: 1.2 C - 2.2 C) Απαισιόδοξη πρόβλεψη: 3.1 C (πιθανό εύρος: 2.5 C 4.0 C) IPCC AR4 WG1, 2007 28
Χωρική διάσταση της παγκόσμιας θέρμανσης Ηξηράθα θερμανθεί περισσότερο από τους ωκεανούς Σενάριο εκπομπών Α1Β (μέσο) Η μεγαλύτερη θέρμανση παρατηρείται στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη του Βορείου Ημισφαιρίου Πολύ πιθανή αύξηση ακραίων θερμοκρασιών και καυσώνων Μέση παγκόσμια θέρμανση 2090: ~2.8 C 29
Εκτίμηση για την παγκόσμια μεταβολή του υετού (συνολικό νερό από βροχή ή χιόνι) Μερικέςπεριοχέςθα γίνουν περισσότερο υγρέςενώσεάλλεςο υετός θα μειωθεί Ο υετός σε παγκόσμια κλίμακα θα αυξηθεί Στην περιοχή της Μεσογείου εκτιμάται σοβαρή μείωση του υετού 30
Έκταση του ωκεάνιου πάγου στην Αρκτική 31
Μεταβολές στη μέση στάθμη των ωκεανών Στο τέλος του 21 ου αιώνα η στάθμη των ωκεανών θα αυξηθεί από: 18 εκατοστά (αισιόδοξο σενάριο) μέχρι 60 εκατοστά (απαισιόδοξο σενάριο) Μεταβολή της στάθμης της θάλασσας (χιλιοστά) Εκτιμήσεις για το παρελθόν Περίοδος με μετρήσεις ΕΤΟΣ Εκτιμήσεις για το μέλλον 32
Τρόποι αντιμετώπισης της παγκόσμιας θέρμανσης Μείωση των εκπομπών θερμοκηπικών αερίων Ελάττωση της κατανάλωσης ενέργειας Στροφή προς τις ανανεώσιμες μορφές ενέργειας Προστασία των δασών Ελάττωση και διαχείριση των απορριμμάτων Κατοχύρωση των μέτρων με ισχυρές διεθνείς συμφωνίες Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών Απόσυρση και αποθήκευση CO 2 Γεωμηχανική (Geoengineering) (?) 33
Πως μπορούμε να μειώσουμε τις εκπομπές; Ενδεικτικές μεταβολές σταενεργειακάσυστήματα Πυρηνική Ανανεώσιμες Βιοκαύσιμα + CCS Πετρέλαιο+CCS Βιοκαύσιμα Φυσικό αέριο + CCS Άνθρακας+CCS Φυσικό αέριο CCS: Δέσμευση και αποθήκευση CO 2 Πετρέλαιο Άνθρακας 34
Τεχνητή δέσμευση και αποθήκευση CO 2 Αποθήκευση υγροποιημένου CO 2 σε υπόγειες ή υποθαλάσσιες φυσικές αποθήκες (συνήθως εξαντλημένα πετρελαϊκά πεδία) 35
Geo-engineering (Γεω-μηχανική) Μείωση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας (2% λιγότερη ηλιακή ενέργεια θα ισοσκέλιζε τις επιπτώσεις από διπλασιασμό του CO 2 - ψύξη) Κάτοπτρα σε τροχιά Θειούχα μικροσωματίδια στη στρατόσφαιρα Αύξηση της ανακλαστικότητας του εδάφους και της ατμόσφαιρας Αύξηση των χαμηλών νεφών πάνω από τους ωκεανούς 36
Επιπτώσεις από τεχνητές επεμβάσεις στο κλίμα Τεχνητές μεταβολές της ηλιακής ενέργειας που απορροφάται στη Γη έχουν πεπερασμένη διάρκεια και δεν αντιμετωπίζουν απευθείας την αύξηση του CO 2 Θειούχα αεροζόλ στη στρατόσφαιρα θα ενισχύσουν την καταστροφή του όζοντος στην Αρκτική και θα καθυστερήσουν το κλείσιμο τηςτρύπας του όζοντος στην Ανταρκτική κατά 30-70 χρόνια 37