Του Άγγελου Καρανικόλα
Φυσικός - Μεταπτυχιακός φοιτητής Φυσικής Περιβάλλοντος ΑΠΘ
Επιμέλεια: Πελαγία Αγγουράκη
Στα προηγούμενα μέρη, είδαμε ότι το κλίμα της Γης τα τελευταία περίπου 150 χρόνια αλλάζει με ταχύ ρυθμό και δεν υπάρχει κάποια γνωστή φυσική κλιματική μεταβολή που να μπορεί να οφείλεται για αυτό το φαινόμενο. Συνεπώς, αν υπάρχει γνωστή αιτία, αυτή μπορεί να είναι μόνο η ανθρώπινη δραστηριότητα. Στο 1ο μέρος είχε εξηγηθεί, ότι η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει μεταβάλλει σημαντικά τον πλανήτη σε πολλούς τομείς, αλλά κάτι τέτοιο από μόνο του δεν είναι αρκετό για να θεωρήσουμε δεδομένο, ότι επηρεάζει αισθητά και το κλίμα, παρ’ ότι φαίνεται αναμενόμενο. Χρειάζεται να γνωρίζουμε έναν ή περισσότερους μηχανισμούς, με τους οποίους ο άνθρωπος επιδρά στο κλίμα και αυτή η επίδραση να είναι τέτοια, ώστε να προκαλεί τις μεταβολές που παρατηρούμε. Στο άρθρο αυτό θα δούμε ότι κάτι τέτοιο υπάρχει και θα εξηγηθεί ο τρόπος που λειτουργεί, αλλά και οι αιτίες πίσω από αυτό.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου και η ατμοσφαιρική ρύπανση
Η θερμοκρασία ενός σώματος εξαρτάται από την ενέργεια που απορροφά σε σχέση με την ενέργεια που χάνει. Εάν έχουμε ένα σώμα το οποίο εκπέμπει μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας στο περιβάλλον του και απορροφά μικρότερη, τότε σταδιακά η θερμοκρασία του μειώνεται. Αν συμβαίνει το αντίθετο θερμαίνεται. Είναι γνωστό ότι όλα τα σώματα εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ανάλογα τη θερμοκρασία στην οποία βρίσκονται. Η ακτινοβολία αυτή δεν είναι ίδιας έντασης σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Όσο πιο θερμά, τόσο περισσότερη ακτινοβολία εκπέμπουν, ενώ παράλληλα η συχνότητα στην οποία η ακτινοβολία έχει τη μέγιστη ένταση μετατοπίζεται προς μεγαλύτερες συχνότητες. Η ηλιακή ακτινοβολία αντιστοιχεί σε θερμοκρασία περίπου 5500 οC, οπότε το φως έχει τη μέγιστη ένταση μεταξύ μπλε και πράσινου, ενώ παράλληλα περίπου το 99% είναι μεταξύ του υπεριώδους και του κοντινού υπερύθρου. Η Γη έχει μέση επιφανειακή θερμοκρασία κοντά στους 15 οC με αποτέλεσμα η ακτινοβολία της να βρίσκεται κυρίως στο μακρινό υπέρυθρο. Συνεπώς, το κάθε συστατικό της ατμόσφαιρας, αλληλεπιδρά διαφορετικά με την ηλιακή ακτινοβολία από ότι με τη γήινη. Εάν ένα συστατικό απορροφά μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας, αυξάνεται η θερμοκρασία του στρώματος της ατμόσφαιρας στο οποίο βρίσκεται ή αλλάζει η σύσταση (ή και τα 2), αλλά μειώνει την ακτινοβολία που φθάνει στο έδαφος και ακτινοβολεί ένα ποσοστό της απορροφούμενης ενέργειας προς το διάστημα. Εάν την ανακλά, αφαιρεί άμεσα ένα ποσοστό της εισερχόμενης ενέργεια από τη Γη. Αντίστοιχα, αν ένα συστατικό απορροφά τη γήινη ακτινοβολία θερμαίνεται και πάλι το στρώμα στο οποίο βρίσκεται. Όταν ένα στρώμα αέρα ζεσταίνεται εκπέμπει την αντίστοιχη ακτινοβολία κατά ένα μέρος και προς το έδαφος, με αποτέλεσμα αυτό να αυξάνει τη θερμοκρασία του εδάφους. Στη συνέχεια το έδαφος θα εκπέμψει περισσότερη ακτινοβολία, από την οποία το συστατικό αυτό πάλι θα επιστρέψει ένα μέρος στο έδαφος.
Η Γη λοιπόν θερμαίνεται από τον Ήλιο και στη συνέχεια, ένα ποσοστό της ενέργειας που προσπαθεί να «διώξει» εγκλωβίζεται σε αυτή. Η διαδικασία αυτή λέγεται «φαινόμενο του θερμοκηπίου» (εικόνα 1) και τα αέρια που απορροφούν κάποιο τμήμα της ακτινοβολίας του πλανήτη στον οποίο βρίσκονται, «θερμοκηπικά» αέρια (GHGs). Εάν αυτά είχαν σταθερή συγκέντρωση στην ατμόσφαιρα, το ποσοστό ακτινοβολίας που θα απορροφούσαν θα ήταν σταθερό. Έτσι το σύστημα θα ισορροπούσε σε ένα ισοζύγιο ενέργειας και θα σταθεροποιούνταν η θερμοκρασία, αν δεν τη διατάρασσε από κάτι άλλο. Τέτοια αέρια υπάρχουν στην ατμόσφαιρα της Γης από τα πρώτα στάδιά της. Χωρίς αυτά ο πλανήτης θα είχε μέση θερμοκρασία κοντά στους -21οC. Αυτός είναι και ο λόγος που ο πλανήτης Αφροδίτη είναι ο θερμότερος στο ηλιακό σύστημα. Ο Ερμής βρίσκεται πολύ πιο κοντά στον Ήλιο, ενώ η Γη ανακλά τόσο λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία στο διάστημα σε σχέση με την Αφροδίτη, που αν δεν είχαν καθόλου GHGs, θεωρώντας ότι όλες οι άλλες ιδιότητες τους θα έμεναν ίδιες, η Γη θα ήταν λίγο θερμότερη. Η ένταση του φαινομένου του θερμοκηπίου εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των αερίων που το προκαλούν. Όταν οι συγκεντρώσεις αυξάνονται, γίνεται ισχυρότερο και ο πλανήτης γίνεται πιο θερμός. Αυτό ακριβώς συνέβη από κάποιες ανθρώπινες δραστηριότητες.
Στη Γη τα κυριότερα αέρια του θερμοκηπίου είναι οι υδρατμοί (Η2Ο), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το μεθάνιο (CH4 ) και το υποξείδιο του αζώτου (N2O). Επίσης, GHGs είναι το όζον (Ο3), αρκετοί αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες (halocarbons) και άλλα λιγότερο σημαντικά αέρια. Οι υδρατμοί εκπέμπονται κυρίως από την εξάτμιση των ωκεανών και κατά ένα μέρος γίνονται σύννεφα και αργότερα πέφτουν πάλι στην επιφάνεια της Γης ως βροχή, χιόνι ή χαλάζι, ενώ ένα τμήμα τους σε κάποιες περιπτώσεις εναποτίθεται με μορφή σταγονιδίων ή παγοκρυστάλλων (πάχνη) σε επιφάνειες. Υπάρχουν και εκπομπές από ανθρώπινες δραστηριότητες, αλλά δεν είναι ικανές να προκαλέσουν σημαντική επίδραση στο κλίμα. Κάποια από τα άλλα αέρια έχουν επίσης διάφορους φυσικούς τρόπους που φτάνουν στην ατμόσφαιρα και που απομακρύνονται από αυτή. Αυτοί οι μηχανισμοί βρίσκονται σε μία ισορροπία και η συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα είτε αλλάζει πολύ λίγο γύρω από τις ίδιες τιμές, είτε παρουσιάζει μεταβολές με κάπως συγκεκριμένους ρυθμούς, αν δε συμβεί κάποιο ασυνήθιστο φαινόμενο που να προκαλέσει διαταραχή μεγάλης κλίμακας (τέτοια φαινόμενα περιγράφηκαν στο 3ο μέρος). Εάν λοιπόν εμείς προσθέτουμε συνεχώς ποσότητες αυτών των αερίων στην ατμόσφαιρα, δημιουργούμε ένα περίσσευμα, με αποτέλεσμα ακόμη και αν οι ανθρωπογενείς εκπομπές είναι πολύ μικρότερες από τις φυσικές, να είναι ικανές να αυξήσουν σημαντικά τη συγκέντρωση των αερίων αυτών στην ατμόσφαιρα σταδιακά, ιδιαίτερα αν έχουν μεγάλο χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα, όπως το CO2. Ακριβώς, επειδή η συγκέντρωσή του αυξήθηκε πολύ απότομα και παράλληλα υπάρχει σε μεγαλύτερη ποσότητα από τα υπόλοιπα πέρα των υδρατμών, το CO2 έχει με διαφορά τη μεγαλύτερη συνεισφορά στην κλιματική αλλαγή ως προς τις άμεσες ανθρωπογενείς επιδράσεις.
Μετρήσεις των περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όπου απορροφά κάθε αέριο έχουν γίνει εργαστηριακά για πάρα πολλά αέρια (σε σημείο που να μπορούμε να τα εντοπίζουμε και εκτός του ηλιακού συστήματος), ενώ μετρήσεις των συγκεντρώσεων των συστατικών της ατμόσφαιρας διεξάγονται αρκετές δεκαετίες από σταθμούς εδάφους σε όλο τον πλανήτη, ενώ για μικρότερο χρονικό διάστημα μετρώνται και από δορυφόρους. Για τις περιόδους, όπου δεν υπάρχουν μετρήσεις, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, όπως πυρήνες πάγου για την εκτίμησή της συγκέντρωσής τους. Στην επόμενες εικόνες μπορούμε να δούμε στην εξέλιξη των GHGs μέσα στο χρόνο.
Διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες αύξησαν τη συγκέντρωση των θερμοκηπικών αερίων σημαντικά ή πρόσθεσαν κι άλλα, με κυριότερη την καύση. Καύση είναι η αντίδραση κάποιας ουσίας με το οξυγόνο, η οποία, αν περιέχει άνθρακα, με την καύση παράγει διοξείδιο και μονοξείδιο του άνθρακα (μιας στην πράξη πάντα είναι ατελής) μαζί με άλλα προϊόντα ανάλογα τις χημικές ενώσεις που καίγονται. Πρόκειται για μία αντίδραση που χρησιμοποιείται σε τεράστιο αριθμό ανθρώπινων δραστηριοτήτων και εκπέμπει μεγάλες ποσότητες από αέρια και σωματίδια στην ατμόσφαιρα συνεχώς. Οι χρήσεις των ορυκτών καυσίμων, είτε άμεσα είτε έμμεσα προκαλούν εκπομπές των GHGs. Παράλληλα, οι αλλαγές στους πληθυσμούς των οργανισμών, ιδιαίτερα οι μαζική εκτροφή μηρυκαστικών, έχουν ως αποτέλεσμα σημαντική αύξηση της συγκέντρωσης του μεθανίου. Άλλες αγροτικές δραστηριότητες, καθώς και η διαχείριση αποβλήτων αποτελούν πηγές τέτοιων αερίων επίσης. Στην εικόνα 3 μπορούμε να δούμε τους τομείς από τους οποίους προέρχονται τα αέρια του θερμοκηπίου.
Αρκετοί halocarbons είναι γνωστότεροι για την καταστροφή του στρώματος του όζοντος στη στρατόσφαιρα (τμήμα της ατμόσφαιρας που εκτείνεται περίπου από τα 12 έως τα 50 km), το οποίο μειώνει την υπεριώδη ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος απορροφώντας την. H ελάττωση του στρατοσφαιρικού όζοντος και η αύξησή του στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας (τροποσφαιρικό), ήταν ακόμη δύο παράγοντες θέρμανσης της επιφάνειας του πλανήτη. Με το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ πάρθηκαν μέτρα που περιόρισαν σημαντικά τις εκπομπές πολλών από αυτές τις ενώσεις.
Εκτός από το όζον, σημαντικοί απορροφητές της ηλιακής ακτινοβολίας είναι δύο ακόμη βασικοί ρύποι, το διοξείδιο του θείου (SO2) και το διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ2), το οποίο οδηγεί και σε παραγωγή τροποσφαιρικού όζοντος. Και τα 2 αυξήθηκαν σημαντικά στο παρελθόν, περισσότερο στην κατώτερη ατμόσφαιρα, κυρίως από βιομηχανικές δραστηριότητες, την κυκλοφορία οχημάτων και τη θέρμανση. Τις τελευταίες δεκαετίες οι εκπομπές του SO2 έχουν μειωθεί σημαντικά, ενώ στο NO2 παραμένουν υψηλές. Ωστόσο, η ποσότητά τους είναι πολύ μικρότερη από το όζον και έχουν αρκετά μικρότερη συνεισφορά στην απορρόφηση της ακτινοβολίας του Ήλιου.
Εκτός από GHGs ή άλλα αέρια, πολλές δραστηριότητές μας εκπέμπουν σωματίδια στην ατμόσφαιρα που αιωρούνται για σημαντικά χρονικά διαστήματα ανάλογα το μέγεθός τους. Επίσης, εκπέμπονται από βιολογικές διεργασίες (π.χ. γύρη), οπότε αλλαγές στους οργανισμούς προκαλούν αλλαγές και στην ποσότητα αιωρούμενων σωματιδίων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα. Αυτά τα σωματίδια απορροφούν μικρό ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας συνήθως (εξαρτάται από τη σύστασή τους) και σε μεγαλύτερο ποσοστό τη σκεδάζουν, αυξάνοντας έτσι το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που φεύγει προς το διάστημα. Ανάλογα τη σύστασή τους, μπορούν να απορροφούν και γήινη ακτινοβολία, αλλά η τελική συνεισφορά τους είναι προς ψύξη της Γης. Επίσης, βοηθούν στο σχηματισμό νεφών, αφού οι υδρατμοί «κάθονται» πάνω τους και σχηματίζουν σταγονίδια, αλλά μπορούν να επηρεάσουν και τις ιδιότητες των νεφών. Σε πολλές χώρες έχουν μειωθεί οι εκπομπές τους, μάλιστα από τα μέσα της δεκαετίας του 1980 έχει παρατηρηθεί αύξηση στην ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στο έδαφος, ακολουθούμενη από μείωση που είχε προηγηθεί, εξαιτίας των αιωρούμενων σωματιδίων. Γίνονται προσπάθειες για περισσότερη μείωση, λόγω των επιπτώσεών τους στην υγεία, το οποίο από την άλλη ευνοεί την υπερθέρμανση του πλανήτη.
Χρήσεις γης
Η μορφή και η σύσταση της επιφάνειας της Γης, καθορίζει το ποσοστό ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας που απορροφάται από αυτή, το ρυθμό με τον οποίο μπορεί να ψυχθεί και την κατεύθυνση, αλλά και την ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινηθεί η κατώτερη ατμόσφαιρα. Ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως οι κατασκευές δρόμων, κτιρίων κλπ., η αποψίλωση των δασών, η αλλαγή του είδους της βλάστησης, μεταβολές στη γεωμορφολογία (όπως η δημιουργία φραγμάτων ή ορυχείων), η καύση εκτάσεων γης ή οι πυρκαγιές (μπορούν να είναι φυσικές, αλλά και ανθρωπογενείς), διαταράσσουν την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται από το έδαφος.
Οι αστικές περιοχές, λόγω μειωμένης βλάστησης και μεγάλης επιφάνειας δομικών υλικών παρουσιάζουν διαφορετική ανακλαστικότητα (κυρίως μικρότερη, αλλά εξαρτάται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται) αλλά και το φαινόμενο της «αστικής θερμικής νησίδας». Υλικά όπως το τσιμέντο ψύχονται πιο δύσκολα από ότι το χώμα ή τα φυτά, με αποτέλεσμα τις βραδινές ώρες που δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία, οι πόλεις να ψύχονται λιγότερο από τη γύρω περιοχή τους. Ακόμη και χωρίς θερμόμετρο, είναι εύκολο να παρατηρήσουμε ότι στην εξοχή οι θερινές νύχτες είναι πολύ πιο δροσερές σε σχέση με το μεσημέρι, από ότι σε μια πόλη. Παράλληλα, η νέα μέρα θα ξεκινήσει με υψηλότερη θερμοκρασία, επομένως υπάρχει η δυνατότητα να αυξηθεί και κατά τη διάρκεια της ημέρας περισσότερο. Αν τα δομικά υλικά είναι λιγότερο ανακλαστικά από το έδαφος, αυτό μεγεθύνεται. Ιδιαίτερα στις πυκνοκατοικημένες πόλεις, τα προηγούμενα σε συνδυασμό με την πυκνή ροή οχημάτων και τους θερμούς μήνες τη χρήση πολλών κλιματιστικών (τα οποία δροσίζουν ένα χώρο θερμαίνοντας το περιβάλλον του) σε περιορισμένη έκταση, προκαλούν σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας σε σχέση με τις άλλες περιοχές γύρω τους καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Έχουμε, λοιπόν, μεγάλη μείωση της πτώσης της θερμοκρασίας τη νύχτα, αύξηση της θερμοκρασίας γενικά, σε συνδυασμό με διαφορετική γεωμορφολογία, λόγω ψηλών και πυκνών κτιρίων. Όλα αυτά έχουν μία πρόσθετη συνέπεια, τη διαφορετική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας μέσα και κοντά στην πόλη. Η ατμόσφαιρα όμως είναι συνεχές μέσο και πολλές πόλεις σε όλο τον πλανήτη μπορούν σε κάποιο βαθμό να αλλάξουν γενικά το πώς κινείται η ατμόσφαιρα. Ακόμη και αν αυτή η αλλαγή είναι αρκετά μικρή συνολικά, δε σημαίνει ότι δεν μπορεί να έχει κάποιες μη αμελητέες συνέπειες σε παγκόσμια κλίμακα. Σε κάθε περίπτωση αλλάζει το τοπικό κλίμα αισθητά.
Περισσότερη επίδραση έχουν η γεωργία και η αποψίλωση των δασών, αφού μεταβάλλουν πολύ μεγαλύτερες εκτάσεις. Συνολικά, οι χρήσεις γης, έχουν αυξήσει την ανακλαστικότητα του πλανήτη, συνεισφέροντας προς ψύξη της επιφάνειάς του.
Όπως βλέπουμε από όλα τα παραπάνω, ανάλογα την ανθρώπινη δραστηριότητα που εξετάζουμε η θερμοκρασία του πλανήτη οδηγείται είτε προς αύξηση και είτε προς μείωση. Με κατάλληλους υπολογισμούς ωστόσο, μπορούμε να βρούμε τι υπερισχύει. Οι υπολογισμοί αυτοί (αποτελέσματα των οποίων φαίνονται στην εικόνα 5) δίνουν μία αύξηση στη θερμοκρασία, κάτι που παρατηρήθηκε και από τις μετρήσεις. Στην πραγματικότητα όμως δεν επιδρούμε μόνο άμεσα στο κλίμα, το οποίο γίνεται με τους παραπάνω μηχανισμούς. Υπάρχουν και έμμεσες επιδράσεις που θα τις δούμε παρακάτω.
Κλιματικές αναδράσεις
Καθώς το κλίμα διαταράσσεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, προκαλούνται αλλαγές σε διάφορες φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν στον πλανήτη. Το αποτέλεσμα είναι να συμβαίνουν αλλαγές στο κλίμα που προκαλούνται από την ίδια την κλιματική αλλαγή.
Η αύξηση της θερμοκρασίας της Γης προκαλεί αύξηση της ακτινοβολίας που εκπέμπει, αλλά και μετατόπιση αυτής σε υψηλότερες συχνότητες. Έτσι η Γη ακτινοβολεί περισσότερη ενέργεια προς το διάστημα, κάτι που συνεισφέρει προς ψύξη.
Οι υδρατμοί είναι το ισχυρότερο αέριο του θερμοκηπίου και βρίσκεται κατά μέσο όρο σε υψηλότερη συγκέντρωση από τα υπόλοιπα. Η αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη, προκαλεί περισσότερη εξάτμιση νερού από τους ωκεανούς. Αυτό ενδέχεται να αυξήσει σε κάποιο βαθμό τα νέφη, τις βροχές και τα υπόλοιπα κατακρημνίσματα, αλλά και να συμβεί αυτό, δε σημαίνει ότι αυτό θα γίνει σε όλη την πρόσθετη ποσότητα. Επίσης, η θερμότερη ατμόσφαιρα μπορεί να συγκρατήσει περισσότερους υδρατμούς χωρίς να υγροποιηθούν. Το αποτέλεσμα είναι να αυξηθεί η μέση συγκέντρωσή τους, οπότε να έχουμε πολύ ισχυρότερο φαινόμενο του θερμοκηπίου, άρα ακόμη περισσότερη θέρμανση του πλανήτη. Οι υδρατμοί μειώνουν κατά ένα μέρος την ακτινοβολία που φθάνει στο έδαφος, αλλά αρκετά μικρό και επίσης την απορροφούν, οπότε αυτή η ενέργεια προστίθεται κυρίως στην κατώτερη ατμόσφαιρα και κατά ένα μέρος μόνο εκπέμπεται προς το διάστημα, αφού σε μεγάλα υψόμετρα οι υδρατμοί είναι ελάχιστοι. Έχει παρατηρηθεί ότι οι υδρατμοί αυξάνονται περίπου 7% για κάθε 1οC αύξησης της θερμοκρασίας (η θερμοκρασία έχει ανέβει περίπου 1,5οC) με λιγότερη από τη μισή ποσότητα να σχηματίζει σταγονίδια ή παγοκρυστάλλους.
Ισχυρό φαινόμενο του θερμοκηπίου προκαλούν και τα σύννεφα, τα οποία ανακλούν και την ακτινοβολία του Ήλιου. Συνεπώς, μειώνουν την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος ή απορροφάται από την κατώτερη ατμόσφαιρα, άρα ψύχουν τη Γη, αλλά μειώνουν και τη γήινη ακτινοβολία που φεύγει προς το διάστημα, άρα ταυτόχρονα τη θερμαίνουν. Τι από τα δύο υπερισχύει; Αυτό εξαρτάται από το είδος τους και τη θέση τους. Όπως φαίνεται στην εικόνα 6 τα σύννεφα σε μεγάλα ύψη (είναι λεπτότερα και αποτελούνται από παγοκρυστάλλους) αφήνουν το περισσότερο φως του Ήλιου να τα διαπεράσει, οπότε δεν ψύχουν τη Γη, ενώ τα χαμηλότερα (παχύτερα και περιέχουν σταγονίδια) ανακλούν το μεγαλύτερο τμήμα του φωτός που πέφτει πάνω τους και παγιδεύουν λιγότερη ενέργεια στον πλανήτη. Επίσης, τα σύννεφα που βρίσκονται στο σκοτεινό ημισφαίριο προκαλούν μόνο θέρμανση, αφού δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία να εμποδίσουν. Με τον πλανήτη θερμότερο, υπάρχουν περισσότεροι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα, αλλά παράλληλα είναι δυσκολότερο να υγροποιηθούν ή να παγώσουν. Επίσης, όπως προαναφέραμε, η ικανότητα σχηματισμού νεφών και οι ιδιότητές τους επηρεάζονται και από τα αιωρούμενα σωματίδια. Το τι θα υπερισχύσει δεν είναι εύκολο να προβλεφθεί, ενώ ακόμη και οι παρατηρήσεις έχουν αυξημένη αβεβαιότητα αν και δε φαίνεται να υπάρχει προς το παρόν μεγάλη αλλαγή της παγκόσμιας νεφοκάλυψης ή αλλαγή προς συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Οι κεραυνοί επηρεάζουν τη σύσταση της ατμόσφαιρας (παραγωγή όζοντος και οξειδίων του αζώτου) και τη δημιουργία πυρκαγιών, ενώ ανεβάζουν τοπικά και προσωρινά τη θερμοκρασία, οπότε αλλαγές στη συχνότητα και τις ιδιότητές τους μπορούν να επηρεάσουν σε κάποιο βαθμό το κλίμα. Η πορεία τους είναι αρκετά αβέβαιη ακόμη. Πολλές μελέτες προβλέπουν αύξησή τους, καινούργια έρευνα με νέα μέθοδο το αντίθετο.
Θερμότερη ατμόσφαιρα και ωκεανοί προκαλούν λιώσιμο παγετώνων, ο οποίοι ανακλούν έντονα την ηλιακή ακτινοβολία. Το αποτέλεσμα είναι η Γη να θερμαίνεται περισσότερο από τον Ήλιο. Φυσικά, η πρόσθετη εξάτμιση ίσως οδηγήσει και σε πρόσθετη χιονόπτωση, το οποίο μπορεί και να αυξήσει ξανά τον όγκο των παγετώνων, αλλά η έκταση τους πιθανότατα συνεχίσει τη μείωση και αυτό έχει επίπτωση στην ανακλαστικότητα του πλανήτη. Εάν για παράδειγμα αυξηθεί ο όγκος στους παγετώνες της κεντρικής Ανταρκτικής, αλλά λιώσει τελείως στα άκρα της, η ηλιακή ακτινοβολία θα συναντήσει ωκεανό ή έδαφος σε περιοχή που συναντούσε πάγο. Ακόμη και ένα λεπτό στρώμα πάγου ανακλά πολύ περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία από το νερό, τη βλάστηση και το έδαφος. Επίσης, το λιώσιμο των παγετώνων απελευθερώνει αέρια (και GHG, όπως το μεθάνιο) που ήταν με κάποιο τρόπο εγκλωβισμένα. Ισχυρή ελάττωση στην έκταση των πάγων έχει παρατηρηθεί παγκοσμίως. Στην Αρκτική τον περασμένο Απρίλιο, σημειώθηκε ρεκόρ λιγότερης έκτασης πάγων.
Η αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών μειώνει την ικανότητά τους να διαλύουν αέρια, μέσα σε αυτά και θερμοκηπικά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για το CO2, αφού η διάλυση στους ωκεανούς αποτελεί τον κυρίαρχο μηχανισμό απομάκρυνσής του από την ατμόσφαιρα. Επίσης, αλλάζει η αλατότητά τους από την αλλαγή της θερμοκρασίας, τη διατάραξη του κύκλου του νερού και το λιώσιμο των πάγων. Η αλατότητα έχει αυξηθεί στα μέσα πλάτη και έχει μειωθεί στις πολικές περιοχές και τις τροπικές. Η αλλαγή της αλατότητας, αλλάζει την κίνησή τους, της θερμικές ιδιότητες, την αλληλεπίδρασή τους με την ακτινοβολία και προσθέτει νέα διαταραχή στον κύκλο του νερού και τη διαλυτότητα ουσιών.
Οι αλλαγές κατάστασης της ύλης (στερεό, υγρό, αέριο) προκαλούν έκλυση ή απορρόφηση θερμότητας. Οι μεταβάσεις προς αέριο προκαλούν απορρόφηση ενέργειας από το περιβάλλον και οι μεταβάσεις προς στερεό έκλυση ενέργειας. Η ποσότητα αυτής της ενέργειας εξαρτάται από την αλλαγή φάσης, το υλικό και τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης που βρίσκεται. Η αυξημένη εξάτμιση αφαιρεί ενέργεια από το περιβάλλον, όπως και αυξημένη τήξη των πάγων. Η εξάτμιση και η τήξη όμως γίνονται σε υψηλότερη θερμοκρασία, άρα ενδέχεται η απορρόφηση ενέργειας για κάθε μονάδα ποσότητας να μειωθεί. Η συμπύκνωση των υδρατμών σε σταγονίδια και η δημιουργία παγοκρυστάλλων εκλύουν ενέργεια στο σύστημα. Το τι θα υπερισχύσει είναι αρκετά δύσκολο να υπολογιστεί.
Η αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη μπορεί να αυξήσει τη συχνότητα και την ένταση των πυρκαγιών (είτε φυσικών, είτε ανθρωπογενών), άρα να αυξηθούν οι εκπομπές GHGs και σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία της περιοχής για όσο διαρκούν, αλλά και να μειωθεί ο ρυθμός απομάκρυνσης του CO2, αφού θα υπάρχουν λιγότερα φυτά να το απομακρύνουν από την ατμόσφαιρα, ενώ παράλληλα αυξάνεται και η έκταση γης που διαφορετική τραχύτητα, ανακλαστικότητα και θερμικές ιδιότητες.
Στο προηγούμενο μέρος είδαμε ότι αλλαγές στην ατμοσφαιρική και την ωκεάνια κυκλοφορία μπορούν να επηρεάσουν τη παγκόσμια μέση θερμοκρασία και γενικά το παγκόσμιο κλίμα. Εφόσον οι ανθρώπινες δραστηριότητες επηρεάζουν και αυτή, μπορούμε να έχουμε πρόσθετη κλιματική αλλαγή. Για παράδειγμα, φαίνεται να αυξάνονται τα σύννεφα στις πολικές περιοχές και να μειώνονται στα μέσα πλάτη, κάτι που ίσως να είναι αποτέλεσμα της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής και το οποίο προκαλεί μια συνεισφορά προς αύξηση στη συνολική ηλιακή ενέργεια που φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη. Σε αλλαγές αυτού του είδους είναι αρκετά δύσκολο να βρεθεί η αιτία και η μελλοντική πορεία, οπότε ένα από τα πολλά σενάρια που δεν μπορούν να αποκλειστούν είναι να συνεισφέρουν σημαντικά στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Το βέβαιο είναι ότι η κυκλοφορία δε μένει ανεπηρέαστη από την κλιματική αλλαγή. Αλλαγές στη διαφορά της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας σε σχέση με το υψόμετρο και της ωκεάνιας σε σχέση με το βάθος ή του βαθμού και του τρόπου ανάμειξης των διαφόρων στρωμάτων, επίσης ενδέχεται να έχουν επίπτωση στο κλίμα. Η κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα ανάλογα το υψόμετρο φαίνεται να αλλάζει με τρόπο που κάνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου λιγότερο αποτελεσματικό.
Μεταβολές στις βροχοπτώσεις και τις άλλες μορφές υετού, είτε συνολικά στον πλανήτη, είτε ανά περιοχή, θα επηρεάσουν τη σύσταση και τη μορφολογία της ξηράς, άρα και την αλληλεπίδρασή της με την ηλιακή και τη γήινη ακτινοβολία.
Η αλλαγή του κλίματος μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ πετρωμάτων και των υλικών που το περιβάλλουν (ατμόσφαιρα, ύδατα, άλλα πετρώματα), οπότε να αλλάξει η πορεία μεταβολών της σύστασής τους. Για παράδειγμα, η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την απορρόφηση CO2 από πετρώματα, αλλά όχι με αρκετό ρυθμό, ώστε να μην αυξάνεται δραματικά η συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα.
Όλες αυτές οι αλλαγές που προκαλούνται στο κλίμα της Γης γενικά, αλλά και κάθε περιοχής ξεχωριστά από την ανθρώπινη δραστηριότητα το καθιστούν περισσότερο ή λιγότερο φιλόξενο για τους διάφορους οργανισμούς που κατοικούν στον πλανήτη. Συνεπώς, οι πληθυσμοί τους, οι περιοχές που βρίσκονται, ακόμη και οι ιδιότητές τους, μπορούν να μεταβληθούν σημαντικά, άρα και η επίδρασή τους στη σύσταση της ατμόσφαιρας, των ωκεανών, του εδάφους και της γεωμορφολογίας, κάτι που προκαλεί επιπρόσθετη αλλαγή στο κλίμα.
Είναι σαφές ότι η ανθρώπινη επέμβαση στον πλανήτη προκαλεί άμεσα και έμμεσα με ποικίλους τρόπους αλλαγή στη θερμοκρασία του πλανήτη. Η συνεισφορά προς θέρμανση υπερισχύει και γίνεται εντονότερη, κάτι που μπορούμε να το γνωρίζουμε, επειδή οι υπολογισμοί και οι μετρήσεις συμφωνούν σε αυτό. Επίσης, αλλαγές συμβαίνουν σε διάφορα καιρικά φαινόμενα, τόσο σε τοπικό, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Όπως έχουμε ξαναπεί, το κλίμα είναι κάτι μεταβλητό και ευαίσθητο σε αλλαγές. Ακόμη και αν οι διάφοροι παράγοντες αλλαγής της θερμοκρασίας αλληλοεξουδετερώνονταν ή το τελικό άθροισμά τους κυμαινόταν γύρω από τις ίδιες τιμές, άλλοτε προς θέρμανση και άλλοτε προς ψύξη, οι αλλαγές στο κλίμα κάθε τόπου και των καιρικών φαινομένων σε παγκόσμια κλίμακα, δεν αποκλείεται να μπορούσαν να προκαλέσουν παγκόσμια κλιματική αλλαγή προς κάποια κατεύθυνση, η οποία να μεγεθυνθεί από μια μικρή αλλαγή στη θερμοκρασία. Η ισορροπία του κλιματικού συστήματος δύναται πάντα να διαταραχθεί από τις μεταβολές που προκαλούμε στον πλανήτη. Στην περίπτωσή μας, η διαταραχή έχει εμφανές πρόσημο και είναι μεγάλη, οπότε αποτελεί ένα κρίσιμο θέμα. Αυτό φυσικά που μας απασχολεί περισσότερο είναι οι συνέπειες της παρούσας κλιματικής αλλαγής, οι οποίες θα είναι το θέμα του επόμενου άρθρου.
Πηγές και ενδεικτική βιβλιογραφία
1. FIFTH AND FOURTH ASSESSMENT REPORTS, IPCC
2. Εισαγωγικά μαθήματα στη φυσική της ατμόσφαιρας, Χρήστος Σ. Ζερεφός, Εκδόσεις Παπασωτηρίου
3. SCIENTIFIC ASSESSMENT OF OZONE DEPLETION: 2018- World Meteorological Organization, United Nations Environment Programme, National Oceanic and Atmospheric Administration, National Aeronautics and Space Administration, European Commission
4. Increased water vapour lifetime due to global warming-Øivind Hodnebrog, Gunnar Myhre, Bjørn H. Samset, Kari Alterskjær, Timothy Andrews, Oliviér Boucher, Gregory Faluvegi, Dagmar Fläschner, Piers M. Forster, Matthew Kasoar , Alf Kirkevåg, Jean-Francois Lamarque, Dirk Olivié, Thomas B. Richardson, Dilshad Shawki, Drew Shindell, Keith P. Shine, Philip Stier, Toshihiko Takemura, Apostolos Voulgarakis and Duncan Watson-Parris
5. Global budget of tropospheric ozone: Evaluating recent model advances with satellite (OMI), aircraft (IAGOS), and ozonesonde observations-Lu Hu, Daniel J. Jacob, Xiong Liu, Yi Zhang, Lin Zhang, Patrick S. Kim, Melissa P. Sulprizio, Robert M. Yantosca
8. https://www.giss.nasa.gov/research/briefs/schmidt_05/
コメント