Civilizatia umana a fost si va fi in mod sigur marcata de evolutia climei, iar studiul schimbarilor climatice reprezinta un pas fundamental pentru intelegerea istoriei si viitorului rasei umane. In decursul celor catorva sute de ani in care oamenii au studiat sistemul climatic al planetei noastre, schimbarile au fost relativ reduse, insa studiile stiintifice ne arata, de exemplu, ca in trecutul geologic desertul Sahara a fost acoperit de gheata, iar recifii de corali cresteau in Transilvania. La apogeul ultimei glaciatiuni, acum ~21.000 de ani, calote de gheata acopereau Canada, nordul Statelor Unite, nordul Europei si parti din Asia (Figura 1). In centrul acestor calote grosimea ghetii era de 1 km sau chiar mai mult, iar nivelul marii era cu ~120 m mai scazut decat in prezent, unind insulele dintre Asia si Australia si conectand Marea Britanie de continentul European.
Figura 1. Comparatie intre aria ocupata de calotele glaciare in emisfera nordica in prezent (stanga) si acum 21000 de ani (dreapta).
Imagine preluata de la NASA
Teoria lui Milankovic si cauzele erelor glaciare
Care sunt cauzele acestor schimbari climatice si cum putem afla mai multe despre cum a evoluat clima in trecut?
Cu aproape 90 de ani in urma sarbul Milutin Milankovic a publicat o monografie intitulata „Teoria matematica a fenomenelor termice cauzate de radiatia solara”, care avea sa revolutioneze studiul schimbarilor climatice la scara geologica. Conform acestei teorii, pamantul trece prin perioade glaciare si interglaciare la intervale care pot fi calculate tinand cont de schimbarile periodice in configuratia orbitala a Pamantului. Mai exact, schimbarile in excentricitatea orbitei in jurul soarelui (Figura 2), inclinatiei planului de rotatie (Figura 3) si schimbarea anotimpului in care Pamantul se afla cel mai aproape de soare (Figura 3) modifica distributia radiatiei solare la diferite latitudini. Prin urmare, atunci cand energia solara din timpul verii la latitudini mari din emisfera nordica este ridicata, Pamantul absoarbe mai multa energie de la soare facand clima mai calda si prevenind formarea unor calote glaciare extinse. Din contra, cand energia primita de la soare este scazuta, clima va fi mai rece, ghetarii vor putea supravietui de la un an la altul, iar calotele glaciare vor incepe sa se formeze la latitudini mari. Emisfera nordica are un rol mai mare pentru ciclurile glaciare decat emisfera sudica pentru ca aria ocupata de continente este mai extinsa la nord de ecuator iar calotele glaciare au mai mult spatiu sa se dezvolte.
Figura 2. Datorita atractiei gravitationale excercitata asupra pamantului de catre celelalte planete din sistemul solar, forma orbitei in jurul soarelui variaza de-a lungul timpului de la eliptica pana la aproape circulara, afectand distributia sezoniera a radiatiei solare in cele doua emisfere. Aceste schimbari sunt concentrate in cicluri care au o durata medie de 100.000 si 413.000 de ani.
Excentricitatea afecteaza clima pamantului pentru ca atunci cand orbita este mai circulara cantitatea de energie primita de la soare va fi mai mare decat in cazul unei orbite mai eliptice, iar clima va fi mai calda.
Figura 3. Oblicitatea, sau inclinatia planului axial (stanga) variaza intre 22.1o si 24.5o (in prezent se afla la 23.5o) cu o periodicitate de ~40.000 de ani si are efectul cel mai pronuntat in distributia energiei la latitudini mari. O inclinare mai accentuata a orbitei va produce contraste sezoniere mai pronuntate (veri mai calde si ierni mai reci) in timp ce un unghi mic al orbitei va determina veri mai racoroase si ierni mai blande. Precesia echinoctiilor si solstitiilor in jurul orbitei (dreapta) afecteaza perioada din an in care Pamantul se afla cel mai departe (afelion) si mai aproape (perihelion) de soare si se schimba cu o periodicitate de 19,000 si 23,000 de ani. Atunci can afelionul se produce in timpul verii, calotele glaciare vor putea sa se formeze datorita temperaturilor mai scazute, iar cand afelionul are loc in timpul iernii (cum este cazul in prezent) verile vor fi mai calde iar calotele glaciare nu vor putea creste.
Desi acceptata de marea majoritate a comunitatii stiitifice, teoria lui Milankovic nu poate explica toate trasaturile observate in arhivele geologice. Prin urmare, in ultimii ani au aparut teorii alternative care fie modifica diferite aspecte ale acestei teorii, fie propun mecanisme complet diferite pentru aparitia si disparitia perioadelor glaciare. Despre acestea, insa, poate intr-un articol viitor.
Schimbarile climatice si gazele de sera
Pe langa configuratia orbitala, doi factori aditionali pot afecta in mod fundamental balanta energetica a pamantului: (1) modificarea fractiei de energie solara reflectata de Pamant (albedo) indusa, de exemplu, de schimbarea concentratiei de aerosoli din atmosfera sau a tipului de vegetatie; (2) alterarea cantitatii de energie reflectata inapoi spre Pamant de catre atmosfera (de exemplu prin schimbarea concentratiei gazelor de sera). Societatea umana are capacitatea de a influenta acesti factori, de exemplu, prin inlocuirea padurilor cu culturi agricole sau prin arderea combustibililor fosili.
In prezent, principalul motiv de ingrijorare vis-a-vis de schimbarile climatice este concentratia ridicata a CO2-ului si a altor gaze de sera. Acestea au atins nivele fara precedent, cel putin in ultimii 800.000 de ani (Fig. 4), perioada pentru care avem date precise culese din carotele de gheata din Antarctica.
Figura 4. Comparatie intre volumul de gheata dedus prin masurarea izotopilor de oxigen ( 18O) in cochiliile unor organisme marine (albastru) si date din carotele de gheata Votstok si EPICA din Antarctica (anomalia de temperatura (rosu), concentratia de metan (violet) si concentratia dioxidului de carbon (verde)). Date preluate de la NOAA.
Pe masura ce zapada s-a acumulat in Antarctica, stratele de zapada de la adancime au fost comprimate si s-au transformat treptat in cristale de gheata, iar in acest proces mici bule de aer au fost incorporate in gheata. Oamenii de stiinta pot sa extraga carote lungi de cativa kilometri si sa masoare concentratia diferitelor gaze pastrate in gheata de-a lungul timpului. Conform acestor date, in ultimii 800.000 de ani concentratia CO2-ului a variat intre 180 de parti pe million (ppm) in timpul erelor glaciare si ~300 ppm in timpul perioadelor calde (interglaciare).
Deasemeni, datele confirma ca la inceputul incalzirii de la sfarsitul ultimei perioade glaciare, temperatura a inceput sa creasca cu ~800 de ani inaintea cresterii CO2-ului, insa ulterior temperatura s-a schimbat in tandem cu CO2-ul. Prin urmare, din moment ce tranzitia de la glaciar la interglaciar dureaza ~5000 de ani, 5/6 parti din incalzirea totala poate fi explicata de cresterea CO2-ului. Scepticii incalzirii globale folosesc insa doar prima parte a observatiei precedente pentru a argumenta ca dioxidul de carbon antropogenic nu va induce schimbari climatice in viitor si aleg sa ignore partea a doua a observatiei de mai sus.
In ultimii 100 de ani CO2-ul a crescut cu mult peste 300 ppm si se afla in prezent la ~385 ppm. Pentru comparatie, cresterea de 80 ppm a CO2-ului in timpul tranzitiei de la ultima perioada glaciara a luat 5000 de ani. In mod similar, concentratia metanului (CH4) in atmosfera a oscilat intre ~350 parti pe miliard (ppb) si 750 ppb in ultimii 600.000 de ani; in prezent insa concentratia acestui gaz in atmosfera este de ~1750 de ppb!
Sursa: Stiinta.info
