Ce este sensibilitatea climatică? Definiție și exemple

Sensibilitatea climatică este termenul folosit de oamenii de știință pentru a exprima relația dintre emisiile de dioxid de carbon (CO2) și alte gaze cu efect de seră cauzate de om și modul în care acestea vor afecta schimbările de temperatură de pe Pământ. Această zonă se concentrează în mod specific pe cât de mult va crește temperatura Pământului la dublarea gazelor cu efect de seră, după ce diverse forțe planetare au reacționat la aceste creșteri și s-au așezat într-o „nouă normalitate”. Sensibilitatea climatică este termenul utilizat de Grupul Interguvernamental pentru Schimbările Climatice (IPCC), agenția ONU însărcinată cu furnizarea de „evaluări științifice regulate privind schimbările climatice, implicațiile lor și riscurile potențiale viitoare”. Acesta transformă această schimbare la nivel planetar într-o expresie simplă, astfel încât cercetătorii să o poată folosi – și toate implicațiile, feedback-urile și variabilitățile sale – ca o prescurtare pentru setul mai larg de idei.

De la timpurile preindustriale, nivelurile de CO2 au crescut de la 280 părți pe milion (ppm) la 409,8 ppm în 2019. Cercetătorii știu cu certitudine că oamenii nu au fost responsabili pentru cantitatea de carbon sau alte gaze cu efect de seră din atmosferă înainte de a începe să le ardem la începutul industrializării, considerată punctul de referință istoric. Din anii 1950, măsurătorile de CO2 provin de la Observatorul Vulcanologic Moana Loa; înainte de aceasta, ele sunt obținute prin măsurători ale gazelor prinse în carotele de gheață. Proiecțiile plasează emisiile la 560 ppm în jurul anului 2060 – adică dublu față de nivelurile preindustriale.

Sensibilitatea climatică poate fi exprimată ca o ecuație care ia în considerare schimbarea medie a temperaturilor de suprafață ale Pământului, ținând cont de diferența dintre energia primită și cea emisă. Folosind această ecuație, sensibilitatea climatică poate fi calculată ca fiind de 3 grade C – cu un interval de incertitudine de 2 până la 4,5 grade, ceea ce înseamnă că cele mai solide modele indică aceasta ca fiind schimbarea de temperatură dacă nivelul de CO2 se dublează.

Ce este parametrul sensibilității climatice?

Parametrul sensibilității climatice este o ecuație utilizată pentru a arăta de unde provin cifrele și predicțiile specifice pentru acest termen. Datorită complexității sistemului climatic global, oamenii de știință nu pot pur și simplu prezice încălzirea viitoare și efectele sale bazându-se pe ceea ce s-a întâmplat în trecut. Aceste complexități includ bucle de feedback care vor accelera încălzirea odată ce anumite praguri sunt depășite; schimbările de utilizare a terenurilor; și influența poluării aerului/particulelor care pot avea un impact asupra schimbărilor climatice pe termen mai scurt.

Dacă oamenii de știință doresc să afle câtă încălzire poate fi atribuită nivelurilor de CO2, au nevoie de o ecuație care să ia în considerare cât mai multe variabile posibil, păstrând în același timp calculele relativ simple. Există câteva ecuații diferite care abordează această întrebare.

Această primă ecuație este una simplă care nu include niciun feedback.

În ecuația lui Dave Burton, S este sensibilitatea climatică, numărul pe care îl calculăm. A este atribuția la CO2 cauzat de om, care este 50%, deci 0,5 în ecuație. T1 este temperatura medie globală inițială pentru perioada de timp aleasă, iar T2 este temperatura medie globală finală. C1 este valoarea inițială a CO2, iar C2 este valoarea finală.

Așadar, de exemplu, să analizăm perioada de timp din 1960 (CO2 la 317 ppm) până în 2014 (CO2 la 399 ppm). În acest timp, temperaturile au crescut cu 0,5°C la limita inferioară sau 0,75°C la limita superioară, deci luăm punctul de mijloc al acestor două numere și folosim 0,625 grade.

Deci T1 este 0 și T2 este 0,625

C1 este 317 (în 1960), C2 este 399 (în 2015) și A este 50%, atunci:

S = 0,5 × (0,625-0) / ((log(399)-log(317))/log(2))
     Putem folosi Google ca un calculator pentru a găsi:
S = 0,94 °C / dublare

Aceasta înseamnă că fiecare dublare a CO2 va duce la o încălzire de 0,94°C. Această creștere de aproape 1 grad este ceea ce majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că s-ar întâmpla dacă sistemele Pământului ar fi statice și nu ar exista feedback-uri.

Luarea în considerare a acestor feedback-uri este importantă pentru înțelegerea sensibilității climatice. Cât de impactante sunt aceste feedback-uri – și cum să le ponderăm pentru a le include într-o ecuație a sensibilității climatice – este ceea ce oamenii de știință climatici nu sunt de acord.

De exemplu, iată o altă ecuație a sensibilității climatice care ia în considerare forțarea radiativă.

În această ecuație, sensibilitatea climatică este schimbarea temperaturilor medii înmulțită cu forțarea radiativă rezultată din dublarea CO2, împărțită la schimbarea forțării radiative.

Metode diferite de estimare a sensibilității climatice

Formulele de mai sus nu sunt singurele formule pentru sensibilitatea climatică. O lucrare bine-cunoscută de Nicholas Lewis și Judith Curry include estimări ale forțării radiative și ale absorbției de căldură planetare în calculele lor. Alte lucrări ale oamenilor de știință au ponderat diferit anumite aspecte ale ecuației, cu rezultate variate.

Deși toate formulele adresează și răspund la aceeași întrebare, fiecare ia în considerare variabile diferite. Există zeci de alte ecuații similare pe care oamenii de știință climatici le utilizează, iar valorile introduse pentru variabile sunt actualizate regulat pe măsură ce sunt disponibile mai multe informații.

Ceea ce este important este că, chiar și cu toate aceste variabile diferite, răspunsurile oamenilor de știință climatici la diversele ecuații se încadrează, în general, în intervalul menționat ca fiind numărul IPCC: La o dublare a CO2 în atmosferă, este așteptată o schimbare de 2,5 până la 4 grade, cu o medie de aproximativ 3 grade.

Forțarea radiativă

Forțarea radiativă este modul științific de a descrie dezechilibrul dintre radiația care iese și cea care intră în Pământ la cele mai înalte niveluri ale atmosferei.

Când forțarea radiativă se modifică, aceasta afectează temperatura Pământului. Acest lucru, la rândul său, influențează ecuația sensibilității climatice – motiv pentru care este un factor atât de important în înțelegerea sensibilității climatice.

Forțarea radiativă este afectată de câțiva factori. Unul este variabilitatea naturală a radiației solare, cum ar fi fluctuațiile care depind de poziția Pământului în orbita sa în jurul Soarelui, precum și erupțiile solare și alte schimbări în producția Soarelui.

Efectul de seră, care creează condiții ce cresc cantitatea de radiație care intră în atmosferă, și aerosolii, care pot cauza modificări în acoperirea noroasă (ceea ce poate apoi crește sau reduce radiația) afectează de asemenea forțarea radiativă.

În cele din urmă, schimbările de utilizare a terenurilor, cum ar fi topirea gheții și zăpezii din ghețari; permafrostul; și defrișările pot influența, de asemenea, câtă forțare radiativă are loc.

Feedback-uri climatice

Feedback-urile climatice sunt o parte cu adevărat importantă a puzzle-ului sensibilității climatice. Feedback-ul înseamnă pur și simplu că atunci când un lucru se schimbă, el îl afectează pe altul, care apoi modifică primul lucru într-un fel. Acestea sunt părți interne ale procesului (spre deosebire de forțarea radiativă, care provine în mare parte din afara sistemului).

Unele dintre aceste feedback-uri pot fi dificile pentru oamenii de știință să le separe sau să le izoleze, deoarece sunt atât de strâns legate de modul în care funcționează întregul sistem climatic, în timp ce alte feedback-uri sunt suficient de izolate încât este destul de simplu să se ia în considerare modul în care schimbările lor impactează climatul general.

O buclă de feedback scăpată de sub control are forțe atât de puternice încât efectele primei schimbări declanșează un feedback rapid și intens care se întâmplă mult mai repede decât alte tipuri de bucle de feedback.

Există o serie de procese care pot fie exacerba încălzirea odată ce a început (aici numite feedback-uri pozitive, deoarece accelerează procesul), fie fac contrariul, răcind climatul (feedback-uri negative, deoarece îl încetinesc). Mai jos sunt exemple de feedback pozitiv.

Topirea permafrostului

Permafrostul este stratul de sol sau rocă, în principal în zonele arctice, care rămâne înghețat pe tot parcursul anului. O parte din permafrost este la nivelul suprafeței, în timp ce alt permafrost este sub un strat care îngheață și se dezgheață sezonier.

Când permafrostul se dezgheață din cauza creșterii temperaturilor cauzate de schimbările climatice – acest lucru se întâmplă în regiunile polare, care se încălzesc de două ori mai repede decât alte zone ale Pământului – permafrostul poate elibera atât CO2, cât și metan. Acest lucru se poate întâmpla atunci când mlaștinile de turbă înghețate se topesc, cum ar fi cele din Vestul Siberiei, care s-au format acum 11.000 de ani. Metanul este un gaz cu efect de seră care cauzează încălzirea la niveluri de 25 de ori mai mari decât CO2, așa că, dacă metanul conținut în mlaștinile de turbă este eliberat, va contribui la încălzirea suplimentară, care va topi mai mult permafrost, și ciclul continuă.

Un raport din 2019 al Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice (NOAA) raportează că regiunile de permafrost nordic conțin aproape de două ori mai mult carbon decât este prezent în prezent în atmosferă și că această topire a început deja, creând ceea ce ar putea fi o buclă de feedback scăpată de sub control.

Dezechilibre de descompunere

În regiunile de la latitudini medii, tendințele de încălzire globală vor crește, de asemenea, metanul eliberat din ecosistemele de apă dulce și zonele umede. Acest lucru se datorează temperaturilor mai ridicate care cresc producția naturală de metan a comunităților microbiene care trăiesc acolo. Zonele tropicale sunt prezise să devină mai umede pe măsură ce schimbările climatice progresează, iar solurile de acolo se vor descompune mai rapid, limitându-și capacitatea de a stoca carbon. Depozitele de carbon, cum ar fi solurile, sunt importante pentru a menține CO2 blocat, protejat de a fi eliberat în atmosferă.

Nivelurile mai scăzute ale apelor subterane determinate de încălzire înseamnă că mlaștinile de turbă se vor usca. Unele vor arde, eliberând metan, în timp ce altele se vor usca, eliberând CO2. Turba mai uscată este, de asemenea, mai puțin capabilă să stocheze carbon în viitor.

Păduri tropicale mai uscate

Pădurile tropicale sunt foarte susceptibile la schimbările climatice, deoarece echilibrul lor natural este ușor perturbat. Așadar, în timp ce unele ecosisteme de pădure tropicală se vor prăbuși sub o încălzire semnificativă, nu doar pierderea pădurilor este o preocupare – copacii și celelalte plante din pădurile tropicale acționează, de asemenea, ca un important depozit de carbon. Când mor, acel carbon va fi eliberat, iar tipurile de plante care cresc atunci când pădurile tropicale mor nu vor putea stoca la fel de mult carbon în viitor. Acele păduri tropicale care supraviețuiesc vor fi, de asemenea, mai puțin capabile să rețină carbonul, potrivit cercetătorilor.

Incendii forestiere

Pădurile din zonele de la latitudini medii vor primi, în general, mai puține ploi și vor experimenta secete mai severe și mai frecvente în timpul verii, așa cum s-a înregistrat deja în vestul și nord-vestul Americii. Aceste condiții fac ca incendiile forestiere să se răspândească mai rapid pe un peisaj, precum și să fie mai comune și mai fierbinți (ceea ce înseamnă că sunt mai distructive atunci când ard). Când o pădure arde, eliberează cea mai mare parte a carbonului stocat în copaci și vegetație, astfel încât incendiile forestiere fac parte din bucla de feedback pozitiv a creșterii carbonului atmosferic.

Atât incendiile planificate (pentru a curăța terenul pentru agricultură), cât și cele accidentale din pădurea tropicală amazoniană au feedback-uri pozitive similare pentru schimbările climatice ca și pădurile mai uscate.

Deșertificarea

În locurile mai uscate, peisajele anterior împădurite sau acoperite cu vegetație s-au transformat sau se vor transforma în deșert datorită efectelor condițiilor climatice mai fierbinți și mai uscate. Peste jumătate din suprafața continentului Africa este în pericol de deșertificare, dar afectează terenuri de pe fiecare continent. Solurile de deșert susțin mai puține plante, care rețin și utilizează carbonul, și au mai puțin humus, partea din sol care captează mai mult carbon.

Gheața

Gheața, și în special gheața glaciară, reflectă înapoi o cantitate semnificativă de energie solară. Așadar, atunci când se topește, terenul sau apa de dedesubt sunt dezvăluite, ambele fiind mai închise la culoare. Culorile mai închise absorb, mai degrabă decât reflectă energia solară, ducând la încălzire. Această încălzire provoacă mai multă topire, atât la nivel local, cât și în întregul sistem climatic.

Alte bucle de feedback au loc în cadrul acestui sistem, cum ar fi topirea gheții care contribuie la creșterea nivelului mării, care la rândul său topește mai multă gheață mai rapid, accelerând astfel topirea. Lucruri contrare se întâmplă în timpul episoadelor de răcire globală, cu acumularea gheții relativ rapid pe măsură ce sistemul invers se întărește.

Vaporii de apă

Vaporii de apă sunt cel mai abundent gaz cu efect de seră. Câtă apă poate fi reținută în aer este determinat de temperatură. Cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât mai multă apă poate fi reținută în suspensie datorită chimiei moleculelor de apă. Așadar, cu cât este mai cald, cu atât mai mulți vapori de apă în aer, ceea ce contribuie apoi la încălzire suplimentară.

Mai jos sunt exemple de feedback-uri negative.

Norii

Se așteaptă ca temperaturile în schimbare să modifice acoperirea noroasă, tipul și distribuția norilor. Deoarece norii au atât un efect de feedback negativ, cât și unul pozitiv, ar putea fi incluși în ambele categorii, iar diferite cercetări științifice indică impacturi diferite ale norilor. Dar, în general, impactul lor ar putea fi negativ, datorită faptului că acoperirea noroasă reflectă lumina solară înapoi în spațiu, creând un efect de răcire. Unele cercetări au indicat că, dacă nivelurile de CO2 se triplează, toți norii stratocumulus de joasă altitudine s-ar dispersa, cauzând o încălzire suplimentară semnificativă.

Cu toate acestea, deoarece norii captează și căldura sub ei, cât de mare este feedback-ul negativ pe care îl au depinde de înălțimea și tipul norului.

Analiza datelor satelitare din anii recenți nu a fost un indicator fiabil, deoarece datele sunt mai utile pentru instantanee ale regiunilor – când sunt extrapolate la acoperirea noroasă planetară, zgomotul din sistem face informația mai puțin utilă. Modelarea este, de asemenea, o provocare cu norii datorită fizicii complicate implicate.

Radiația corpului negru (feedback-ul Planck)

Feedback-ul Planck este o parte foarte elementară a modelelor de feedback climatic și este luat în considerare la elaborarea ecuațiilor de feedback pentru sensibilitatea climatică. Când suprafețele de pe planetă absorb energia Soarelui, temperatura lor crește și crește temperatura suprafețelor și a aerului din jurul lor – un feedback pozitiv. Totuși, nu toată energia absorbită este reținută la suprafața planetei; în acest caz, are efectul de a crește cantitatea de căldură care ajunge în cele din urmă înapoi în spațiu. Tehnic, acesta este un feedback negativ.

Creșterea plantelor și copacilor

Pe măsură ce planeta se încălzește și devine mai umedă în multe locuri, mai multe plante vor crește și vor crește mai rapid. În timp ce fac acest lucru, vor extrage CO2 din atmosferă; o parte din acest CO2 va fi eliberată prin respirația plantelor de-a lungul timpului, în timp ce o parte va fi îngropată și stocată în sol. Totuși, există o limită a acestei idei; creșterea plantelor este limitată de alte substanțe chimice, în special azotul, iar efectele generale ale schimbărilor climatice (printre care secetele și stresul termic) înseamnă că plantele, în multe locuri, nu vor putea supraviețui sau prospera în zone unde au făcut-o istoric.

Eroziunea geologică

Ca parte fundamentală a ciclului carbonului de pe Pământ, eroziunea chimică a rocilor elimină CO2 din atmosferă. Cu cât este mai cald și plouă mai mult, cu atât acest ciclu se desfășoară mai rapid. În general, acesta este un proces relativ lent, comparativ cu feedback-urile pozitive ale gheții și vaporilor de apă, dar ar putea contribui la atenuarea unei părți din CO2 suplimentar pe care oamenii îl eliberează în atmosferă.

Măsuri principale ale sensibilității climatice

Oamenii de știință climatici au trei metode principale pentru a măsura sensibilitatea climatică, așa că dacă analizați ecuații, citiți articole de reviste sau poate îi auziți discutând despre sensibilitatea climatică, veți auzi termenii următori folosiți:

Sensibilitatea climatică la echilibru

Când nivelurile de CO2 se schimbă, acestea nu afectează climatul global imediat. Datorită tuturor buclelor de feedback și factorilor concurenți, climatul necesită timp pentru a se ajusta la o creștere a CO2 – sau pentru a atinge echilibrul, de unde și numele sensibilitatea climatică la echilibru (ECS).

Pentru a înțelege acest lucru, gândiți-vă cât durează eliberarea carbonului stocat într-un copac tăiat: Dacă arborele este tăiat și folosit ca lemn de foc, eliberează acel carbon, dar poate dura 3-4 ani înainte ca tot lemnul să fie ars. Un alt exemplu este oceanul: va dura mulți ani pentru ca cele mai adânci părți ale Pacificului să se încălzească cu un grad – chiar dacă acea încălzire va avea loc, scara de timp este foarte lungă.

Răspunsul climatic tranzitoriu

Răspunsul climatic tranzitoriu (TCR) este încălzirea mai imediată care are loc la dublarea CO2. Acest lucru se întâmplă înainte de ECS și este o măsură temporară, deoarece se știe că încălzirea suplimentară va urma.

Sensibilitatea sistemelor Pământului

Sensibilitatea sistemelor Pământului analizează schimbări pe termen chiar mai lung decât ECS. Această măsură ia în considerare schimbări la scara multor decenii sau mai mult, cum ar fi mișcarea sau dispariția ghețarilor, mișcarea sau dispariția acoperirii forestiere sau efectele deșertificării.

Ce se întâmplă dacă emisiile de CO2 nu sunt reduse?

Dacă emisiile de CO2 nu sunt reduse, calculele sensibilității climatice indică faptul că temperaturile vor crește la nivel global. Această schimbare a temperaturii medii nu va fi distribuită uniform pe glob. În unele locuri, cum ar fi regiunile arctice, temperaturile au crescut de două ori mai repede decât în alte zone. Pe măsură ce temperaturile continuă să crească, mai mulți ghețari, gheață și permafrost se vor topi, accelerând și întărind feedback-urile lor pozitive cu schimbările climatice.

Vedem deja efectele schimbărilor climatice asupra lumii noastre: uragane și alte furtuni mai frecvente și mai distructive, condiții mai uscate care pregătesc terenul pentru incendii de vegetație mai fierbinți și mai dăunătoare, o creștere a inundațiilor, inclusiv cele asociate cu creșterea nivelului mării care afectează pânza freatică în zonele de coastă, și multe alte impacturi. Toate aceste efecte pe care le vedem astăzi au fost prezise în anii 1990.

Impactul asupra mediului

Impacturile schimbărilor climatice asupra mediului sunt diverse și complexe. Deși încă există multe necunoscute, experimentăm deja multe dintre cele mai frecvent prezise efecte: furtuni mai extreme, evenimente de inundații mai frecvente și mai intense, creșterea nivelului mării, incendii de vegetație mai fierbinți și deșertificare accelerată.

Dar schimbările climatice au impacturi mai puțin imediat devastatoare și evidente asupra mediului, pe lângă impacturile la scară mai largă.

Animalele

Animalele care au nișe ecologice specifice se vor confrunta cu dificultăți pe măsură ce aceste nișe se schimbă sau se deplasează rapid din cauza schimbărilor climatice. Acest lucru va afecta o gamă variată de animale, inclusiv, dar fără a se limita la:

• cele care depind de zăpadă sau gheață, cum ar fi urșii polari sau râșii canadieni;
• cele care pot supraviețui doar în anumite temperaturi ale apei, cum ar fi coralii și peștii;
• și cele care se bazează pe apă sezonieră, cunoscută sub numele de bălți efemere, inclusiv o gamă variată de insecte și amfibieni.

Alte animale vor fi impactate de deplasarea sau dispariția surselor lor de hrană, ceea ce are un impact profund asupra supraviețuirii. Păsările cântătoare își ajustează deja rutele de migrație pentru a face față peisajelor modificate de climă, în unele cazuri fiind nevoite să zboare mai mult pentru hrană sau apă, precum și să facă față evenimentelor meteorologice extreme și incendiilor forestiere, ceea ce se presupune că stă în spatele recentelor evenimente de mortalitate în masă fără precedent.

Plantele

Distribuția și abundența plantelor vor fi afectate de schimbările climatice la multiple niveluri. În zonele afectate de secetă, unele plante nu vor avea suficientă apă pentru a crește și a se reproduce. Altele, cum ar fi emblematicul Arbore Joshua, nu se vor putea adapta suficient de rapid la condițiile în schimbare.

Impactul asupra oamenilor

Un sistem meteorologic mai volatil și mai distructiv are un impact enorm asupra vieții și activităților umane. Persoanele cu resurse mai puține pentru a se muta sau a reconstrui vor suferi în rate mult mai mari decât persoanele din țările mai bogate sau cele care dețin avere personală. Acest lucru înseamnă că majoritatea efectelor negative ale schimbărilor climatice – pierderea de vieți, precum și de case, afaceri și resurse de bază precum apa curată – au fost deja și vor continua să fie suportate de cei cu cele mai puține resurse.

Acest lucru este valabil chiar și în țările cu venituri pe cap de locuitor mai mari. De exemplu, a Patra Evaluare Națională Climatică, o publicație comună a diferitelor agenții americane, inclusiv NOAA, a constatat că persoanele și comunitățile mai sărace din SUA vor suferi disproporționat de mult din cauza impacturilor schimbărilor climatice.

Economia

Efectele schimbărilor climatice vor fi, de asemenea, costisitoare. Estimările costurilor schimbărilor climatice variază în funcție de ceea ce este inclus: Unele studii analizează costurile dezastrelor în creștere doar asupra comerțului global, în timp ce altele analizează costul perturbării serviciilor ecosistemice „gratuite” – munca pe care o mlaștină o face în filtrarea apei, de exemplu.

Sensibilitatea climatică are în prezent un interval larg: acea creștere a temperaturii globale de 2 până la 4,5 grade care este prezisă va veni odată cu o dublare a nivelurilor de CO2. Doar incertitudinea cu privire la cât de severă va fi creșterea temperaturii este estimată la 10 trilioane de dolari, conform unui studiu al Universității Cambridge.

Viața umană

Oamenii vor muri mai devreme decât ar fi făcut-o altfel din cauza efectelor schimbărilor climatice. Comunitățile indigene vor fi mai puțin capabile să vâneze, să culeagă și să se angajeze în practici tradiționale în ecosistemele care nu pot susține plantele și animalele găsite în mod tradițional acolo.

Am depășit deja momentul în care reducerea semnificativă a CO2 ar fi putut evita o încălzire semnificativă.