Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica?

Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica? Michal Pech / Unsplash

La relazione tra CO atmosferica2 livelli e cambiamenti climatici sono spesso percepiti come un argomento controverso. Mentre non c'è vero disaccordo tra gli scienziati del clima - in giro 90% concordo pienamente sul fatto che l'attività umana è chiaramente responsabile dei cambiamenti climatici - negli Stati Uniti nel 2016, a malapena 50% del pubblico in generale giunse alla stessa conclusione. Aggiungendo alla confusione generale, i "negazionisti del cambiamento climatico" altamente attivi affermano che la temperatura si è evoluta indipendentemente dal CO2 concentrazioni atmosferiche attraverso la storia della Terra e che quindi la CO in aumento di oggi2 i livelli non sono un problema.

Quindi gli scienziati hanno sbagliato la storia? No. CO2 ha contribuito a lungo al controllo del clima terrestre e la sua crescente concentrazione nell'atmosfera e negli oceani rappresenta una grave minaccia per l'umanità.

Insieme a attività solare e albedo, i gas a effetto serra sono una parte fondamentale della Terra bilancio radiativo ed esercitare un forte controllo sulla temperatura superficiale. Sebbene il vapore acqueo sia il principale gas serra sulla Terra, il CO2 attira molta più attenzione perché può guidare attivamente i cambiamenti climatici.

Sfortunatamente, l'attività umana fornisce CO2 all'atmosfera a un ritmo volte maggiore 70 di tutti i vulcani sulla Terra messi insieme. Di conseguenza, CO atmosferica2 concentrazione (o pCO2) aumenta e la superficie della Terra si riscalda a un ritmo che nessun fattore naturale può spiegare.

Sappiamo che CO2 è un controllo della temperatura e possiamo dimostrarlo in vari modi. Uno di questi è attraverso l'esplorazione della storia della Terra.

Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica? Nord America dal satellite in orbita basso Suomi. NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring

Clima e temperatura attraverso i tempi geologici

Utilizzando rocce, fossili e le loro proprietà chimiche e fisiche, i geoscienziati hanno ricostruito periodi caldi e freddi nel corso della storia della Terra. Per dimostrare il legame tra clima, temperatura e pCO2 milioni di anni fa, dobbiamo ricostruire ciascuno di essi in modo indipendente. Per fare ciò, usiamo registratori climatici chiamati "proxy".


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La composizione isotopica degli atomi di ossigeno, scritta δ¹⁸O, misurato in antiche conchiglie calcaree, è uno di questi. Ci consente di ricostruire le temperature passate dell'acqua di mare con un noto grado di incertezza che dipende dalla precisione analitica e da come parametri come l'acqua di mare δ¹⁸O, la salinità e pH influenzano anche il δ¹⁸O di conchiglie.

Poiché la storia geologica influisce sulle rocce e sui loro segnali, più si va indietro nel tempo, maggiori sono le incertezze. Uniamo così diversi proxy e formuliamo ipotesi che migliorano continuamente con anni di ricerca. Stabilire tali ricostruzioni è un processo lento, complicato (a volte doloroso) ma diventano ogni anno sempre più affidabili man mano che le incertezze diminuiscono. Se le incertezze sono troppo grandi, le interpretazioni dipendono da parsimonia: il modello più semplice deve essere considerato il più probabile. Ciò che conta è che gli scienziati sappiano stimare le incertezze e condividerle.

Nel complesso, le ricostruzioni della temperatura dell'acqua di mare concordano con le osservazioni geologiche della storia del clima: le grandi ere glaciali coincidono con una temperatura globale più bassa. In particolare, δ¹⁸O indica un punto fisso raffreddamento da 50 milioni di anni in poi, portando al clima preindustriale.

Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica? Ricostruzione GEOCARB (versione III) del pCO₂ (giallo, un punto ogni 10 milioni di anni) e temperatura media della superficie del mare tropicale da δ¹⁸O di carbonati corretti per le variazioni del pH dell'acqua di mare assumendo nessuna δ¹⁸O variazioni per l'acqua di mare (rossa) rispetto ai periodi freddi geologicamente limitati (luce blu) e glaciazioni (blu scuro). G. Paris dopo Royer e Beerling (2004) e Berner e Khotavala (2011), Autore previsto

La storia di pCO2

I proxy esistono per pCO2 anche. Ad esempio, i paleontologi contare gli stomi - aperture attraverso il quale le piante respirano, scambiano umidità e assorbono CO2 per fotosintesi - su foglie fossili. Più CO2 è abbondante, il meno stomi sono richiesti. Un fattore che aggiunge un certo grado di incertezza è che le piante hanno meno stomi in climi più asciutti e più in quelli umidi.

Le foglie fossili sono pCO rare e atmosferiche2 i dati sono scarsi per i periodi antichi della Terra. In assenza di dati (sufficienti), la modellazione numerica aiuta a spiegare i dati con un approccio coerente a livello globale che rispetta le leggi fondamentali della fisica. Uno dei più famosi è GEOCARB, un modello geologico del ciclo del carbonio sviluppato per ricostruire il pCO2 storia di Robert Berner e i suoi colleghi.

Su scala temporale più di 100,000 anni, pCO2 viene principalmente aggiunto dai vulcani e perso attraverso due pompe al carbonio: la pompa biologica e la pompa carbonatica.

Durante la fotosintesi, le piante e le alghe assorbono CO2 per costruire la loro materia organica. Quando muoiono, questo CO2 potrebbe rimanere intrappolato nei sedimenti. Questa è la pompa biologica. La pompa di carbonato è l'accoppiamento tra agenti atmosferici dei continenti e precipitazione delle rocce carbonatiche. CO2 acidifica le acque superficiali che dissolvono le rocce. Gli elementi disciolti vengono lavati nell'oceano dove vengono utilizzati per costruire materiale calcareo come conchiglie o coralli, che alla fine diventano calcari. Anno dopo anno, queste pompe immagazzinano CO2 lontano dall'atmosfera.

In passato, i vulcani avrebbero potuto essere più o meno attivi; i continenti erano in luoghi diversi, che ha interessato le pompe al carbonio. Berner e colleghi hanno quantificato come l'evoluzione altrimenti nota di tali parametri abbia influenzato il ciclo del carbonio e, quindi, il pCO atmosferico2. Conoscevano e mostravano il loro modello di incertezza. I loro risultati dovrebbero essere presentati con una busta di stima, non come un dato valore.

Tempi di pCO più elevati2 sono periodi caldi. Al contrario, diminuzione della CO atmosferica2 il contenuto ha innescato periodi glaciali come quelli delle Carbonifere e delle glaciali moderne, con la possibile eccezione dell'Hirnantiano (445 milioni di anni fa). Modelli recenti suggerisce che per questo periodo remoto, la configurazione tettonica ha svolto un ruolo specifico.

Come gli umani influenzano rapidamente il clima

Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica? Ricostruzioni di temperatura e pCO₂ per gli ultimi 66 My. Le temperature sono calcolate usando δ¹⁸O di carbonati e sono rappresentate senza la loro incertezza. La ricostruzione di pCO₂ si basa su sette diversi proxy in accordo con le rispettive incertezze. Beerling and Royer, 2011., Autore previsto

Nel periodo a partire dal momento in cui i dinosauri si sono estinti (un 66 My ago fa relativamente recente), i geologi possono fare affidamento su molte temperature e CO2 deleghe oltre a δ¹⁸O o foglie fossili. Più ci avviciniamo alla nostra era, più proxy ci sono e minori sono le incertezze, fino a quando non saremo in grado di collegare i dati geologici e quelli sul ghiaccio che si supportano a vicenda.

Tettonica ha modificato la circolazione oceanica e ha portato alla costruzione di catene montuose come l'Himalaya. Entrambi i fattori hanno influenzato le pompe al carbonio e il pCO forzato2 a diminuire, come dimostrato dai proxy e in accordo con le tendenze GEOCARB. Questa diminuzione del pCO2 ha portato al raffreddamento osservato e ha spinto la Terra all'attuale alternanza glaciale-interglaciale.

Siamo in grado di determinare da nuclei di ghiaccio e proxy che pCO2 oscilla tra 200 e 350 ppm per 2.6 milioni di anni e che è aumentato improvvisamente da 280 a 410 ppm tra il 1850 e il 2018. pCO2 si sta dirigendo verso livelli senza precedenti per 5, o addirittura 30 milioni di anni, quando la Terra era molto più calda di oggi e non erano presenti calotte di ghiaccio nell'Atlantico. Ricostruzioni di temperatura e pCO2 può darci uno sguardo su ciò che ci attende se non rallentiamo le emissioni di CO2 emissioni.

Su scale di lunga durata, quando pCO2 aumenta, il riscaldamento stimola le pompe al carbonio, aiutando in tal modo il pCO2 diminuire. Questo feedback negativo può fungere da termostato geologico. Sfortunatamente lo è troppo lento reagire abbastanza rapidamente per compensare le nostre emissioni veloci. Nel tempo di un decennio, il riscaldamento aggrava la CO2 rilascio nell'atmosfera. Quando la temperatura aumenta, gli oceani si scaldano e rilasciano CO disciolto2 all'atmosfera. Per 2.6 milioni di anni, i cicli glaciali e interglaciali sono stati forzati dall'orbitale terrestre fluttuazioni e CO2 era solo un feedback positivo interno. Oggi, CO antropogenico2 guida e amplifica il riscaldamento in corso.

Livelli di CO₂ e cambiamenti climatici: esiste davvero una polemica? Termostato geologico a ciclo di carbonio. Il + indica che i parametri sono stimolati da un aumento del fattore situato prima della freccia. Il - indica che il parametro è attenuato. Ad esempio, le pompe al carbonio riducono il CO₂ atmosferico mentre gli input vulcanici lo aumentano. Pierre-Henri Blard e Guillaume Paris

Come risultato del pCO2 aumentare, la temperatura media della superficie è già aumentata di quasi 1 ° C tra il 1901 e il 2012. La superficie terrestre è stata molto più calda di oggi in passato e alla fine si raffredderà. Tuttavia, le conseguenze delle modifiche a breve termine sono disastroso. Oltre alle temperature superficiali più elevate, eventi meteorologici estremi, acidificazione degli oceani, scioglimento dei ghiacci e innalzamento del livello del mare stanno per sconvolgere in modo significativo la nostra vita quotidiana e danneggiare gli ecosistemi che ci circondano.

Le scienze della terra ci aiutano a comprendere il passato del nostro pianeta. Non possiamo controllare l'orbita terrestre, la tettonica o la circolazione oceanica, ma possiamo controllare le nostre emissioni di gas serra. Il futuro è per tutti noi da costruire.The Conversation

Circa l'autore

Guillaume Paris, Géochimiste, incaricato della ricerca del CNRS al Centre of recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy, Université de Lorraine e Pierre-Henri Blard, Géochronologue et paléoclimatologue, incaricato delle ricerche del CNRS - Centre of recherches pétrographiques et géochimiques (Nancy) e Laboratoire de glaciologie (Bruxelles), Université de Lorraine

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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