Efecte globale ale poluarii atmosferei
Reducerea stratului de ozon
Nu cu mult timp in urma atat lumea stiintifica dar si opinia publica aflau cu uimire un fenomen cu potentiale efecte deosebit de grave asupra mediului la nivel global sau cel putin la scara regionala, referitor la reducerea concentratiei ozonului din starturile superioare ale atmosferei (stratosfera).
Fenomenul a fost observat in emisfera sudica si a fost desc 959g63j ris ca o rarefiere a ozonului si aparitia unei "gauri" in patura de ozon care protejeaza planeta de radiatiile ultraviolete prezente in spectrul luminii solare, situata aproximativ deasupra continentului antarctic (Fig. 53). Zonele de culoare neagra si gri inchis situate deasupra Antarcticii delimiteaza "gaura" de ozon.
Figura 53 . Nivelul ozonului deasupra Antarcticii in primavara anului 2001 in unitati Dobson (DU). Sursa: Agentia Nationala Americana pentru Administrarea Oceanelor si Atmosferei (NOAA), satelitul TOVS.
Se considera "gaura de ozon" zonele care au mai putin de 220 unitati Dobson (DU), conform scarii de culoare de la baza figurii. Gaura de ozon reprezinta de fapt distrugerea pe scara larga a stratului de ozon fenomen care se produce cu o intensitate mai mare sau mai redusa in fiecare primavara deasupra continentului Antarctic. Folosirea termenului de gaura in stratul de ozon este impropriu utilizata, deoarece in realitate ceea ce se intampla este o reducere severa de pana la 70% a concentratiei ozonului din atmosfera inalta a Pamantului, deasupra Antarcticii.
In prezent evolutia concentratiei de ozon este monitorizata de doua organizatii: Organizatia Britanica de Supraveghere a Antarcticii (BAS) si Organizatia Mondiala pentru Meteorologie (WMO).
In general, se considera ca sunt foarte putini factori care contribuie la descompunerea ozonului atmosferic si ca productia si utilizarea pe scara larga a substantelor cunoscute sub denumirea generica de cloroflorocarbonati (CFC) sunt de departe cele mai implicate in producerea acestui fenomen.
Descoperite inca din 1930 de chimistul american Thomas Midgley, aceste substante sunt utilizate in diferite industrii, sub diferite forme si au fost extrem de utile in realizarea unor produse industriale sau de uz comun cum sunt frigiderele, diferite materiale utilizate ca izolant termic si diverse variante ale acestora (de exemplu, spuma plastica).
S-a remarcat destul de tarziu dezastrul pe care CFC il determina in stratosfera, unde atomii de clor se desprind din CFC si se leaga de unul din atomii de oxigen ai moleculelor de ozon. Procesul este continuu datorita instabilitatii compusului astfel rezultat, fapt ce determina o eficienta deosebita a distrugerii ozonului de catre atomii de clor. Un singur atom de clor poate distruge prin acest mecanism peste 100 000 molecule de ozon.
Studiile privind stratul de ozon au fost initiate inca din anul 1974 de catre Sherwood Rowland si Mario Molina care au dovedit ca CFC patrund in atmosfera si ca 99% din moleculele acestor compusi ajung pana la nivelul stratosferei.
Cand in 1984 a fost descoperita gaura din stratul de ozon de deasupra Antarcticii, s-a confirmat certitudinea efectului distructiv al CFC asupra ozonului stratosferic. Chiar daca productia substantelor de tip CFC a fost restransa si chiar oprita, problema nu a disparut, deoarece nu exista o metoda viabila pentru indepartarea CFC care mai exista in continuare in atmosfera si continua, poate la scara mai redusa distrugerea stratului de ozon.
Dupa ce s-a dovedit in mod stiintific impactul CFC asupra concentratiei ozonului stratosferic, SUA care erau in mod traditional cel mai mare producator pe plan mondial de astfel de substante (Fig 54), au inceput sa reduca din ce in ce mai mult productia proprie de CFC precum si utilizarea acestor compusi chimici.
Studiile au scos in evidenta ca pe langa cloroflorocarburi (CFC) alte substante cu efect similar sunt CFC hidrogenate, tetraclorura de carbon, brom-metilul, metil-cloroformul si halogenii. Tetraclorura de carbon si metil-cloroformul sunt solventi cu utilizari esentiale in anumite industrii.
Figura 54 Impactul productiei americane de CFC asupra stratului de ozon. Sursa: Comisia Americana pentru Comertul International (USITC).
Clorul si bromul provin in atmosfera atat din surse naturale cat si din surse antropice. Aceste substante sau compusi ai clorului si bromului rezultati in urma activitatii umane sunt mult mai stabili deoarece sunt insolubili in apa si sunt greu de fixat sau neutralizat de celelalte substante din componenta atmosferei. Aceasta presupune faptul ca ei rezista suficient de mult timp pentru a ajunge in stratosfera unde sub actiunea razelor ultraviolete (UV) elibereaza clorul sau bromul care catalizeaza distrugerea moleculelor de ozon.
Unele substante cum sunt HCFC-22 (un cloroflorocarbonat hidrogenat) sau metil-cloroformul sunt mult mai reactivi in troposfera, astfel incat o cantitate mai mica din clorul inglobat in ele ajunge in stratosfera unde afecteaza ozonul. Ati compusi ai clorului si ai bromului au acelasi comportament, dar bromul, de exemplu, odata ajuns in stratosfera este de 40 de ori mai activ in distrugerea ozonului decat clorul.
De aceea, o atentie crescuta se acorda in ultimul timp brom-metilului ca substanta cu un efect foarte important asupra reducerii concentratiei de ozon atmosferic. Aceasta substanta are trei surse majore: este eliberata prin procese naturale ale solului, arderea biomasei, gazele de ardere evacuate de motoarele cu combustie interna.
Productia de substante care pot afecta ozonul atmosferic a inceput sa descreasca semnificativ, cel putin in SUA, din 1988 pentru ca in prezent sa atinga nivele similare cu cele de acum 30 ani. Datorita acordurilor internationale pentru reducerea productiei si utilizarii acestor substante pana le eliminarea lor totala, concentratia exprimata prin clor echivalent a productiei mondiale de CFC care a inregistrat valori maxime in anii 1992 si 1993 (Fig. 55) este actualmente in scadere.
Figura 55 . Impactul cumulat al productiei mondiale de CFC. Sursa: USITC.
Cu toate acestea, determinarile efectuate in ultimul timp arata ca la nivelul stratosferei concentratia clorului este apropiata de valorile maxime inregistrate in 1992 si 1993, iar concentratia bromului este inca in crestere.
De aceea se prognozele pe termen scurt si mediu arata ca in acest deceniu concentratia ozonului stratosferic va continua sa scada pentru ca numai pe la mijlocul acestui secol sa se poata inregistra o crestere treptata a acestei valori.
Figura 56 . Concentratia atmosferica a principalelor substante implicate in
degradarea stratului de ozon. Sursa: Atmosferic Lifetime,
Global Atmospheric Gaases Experiments.
Monitorizarea la nivel mondial a aratat ca scaderea concentratiei ozonului se produce de cel putin 20 ani cu o reducere totala la nivel planetar de 3% in zonele situate la latitudini medii si 6% la latitudini sudice, cu pierderi cumulate de aproape 10% pe timpul iernii si primaverii si 8% in timpul verii si toamnei pentru zonele corespunzatoare Americii de Nord, Europei si Australiei.
Incepand cu ultima parte a anilor 70 "gaura" de ozon s-a format deasupra Antarcticii in fiecare primavara australa in lunile septembrie si octombrie cand 66% din ozonul total a fost distrus. Cele mai mici niveluri ale concentratiei ozonului au fost inregistrate in anii 1992 si 1993 (Fig. 56).
Se considera ca aceste valori extrem de scazute se datoreaza, ce putin intr-o oarecare masura, unei concentratii mai mari in stratosfera de particule de sulfati, proveniti de la eruptia vulcanului Pinatubo din Filipine in 1991. Sulfatii pot accelera procesul de degradare a ozonului atmosferic de catre compusii clorului si bromului.
Utilizarea crescanda a substituentilor CFC a condus la o crestere a concentratiei acestor substante in atmosfera. Pentru ca aceste substante au o remanenta mai redusa, impactul lor asupra ozonului este diminuat in comparatie cu efectul CFC. Cu toate acestea, o parte din acesti substituenti au un impact care poate potenta efectul de sera.
Figura 57 . Concentratia ozonului deasupra Antarcticii, valori medii pentru luna Octombrie la statia Halley.
Legatura dintre scaderea concentratiei ozonului stratosferic si cresterea intensitatii radiatiilor ultraviolete (UV) la suprafata Pamantului a fost evidentiata in ultimii ani prin masuratori simultane ale concentratiei de ozon si radiatiei UV in Antarctica (Fig. 57) si zonele sudice ale Americii de Sud in timpul manifestarii sezoniere a "gaurii" de ozon. Masuratorile (Fig.58) arata ca in mod cert ca atunci cand concentratia de ozon scade, intensitatea radiatiei UV creste.
Mai mult, nivelul ridicat al radiatiei UV la altitudini medii si mari observat in 1992 si 1993 in emisfera nordica a corespuns cu perioada in care s-au inregistrat cele mai scazute concentratii ale ozonului stratosferic. Totusi, lipsa unei monitorizari pe termen lung a nivelului radiatiei UV la suprafata Pamantului si incertitudinea indusa de gradul de acoperire cu nori si nivelul poluarii la altitudini joase, nu permite o prognoza fara echivoc a evolutiei intensitatii radiatiei UV.
Ca o reactie la pericolul scaderii concentratiei ozonul stratosferic, natiunile lumii au ajuns la un acord global in aceasta privinta ca urmare a Conventiei de la Viena pentru protectia stratului de ozon, care a intrat in vigoare in 1988, urmata de Protocolul de la Montreal cu privire la substantele responsabile de reducerea stratului de ozon din 1989.
In acest context, peste 180 de tari un program de reducere si in final de stopare a productiei si utilizarii a unui numar de 8 astfel de substante. Protocolul prevede de asemenea o intarziere in aplicare de 10 ani pentru tarile in curs de dezvoltare care consuma aceste substante in cantitate de mai putin de 0,3 kg per locuitor.
Acest program al Protocolului de la Montreal a fost accelerat in 1990 si 1992 cand s-au adoptat unele amendamente ca urmare a dovezilor stiintifice asupra scaderii evidente a concentratiei ozonului intr-un ritm mai rapid decat se prevazuse anterior.
Figura 58 . Evolutia
concentratiei de ozon deasupra Antarcticii in perioada 1956-2001 (dupa J.D.
Shanklin, British Antarctic Survey).
Ca parte a efortului de grabire a ritmului in care se va realiza eliminarea totala a productiei si consumului substantelor ce provoaca diminuarea stratului de ozon, tarile semnatare au decis sa faciliteze in acest scop transferul de tehnologie si fonduri de la tarile dezvoltate catre statele in curs de dezvoltare. S-a stabilit ca in principiu sa inceteze productia celor mai incriminate substante pana la 1 ianuarie 1996. Acest fapt a avut s-a repercutat pozitiv asupra evolutiei concentratiei clorului total in atmosfera (Fig. 59 ).
Datorita importantei stratului de ozon asupra vietii pe Pamant precum si a complexitatii proceselor chimice implicate in distrugerea ozonului stratosferic, monitorizarea evolutiei stratului de ozon la scara globala trebuie sa continue pe o perioada foarte indelungata de timp.
Desi nu se poate realiza o statistica foarte exacta, se presupune ca frecventa aparitiei cancerului datorita expunerii la UV poate fi extrem de mare. Agentia Americana de Protectie a Mediului (EPA) a estimat ca cel putin 60 milioane de americani nascuti pana in anul 2075 vor contracta cancer de piele datorita reducerii paturii de ozon si ca aproximativ 1 milion dintre aceste persoane vor muri din acest motiv.
In plus, exista cercetari care arata ca un strat mai subtire de ozon in stratosfera va avea ca efect o rata crescuta a imbolnavirilor de malarie si alte boli infectioase. Se va produce de asemenea o cresterea a afectiunilor legate de bolile de ochi, numai in Statele Unite estimandu-se o crestere cu 17 milioane a cazurilor de cataracta.
Mediul in ansamblul sau va fi de asemenea afectat negativ de reducerea startului de ozon. Efectele asupra multor specii de animale vor fi severe ca si efectele asupra ciclului de viata al plantelor, determinand intreruperi ale lanturilor trofice.
Viata acvatica va fi afectata la nivel global, estimandu-se ca numeroase specii din componenta fitoplanctonului si zooplanctonului ar putea sa dispara, ceea ce ar insemna si disparitia organismelor de la nivelele trofice superioare.
Figura 59 . Impactul Protocolului de la Montreal asupra concentratiei clorului in stratosfera.
Sunt presupuse de asemenea si efecte grave asupra climatului general al planetei datorate reducerii concentratiei ozonului cum ar fi schimbarea regimului general al circulatiei atmosferice normale mai exact al regimului vanturilor cu consecinte greu de evaluat.
Dupa surpriza descoperirii reducerii stratului de ozon si studiile aferente acestui proces se pune pregnant problema gasirii celor mai bune solutii pentru atenuarea acestei tendinte, ceea ce se traduce mai ales prin reducerea pana la eliminare producerii si utilizarii CFC.
Deoarece aceste substante sunt utilizate pe scara larga si implica o mare varietate de produse, limitarea si mai ales stoparea utilizarii lor la nivel mondial este extrem de dificila. In plus, pentru ca multe din produsele deja existente care utilizeaza CFC sunt inca in uz, va fi foarte dificil daca nu chiar imposibil de a elimina toate produsele de acest timp ce sunt folosite in prezent in diferite domenii.
Problema datorata CFC ar putea fi greu de rezolvat si datorita faptului ca in prezent exista deja mari cantitati din aceste substante in mediu. Se estimeaza ca CFC existente vor ramane in atmosfera pentru inca 100 de ani de acum incolo, chiar daca productia acestora va fi complet sistata, ceea ce pare forate putin probabil intr-un viitor apropiat.
In ciuda acestor dificultati s-au initiat actiuni care sa conduca la limitarea utilizarii CFC. Protocolul incheiat la Montreal de un numar mare de natiuni a condus la acceptarea reducerii utilizarii CFC si a apelat la alte natiuni sa procedeze asemanator. In 2000 Statele Unite ale Americii si alte 12 tari europene au fost de acord sa interzica utilizarea si productia CFC. Acest acord cunoscut sub numele de "Conventia de la Viena pentru protectia startului de ozon", este considerat foarte important, deoarece statele industrializate sunt responsabile de productia a 75% din totalul CFC pe plan mondial.
Incalzirea globala
Pe data de 23 iunie 1988, James Hansen, directorul Institutului Goddard la Agentia Nationala Spatiala Americana (NASA) a supus atentiei Comitetului pentru Energie si Resurse Naturale din cadrul Senatului american un raport care preciza ca incalzirea globala a planetei este o realitate si ca aceasta tendinta este intr-adevar ingrijoratoare. Desi anterior existau studii si estimari care afirmau tendinta incalzirii climatului general al planetei, aceasta a fost prima luare de pozitie oficiala care a adus problematica incalzirii globale de la nivelul dezbaterilor stiintifice la acela al deciziilor politice.
Fenomenul de incalzire globala, cunoscut de asemenea si sub denumirea de efect de sera a ajuns in acest mod mult mai repede in atentia oamenilor de stiinta, a guvernelor si opiniei publice din toate tarile lumii.
Multi specialisti au fost si sunt in continuare circumspecti cu privire la un pericol real de incalzire generala a planetei, considerand ca nu exista suficiente dovezi argumentate riguros stiintific care sa ateste ritmul accelerat al cresterii globale a temperaturii medii a Pamantului. Acestia considera ca fenomenele climatice, care se manifesta in prezent cu intensitati si frecvente deosebite, ar putea avea alte cauze decat tendinta de crestere a temperaturii globale.
Totusi, exista ideea si temerea ca de fapt aceasta tendinta de incalzire a climatului general se poate produce extrem de rapid, raportat la scara timpului istoric, astfel incat chiar in decursul acestui secol temperatura medie globala va creste cu mai multe grade.
Principalul impediment in realizarea unor modele capabile sa descrie si sa transpuna in prognoze credibile evolutia temperaturii globale rezida in faptul ca date relativ exacte despre evolutia climatica exista numai pentru o perioada de timp ce se refera la ultimii 150 ani.
Initial doar un concept, incalzirea globala a devenit una din marile potentiale probleme ale omenirii. Vom incerca in continuare sa explicam ce este de fapt incalzirea globala si efectul de sera care afecteaza planeta, deoarece se cunosc in prezent destul de multe elemente referitoare la aceste probleme.
Pamantul este o planeta foarte dinamica ce primeste caldura de la soare, dar de fapt, suprafata pamantului este cea care incalzeste planeta in ansamblu. Radiatiile solare de scurta lungime de unda sunt reflectate de scoarta terestra in atmosfera sub forma de energie termica, adica radiatii cu o lungime mare de unda. Aceasta radiatie este cea care incalzeste de fapt planeta.
Temperatura Pamantului ca si temperatura oricarei alte planete depinde in primul rand de cantitatea de energie solara primita, de valoarea energiei reflectata in spatiu si de durata mentinerii acestei energii la nivelul atmosferei.
Pe parcursul ultimelor doua milioane de ani schimbarile produse in modul in care planeta a receptat energia solara au determinat perioade (epoci) glaciare pe parcursul carora temperatura global a fost in medie cu 50C mai scazuta decat in prezent, precum si perioade interglaciare caracterizate de temperaturi similare celor actuale.
Mai ales vaporii de apa si dioxidul de carbon care se gasesc in mod natural in componenta atmosferei terestre permit planetei sa fie mai calda decat in absenta cestor gaze. Atmosfera naturala permite razelor solare sa ajunga pana la suprafata pamantului si sa-l incalzeasca. Suprafata solului elibereaza aceasta energie sub forma de radiatie infrarosie (IR) care este absorbita de vaporii de apa si dioxidul de carbon din atmosfera. Acesta este in principiu mecanismul cunoscut sub numele de efect de sera. Se considera ca in absenta acestui proces Pamantul ar fi cu aproximativ 330C mai rece decat este in prezent.
Se considera ca aproximativ 50% din dioxidul de carbon emis in atmosfera la un moment dat este absorbit foarte repede prin fotosinteza plantelor terestre si acvatice. Celelalte 50 procente raman in atmosfera pe o perioada de mai multe decenii. In acest mod creste concentratia dioxidului de carbon atmosferic.
Concentratia medie de dioxid de carbon a crescut de la valoare de 275 ppm inainte de revolutia industriala pana la 315 ppm in anul 1958, cand aceasta concentratie a fost pentru prima data calculata cu precizie, pentru ca in 1999 dioxidul de carbon sa fie prezent in atmosfera la o concentratie de 368 ppm. S- estimat ca aceasta crestere a cantitatii CO2 a condus la cresterea cantitatii de energie la nivelul solului cu 1,5 W pentru fiecare metru patrat de suprafata terestra.
Aproximativ doua treimi din emisia actuala de metan in atmosfera este datorata activitatilor din zootehnie, culturii orezului, extractiei carbunelui, petrolului si gazelor naturale precum si a unor activitati industriale adiacente. Celelalte procente provin din surse naturale cum sunt zonele umede si activitatea unor organisme (termite). Se estimeaza ca efectul de sera total produs de metan a condus la cresterea cu 0,5 W a energiei pe fiecare metru patrat de suprafata a planetei.
Intensitatea radiatiei solare care ajunge la nivelul solului poate fi calculata cu relatia:
unde:
I = intensitatea radiatiei solare la altitudine zero (nivelul marii);
I0 = intensitatea radiatiei solare inainte de intrarea in atmosfera terestra;
αa = coeficientul de absorbtie a radiatiei de catre atmosfera;
αs = coeficientul de reflexie a radiatiei de catre atmosfera;
αd = coeficient de turbiditate care cuantifica absorbtia si reflexia radiatiei solare de catre aerosoli;
m = parametru care ia in considerare unghiul de incidenta a radiatiei solare.
Atmosfera Pamantului in ansamblul ei actioneaza ca o imensa sera care pastreaza caldura si permite Pamantului sa se mentina cald. Fara acest mecanism natural Pamantul ar fi mult mai rece si probabil foarte putin favorabil dezvoltarii vietii in forma pe care o intelegem in mod normal.
Academia Nationala de Stiinte a Statelor Unite a aratat ca temperatura la suprafata Pamantului a crescut cu aproximativ un grad Fahrenheit (0F) in ultimul secol, cu accelerarea a procesului de incalzire de-a lungul ultimelor doua decenii. Exista dovezi stiintifice noi si foarte argumentate ca cea mai mare parte a cauzelor care au condus la acest proces, cel putin in ultimii 50 ani, pot fi atribuite activitatilor umane.
Rezultatul acestor activitati a condus la modificarea compozitiei chimice a atmosferei mai ales prin cresterea concentratiilor gazelor care produc efectul de sera, in primul rand dioxidul de carbon, metanul si oxidul de azot. Desi nu se cunoaste cu precizie modul in care climatul planetei este influentat de prezenta acestor gaze, capacitatea lor de a retine energia calorica a radiatiei solare incidente este de necontestat.
Atmosfera Pamantului este caracterizata de o dinamica specifica. Energia solara determina climatul planetei si incalzeste suprafata Pamantului care radiaza o parte din aceasta energie inapoi in spatiu. Gazel cu efect de sera din atmosfera cum sunt vaporii de apa, CO2, CH4, NO si in masura mai redusa altele, capteaza aceasta energie si retin caldura intr-un mod similar cu cel al sticlei sau altor materiale transparente care acopera o sera.
Se cunoaste ca fara un astfel de "efect de sera" natural al atmosferei terestre, temperaturile la suprafata Pamantului ar fi mult mai scazute decat sunt in prezent ceea ce ar determina ca viata pe planeta sa nu fie posibila, cel putin in modul in care se manifesta actualmente. Totusi, pot pare unele probleme legate de acest mecanism de incalzire atunci cand creste concentratia gazelor raspunzatoare de efectul de sera.
Se estimeaza ca de la inceputul revolutiei industriale concentratia atmosferica a dioxidului de carbon a crescut cu aproape 30%, concentratia metanului a inregistrat valori mai mult decat de doua ori mai mari decat cele anterioare, iar concentratia oxidului de azot a crescut cu circa 15%. Toate aceste cresteri de concentratie au condus la marirea capacitatii atmosferei de a retine energia termica.
In acest context, cresterea cantitatii de aerosoli, mai ales a sulfatilor care sunt un poluant comun al atmosferei actuale, ar putea avea un efect invers, prin capacitatea de a reflecta radiatia solara inapoi in spatiu si deci racirea atmosferei. Acest efect teoretic este se pare mult diminuat atat de concentratiile relativ scazute si variabile regional ale acestor tipuri de aerosoli cat si de timpul relativ scurt de mentinere in atmosfera, acestia fiind de regula readusi la nivelul solului de catre precipitatii.
Cresterea concentratiei gazelor care produc efectul de sera este determinata in principal de utilizarea combustibililor fosili si de alte activitati umane. De asemenea, in mod natural, respiratia organismelor si descompunerea materiei organice elibereaza o cantitate importanta de dioxid de carbon. Se presupune ca valoarea acestei cantitati este de 10 ori mai mare decat CO2 provenit din activitatile umane. Aceasta emisie naturala a fost in general echilibrata de absorbtia si fixarea dioxidului de carbon de catre vegetatia terestra si cea acvatica.
Acest echilibru care implica eliberarea si eliminarea naturala a dioxidului de carbon din atmosfera a fost perturbat de aportul suplimentar de gaze cu efecte de sera datorat activitatii industriale din ultimele cateva sute de ani. Combustibilii fosili utilizati in diferite activitati umane sunt considerati in tarile industrializate responsabili pentru aproximativ 98% din emisiile de dioxid de carbon, 24% din emisiile de metan si 18% din emisiile de oxid de azot. Extinderea suprafetelor agricole, reducerea suprafetei padurilor, productia industriala si industriile extractive au avut de asemenea un rol important in cresterea emisiilor acestor gaze.
In 1997 se estima ca Statele Unite era responsabila pentru emisia a aproximativ o cincime din totalul mondial al producerii gazelor cu efect de sera.
Este destul de dificil de apreciat cu acuratete valorile emisiilor viitoare de astfel de gaze deoarece acestea depind de cresterea demografica, dezvoltarea economica si politicile ce vor fi adoptate. De aceea au fost elaborate mai multe scenarii bazate pe diferite interpretari ale acestor factori. Un astfel de scenariu, prevede ca, spre exemplu, in jurul anului 2010, daca nu se vor elabora si pune in practica politici restrictive care sa controleze aceste emisii, concentratia de dioxid de carbon in atmosfera ar putea fi cu 30-150% mai mare decat nivelul actual.
Majoritatea gazelor care compun atmosfera terestra sunt transparente la radiatiile solare si au un coeficient de absorbtie al acestora extrem de redus sau chiar nul. Exista insa in componenta atmosferei o serie de substante care absorb o importanta parte a acestor radiatii, mai ales radiatiile infrarosii (IR) adica acele radiatii care transporta o mare cantitate de energie termica
Efectul de sera se produce datorita existentei in componenta aerului atmosferic a unui numar de patru sau cinci gaze: ozon, vapori de apa, dioxid de azot (NO2), metan (CH4) si dioxid de carbon (CO2). Spre exemplu, desi are o concentratie redusa, ozonul atmosferic absoarbe aproximativ 5% din radiatia solara incidenta. Cel mai important impact asupra efectului de sera il are totusi dioxidul de carbon.
Studiile au aratat ca incepand de acum 10 mii de ani (ultima glaciatiune), concentratia dioxidului de carbon in atmosfera a cunoscut o crestere continua, totusi aceasta crestere a fost mul mai accentuata in ultimii 150 ani, plecand de la 280 parti per milion (ppm) pana la 360 ppm. Acest fapt a avut o puternica influenta asupra cresterii temperaturii globale, fapt cea determinat ca ultimii cei mai calzi 10 ani din toate inregistrarile de pana acum sa fie cuprinsi in intervalul 1980-1998. Cei mai calzi ani din acest interval au fost anii 1990, 1995, 1997 si 1998, anul 1998 fiind considerat cel mai cald an inregistrat vreodata, deoarece temperatura globala anuala a fost mai mare cu 0,66OC decat media globala calculata pentru perioada 1880-1997.
De fapt, in 1998 incepand cu luna ianuarie si pana in luna octombrie inclusiv, mediile lunare globale au fost cele mai mari inregistrate vreodata. Un alt indicator al cresterii temperaturii este frecventa mai mare (de la trei la cinci ani) cu care fenomenul cunoscut sub denumirea de El Niño s-a produs comparativ cu o frecventa (de la cinci la apte ani) considerata normala.
Intelegerea problematicii incalzirii globale este strans legata de evidentierea surselor de poluare cu dioxid de carbon. Se cunoaste faptul ca in ultimii douazeci de ani s-a produs o crestere a concentratiei de dioxid de carbon de la o valoare de 340 ppm pana la 370 ppm. In acest sens, statistica internationala arata ca in anul 1980 s-au eliberat in atmosfera la nivel global 5,5 miliarde tone CO2, la care s-au adaugat alte 1,6 miliarde tone provenite din procese naturale. In total, la acea data cantitatea totala anula de dioxid de carbon care intra in atmosfera terestra reprezenta o imensa valoare de aproape 7,2 miliarde tone de dioxid de carbon.
Se considera ca oceanele pot absorbi si fixa circa 2 miliarde de tone de CO2, in timp ce ecosistemele terestre pot prelua (prin fotosinteza plantelor) alte 2 miliarde tone, ceea ce inseamna ca procesele naturale pot absorbi aproximativ 4 miliarde de tone, ramanand in atmosfera aproape 3,2 miliarde. Astfel, cresterea globala a dioxidului de carbon inregistreaza o rata de 1,5 ppm in fiecare an. Cantitatea de dioxid de carbon estimata pentru anul 2035 este de aproximativ 12 miliarde de tone, ceea ce reprezinta aproape o dublare a acestei valori intr-un interval de timp circa 50 ani.
Valoarea medie globala a temperaturii la suprafata Pamantului a crescut cu 0,5-1,00F de la sfarsitul secolului 19 pana in prezent (Fig. 60 ). Ce mai calzi 10 ani din secolul 20 s-au inregistrat in ultimii 15 ani ai secolului trecut, recordul fiind inregistrat in 1998 cand s-a observat in emisfera nordica o scadere a suprafetei acoperite cu zapada si o reducere a cantitatii de gheata specifice Oceanului Arctic.
La nivel global, nivelul oceanelor a crescut in ultimul secol cu 10- 20 cm, nivelul precipitatiilor deasupra ecosistemelor terestre a fost mai mare cu 1%, iar frecventa furtunilor si a ploilor puternice a crescut in anumite zone ale planetei.
Cresterea concentratiei de gaze cu efect de sera este cea mai probabila cauza a ratei accelerate de modificare a climatului global. Specialistii considera ca temperatura medie globala la suprafata Pamantului ar putea creste cu 0,6-2,50C in urmatorii 50 ani si cu 1,4-5,80C pana la sfarsitul acestui secol, cu variatii regionale semnificative.
Pe masura incalzirii climei, evaporatia apei va creste si ca urmare se va inregistra o crestere semnificativa a nivelului global al precipitatiilor. Cresterea cantitatii de vapori de apa din atmosfera ar putea avea un rol in accelerarea si mai accentuata a tendintei de incalzire globala.
Alte efecte estimate sunt scaderea umiditatii solului in multe zone si cresterea frecventei furtunilor cu precipitatii abundente, precum si cresterea nivelului oceanelor care poate ajunge la valori estimate la peste 0,5 m in unele zone de coasta.
Figura 60 . Modificarea temperaturii globale in perioada 1880-2000. Sursa: Centrul National de Date Climatice al SUA.
Calculele privitoare la modificarea climatului local specific zonelor mai restranse sunt mult mai dificil de realizat decat cele referitoare la climatul global si din acest motiv nu se poate estima cu o precizie acceptabila daca acest climat regional va deveni mult mai variabil.
Clima terestra este rezultatul unui proces dinamic si s-a modificat in continuu inca de la formarea planetei. Variatia temperaturilor si a regimului precipitatiilor este o consecinta naturala a acestei dinamici. Totusi exista opinia ca actualele modificari produse la nivelul climatului depasesc ceea ce ar putea fi datorat numai unui fenomen natural.
Asa cum s-a modificat in trecut din diferite cauze naturale, clima Pamantului se va modifica in mod natural si in viitor. Problema care suscita inca dispute este cat de mult din tendinta actuala de incalzire globala este datorata cauzelor naturale si cat de mult activitatilor umane. Cercetatorii in domeniu nu pot raspunde cu certitudine acestor intrebari, dar multi dintre ei sunt de acord ca exista noi si solide probe ca cea mai mare parte a cresterii temperaturii inregistrata in ultimii 50 ani se datoreaza activitatii antropice
Sistemul climatului constituit din atmosfera, oceane, zonele acoperite cu gheturi, diferite ecosisteme, nori si alte componente are o variabilitate proprie ce se manifesta randomizat. Aceasta variabilitate poate conduce la schimbari pe termen scurt, cum sunt manifestarile fenomenului El Niño, sau modificari pe termen mai lung cum sunt cele produse de modificarile in circulatia curentilor oceanici.
Fenomene naturale din afara acestui sistem cum sunt activitatea vulcanilor, schimbari ale activitatii solare si schimbarile de orbita ale Pamantului pot de asemenea sa produca modificari ale climatului global.
Spre exemplu, s-a descoperit relativ recent un ciclu de 1800 ani in procesul de incalzire si racire a planetei care este datorat modificarii periodice a intensitatii mareelor oceanice. Aceasta modificare a intensitatii mareice este datorata schimbarilor graduale ale pozitiei astronomice relative a Soarelui, Lunii si Pamantului. La o maree puternica, apa mai rece din orizonturile oceanice adanci este adusa la suprafata intr-o proportie mai mare determinand racirea climatului. Atunci cand se produc numai maree slabe climatul este mai cald. Actualmente, intensitatea mareelor este in scadere.
Determinarea limitelor variabilitatii naturale ale climatului este foarte importanta. Daca cercetatorii ar putea determina intervalul de valori caracteristice variabilitatii naturale, se considera ca s-ar estima cu mai multa precizie caror cauze naturale se datoreaza depasirea acestor limite.
Masuratorile directe legate de temperatura si precipitatii se realizeaza in diferite puncte al planetei incepand numai de acum 150 ani. Cu toate acestea, specialistii au reusit sa realizeze un tablou al climatului global in ultimele 5 milioane de ani ca urmare a studiului unor probe indirecte cum sunt gheata de adancime din calotele polare, inelele anuale de crestere ale arborilor fosili sau cu varste apreciabile, urmele de polen conservate sau fosilizate si sedimentele oceanice.
In urma acestor cercetari s-a evidentiat ca, atat la nivel global cat si regional, climatul s-a modificat in timp de o maniera foarte importanta. In perioada de timp reprezentata de ultimele doua milioane de ani, erele glaciare au alternat cu perioade relativ mai calde dupa un ciclu cu o durata de mai mult sau mai putin 100 000 ani. Cercetatorii considera ca aceste schimbari s-au datorat de mici modificari ale pozitiei axei Pamantului la care s-au adaugat modificarile distantei planetei fata de Soare.
Se considera ca planeta a avut un climat relativ stabil in ultimii 1 000 ani, cu doua exceptii notabile la aceasta stabilitate cunoscute sub numele de "perioada calda medievala", care a durat din secolul 9 pana in secolul 14, si "mica glaciatie" inregistrata intre sfarsitul secolului 16 si inceputul secolului 19. Se considera ca aceste doua perioade, la care se adauga fluctuatiile de climat pe termen scurt (de ordinul deceniilor sau de cativa ani) pot furniza valorile limita pentru ceea ce poate fi considerat intervalul normal de variatie a climatului ultimului mileniu.
Recenta incalzire globala semnalata pe parcursul secolului 20 si mai ales incalzirea resimtita in ultimii 60 ani, depaseste se pare limitele climatului global stabilite pe criteriile amintite anterior. Avand la baza datele inregistrate disponibile s-a concluzionat astfel ca in 2001 ca incalzirea emisferei nordice din secolul 20 este probabil mai mare decat orice alta perioada de incalzire din ultimii 1 000 ani (Fig. 61). In acelasi sens se apreciaza ca anii 1990 au fost cel mai cald deceniu, iar 1998 cel mai cald an din mileniul trecut.
Figura 61. Variatia temperaturii in emisfera nordica in ultimul mileniu. Sursa: Agentia Americana pentru Protectia Mediului.
Se considera ca cea mai mare parte din incalzirea semnalata in ultimii 50 ani poate fi atribuita emisiilor antropogene de gaze cu efect de sera. Mai mult, efectul de sera are efecte cu aspecte distincte asupra climatului, afectand temperatura si precipitatiile intr-un mod care difera de efectele induse de fluctuatiile intensitatii radiatiei solare sau variatia naturala determinata de alte cauze. Aceste aspecte determina majoritatea specialistilor sa considere impactul activitatii umane asupra climatului ca fiind foarte important, cel putin pentru actuala tendinta de incalzire globala si ca aceasta tendinta se va mentine in continuare.
Consecintele incalzirii globale pot include multe aspecte pornind de la cresterea temperaturii, cresterea nivelului oceanelor pana la schimbarea conditiilor de habitat pentru multe specii de plante si animale.
Cresterea nivelului marilor si oceanelor a inregistrat pana la 24 cm intre 1990 si 2000 si se asteapta cresteri de pana la 4 ori mai mari in acest secol. Cresterea nivelului apelor marine va avea un urias potential impact asupra zonelor costiere, cu posibile inundatii, fenomene de eroziune si distrugeri de habitate in zonele umede ceea ce se va repercuta asupra biocenozelor specifice, in special asupra populatiilor de pasari acvatice si diverselor specii de pesti.
Alt tip de impact al incalzirii globale se refera la schimbari ale ciclurilor hidrologice, intensificarea unor fenomene meteorologice si efecte negative asupra ecosistemelor terestre si acvatice. Unele zone geografice vor fi afectate de precipitatii mai abundente decat in mod normal, in timp ce altele vor deveni mult mai secetoase. Exista de asemenea posibilitatea inceperii unui proces accentuat de topire a calotelor polare.
La fel ca in multe domenii de studiu stiintific exista unele incertitudini cu privire la studiul incalzirii globale. Acest fapt nu inseamna ca toate problemele asociate cu aceste studii sunt in mod egal afectate de incertitudine. Exista unele aspecte bine cunoscute bazate pe fenomene fizice studiate, procese descifrate si bine interpretate, dar si alte aspecte a caror certitudine este aproximativa sau exista numeroase necunoscute.
Ceea ce se cunoaste in mod cert este ca activitatea umana are capacitatea de a schimba componenta atmosferei terestre. Cresterea nivelului concentratiei gazelor cu efect de sera, cum este dioxidul de carbon, in atmosfera pornind chiar de la inceputul epocii industriale a fost bine studiata si documentata. Nu exista nici o indoiala ca aceasta crestere de concentratiei CO2 si a altor gaze cu efect de sera similar este un rezultat al diferitelor activitati umane.
De asemenea, se cunoaste foarte bine ca aceste gaze incriminate in procesul efectului de sera sunt cele care capteaza energia termica si determina incalzirea planetei. Prin cresterea concentratiilor acestora in atmosfera, activitatile umane implicate conduc la accentuarea efectului de sera ce se manifesta oricum, in mod natural, la nivelul planetei. Principalele gaze ce produc efectul de sera emise de om raman in atmosfera pentru perioade relativ lungi de timp care se pot masura in decenii sau secole.
Tendinta de incalzire inregistrata de la sfarsitul secolului 19 pana in prezent s-a facut simtita in emisfera sudica dar si in emisfera nordica, precum si la nivelul oceanelor. Confirmarea incalzirii globale in secolul 20 este data de topirea ghetarilor, descresterea suprafetei acoperite cu zapada in emisfera nordica si chiar de incalzirea unor zone din subsolul scoartei terestre.
Ceea ce este probabil dar nu inca o certitudine stiintifica se refera la in ce masura activitatea umana ce a determinat acumularea de gaze din epoca post-industriala si produce in continuare emisii de astfel de gaze este responsabila pentru tendinta de incalzire globala semnalata in prezent. Determinarea ponderii emisiei umane de astfel de gaze in procesul de incalzire globala este destul de dificil de realizat, datorita interventiei alti factori, atat naturali cat si antropici care afecteaza temperatura planetei.
Intelegerea stiintifica a modului de actiune a acestor factori suplimentari, dintre care cei mai importanti se refera la modificarile in intensitatea radiatiei solare, variatiile climatice naturale si efectul de racire a climei datorat poluantilor sub forma de aerosoli este inca incompleta.
Se accepta de regula ideea ca exista o influenta de natura antropica asupra climatului si ca tendinta certa de incalzire globala nu poate fi pusa in intregime numai pe seama proceselor naturale. Mai exact, specialistii considera ca majorarea nivelului concentratiei gazelor cu efect de sera in atmosfera contribuie la incalzirea globala, asa cum se prevedea, dar cuantificarea acestui aport este dificil de determinat la momentul actual.
Atata timp cat cantitatea de gaze cu efect de sera din atmosfera terestra va continua sa creasca, oamenii de stiinta apreciaza ca si temperatura medie globala va continua sa creasca in consecinta. Incertitudinea se refera doar la cat de repede si cat de mult va creste aceasta valoare a temperaturii. Studiile recente prognozeaza o crestere a incalzirii globale intr-un interval destul de mare de valori (1,4-5,8oC) tocmai datorita incertitudinilor amintite.
Ceea ce nu se cunoaste inca este cat de mare poate fi riscul incalzirii globale asupra umanitatii. Specialistii au ajuns la concluzia ca cele mai vulnerabile la schimbarea preconizata de clima ar putea fi sanatatea oamenilor, agricultura, padurile, diferite ecosisteme naturale si zonele marine si oceanice de coasta. Totusi, estimarea exacta a impactului incalzirii globale pe parcursul secolului 21 ramane foarte dificil de realizat.
Cercetatorii considera mai credibile estimarile globale referitoare la cresterea temperaturii, modificarea regimului precipitatiilor, cresterea medie a nivelului oceanelor, si sunt mai putini increzatori in ceea ce priveste estimarea la o scara mai redusa, regionala cum ar fi modificarea regimului temperaturilor si precipitatiilor locale, alte schimbari de factura meteorologica si modificarea umiditatii solului. Aceasta se datoreaza faptului ca modelele pe computer utilizate pentru prognoza climatului global sunt inca insuficient pregatite pentru a simula schimbari ale climatului la scara mai redusa (regional sau local).
Unele dintre cele mai mari incertitudini sunt legate de evenimentele care ar conduce la un risc foarte mare pentru societatile umane. Este foarte posibil ca un climat mai cald sa determine furtuni puternice si uragane mult mai intense si mai frecvente. Studii preliminare arata ca odata formate aceste fenomene atmosferice vor fi mai puternice daca temperatura oceanelor va vi mai mare ca urmare a incalzirii globale.
Se acorda din ce in ce mai multa atentie posibilei legaturi dintre fenomenele El Niño, care presupune incalzirea periodica a apelor ecuatoriale ale Oceanului Pacific si incalzirea globala. Exista temerea ca acumularea gazelor cu efect de sera poate incalzi apele Pacificului pana la o valoare care poate determina ca El Niño sa se produca mai frecvent si cu mai mare intensitate. Nici in acest caz nu exista suficiente probe stiintifice pentru a se formula o concluzie credibila.
In concluzie, principalele incertitudini se refera la cat de mult se va incalzi clima planetei, cat de repede se va realiza aceasta incalzire si care sunt efectele potentiale negative sau, daca va fi cazul, pozitive ale procesului de incalzire globala.
Solutiile potentiale pentru evitarea efectelor incalzirii globale au format obiectul unor dezbateri internationale. In 1997 natiunile lumii au participat la lucrarile Conferintei de la Kyoto unde s-a lansat ideea reducerii emisiei de gaze implicate in producerea efectului de sera la nivelul anului 1990, pana in anii 2008-2012. Statele puternic industrializate au fost in principiu de acord cu reducerea emisiilor acestor gaze, dar cu unele diferente: Statele Unite ale Americii, 7%, Uniunea Europeana, 8%, Japonia 6% si alte 21 de state au fost de acord cu reduceri similare. Problema a fost reprezentata de faptul ca multe state nu au ratificat pana la urma acordul.
Daca statele cele mai tehnologizate nu vor fi interesate in mod profund in aceasta problematica (SUA si Rusia nu au ratificat acordul) este foarte probabil ca rezultatul Conferintei de Kyoto precum si ale altor manifestari pe aceasta tema, sa devina aproape nul.
|
