Η εξίσωση της 'καταστροφής'[i] (Νόμος Clausius-Clapeyron).
Η ζέστη και οι πλημμύρες, η ξηρασία και οι δασικές πυρκαγιές προκαλούν μεγάλη δυστυχία παγκοσμίως. Η αύξηση των ακραίων φαινομένων έχει προβλεφθεί σωστά εδώ και δεκαετίες – χάρη σε έναν απλό νόμο της φυσικής.
Υπάρχει ‚συνταγή‘ για καταστροφές: για τις πυρκαγιές στον Καναδά, τις πλημμύρες στην Ελλάδα, τις ξηρασίες στην Ισπανία ή τα ρεκόρ ζέστης στην Ιταλία. Οι περισσότεροι άνθρωποι πιθανότατα το γνωρίζουν ήδη: Ο ζεστός αέρας μπορεί να απορροφήσει περισσότερους υδρατμούς, περίπου επτά τοις εκατό περισσότερο ανά βαθμό παραπάνω θέρμανσης. Αυτό έχει εξηγηθεί από τους ερευνητές του κλίματος εδώ και πολλά χρόνια, ξανά και ξανά στα δελτία καιρού.
Το παρακάτω άρθρο μπορεί να διαβαστεί συνδυαστικά με το άρθρο για τις δασικές πυρκαγιές για να γίνουν όλα πιο ευκολότερα κατανοητά.
 |
| ΙΣΠΑΝΙΑ Αυγουστος 2023 |
Ο υποκείμενος φυσικός νόμος αναγνωρίστηκε το 1834 από τον Γάλλο φυσικό Émile Clapeyron, ο Γερμανός φυσικός και "πατέρας της θερμοδυναμικής" Rudolf Clausius τον παρήγαγε το 1850 από βασικούς νόμους της θερμοδυναμικής και φέρει το όνομα "νόμος Clausius-Clapeyron".
Αυτός ο νόμος CC - όπως τον συντομεύουν οι ειδικοί - δείχνει πόσος υδρατμός χωράει σε ένα κυβικό μέτρο. Η μέγιστη ποσότητα υδρατμών αυξάνεται εκθετικά με τη θερμοκρασία (βλ. γράφημα). Αυτό έχει εκπληκτικές και μερικές φορές ακόμη και καταστροφικές συνέπειες, από τις οποίες είδαμε περισσότερα φέτος το καλοκαίρι από ό, τι θα θέλαμε. Όχι μόνο για ακραίες βροχοπτώσεις, αλλά και για ξηρασίες, δασικές πυρκαγιές, ακόμη και για την πλήρη έκταση της υπερθέρμανσης του πλανήτη.
Ακραίες βροχοπτώσεις
Γενικά, βρέχει όταν αυξάνονται οι υγρές μάζες αέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή ο αέρας ψύχεται σημαντικά όταν ανεβαίνει σε υψηλότερα ατμοσφαιρικά στρώματα,
¾ με κάθε χιλιόμετρο μεγαλύτερο υψόμετρο, ο αέρας γίνεται περίπου έξι βαθμούς ψυχρότερος και, σύμφωνα με τον τύπο CC, μπορεί να συγκρατήσει όλο και λιγότερο νερό – και έτσι πέφτει στο έδαφος σαν βροχή. Επιπλέον,
¾ εάν είναι ένα βαθμό θερμότερο, τότε σύμφωνα με τον τύπο, υπάρχουν περίπου επτά τοις εκατό περισσότεροι υδρατμοί σε μια μάζα αέρα κορεσμένη με υγρασία (δηλαδή 100 τοις εκατό σχετική υγρασία) και βρέχει.
Τα δεδομένα μέτρησης για έντονες βροχοπτώσεις επιβεβαιώνουν σε γενικές γραμμές αυτή τη θεωρητική προσδοκία. Μια μελέτη του ETH Zurich το έδειξε αυτό ειδικά για μετεωρολογικούς σταθμούς στη Γερμανία, την Ολλανδία, την Αυστρία και την Ελβετία. Οι ακραίες βροχοπτώσεις έχουν αυξηθεί σημαντικά εδώ - κατά μέσο όρο μόλις 7,3% ανά βαθμό θέρμανσης στο βόρειο ημισφαίριο. Τα δεδομένα από τους μετεωρολογικούς σταθμούς δείχνουν επίσης αύξηση των ακραίων βροχοπτώσεων παγκοσμίως. Η συχνότητα των νέων εγγραφών στο ημερήσιο άθροισμα των βροχοπτώσεων έχει αυξηθεί στατιστικά σημαντικά από τη δεκαετία του ενενήντα και συνεχίζει να αυξάνετα
Ιδιαίτερα ευνοϊκές συνθήκες για ακραίες βροχοπτώσεις επικρατούν κοντά σε σχετικά θερμές επιφάνειες νερού, οι οποίες παρέχουν παροχή αέριων μαζών κορεσμένων σε υγρασία, όπως συμβαίνει σήμερα στην ανατολική Μεσόγειο.
Για τις καταιγίδες, οι μελέτες δείχνουν ότι αυξάνονται ιδιαίτερα έντονα - ακόμη περισσότερο από το αναμενόμενο σύμφωνα με το νόμο Clausius-Clapeyron. Πιθανώς επειδή το ανοδικό ρεύμα στο κύτταρο καταιγίδας γίνεται ισχυρότερο, οδηγούμενο από την λανθάνουσα θερμότητα των υδρατμών που απελευθερώνονται, έτσι ώστε περισσότερος υγρός αέρας από το περιβάλλον να δεσμεύεται στο κύτταρο καταιγίδας. Εδώ, ο νόμος CC έχει διπλό αποτέλεσμα: στην περιεκτικότητα σε νερό και στην ένταση και το μέγεθος του κυττάρου καταιγίδας.
Ξηρασία
Αυτό το καλοκαίρι, θα μπορούσατε για άλλη μια φορά να δείτε τους «σκεπτικιστές του κλίματος» να θρηνούν στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: «Μόλις πριν από λίγο, η κλιματική αλλαγή υποτίθεται ότι φταίει για την ξηρασία και τώρα ξαφνικά έχουμε δυνατή βροχή;!» Ομολογουμένως, αυτό ακούγεται αντιφατικό στην αρχή. Ωστόσο, και τα δύο είναι αλήθεια: είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος, πιο συγκεκριμένα του νόμου CC. Επειδή ο θερμός αέρας μπορεί να απορροφήσει περισσότερους υδρατμούς, η λεγόμενη πείνα ατμού της ατμόσφαιρας αυξάνεται επίσης εκθετικά, όπως δείχνει το γράφημα. Το νερό εξατμίζεται γρηγορότερα όταν ο αέρας απορροφά με ανυπομονησία τους υδρατμούς και τους μεταφέρει μακριά. Ο θερμότερος αέρας απορροφά το νερό από τα εδάφη και τη βλάστηση.
Είναι επίσης σημαντικό να γνωρίζουμε ότι με την υπερθέρμανση του πλανήτη, η σχετική υγρασία σχεδόν δεν αλλάζει κατά μέσο όρο, επειδή όσο πληρέστερη είναι η ατμόσφαιρα με υδρατμούς, τόσο περισσότερο βρέχει ξανά. Και τι σημαίνει "πλήρης" καθορίζεται από τη σχετική υγρασία: Δείχνει πόσο κοντά βρίσκεστε στο ανώτατο όριο σύμφωνα με το νόμο CC, δηλαδή στο 100% σχετική υγρασία.
Και αυτό εξηγεί και την λεγόμενη πείνα για ατμό. Μια μάζα αέρα με (για παράδειγμα) 60 τοις εκατό σχετική υγρασία μπορεί να απορροφήσει περισσότερους υδρατμούς όσο πιο ζεστό είναι (κόκκινη περιοχή στο γράφημα). Η εξάτμιση του νερού από το έδαφος ή τα φυτά είναι ταχύτερη όσο περισσότεροι υδρατμοί απορροφά ο αέρας.
Τα εδάφη και τα δάση, οι κήποι και οι αροτραίες καλλιέργειες στεγνώνουν γρηγορότερα όσο θερμαίνεται – λόγω του νόμου CC. Εάν δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου βροχή για κάποιο χρονικό διάστημα, η ξηρασία θα συμβεί πιο γρήγορα. Οι βροχοπτώσεις θα πρέπει να αυξηθούν σημαντικά προκειμένου να αντισταθμιστεί η ταχύτερη ξήρανση λόγω εξάτμισης σε θερμότερο κλίμα.
Ενισχυτής για την υπερθέρμανση του πλανήτη
Το γεγονός ότι το CO₂ είναι ένα αέριο του θερμοκηπίου του οποίου η αύξηση οδηγεί στην υπερθέρμανση του πλανήτη είναι στοιχειώδης φυσική και έχει αποδειχθεί από τη δεκαετία του 1850 από το έργο της Eunice Foote και του John Tyndall. Αλλά πόσο ισχυρή είναι αυτή η θέρμανση; Και εδώ, ο νόμος CC παίζει καθοριστικό ρόλο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η άμεση επίδραση της ακτινοβολίας ενός διπλασιασμού του CO₂ στον αέρα έχει θερμαντική επίδραση 3,7 watt ανά τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης, η οποία θα οδηγούσε μόνο σε ένα βαθμό Κελσίου θέρμανσης, όπως μπορεί να υπολογιστεί απευθείας από το νόμο Stefan-Boltzmann[i] της φυσικής, ο οποίος έχει καθιερωθεί από το 1884.
Αλλά υπάρχουν ενισχυτικές ανατροφοδοτήσεις, και το πιο σημαντικό είναι η ανατροφοδότηση υδρατμών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υδρατμοί, όπως το CO₂, είναι αέριο θερμοκηπίου. Υψηλότερη θερμοκρασία σημαίνει περισσότερους υδρατμούς στον αέρα, όπως απαιτείται από το νόμο CC και όπως επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα μέτρησης, και αυτό στη συνέχεια αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία. Αυτό διπλασιάζει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από το CO₂ από έναν σε δύο βαθμούς Κελσίου. Μέσω περαιτέρω ανατροφοδότησης, αυτό ενισχύεται κατά ένα επιπλέον 50%, σε συνολικά περίπου τρεις βαθμούς Κελσίου μετά από διπλασιασμό του CO₂.
Αυτοί είναι οι λόγοι για τους οποίους ο νόμος CC είναι μια συνταγή για καταστροφές: για διπλασιασμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη, για ακραίες βροχοπτώσεις με αστραπιαίες πλημμύρες, για ξηρασίες με αποτυχίες καλλιεργειών και για πυρκαγιές εκτός ελέγχου. Για να κατανοήσουμε το υπόβαθρο των αυξανόμενων ακραίων καιρικών φαινομένων, δεν χρειαζόμαστε ένα κλιματικό μοντέλο, ούτε εκπονημένες μελέτες απόδοσης – μόνο μια βασική κατανόηση της φυσικής, η οποία είναι γνωστή από τον 19ο αιώνα. Τα δεδομένα των μετρήσεων επιβεβαιώνουν αυτές τις συσχετίσεις. Το μόνο ερώτημα που απομένει είναι πόσο περισσότερο θέλουμε να θερμάνουμε τον πλανήτη μας καίγοντας ορυκτά καύσιμα. Με όλες τις συνέπειες και για χιλιάδες χρόνια.
[i]Stefan Rahmstor, Potsdamer Institute for Climate Impact (PIK)
[ii] Ο νόμος Στέφαν-Μπόλτζμαν, γνωστός και ως νόμος του Μπόλτζμαν, δηλώνει ότι η ολική ενέργεια που ακτινοβολείται από την μονάδα επιφάνειας ενός μελανού ή ενός φαιού σώματος (RT) και ονομάζεται φασματική εκπομπή ή αφετική ικανότητα ή φάσμα της ακτινοβολίας, είναι ευθέως ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του (T):
R T = σ ϵ T 4 R_{T}=\sigma \epsilon \ T^{4}
