Σταματήστε τις εκπομπές, σταματήστε την υπερθέρμανση: Έλεγχος κλιματικής πραγματικότητας

 Σταματήστε τις εκπομπές, σταματήστε την υπερθέρμανση: Έλεγχος κλιματικής πραγματικότητας

Γιατί η μελλοντική υπερθέρμανση δεν είναι τόσο «κλειδωμένη» όσο νομίζετε Andrew Dessler Μια από τις πιο σημαντικές έννοιες στην επιστήμη του κλίματος είναι η ιδέα της δεσμευμένης θέρμανσης - πόσο η μελλοντική θέρμανση προέρχεται από το διοξείδιο του άνθρακα που έχουμε ήδη εκπέμψει. Η κατανόηση της έκτασης της δεσμευμένης αύξησης της θερμοκρασίας είναι ζωτικής σημασίας, διότι ενημερώνει για την τρέχουσα κλιματική μας κατάσταση. Εάν υπάρχει ήδη «κλειδωμένη» σημαντική ποσότητα δεσμευμένης αύξησης της θερμοκρασίας, τότε έχουμε πολύ λιγότερη δυνατότητα να αποφύγουμε τα επίπεδα αύξησης της θερμοκρασίας που οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής κρίνουν ως επικίνδυνα Όταν οι άνθρωποι σταματήσουν να εκπέμπουν αέρια θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, το κλίμα θα σταματήσει να θερμαίνεται. Ας ρίξουμε φως στους λόγους πίσω από τη διαμάχη γύρω από αυτό. Η δεκαετία του 2000 Για να καταλάβουμε γιατί οι άνθρωποι είναι τόσο μπερδεμένοι σχετικά με αυτό, ας πάμε πίσω στη δεκαετία του 2000. Στην τέταρτη έκθεση αξιολόγησης της IPCC (που δημοσιεύθηκε το 2007),  η δεσμευμένη αύξηση της θερμοκρασίας ορίστηκε ως εξής: Εάν οι συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου και των αερολυμάτων παρέμεναν σταθερές μετά από μια περίοδο αλλαγής, το κλιματικό σύστημα θα συνέχιζε να ανταποκρίνεται λόγω της θερμικής αδράνειας των ωκεανών και των παγετώνων και της μεγάλης χρονικής κλίμακας προσαρμογής τους. Η «δεσμευμένη αύξηση της θερμοκρασίας» ορίζεται εδώ ως η περαιτέρω μεταβολή της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας μετά τη διατήρηση σταθερής της ατμοσφαιρικής σύνθεσης και, συνεπώς, της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. (από Climate Change 2007 TS.9) Σκεφτείτε αυτό το απλό παράδειγμα: οι άνθρωποι εκπέμπουν CO2 μέχρι το έτος 2010, όταν η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του CO2 φτάνει τα 400 ppm. Μετά από αυτό το σημείο, η συγκέντρωση του CO2 διατηρείται σταθερή στα 400 ppm στο διηνεκές, όπως και όλα τα άλλα συστατικά της ατμόσφαιρας (μεθάνιο, αερολύματα κ.λπ.).   Αλλαγή θερμοκρασίας με την πάροδο του χρόνου. Η ατμοσφαιρική συγκέντρωση διατηρείται σταθερή από το 2010, στη διακεκομμένη γραμμή. προσαρμοσμένο από την πλοκή του Damon Matthews. Σε αυτό το σενάριο, η διατήρηση μιας σταθερής ατμοσφαιρικής σύνθεσης είναι ανάλογη με τη ρύθμιση ενός θερμοστάτη σε ένα σταθερό σημείο ρύθμισης για το κλιματικό σύστημα της Γης. Αυτή είναι η προκύπτουσα τροχιά: Όπως μπορείτε να δείτε, το κλίμα συνεχίζει να θερμαίνεται καλά μετά τη σταθεροποίηση των συγκεντρώσεων (η κάθετη διακεκομμένη γραμμή). Ο λόγος είναι η τεράστια θερμική αδράνεια του ωκεανού. Με τον ίδιο τρόπο που χρειάζεται πολύς χρόνος για να ζεσταθεί ένα υδρομασάζ γεμάτο με κρύο νερό αφού ρυθμίσετε τη θερμάστρα, οι ωκεανοί θα χρειαστούν πολύ χρόνο για να ζεσταθούν πλήρως για να φτάσουν σε ισορροπία με τη σταθερή ατμοσφαιρική σύνθεση. Στα τέλη της δεκαετίας του 2000, οι επιστήμονες αναγνώρισαν ότι αυτός δεν ήταν ο σωστός τρόπος σκέψης για αυτό το πρόβλημα. Η περίληψη αυτού του εγγράφου του 2010 λέει: Η αντίληψη ότι η μελλοντική αύξηση της θερμοκρασίας του κλίματος είναι αναπόφευκτη βρίσκεται στο επίκεντρο των τρεχουσών συζητήσεων για την κλιματική πολιτική. Υποστηρίζουμε ότι η έννοια της αναπόφευκτης αύξησης της θερμοκρασίας λόγω αδράνειας στο κλιματικό σύστημα βασίζεται σε μια λανθασμένη ερμηνεία της επιστήμης του κλίματος. Οι σταθερές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις αερίων του θερμοκηπίου θα οδηγούσαν σε συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας, αλλά εάν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μπορούσαν να εξαλειφθούν εντελώς, οι θερμοκρασίες θα σταθεροποιούνταν γρήγορα ή ακόμη και θα μειώνονταν με την πάροδο του χρόνου. Αυτά τα δύο σενάρια εκπομπών παρουσιάζονται σε αυτό το σχήμα:   Από παρουσίαση του Damon Matthews Η μπλε γραμμή δείχνει τις χρονοσειρές εκπομπών για σταθερές συγκεντρώσεις (π.χ. διατήρηση CO2 σταθερού στα 400 ppm). Η κόκκινη γραμμή δείχνει ότι οι εκπομπές μηδενίζονται εντελώς. Αυτό μπορεί επίσης να επιτευχθεί με τη μείωση των εκπομπών CO2 όσο το δυνατόν περισσότερο και, στη συνέχεια, την εξισορρόπηση τυχόν υπολειπόμενων εκπομπών με την απομάκρυνση CO2 (π.χ. άμεση δέσμευση αέρα), η οποία αναφέρεται ως «καθαρό μηδέν». Σύμφωνα με ένα σενάριο μηδενικών εκπομπών, οι θερμοκρασίες σταματούν να αυξάνονται μετά τη διακοπή των εκπομπών, το οποίο είναι αρκετά διαφορετικό από το σενάριο με σταθερή ατμοσφαιρική συγκέντρωση αλλαγή θερμοκρασίας με την πάροδο του χρόνου για δύο διαφορετικά σενάρια. Η συμπαγής κίτρινη γραμμή δείχνει ότι οι εκπομπές σταμάτησαν το 2010, στη διακεκομμένη μαύρη γραμμή. Η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή δείχνει σταθερές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις από το 2010. προσαρμοσμένο από την πλοκή του Damon Matthews.   Ο λόγος είναι ότι, όταν σταματήσουν οι εκπομπές, το ατμοσφαιρικό CO2 θα αρχίσει να μειώνεται καθώς απορροφάται από τη βιόσφαιρα των ωκεανών και της ξηράς. Αυτό με τη σειρά του μειώνει τη θέρμανση του κλιματικού συστήματος - π.χ. χαμηλώνει τη θερμάστρα στο υδρομασάζ κλίματος. Ο δεξιός πίνακας δείχνει τη θερμοκρασία μετά τη διακοπή των εκπομπών. Ορισμένα μοντέλα δείχνουν μερικά δέκατα ενός βαθμού θέρμανσης και άλλα μερικά δέκατα ενός βαθμού ψύξης. Ωστόσο, η κεντρική εκτίμηση είναι ότι η παγκόσμια μέση θερμοκρασία δεν αλλάζει πολύ μόλις σταματήσουν οι εκπομπές. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τι συμβαίνει όταν οι εκπομπές σταματούν το έτος μηδέν ενός συνόλου παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων. Το αριστερό πλαίσιο δείχνει ότι η ατμοσφαιρική αφθονία του CO2 αρχίζει να μειώνεται μόλις σταματήσουμε να εκπέμπουμε CO2. Μετά από 100 χρόνια, το CO2 έχει μειωθεί περίπου 100 ppm. Μεταβολές α) της συγκέντρωσης CO2 στην ατμόσφαιρα και β) στην εξέλιξη της θερμοκρασίας του επιφανειακού αέρα (GSAT) μετά την παύση των εκπομπών CO2 κατά το έτος μηδέν. Τα μεμονωμένα μοντέλα είναι οι γκρι γραμμές, ο μέσος όρος πολλαπλών μοντέλων είναι η μαύρη γραμμή. Από  το σχήμα 4-39 της έκθεσης AR6 WG1 της IPCC. Πριν από περίπου 10 χρόνια, αυτό επισημοποιήθηκε με ωραίο τρόπο από τους Ricke και Caldeira, οι οποίοι έδειξαν ότι η μέγιστη θέρμανση από μια ποσότητα CO2 που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα εμφανίζεται περίπου μια δεκαετία μετά την εκπομπή της. Μετά από αυτό, αρκετό από το βλήμα έχει απομακρυνθεί από την ατμόσφαιρα ώστε η θέρμανση από το βλήμα αρχίζει να μειώνεται (αλλά η πτώση είναι αργή και συνεχίζει να θερμαίνει το κλίμα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα).   Εικόνα 1 των Ricke και Caldeira, 2014. Αύξηση θερμοκρασίας λόγω εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Χρονοσειρές της οριακής θέρμανσης σε milliKelvin = 0,001 K) ανά GtC (=1015 g άνθρακα) όπως προβλέπεται από 6000 προσομοιώσεις συνέλιξης-συνάρτησης για τα πρώτα 100 χρόνια μετά την εκπομπή. Η μέγιστη αύξηση της θερμοκρασίας εμφανίζεται κατά μέσο όρο 10,1 έτη μετά το συμβάν εκπομπών CO2 και έχει διάμεση τιμή 2,2 mK GtC−1. Τα χρώματα αντιπροσωπεύουν τη σχετική πυκνότητα των προσομοιώσεων σε μια δεδομένη περιοχή του γραφήματος. Ετσι, οι επιστήμονες του κλίματος δεν μιλούν πλέον συστηματικά για δεσμευμένη αύξηση της θερμοκρασίας με τον ίδιο τρόπο που έκαναν στη δεκαετία του 2000, επειδή δεν είναι τόσο σχετική ποσότητα όσο πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτά είναι πολύ καλά νέα. Γιατί λοιπόν οι άνθρωποι διαφωνούν τόσο πολύ γι 'αυτό; Νομίζω ότι η πρόσφατη εργασία του Jim Hansen, Global Warming in the Pipeline, είναι υπεύθυνη για μεγάλο μέρος της σύγχυσης. Γράφουν λοιπόν: Η παγκόσμια θέρμανση ισορροπίας για τη σημερινή ποσότητα αερίων του θερμοκηπίου είναι 10°C, η οποία μειώνεται στους 8°C από τα σημερινά ανθρωπογενή αερολύματα. Με άλλα λόγια, αν διατηρήσουμε τις σημερινές ατμοσφαιρικές ποσότητες αερίων του θερμοκηπίου μέχρι το σύστημα να φτάσει σε ισορροπία (πολλές χιλιάδες χρόνια), θα έχουμε τεράστια αύξηση της θερμοκρασίας. Η εκτίμησή τους βασίζεται σε μια κλιματική ευαισθησία που είναι υψηλότερη από τις περισσότερες άλλες εκτιμήσεις (4,8C), την οποία θεωρώ απίθανη, αλλά δεν είναι ένας εντελώς παράλογος υπολογισμός. Αλλά μετά τα πράγματα πάνε κατά διαόλου. Γράφουν ότι «Η θέρμανση ισορροπίας δεν είναι “δεσμευμένη” θέρμανση». Αυτό προκαλεί σύγχυση, καθώς πρόκειται κυριολεκτικά για το ίδιο πράγμα: η IPCC όρισε ως δεσμευμένη θέρμανση την θέρμανση ισορροπίας από τη σταθερή σύνθεση της ατμόσφαιρας. Αλλά η επόμενη πρόταση διευκρινίζει τι εννοούν: «η ταχεία σταδιακή κατάργηση των εκπομπών GHG [αερίων του θερμοκηπίου] θα απέτρεπε την εμφάνιση του μεγαλύτερου μέρους της αύξησης της θερμοκρασίας ισορροπίας». Έτσι, δεν είμαστε πραγματικά δεσμευμένοι σε αυτή την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 8-10C. Αν μπορέσουμε να μειώσουμε τις εκπομπές, τότε μπορούμε να αποφύγουμε το μεγαλύτερο μέρος αυτής της αύξησης της θερμοκρασίας. Νομίζω ότι εδώ είναι που δημιουργείται η σύγχυση. Οι περισσότεροι άνθρωποι διαβάζουν το έγγραφο του Hansen ως κάτι που λέει ότι έχουμε ήδη δεσμευτεί για 8-10C θέρμανσης και δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα γι' αυτό, αλλά αυτό είναι σαφώς μια λανθασμένη ανάγνωση του εγγράφου.   Χρόνος για χάσιμο όποιος θέλει? Σε περίπτωση που θέλετε μια ελαφρώς πιο σπαστική περιγραφή του γιατί η θερμοκρασία σταματά να ανεβαίνει, είστε τυχεροί. Όταν σταματήσουμε να εκπέμπουμε αέρια του θερμοκηπίου, η μελλοντική συμπεριφορά της θερμοκρασίας της Γης εξαρτάται από τη σχετική ταχύτητα δύο κρίσιμων διαδικασιών: 1.       Ο ρυθμός με τον οποίο το CO₂ απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα (μέσω της απορρόφησης από τους ωκεανούς και τη γη). 2.       Ο ρυθμός με τον οποίο μεταφέρεται θερμότητα από τον επιφανειακό ωκεανό (ένα στρώμα με μικρή θερμοχωρητικότητα) στον βαθύ ωκεανό (ο οποίος έχει πολύ μεγάλη θερμοχωρητικότητα). Σενάριο 1: Η απομάκρυνση του CO2 είναι πολύ αργή, η μεταφορά θερμότητας στους ωκεανούς είναι πολύ γρήγορη. Σύμφωνα με αυτό το σενάριο, η θερμοκρασία της Γης θα συνεχίσει να αυξάνεται πολύ καιρό μετά τη διακοπή των εκπομπών. Αυτό συμβαίνει επειδή το επίμονο CO2 στην ατμόσφαιρα θα συνέχιζε να παγιδεύει θερμότητα, ενώ η ταχεία ανάμιξη θερμότητας στον βαθύ ωκεανό θα αύξανε την αποτελεσματική θερμοχωρητικότητα του επιφανειακού ωκεανού. Μια υψηλότερη επιφανειακή θερμοχωρητικότητα σημαίνει ότι ο επιφανειακός ωκεανός θα χρειαζόταν περισσότερο χρόνο για να φτάσει σε ισορροπία για οποιοδήποτε δεδομένο επίπεδο CO2. Έτσι, όταν σταματήσουν οι εκπομπές, το επιφανειακό στρώμα είναι πολύ ψυχρότερο από την ισορροπία με το ατμοσφαιρικό CO2 και πρέπει να θερμανθεί τους επόμενους αιώνες για να φτάσει σε ισορροπία. Σενάριο 2: Η απομάκρυνση του CO2 είναι πολύ γρήγορη, η μεταφορά θερμότητας στον ωκεανό είναι πολύ αργή. Σύμφωνα με αυτό το σενάριο, τα επίπεδα CO2 μειώνονται γρήγορα μετά τη διακοπή των εκπομπών. Η αργή ανάμιξη περιορίζει τη θερμοχωρητικότητα του επιφανειακού ωκεανού, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του επιφανειακού στρώματος να παραμένει πολύ κοντά στην ισορροπία με τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO2. Καθώς οι συγκεντρώσεις CO2 μειώνονται, ο επιφανειακός ωκεανός θα ψύχεται επομένως για να παραμείνει κοντά στην ισορροπία. Στο πραγματικό μας κλιματικό σύστημα, αυτές οι δύο διαδικασίες συμβαίνουν με περίπου συγκρίσιμους ρυθμούς. Η ψυκτική επίδραση της μείωσης των επιπέδων CO2 τείνει να αντισταθμίσει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από τη μεταφορά θερμότητας στο βάθος του ωκεανού. Αυτή η ισορροπία σημαίνει ότι, μετά τη διακοπή των εκπομπών, οι παγκόσμιες θερμοκρασίες αναμένεται να παραμείνουν σχετικά σταθερές αντί να αυξηθούν ή να μειωθούν σημαντικά.