ORIGINE DELL'AUMENTO DI CO2 RECENTE NELL'ATMOSFERA
Nei circoli degli scettici climatici, c'è piuttosto molta confusione sulle misurazioni di CO2 storiche/attuali. Ciò si basa in parte sul fatto che misurazioni dirette storiche piuttosto accurate della CO2 nell'atmosfera mediante metodi chimici mostrano valori molto più elevati in determinati periodi di tempo (in particolare intorno al 1942), rispetto ai circa 280 ppmv misurati nelle carote di ghiaccio antartiche. 280+/-10 ppmv è considerata la quantità preindustriale di CO2 nell'atmosfera durante l'attuale interglaciale (l'Olocene) da parte della comunità scientifica. Questo è abbastanza importante, come se nel recente passato ci fossero livelli (molto) più alti di CO2, che potrebbero indicare che i livelli attuali di CO2 non sono dovuti all'uso di combustibili fossili, ma una fluttuazione naturale e quindi la sua influenza sulla temperatura è soggetta a (enormi) anche fluttuazioni naturali e l'attuale clima più caldo non è causato dall'uso di combustibili fossili.
Per essere sicuro del mio scetticismo: mi piace vedere ed esaminare gli argomenti di entrambi i lati della recinzione e decido, basandomi su questi argomenti. Sono abbastanza sicuro che gli attuali modelli climatici sottovalutano il ruolo del sole e altre variazioni naturali come le oscillazioni oceaniche sul clima e sopravvalutano il ruolo dei gas serra e degli aerosol. Ma sono altrettanto sicuro che l'aumento di CO2 nell'atmosfera dall'inizio della rivoluzione industriale provenga principalmente dall'uso di combustibili fossili.
Ci sono diversi motivi per cui l'ipotesi di grandi variazioni di CO2 non umana nella storia recente è errata (vedi il mio commento sulla compilazione di misurazioni storiche del defunto Ernst Beck) e che la maggior parte del recente aumento di CO2 nell'atmosfera è in effetti principalmente antropico, ma ciò richiede una spiegazione dettagliata. Segui i passi:
- Prova dell'influenza umana sull'aumento di CO2 nell'atmosfera.
- Il bilancio di massa
- Le caratteristiche del processo
- Il 13 C / Rapporto 12 C.
- Il 14 C / Rapporto 12 C.
- L'uso dell'ossigeno
- PH e CO2 dell'oceano
- I processi coinvolti
- Conclusione
- Extra: quanta CO2 umana c'è nell'atmosfera?
- Riferimenti
1. Evidenza dell'influenza umana sull'aumento di CO2 nell'atmosfera.
1 .1. Il bilancio di massa
La quantità di CO2 emessa dall'uomo al giorno d'oggi è di circa 9 GtC/anno (CO2 conteggiata come carbonio). L'aumento dell'atmosfera è di circa 5 GtC/anno. Ciò implica che c'è poco o nessun aumento nell'atmosfera a causa di altre cause, o la quantità nell'atmosfera in caso di uno squilibrio naturale dovrebbe essere superiore alle emissioni, non inferiore. Per dimostrarlo negli ultimi 50 anni:
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| Il grafico mostra l'aumento di CO2 derivante dalle emissioni di combustione di combustibili fossili e produzione di cemento rispetto all'aumento riscontrato nell'atmosfera e nei pozzi di CO2 nella vegetazione terrestre e negli oceani, espresso in ppmv/anno (1 ppmv = 2,1 GtC) |
Il grafico si basa sui calcoli delle emissioni, campionati dagli inventari nazionali dell'uso di combustibile e della produzione di cemento [ 1 ]. Nel migliore dei casi, questi sono precisi, nel peggiore dei casi, le emissioni sono sottovalutate (come probabilmente è il caso della Cina). Gli inventari di CO2 nell'atmosfera si basano su misurazioni molto accurate di CO2 a Mauna Loa [ 2 ]. La differenza tra le emissioni di CO2 (espresse in gigaton carbonio all'anno - GtC/anno) e l'aumento di carbonio nell'atmosfera è ciò che gli oceani e/o la vegetazione assorbono di più ogni anno (altri pozzi sono molto più piccoli). Il partizionamento tra vegetazione e oceano come pozzi può essere calcolato dal bilancio di ossigeno. Ciò non è interessante per il bilancio totale, poiché in ogni anno la somma di terra + oceani è più affondante che sorgente. Ma è comunque interessante sapere quanta CO2 viene assorbita dalle piante e quanto dagli oceani (profondi). Ciò è stato fatto da Battle ea. e più recentemente da Bender ea [ 3 ], sulla base dei cambiamenti di δ13 C e variazioni del contenuto di ossigeno nell'atmosfera nell'ultimo decennio del secolo precedente e stime precedenti:
L'aumento di CO2 nell'atmosfera di oltre 70 ppmv (~ 150 GtC) da quando sono iniziate le accurate misurazioni al Polo Sud e al Mauna Loa è circa il 70% dell'aumento dall'inizio della rivoluzione industriale. Questo si basa su misurazioni in molti luoghi in cui è possibile misurare livelli "di fondo" di CO2 (vedere "dove misurare"), con un'interferenza minima dei pozzi locali e delle fonti di CO2. La quantità di CO2 nell'atmosfera nei periodi preindustriali si basa su nuclei di ghiaccio, che sono più levigati: mediata su ~ 10 anni per i nuclei di ghiaccio ad alta risoluzione di Law Dome negli ultimi 150 anni a ~ 560 anni negli 800.000 anni della cupola C. Tuttavia ci sono deleghe con una migliore risoluzione nel tempo, che indicano anche livelli più bassi di CO2 prima delle emissioni.
Come mostra il primo grafico, in qualsiasi anno negli ultimi 50 anni, le emissioni sono maggiori dell'aumento dell'atmosfera. Ciò significa che il bilancio di massa totale di tutte le variabili naturali (temperatura, pH dell'oceano, vegetazione) che influenzano i livelli di CO2, è sempre verso un maggiore affondamento rispetto alla fonte rispetto a qualsiasi anno.
Lo scambio stagionale naturale tra vegetazione e oceani da un lato e l'atmosfera dall'altro lato è stimato a circa 150 GtC/anno. Ma ciò non è interessante per quello che è il cambiamento nel corso di un anno, poiché la maggior parte delle pubblicazioni naturali viene assorbita entro lo stesso anno. La differenza dopo un anno non è superiore a +/- 2 GtC, principalmente causata da sbalzi di temperatura (El Niño, eruzione del Pinatubo). Pertanto, le variazioni naturali nell'arco di un anno sono inferiori alle emissioni. Non importa quanto alto possa essere il turnover stagionale naturale, in tutti gli anni nei precedenti quasi 50 anni, i dissipatori di CO2 naturali erano più grandi delle fonti di CO2 naturali ... Quindi è quasi impossibile che le fonti naturali fossero responsabili (una parte sostanziale di) l'aumento di CO2 negli ultimi 50 anni. Solo che, in teoria, un aumento simile, ma enorme, delle emissioni naturali e dei pozzi che sono paralleli alle emissioni umane può dare lo stesso risultato.
Ma un tale enorme (fattore 3) aumento della circolazione naturale ha bisogno di molte prove:
- l'aumento dovrebbe imitare le emissioni umane esattamente alla stessa velocità. Pertanto, la quasi triplicazione delle emissioni umane e l'aumento del tasso nell'atmosfera dovrebbero essere accompagnati da una quasi triplicazione del turnover naturale: da circa 150 GtC in entrata e in uscita in un anno a circa 450 GtC in entrata e in uscita. Ma non vi è la minima indicazione di un aumento del fatturato. Al contrario: le recenti stime del tasso di turnover nell'atmosfera indicano una riduzione del turnover di CO2 nell'atmosfera, che è probabilmente il risultato di un tasso di cambio più o meno costante in una massa totale crescente di CO2 nell'atmosfera.
- qualsiasi ulteriore scambio dagli oceani o dalla vegetazione lascerebbe un'impronta digitale nel tasso di cambiamento del 13°C / 12°C causato dalle emissioni umane e nel tasso di cambiamento del 14°C / 12°C dal picco della bomba atomica del 1950-1960. Ma non è così.
- non è noto alcun processo fisico naturale correlato alla temperatura che possa aumentare le emissioni di CO2 senza almeno un feedback negativo parziale derivante dall'aumento dell'assorbimento correlato alla pressione da parte degli oceani e della vegetazione.
Ciò dimostra che le emissioni umane sono la principale causa dell'aumento di CO2 , almeno negli ultimi 50 anni. Ma ci sono più indicazioni per questo ...
1.2. Le caratteristiche del processo:
Ecco un grafico dell'andamento della temperatura (globale), della quantità cumulativa di emissioni e dell'aumento di CO2 nell'atmosfera (1900-2011):
L'andamento della temperatura è la temperatura globale media annuale (mare + terra), secondo l'Hadley Centre nel Regno Unito [ 13 ]. Le emissioni provengono dalla base di dati di inventario internazionale (DOE, USA, [ 1 ]). I livelli di CO2 nell'atmosfera prima del 1959 provengono da nuclei di ghiaccio (Law Dome, Siple Dome, [ 11 ]) e dal 1959 in poi, i dati sono presi dalle misurazioni a Mauna Loa (Hawaii, [12]). La linea di base del livello di CO2 è di 300 ppmv intorno al 1900 (o 290 ppmv intorno al 1850). Viene aggiunta la media mobile di 21 anni, poiché alcuni hanno trovato una buona correlazione tra tale media e l'aumento di CO2. Questo è giusto dopo il 1980 (su cui si basava la correlazione), ma fallisce per tutto il periodo attuale del 1900.
Come si può calcolare, la correlazione tra i livelli di temperatura e CO2 nell'atmosfera è piuttosto debole (corr .: 0.881; R ^ 2: 0.776) e dai grafici dettagliati T/dCO2 , si può vedere che un enorme cambiamento di temperatura in un determinato anno ha poca influenza sui livelli di CO2, rispetto all'influenza della variazione di temperatura sull'intero andamento, se la temperatura era responsabile sia della variabilità a breve termine sia dell'aumento a lungo termine:
Ciò indica che la temperatura non è la causa dell'aumento complessivo, ma la causa della variazione (+/- 1,2 ppmv) attorno all'aumento (attualmente circa 2 ppmv/anno). Vedi di più sulla pagina dettagliata del processo (vedi capitolo 1.7).
D'altra parte, la correlazione tra emissioni cumulative e aumento dell'atmosfera è quasi adeguata (corr .: 0,999; R^ 2: 0,999) per l'intero periodo:
Il rapporto è del 50-55% tra l'aumento dell'atmosfera e ciò che viene emesso. Ciò indica un semplice processo lineare del primo ordine, direttamente correlato alla differenza di pressione parziale tra CO2 nell'atmosfera eCO2 negli oceani (e vegetazione). Maggiore è il contenuto di CO2 nell'atmosfera, maggiore è la spinta a spingere CO2 negli oceani. Attualmente, la differenza di pressione parziale (pCO2) tra l'atmosfera e gli oceani è di circa 7 ppmv [ 4 ], in base alle indagini e alle boe della nave. L'aumento della differenza di pCO2 provoca un assorbimento sempre maggiore di CO2 da parte degli oceani (e similmente nella vegetazione).
Ancora una volta, questa chiara relazione indica un'influenza diretta delle emissioni sull'aumento dell'atmosfera. Non è noto alcun processo naturale in grado di forzare la CO2 nell'atmosfera esattamente nello stesso rapporto che è il caso qui per le emissioni. Basta guardare la differenza nella variabilità della curva di temperatura (che ha una limitata influenza a breve termine sui livelli di CO2 di 4-5 ppmv/°C) con la scorrevolezza della curva delle emissioni ...
Ciò aumenta il peso delle emissioni come principale causa dell'aumento dell'atmosfera.
1.3. Il rapporto 13C /12C:
Il carbonio di CO2 è composto da diversi isotopi. La maggior parte è di tipo più leggero: 12C (che ha 6 protoni e 6 neutroni nel nocciolo) e circa l'1,1% è più pesante: 13C (ha 6 protoni e 7 neutroni nel nocciolo). Ce ne sono anche alcuni 14C ( 6 protoni e 8 neutroni nel nocciolo), che si forma continuamente nella stratosfera superiore dalle collisioni di azoto con particelle di raggi cosmici. Questo tipo di carbonio (anch'esso formato da esperimenti con bombe atomiche fuori terra negli anni '50) è radioattivo e può essere utilizzato per determinare l'età dei fossili fino a circa 60.000 anni.
Si può misurare il rapporto 13C/12C e confrontarlo con uno standard. In passato, lo standard era un tipo di roccia carbonatica, chiamata Pee Dee Belemnite (PDB). Quando il rock standard era esaurito, questo è stato sostituito da una definizione zero in una conferenza di Vienna, quindi il nuovo standard è chiamato VPDB (Vienna PDB). Ogni parte contenente carbonio di qualsiasi soggetto può essere mea garantito per il suo rapporto 13C/12C. Il confronto con lo standard è espresso come per mil δ13C :
(13C/12C) campionato - (13C/12C ) standard
δ13C = - ————————— - - - - - - - - - - - - x 1.000
(13C/12C) standard
Dove lo standard è definito come 0,0112372 parti di 13C a 1 parte di carbonio totale. Quindi i valori positivi ne hanno di più 13C , i valori negativi hanno meno 13C. Ora, il punto interessante è che la crescita della vegetazione in generale usa per preferenza 12C , quindi se misuri δ13C nella vegetazione, vedrai che ha valori δ13C piuttosto bassi. Poiché quasi tutti i combustibili fossili si sono formati dalla vegetazione (o batteri metanogeni, con preferenze simili), questi hanno bassi Anche valori di δ13C. La maggior parte delle altre fonti di carbonio (oceani, usura della roccia carbonatica, gassificazione vulcanica, ...) sono più elevate Valori di δ13C. Per una bella introduzione del ciclo isotopico in natura, vedi l'e-book di Anton Uriarte Cantolla [ 5 ].
Questa è una caratteristica interessante, in quanto possiamo determinare se i livelli di CO2 nell'atmosfera (che è attualmente inferiore a -8 per milione di VPDB) sono stati influenzati dal degrado della vegetazione o dalla combustione di combustibili fossili (entrambi circa -24 per mil) verso il lato negativo o da degasaggio oceanico (da 0 a +4 per mil) verso il lato positivo come maggiori fonti possibili.
Da diverse stazioni base di CO2, non abbiamo solo misurazioni di CO2, ma anche δ13 misurazioni C. Anche se solo per un periodo di circa 25 anni, la tendenza è chiara e lo indica in più aumento di δ13°C nell'atmosfera.
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| Tendenze in δ13C da misurazioni dirette dell'aria ambiente in 10 stazioni base. Dati da[ 6 ]. ALT = Alert; BRW = Barrow; MLO = Mauna Loa; KUM = Capo Kumukahi; SMO = USA; SPO = Polo Sud. |
Ancora una volta, vediamo un ritardo nelle tendenze con altitudine e
trasferimento delle frontiere NH/SH e minore variabilità nella SH. Ancora una volta, questo indica una fonte nel NH.
Se ciò è dovuto al decadimento della vegetazione (più presente nell'NH
che nell'SH) e/o alla combustione di combustibili fossili (90%
nell'NH) è risolto nelle indagini su Battle ea. [ 3 ], dove è dimostrato che viene utilizzato meno ossigeno di quanto si possa calcolare dalla combustione di combustibili fossili.
La vegetazione produce quindi O2, incorporando più CO2 di quella che si
forma dalla vegetazione in decomposizione (che utilizza ossigeno). Questo significa che di più 12C è incorporato, e quindi di più 13C è lasciato indietro nell'atmosfera. La vegetazione è quindi relativa esaurendo l'atmosfera di 12°C contro 13°C e quindi non è la causa della riduzione del rapporto di 13°C / 12°C.
E abbiamo diverse altre misurazioni precedenti di δ13C nell'atmosfera: nuclei di ghiaccio e fuoco (bolle d'aria non completamente chiuse nella neve/ghiaccio). Questi si allineano senza problemi con le recenti misurazioni dell'aria. Esiste una linea analoga di misurazioni da spugne coralline e sedimenti negli oceani superiori. Le spugne coralline crescono in acque poco profonde e il loro scheletro è costruito da CO2 nelle acque dell'oceano superiore, senza alterare il rapporto 13C / 12C nell'acqua di mare al momento della costruzione. La combinazione di misurazioni atmosferica/fuoco/ghiaccio e oceano fornisce una bella storia di δ13C cambia negli ultimi 600 anni:
Quello che possiamo vedere è che δ13 livelli di C
così come nell'atmosfera come negli oceani superiori iniziano a
diminuire dal 1850 in poi, che è all'inizio della rivoluzione
industriale.
Nei 400 anni precedenti, c'è solo una piccola variazione, probabilmente
causata dal calo di temperatura nella Piccola Era Glaciale. Misurazioni a lungo termine del Rapporto δ13C in CO2 da carote di ghiaccio mostra che sull'intero Olocene le variazioni non erano superiori a +/- 0,2 per mil. Anche il passaggio da un periodo glaciale a uno interglaciale non ha dato di più 0,2 per mil δ13C di variazione.
Ancora una volta questa è una buona indicazione dell'influenza della combustione di combustibili fossili ...
14C è un isotopo di carbonio che viene prodotto nell'atmosfera dall'impatto dei raggi cosmici. È un isotopo instabile (radioattivo) e si rompe con un'emivita di circa 6.000 anni. 14C è usato per la datazione al radiocarbonio di fossili non troppo vecchi (massimo 60.000 anni). La quantità di 14°C nell'atmosfera è variabile (dipende dall'attività del sole), ma nonostante ciò, consente di avere un metodo di datazione ragionevole. Fino a quando gli umani non hanno iniziato a bruciare combustibili fossili ...
Le quantità di 14°C nell'atmosfera e nella vegetazione sono più o meno in equilibrio (come nel caso di 13°C : un leggero impoverimento, dovuto alla preferenza di 12°C dei processi biologici). Ma circa la metà di esso ritorna nell'atmosfera entro un anno, dal decadimento delle foglie. Altre parti hanno bisogno di più tempo, ma molto sta tornando nell'atmosfera entro pochi decenni. Per gli oceani, il ritardo tra i 14°C va negli oceani (nel punto di affondamento del Nord Atlantico del grande nastro trasportatore) e il suo rilascio attorno all'equatore è di 500-1500 anni, il che dà un leggero impoverimento di 14°C , insieme ad alcuni carbonato molto vecchio che va in soluzione completamente esaurita a 14°C. In epoca preindustriale, c'era un equilibrio tra la produzione cosmogena di 14°C e l'esaurimento oceanico.
I combustibili fossili al momento della formazione (o legno per carbone o plancton per petrolio) incorporavano circa 14°C , ma poiché questi hanno milioni di anni, non sono rimasti più misurabili 14°C. Proprio come nel caso dei 13°C , la quantità di CO2 rilasciata dalla combustione di combustibili fossili ha diluito il contenuto di 14°C dell'atmosfera. Ciò causò problemi per la datazione al carbonio a partire dal 1890 circa. Pertanto, una tabella di correzione viene utilizzata per correggere i campioni successivi al 1890. Negli anni '50 un altro intervento umano causò problemi per la datazione al carbonio: i test sulle bombe nucleari indussero molte radiazioni, che quasi raddoppiarono il contenuto atmosferico di 14°C. Da allora, la quantità si sta rapidamente riducendo, poiché gli oceani la sostituiscono con livelli "normali" di 14C. L'emivita è di circa 14 anni.
Ancora una volta, questo aggiunge all'evidenza che la combustione di combustibili fossili è la principale causa dell'aumento di CO2 nell'atmosfera ...
1.5 L'uso di ossigeno:
Per bruciare combustibili fossili, hai bisogno di ossigeno. Poiché per ogni tipo di combustibile è noto il rapporto tra uso di ossigeno e consumo di carburante, è possibile calcolare la quantità totale di ossigeno utilizzata dalla combustione di combustibili fossili. D'altra parte, la quantità reale di ossigeno utilizzata può essere misurata nell'atmosfera. Questo è un problema piuttosto impegnativo, poiché il cambiamento di O2 atmosferico di anno in anno è piuttosto basso, rispetto alla quantità totale di O2 (qualche ppmv in oltre 200.000 ppmv). Inoltre, buono sia per la CO2 che per l'ossigeno, vi è l'influenza stagionale su base annuale della crescita e del decadimento della vegetazione. Solo dagli anni '90 sono disponibili misurazioni dell'ossigeno con una risoluzione sufficiente. Questi hanno rivelato che c'era meno ossigeno utilizzato rispetto a quanto calcolato dall'uso di combustibili fossili. Ciò indica la crescita della vegetazione come fonte di O2 extra, quindi la vegetazione è un pozzo di CO2, almeno dal 1990. La combinazione di misurazioni di O2 e δ13C ha permesso a Battle ea [ 3 ] di calcolare la quantità di CO2 assorbita dalla vegetazione e come molto dagli oceani. Le tendenze di O2 e CO2 nel periodo 1990-2000 possono essere tracciate in un bel diagramma:
Ciò non dimostra direttamente che tutto l'aumento di CO2 nell'atmosfera provenga dalla combustione di combustibili fossili, ma poiché sia gli oceani che la vegetazione mostrano un assorbimento netto e altre fonti sono molto più lente e/o più piccole (agenti atmosferici delle rocce, sfasamento vulcanico , ...):
C'è solo una fonte veloce possibile: la combustione di combustibili fossili.
1.6 PH e pCO2 dell'oceano:
Se la CO2 aumenta nell'atmosfera con il 50-55% delle emissioni accumulate, una parte viene assorbita dalla vegetazione (vedere il capitolo 1.4), un'altra parte viene assorbita dagli oceani. Quando la CO2 viene assorbita dagli oceani, questa è parzialmente in soluzione nella sua forma originale, ma una parte di essa reagisce con gli ioni carbonato disponibili per formare bicarbonato. Tra il 1751 e il 1994 si stima che il pH medio degli oceani superficiali sia diminuito da circa 8,179 a 8,104 (una variazione di -0,075), sulla base di indagini oceaniche recenti e precedenti [ 9 ].
Ma il pH dell'oceano può essere interpretato dall'altra parte: se per qualsiasi motivo il pH viene ridotto (ad esempio da un evento vulcanico sottomarino con molta SO2), questo porta ad un importante aumento di pCO2 (oceani) e può rilasciare un sacco di CO2 oceanica nell'atmosfera. Ma ciò è in contraddizione con il cambiamento osservato in 13°C : se si liberasse CO2 oceanica (dagli oceani profondi alla superficie e più lontano nell'atmosfera), ciò dovrebbe aumentare il rapporto di 13°C / 12°C sia degli oceani superiori che atmosfera, mentre vediamo il contrario. Inoltre, il rilascio di più CO2 dagli oceani superiori a causa di un pH inferiore ridurrebbe la quantità totale di carbonio (DIC: carbonio inorganico disciolto, cioè CO2 + bicarbonato + carbonato) nello strato superficiale dell'oceano. Ma vediamo la tendenza inversa: DIC sta aumentando nel tempo [ 10 ]. Quindi l'aumento della CO2 atmosferica sta andando negli oceani, non al contrario.
Inoltre, un'altra parte dell'indagine oceanica confronta il pCO2 dell'atmosfera con quello degli oceani a diverse latitudini in oceani diversi. Ciò dimostra che ci sono enormi differenze nel pCO2 oceanico a diverse latitudini a causa dei cambiamenti di temperatura e DIC. Ciò fornisce un rilascio permanente di CO2 nei tropici (pCO2 di massimo 750 µatm negli oceani superiori rispetto a circa 400 µatm per l'atmosfera) e un assorbimento permanente di CO2 negli oceani polari, in particolare nell'Atlantico nord-orientale (minimo 150 µatm vs. 400 µatm). Gli oceani alle medie latitudini sono emettitori/assorbitori stagionali di CO2, a seconda della temperatura dell'acqua e della vita marina (plancton). La differenza globale media annua di pCO2 (atmosfera) - pCO2 (oceani) è di circa 7 ppmv. Ciò significa che, in media, una maggiore quantità di CO2 passa dall'atmosfera agli oceani rispetto al contrario [ 4 ]. Inoltre, diverse indagini nel tempo hanno rivelato che le parti oceaniche che erano fonti nette di CO2 si sono gradualmente trasformate in assorbitori netti.
Sebbene i dati sull'oceano pCO2 siano dispersi nel tempo e nell'area coperta, le tendenze sono chiare che il flusso medio (crescente) di CO2 proviene dall'atmosfera verso gli oceani e non si inverte.
Ciò si aggiunge alla prova generale che le emissioni umane sono la principale causa dell'aumento di CO2 nell'atmosfera.
I livelli di temperatura e CO2 sono strettamente associati per periodi molto lunghi, come si può vedere nei nuclei di ghiaccio. Esiste un rapporto abbastanza costante tra i proxy di temperatura ( δD e Delta-O-18) e il livello di CO2 nel periodo Vostok di 420.000 anni, recentemente confermato dal record di 800.000 anni del nucleo del ghiaccio Dome C:
I proxy di temperatura di Vostok e di altri nuclei di ghiaccio nell'entroterra sono misurati nel ghiaccio: gli isotopi più pesanti stanno aumentando in rapporto con temperature dell'acqua di mare più alte nell'area di evaporazione dell'acqua, che è in gran parte la maggior parte degli oceani SH. Ad ogni modo, esiste una chiara relazione tra temperatura e livelli di CO2 (circa 8 ppmv/ °C) , dove la CO2 è in ritardo di 800 +/- 600 anni durante una deglaciazione e diverse migliaia di anni durante una glaciazione.
Lo stesso rapporto può essere visto nella media risoluzione (~ 20 anni in media) nucleo di ghiaccio DSS Law Dome:
Se possiamo supporre che la differenza di temperatura tra il MWP (periodo caldo medievale) e la LIA (piccola era glaciale) fosse di circa 0,8°C (Moberg, Esper e molti altri) e la caduta di CO2 fosse di 6 ppmv (con un ritardo di ~ 50 anni), quindi siamo di nuovo intorno agli 8 ppmv/°C per il rapporto CO2-temperatura.
Su periodi più brevi c'è un'influenza diretta di un tasso di temperatura della variabilità del cambiamento sul tasso di CO2 della variabilità del cambiamento:
C'è un piccolo ritardo (pi/2) tra le variazioni di temperatura e le variazioni di CO2. Questa è una questione di dinamica del processo: ci vuole tempo per aumentare / diminuire la produzione di CO2 da un aumento della temperatura e ritorno. Per i cambiamenti dinamici con un'alta frequenza relativa, si può dimostrare matematicamente che ciò fornisce un ritardo di pi/2 della frequenza. Poiché il prendere la derivata di entrambe le variazioni di temperatura e CO2 sposta entrambi i pi/2 all'indietro, lo stesso ritardo di pi/2 vale ancora per i derivati.
Inoltre ho usato un fattore 3.5 per il grafico della temperatura: ciò rende le ampiezze della temperatura e il tasso di variazione di CO2 simili. Un simile fattore fortificante può essere derivato per la variazione globale di CO2 e la variazione di temperatura nel corso delle stagioni: un fattore 4-5 tra ppmv CO2 e °C.
Più importante del ritardo è il fatto che non vi è alcuna tendenza nel derivato della temperatura, mentre vi è una tendenza nel tasso di variazione di CO2. Questo perché la temperatura è aumentata più o meno lineare, mentre sia le emissioni di CO2 che l'aumento di CO2 nell'atmosfera sono leggermente quadratici aumentando nel tempo.
Alcuni insistono sul fatto che l'aumento di CO2 nell'atmosfera sia il risultato diretto della leggera variazione di temperatura (0,6°C) negli ultimi 50+ anni. Questo perché se tracciate l'andamento della temperatura con un fattore e un offset con la derivata della CO2, ciò può dare una corrispondenza perfetta nei tempi e nella tendenza della variabilità. Ma questa è una corrispondenza spuria: il tempismo perfetto è perché c'è un ritardo pi/2 di variazioni di CO2 dopo variazioni di temperatura a breve termine. Se prendi la derivata della CO2, c'è uno spostamento pi/2 nel tempo e quindi un tempismo perfetto con la variabilità della temperatura. Pertanto, sebbene matematicamente possibile, non vi è la minima somiglianza con un processo fisico, tranne se e solo se sia la variabilità a breve termine che la tendenza a lungo termine hanno la stessa causa, ma ciò è dimostrato errato.
Vediamo cosa causa la variabilità a breve termine. Innanzitutto i cambiamenti stagionali:
Come si può vedere, l'aumento delle temperature in primavera inizia a far crescere le foglie nelle foreste extra-tropicali, che riducono i livelli di CO2 e in particolare 12 livelli di O2, lasciando relativamente di più 13C O2 nell'atmosfera. Ciò dà un aumento di δ13C in primavera-estate, mentre il contrario accade in autunno-inverno.
Ora, cosa provoca la variabilità anno per anno del tasso di variazione:
Esistono solo due fonti principali veloci di CO2 nell'atmosfera, oltre alla combustione di combustibili fossili: gli oceani e la vegetazione. La vegetazione non è una fonte di CO2, come ha dimostrato la carenza di ossigeno (vedi capitolo 1.5). Né sono gli oceani, come mostrano la tendenza δ13C (vedi capitolo 1.3) e le tendenze pCO2/pH (vedi capitolo 1.6). Ciò è più che sufficiente per essere sicuri che le emissioni umane siano la causa della maggior parte dell'aumento di CO2 nell'atmosfera nell'ultimo 1,6 secolo.
Quindi possiamo concludere:
Molte persone sono confuse su questo punto: solo un po 'dell'atmosfera è attualmente di origine umana. Questo perché ogni anno circa 150 GtC di CO2 (un po 'meno del 20% del contenuto totale di CO2) vengono scambiati tra l'atmosfera e gli oceani / la vegetazione. Ciò significa che ogni singola molecola di CO2 di origine umana o naturale ha una probabilità del 20% all'anno di essere incorporata nella vegetazione o disciolta negli oceani. Ciò significa che il tempo di emivita (il tempo di "residenza") della CO2 umana nell'atmosfera è solo di circa 5 anni. Ciò è stato confermato dal destino del 14C, aumentato a causa dei test della bomba atomica, dopo che i test si fermarono. Pertanto, se gli esseri umani emettono 8 GtC in un determinato anno, l'anno prossimo circa 6,5 GtC sono ancora di origine umana, il resto viene scambiato con CO2 dagli oceani e dalla vegetazione. Il secondo anno, questo è ancora 5,3 GtC, quindi 4,3 GtC, ecc. Questo non è del tutto accurato, poiché parte della CO2 "umana" ritorna il prossimo anno (i), soprattutto dalla vegetazione, poiché gran parte della vegetazione è una - foglie vecchie di un anno, che marciscono restituiscono una parte elevata della CO2 incorporata negli anni precedenti. Questo è meno il caso degli oceani, dove una parte maggiore della CO2 assorbita scompare negli oceani profondi, dove non è più direttamente rintracciabile. Esistono tecniche per seguire la CO2 umana anche lì, dove usano altri gas di recente produzione umana come i CFC e il picco aggiuntivo di 14CO2 dei test della bomba atomica 1945-1960 per tracciare le emissioni passate. Ad ogni modo, l '"emivita", ovvero il periodo di tempo in cui scompare metà delle singole molecole di CO2 indotte dall'uomo, è di circa 5 anni.
Per periodi più lunghi, gli esseri umani continuano a emettere (attualmente circa 9 GtC / anno) di CO2. L'accumulo negli ultimi anni è quindi di 9 + 7,2 + 5,8 + 4,6 + 3,7 + ... o circa 40 GtC dalle emissioni degli ultimi 30 anni. Questo è solo il 5% dell'atmosfera attuale ...
Alcuni ne deducono che gli esseri umani sono responsabili solo del 5% dell'aumento di CO2 e quindi, per quanto riguarda la temperatura, anche solo del 5% dell'aumento di temperatura. Ma questo è un presupposto sbagliato ...
I paragrafi precedenti riguardano la quantità di CO2 indotta dall'uomo nell'atmosfera. Riguarda l'origine e il destino delle singole molecole di CO2, la cui durata atmosferica è regolata dal turnover stagionale (flussi avanti e indietro) di circa 150 GtC dentro/fuori l'atmosfera da/verso gli oceani e la vegetazione, e non ha nulla a che fare con il il destino della quantità extra di CO2 (come massa) che l'uomo emette, né con l'aumento della quantità totale di CO2 nell'atmosfera come conseguenza di ciò.Quest'ultimo è regolato dagli importi netti che anno dopo anno sono incorporati negli oceani e nella vegetazione. Sono solo 1-7 GtC / anno (variabili a causa della variabilità della temperatura) o in media il 50-55% delle emissioni. L'emivita di questa CO2 aggiuntiva (come massa) è molto più lunga dell'emivita di una singola molecola di CO2: circa 40 anni [ 14 ]. Quindi, se dovessimo fermare tutte le emissioni di CO2 oggi, allora l'aumento di 100 ppmv dall'inizio della rivoluzione industriale sarebbe ridotto a 50 ppmv dopo circa 40 anni, oltre a 25 ppmv dopo 80 anni e 12,5 ppmv dopo 120 anni ...
L'IPCC ha tempi di emivita molto più lunghi, secondo il modello di Berna. Questa è una combinazione di pozzi relativamente veloci (oceani superiori), più lenti (oceani profondi e più permanenti nella biosfera) e molto lenti (intemperie rocciose) per l'aggiunta di CO2. Partono dal presupposto che i primi pozzi relativamente rapidi di CO2 ridurranno la capacità nel corso degli anni. Questo è vero solo per lo strato di superficie dell'oceano, che segue l'atmosfera abbastanza rapidamente (1-3 anni), ma è saturo del 10% del cambiamento nell'atmosfera, a causa del fattore tampone/Revelle. Alcuni media parlano da centinaia a migliaia di anni che la CO2 extra risiederà nell'atmosfera. Questo è vero per l'ultima parte della curva, poiché le quantità minori di CO2 stanno diventando sempre più lente nei lavandini. Ma la maggior parte (87. Il 5%) di CO2 in più scomparirà entro 120 anni in quanto non vi è alcun segno di un rallentamento della capacità di assorbimento degli oceani profondi e della vegetazione.
Da diverse discussioni, so che è abbastanza difficile comprendere i due diversi meccanismi che regolano il destino della CO2 umana nell'atmosfera: il destino delle singole molecole, governato dai tassi di cambio ("turnover") e il destino di un aumento di CO2 totale, regolata dai tassi di assorbimento (capacità del lavandino). Qui provo a dare un esempio di come vedere la differenza:
Come mostrato nel capitolo 1, non vi è dubbio che gli umani siano pienamente responsabili della maggior parte dell'aumento di CO2 nel passato (almeno la metà) del secolo, ciò significa che - per quanto vi sia un'influenza della CO2 sulla temperatura - che gli umani può essere responsabile (di una parte) dell'aumento della temperatura. Quanto, questa è una domanda completamente diversa, in quanto dipende principalmente dai feedback (positivi e negativi) che seguono un aumento della temperatura ...
E abbiamo diverse altre misurazioni precedenti di δ13C nell'atmosfera: nuclei di ghiaccio e fuoco (bolle d'aria non completamente chiuse nella neve/ghiaccio). Questi si allineano senza problemi con le recenti misurazioni dell'aria. Esiste una linea analoga di misurazioni da spugne coralline e sedimenti negli oceani superiori. Le spugne coralline crescono in acque poco profonde e il loro scheletro è costruito da CO2 nelle acque dell'oceano superiore, senza alterare il rapporto 13C / 12C nell'acqua di mare al momento della costruzione. La combinazione di misurazioni atmosferica/fuoco/ghiaccio e oceano fornisce una bella storia di δ13C cambia negli ultimi 600 anni:
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| La figura di [ 7 ] fornisce un confronto tra l'acqua dell'oceano superiore e l'atmosfera δ13C i cambiamenti. |
Ancora una volta questa è una buona indicazione dell'influenza della combustione di combustibili fossili ...
1.4. Il rapporto 14C / 12C :
14C è un isotopo di carbonio che viene prodotto nell'atmosfera dall'impatto dei raggi cosmici. È un isotopo instabile (radioattivo) e si rompe con un'emivita di circa 6.000 anni. 14C è usato per la datazione al radiocarbonio di fossili non troppo vecchi (massimo 60.000 anni). La quantità di 14°C nell'atmosfera è variabile (dipende dall'attività del sole), ma nonostante ciò, consente di avere un metodo di datazione ragionevole. Fino a quando gli umani non hanno iniziato a bruciare combustibili fossili ...
Le quantità di 14°C nell'atmosfera e nella vegetazione sono più o meno in equilibrio (come nel caso di 13°C : un leggero impoverimento, dovuto alla preferenza di 12°C dei processi biologici). Ma circa la metà di esso ritorna nell'atmosfera entro un anno, dal decadimento delle foglie. Altre parti hanno bisogno di più tempo, ma molto sta tornando nell'atmosfera entro pochi decenni. Per gli oceani, il ritardo tra i 14°C va negli oceani (nel punto di affondamento del Nord Atlantico del grande nastro trasportatore) e il suo rilascio attorno all'equatore è di 500-1500 anni, il che dà un leggero impoverimento di 14°C , insieme ad alcuni carbonato molto vecchio che va in soluzione completamente esaurita a 14°C. In epoca preindustriale, c'era un equilibrio tra la produzione cosmogena di 14°C e l'esaurimento oceanico.
I combustibili fossili al momento della formazione (o legno per carbone o plancton per petrolio) incorporavano circa 14°C , ma poiché questi hanno milioni di anni, non sono rimasti più misurabili 14°C. Proprio come nel caso dei 13°C , la quantità di CO2 rilasciata dalla combustione di combustibili fossili ha diluito il contenuto di 14°C dell'atmosfera. Ciò causò problemi per la datazione al carbonio a partire dal 1890 circa. Pertanto, una tabella di correzione viene utilizzata per correggere i campioni successivi al 1890. Negli anni '50 un altro intervento umano causò problemi per la datazione al carbonio: i test sulle bombe nucleari indussero molte radiazioni, che quasi raddoppiarono il contenuto atmosferico di 14°C. Da allora, la quantità si sta rapidamente riducendo, poiché gli oceani la sostituiscono con livelli "normali" di 14C. L'emivita è di circa 14 anni.
Ancora una volta, questo aggiunge all'evidenza che la combustione di combustibili fossili è la principale causa dell'aumento di CO2 nell'atmosfera ...
1.5 L'uso di ossigeno:
Per bruciare combustibili fossili, hai bisogno di ossigeno. Poiché per ogni tipo di combustibile è noto il rapporto tra uso di ossigeno e consumo di carburante, è possibile calcolare la quantità totale di ossigeno utilizzata dalla combustione di combustibili fossili. D'altra parte, la quantità reale di ossigeno utilizzata può essere misurata nell'atmosfera. Questo è un problema piuttosto impegnativo, poiché il cambiamento di O2 atmosferico di anno in anno è piuttosto basso, rispetto alla quantità totale di O2 (qualche ppmv in oltre 200.000 ppmv). Inoltre, buono sia per la CO2 che per l'ossigeno, vi è l'influenza stagionale su base annuale della crescita e del decadimento della vegetazione. Solo dagli anni '90 sono disponibili misurazioni dell'ossigeno con una risoluzione sufficiente. Questi hanno rivelato che c'era meno ossigeno utilizzato rispetto a quanto calcolato dall'uso di combustibili fossili. Ciò indica la crescita della vegetazione come fonte di O2 extra, quindi la vegetazione è un pozzo di CO2, almeno dal 1990. La combinazione di misurazioni di O2 e δ13C ha permesso a Battle ea [ 3 ] di calcolare la quantità di CO2 assorbita dalla vegetazione e come molto dagli oceani. Le tendenze di O2 e CO2 nel periodo 1990-2000 possono essere tracciate in un bel diagramma:
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| Tendenze O2-CO2 1990-2000, cifra dell'IPCC TAR [ 8 ] |
Ciò non dimostra direttamente che tutto l'aumento di CO2 nell'atmosfera provenga dalla combustione di combustibili fossili, ma poiché sia gli oceani che la vegetazione mostrano un assorbimento netto e altre fonti sono molto più lente e/o più piccole (agenti atmosferici delle rocce, sfasamento vulcanico , ...):
C'è solo una fonte veloce possibile: la combustione di combustibili fossili.
1.6 PH e pCO2 dell'oceano:
Se la CO2 aumenta nell'atmosfera con il 50-55% delle emissioni accumulate, una parte viene assorbita dalla vegetazione (vedere il capitolo 1.4), un'altra parte viene assorbita dagli oceani. Quando la CO2 viene assorbita dagli oceani, questa è parzialmente in soluzione nella sua forma originale, ma una parte di essa reagisce con gli ioni carbonato disponibili per formare bicarbonato. Tra il 1751 e il 1994 si stima che il pH medio degli oceani superficiali sia diminuito da circa 8,179 a 8,104 (una variazione di -0,075), sulla base di indagini oceaniche recenti e precedenti [ 9 ].
Ma il pH dell'oceano può essere interpretato dall'altra parte: se per qualsiasi motivo il pH viene ridotto (ad esempio da un evento vulcanico sottomarino con molta SO2), questo porta ad un importante aumento di pCO2 (oceani) e può rilasciare un sacco di CO2 oceanica nell'atmosfera. Ma ciò è in contraddizione con il cambiamento osservato in 13°C : se si liberasse CO2 oceanica (dagli oceani profondi alla superficie e più lontano nell'atmosfera), ciò dovrebbe aumentare il rapporto di 13°C / 12°C sia degli oceani superiori che atmosfera, mentre vediamo il contrario. Inoltre, il rilascio di più CO2 dagli oceani superiori a causa di un pH inferiore ridurrebbe la quantità totale di carbonio (DIC: carbonio inorganico disciolto, cioè CO2 + bicarbonato + carbonato) nello strato superficiale dell'oceano. Ma vediamo la tendenza inversa: DIC sta aumentando nel tempo [ 10 ]. Quindi l'aumento della CO2 atmosferica sta andando negli oceani, non al contrario.
Inoltre, un'altra parte dell'indagine oceanica confronta il pCO2 dell'atmosfera con quello degli oceani a diverse latitudini in oceani diversi. Ciò dimostra che ci sono enormi differenze nel pCO2 oceanico a diverse latitudini a causa dei cambiamenti di temperatura e DIC. Ciò fornisce un rilascio permanente di CO2 nei tropici (pCO2 di massimo 750 µatm negli oceani superiori rispetto a circa 400 µatm per l'atmosfera) e un assorbimento permanente di CO2 negli oceani polari, in particolare nell'Atlantico nord-orientale (minimo 150 µatm vs. 400 µatm). Gli oceani alle medie latitudini sono emettitori/assorbitori stagionali di CO2, a seconda della temperatura dell'acqua e della vita marina (plancton). La differenza globale media annua di pCO2 (atmosfera) - pCO2 (oceani) è di circa 7 ppmv. Ciò significa che, in media, una maggiore quantità di CO2 passa dall'atmosfera agli oceani rispetto al contrario [ 4 ]. Inoltre, diverse indagini nel tempo hanno rivelato che le parti oceaniche che erano fonti nette di CO2 si sono gradualmente trasformate in assorbitori netti.
Sebbene i dati sull'oceano pCO2 siano dispersi nel tempo e nell'area coperta, le tendenze sono chiare che il flusso medio (crescente) di CO2 proviene dall'atmosfera verso gli oceani e non si inverte.
Ciò si aggiunge alla prova generale che le emissioni umane sono la principale causa dell'aumento di CO2 nell'atmosfera.
1.7 I processi coinvolti:
I livelli di temperatura e CO2 sono strettamente associati per periodi molto lunghi, come si può vedere nei nuclei di ghiaccio. Esiste un rapporto abbastanza costante tra i proxy di temperatura ( δD e Delta-O-18) e il livello di CO2 nel periodo Vostok di 420.000 anni, recentemente confermato dal record di 800.000 anni del nucleo del ghiaccio Dome C:
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| Rapporto del nucleo di ghiaccio Vostok tra i livelli di CO2 e la temperatura calcolata dal proxy δ18O [ 11 ]. La maggior parte delle deviazioni proviene dal ritardo di CO2 dopo un cambiamento di temperatura che è maggiore per un raffreddamento che per un riscaldamento. |
I proxy di temperatura di Vostok e di altri nuclei di ghiaccio nell'entroterra sono misurati nel ghiaccio: gli isotopi più pesanti stanno aumentando in rapporto con temperature dell'acqua di mare più alte nell'area di evaporazione dell'acqua, che è in gran parte la maggior parte degli oceani SH. Ad ogni modo, esiste una chiara relazione tra temperatura e livelli di CO2 (circa 8 ppmv/ °C) , dove la CO2 è in ritardo di 800 +/- 600 anni durante una deglaciazione e diverse migliaia di anni durante una glaciazione.
Lo stesso rapporto può essere visto nella media risoluzione (~ 20 anni in media) nucleo di ghiaccio DSS Law Dome:
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| Law Dome: livelli di CO2 delle carote di ghiaccio secondo Etheridge et all 1996 [ 12 ]. |
Se possiamo supporre che la differenza di temperatura tra il MWP (periodo caldo medievale) e la LIA (piccola era glaciale) fosse di circa 0,8°C (Moberg, Esper e molti altri) e la caduta di CO2 fosse di 6 ppmv (con un ritardo di ~ 50 anni), quindi siamo di nuovo intorno agli 8 ppmv/°C per il rapporto CO2-temperatura.
Su periodi più brevi c'è un'influenza diretta di un tasso di temperatura della variabilità del cambiamento sul tasso di CO2 della variabilità del cambiamento:
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| grafico dT/dt contro dCO2/dt dallo strumento Wood for Trees [ 13 ] |
C'è un piccolo ritardo (pi/2) tra le variazioni di temperatura e le variazioni di CO2. Questa è una questione di dinamica del processo: ci vuole tempo per aumentare / diminuire la produzione di CO2 da un aumento della temperatura e ritorno. Per i cambiamenti dinamici con un'alta frequenza relativa, si può dimostrare matematicamente che ciò fornisce un ritardo di pi/2 della frequenza. Poiché il prendere la derivata di entrambe le variazioni di temperatura e CO2 sposta entrambi i pi/2 all'indietro, lo stesso ritardo di pi/2 vale ancora per i derivati.
Inoltre ho usato un fattore 3.5 per il grafico della temperatura: ciò rende le ampiezze della temperatura e il tasso di variazione di CO2 simili. Un simile fattore fortificante può essere derivato per la variazione globale di CO2 e la variazione di temperatura nel corso delle stagioni: un fattore 4-5 tra ppmv CO2 e °C.
Più importante del ritardo è il fatto che non vi è alcuna tendenza nel derivato della temperatura, mentre vi è una tendenza nel tasso di variazione di CO2. Questo perché la temperatura è aumentata più o meno lineare, mentre sia le emissioni di CO2 che l'aumento di CO2 nell'atmosfera sono leggermente quadratici aumentando nel tempo.
Alcuni insistono sul fatto che l'aumento di CO2 nell'atmosfera sia il risultato diretto della leggera variazione di temperatura (0,6°C) negli ultimi 50+ anni. Questo perché se tracciate l'andamento della temperatura con un fattore e un offset con la derivata della CO2, ciò può dare una corrispondenza perfetta nei tempi e nella tendenza della variabilità. Ma questa è una corrispondenza spuria: il tempismo perfetto è perché c'è un ritardo pi/2 di variazioni di CO2 dopo variazioni di temperatura a breve termine. Se prendi la derivata della CO2, c'è uno spostamento pi/2 nel tempo e quindi un tempismo perfetto con la variabilità della temperatura. Pertanto, sebbene matematicamente possibile, non vi è la minima somiglianza con un processo fisico, tranne se e solo se sia la variabilità a breve termine che la tendenza a lungo termine hanno la stessa causa, ma ciò è dimostrato errato.
Vediamo cosa causa la variabilità a breve termine. Innanzitutto i cambiamenti stagionali:
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| CO2 e δ13C cambia nel corso delle stagioni per Barrow e Mauna Loa, dati da [ 6 ] |
Come si può vedere, l'aumento delle temperature in primavera inizia a far crescere le foglie nelle foreste extra-tropicali, che riducono i livelli di CO2 e in particolare 12 livelli di O2, lasciando relativamente di più 13C O2 nell'atmosfera. Ciò dà un aumento di δ13C in primavera-estate, mentre il contrario accade in autunno-inverno.
Ora, cosa provoca la variabilità anno per anno del tasso di variazione:
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| Temperatura, CO2 e δ13C tasso di variazione nel tempo. Dati da [ 6 ] e [ 13 ] |
Come si può vedere: la variabilità anno per anno è di nuovo causata
dalla temperatura, ma il risultato di CO2 è opposto alle variazioni
stagionali: un aumento del tasso di variazione della temperatura
determina un aumento del tasso di variazione della CO2. Ma ancora una volta è la vegetazione a fare la differenza: il tasso di variazione di δ13°C è opposto al tasso di variazione di CO2. In
questo caso si pensa che la vegetazione nelle foreste tropicali soffra
di temperature elevate (e ha cambiato i modelli di pioggia/siccità)
durante El Niño.
Ma anche se la vegetazione è responsabile della maggior parte della variabilità a breve termine, non è responsabile dell'andamento della CO2: la vegetazione è un comprovato assorbimento di CO2, come può essere calcolato dal bilancio dell'ossigeno (vedi capitolo 1.5 ). La terra sta diventando verde ...
Un'analisi di processo più dettagliata viene effettuata nella pagina della variabilità della CO2 .
Pertanto, mentre i cambiamenti di temperatura sono responsabili della variabilità a breve termine e pre-industriale (molto) a lungo termine, la temperatura non è responsabile per l'attuale aumento di CO2 nell'atmosfera.
Ma anche se la vegetazione è responsabile della maggior parte della variabilità a breve termine, non è responsabile dell'andamento della CO2: la vegetazione è un comprovato assorbimento di CO2, come può essere calcolato dal bilancio dell'ossigeno (vedi capitolo 1.5 ). La terra sta diventando verde ...
Un'analisi di processo più dettagliata viene effettuata nella pagina della variabilità della CO2 .
Pertanto, mentre i cambiamenti di temperatura sono responsabili della variabilità a breve termine e pre-industriale (molto) a lungo termine, la temperatura non è responsabile per l'attuale aumento di CO2 nell'atmosfera.
2. Conclusione
Dalle prove disponibili è abbastanza chiaro che le emissioni umane sono la principale causa dell'aumento di CO2 nell'atmosfera. C'è un piccolo influsso della temperatura su questo aumento, poiché gli oceani più caldi emettono un po 'di CO2 (ma i terreni più caldi assorbono più CO2 nella vegetazione!). L'influenza della temperatura è limitata: in base alla variabilità dell'aumento di CO2 attorno all'andamento, il rapporto a breve termine (da stagioni a 2-3 anni) è di 4-5 ppmv/ºC (basato sul Pinatubo 1992 relativo alla temperatura stagionale e opposta e eventi El Niño del 1998). L'influenza a lungo termine della temperatura sui livelli di CO2 (nucleo di ghiaccio Vostok) è di circa 8 ppmv/ºC. Pertanto, al massimo, l'influenza della temperatura sull'aumento della corrente poiché la LIA è 0,8 ºC x 8 ppmv/ºC = 6,4 ppmv dell'aumento di oltre 100 ppmv dall'inizio della rivoluzione industriale.Esistono solo due fonti principali veloci di CO2 nell'atmosfera, oltre alla combustione di combustibili fossili: gli oceani e la vegetazione. La vegetazione non è una fonte di CO2, come ha dimostrato la carenza di ossigeno (vedi capitolo 1.5). Né sono gli oceani, come mostrano la tendenza δ13C (vedi capitolo 1.3) e le tendenze pCO2/pH (vedi capitolo 1.6). Ciò è più che sufficiente per essere sicuri che le emissioni umane siano la causa della maggior parte dell'aumento di CO2 nell'atmosfera nell'ultimo 1,6 secolo.
Quindi possiamo concludere:
Tutte le prove osservate dalle misurazioni su tutta la terra mostrano con prove schiaccianti che gli esseri umani stanno causando la maggior parte del recente aumento di CO2 nell'atmosfera.
Ma...
Che gli umani siano la causa del recente aumento di CO2 non dice nulla sull'influenza dell'aumento di CO2 sulla temperatura!
3. Extra: quanta CO2 umana c'è nell'atmosfera?
Molte persone sono confuse su questo punto: solo un po 'dell'atmosfera è attualmente di origine umana. Questo perché ogni anno circa 150 GtC di CO2 (un po 'meno del 20% del contenuto totale di CO2) vengono scambiati tra l'atmosfera e gli oceani / la vegetazione. Ciò significa che ogni singola molecola di CO2 di origine umana o naturale ha una probabilità del 20% all'anno di essere incorporata nella vegetazione o disciolta negli oceani. Ciò significa che il tempo di emivita (il tempo di "residenza") della CO2 umana nell'atmosfera è solo di circa 5 anni. Ciò è stato confermato dal destino del 14C, aumentato a causa dei test della bomba atomica, dopo che i test si fermarono. Pertanto, se gli esseri umani emettono 8 GtC in un determinato anno, l'anno prossimo circa 6,5 GtC sono ancora di origine umana, il resto viene scambiato con CO2 dagli oceani e dalla vegetazione. Il secondo anno, questo è ancora 5,3 GtC, quindi 4,3 GtC, ecc. Questo non è del tutto accurato, poiché parte della CO2 "umana" ritorna il prossimo anno (i), soprattutto dalla vegetazione, poiché gran parte della vegetazione è una - foglie vecchie di un anno, che marciscono restituiscono una parte elevata della CO2 incorporata negli anni precedenti. Questo è meno il caso degli oceani, dove una parte maggiore della CO2 assorbita scompare negli oceani profondi, dove non è più direttamente rintracciabile. Esistono tecniche per seguire la CO2 umana anche lì, dove usano altri gas di recente produzione umana come i CFC e il picco aggiuntivo di 14CO2 dei test della bomba atomica 1945-1960 per tracciare le emissioni passate. Ad ogni modo, l '"emivita", ovvero il periodo di tempo in cui scompare metà delle singole molecole di CO2 indotte dall'uomo, è di circa 5 anni.
Per periodi più lunghi, gli esseri umani continuano a emettere (attualmente circa 9 GtC / anno) di CO2. L'accumulo negli ultimi anni è quindi di 9 + 7,2 + 5,8 + 4,6 + 3,7 + ... o circa 40 GtC dalle emissioni degli ultimi 30 anni. Questo è solo il 5% dell'atmosfera attuale ...
Alcuni ne deducono che gli esseri umani sono responsabili solo del 5% dell'aumento di CO2 e quindi, per quanto riguarda la temperatura, anche solo del 5% dell'aumento di temperatura. Ma questo è un presupposto sbagliato ...
I paragrafi precedenti riguardano la quantità di CO2 indotta dall'uomo nell'atmosfera. Riguarda l'origine e il destino delle singole molecole di CO2, la cui durata atmosferica è regolata dal turnover stagionale (flussi avanti e indietro) di circa 150 GtC dentro/fuori l'atmosfera da/verso gli oceani e la vegetazione, e non ha nulla a che fare con il il destino della quantità extra di CO2 (come massa) che l'uomo emette, né con l'aumento della quantità totale di CO2 nell'atmosfera come conseguenza di ciò.Quest'ultimo è regolato dagli importi netti che anno dopo anno sono incorporati negli oceani e nella vegetazione. Sono solo 1-7 GtC / anno (variabili a causa della variabilità della temperatura) o in media il 50-55% delle emissioni. L'emivita di questa CO2 aggiuntiva (come massa) è molto più lunga dell'emivita di una singola molecola di CO2: circa 40 anni [ 14 ]. Quindi, se dovessimo fermare tutte le emissioni di CO2 oggi, allora l'aumento di 100 ppmv dall'inizio della rivoluzione industriale sarebbe ridotto a 50 ppmv dopo circa 40 anni, oltre a 25 ppmv dopo 80 anni e 12,5 ppmv dopo 120 anni ...
L'IPCC ha tempi di emivita molto più lunghi, secondo il modello di Berna. Questa è una combinazione di pozzi relativamente veloci (oceani superiori), più lenti (oceani profondi e più permanenti nella biosfera) e molto lenti (intemperie rocciose) per l'aggiunta di CO2. Partono dal presupposto che i primi pozzi relativamente rapidi di CO2 ridurranno la capacità nel corso degli anni. Questo è vero solo per lo strato di superficie dell'oceano, che segue l'atmosfera abbastanza rapidamente (1-3 anni), ma è saturo del 10% del cambiamento nell'atmosfera, a causa del fattore tampone/Revelle. Alcuni media parlano da centinaia a migliaia di anni che la CO2 extra risiederà nell'atmosfera. Questo è vero per l'ultima parte della curva, poiché le quantità minori di CO2 stanno diventando sempre più lente nei lavandini. Ma la maggior parte (87. Il 5%) di CO2 in più scomparirà entro 120 anni in quanto non vi è alcun segno di un rallentamento della capacità di assorbimento degli oceani profondi e della vegetazione.
Da diverse discussioni, so che è abbastanza difficile comprendere i due diversi meccanismi che regolano il destino della CO2 umana nell'atmosfera: il destino delle singole molecole, governato dai tassi di cambio ("turnover") e il destino di un aumento di CO2 totale, regolata dai tassi di assorbimento (capacità del lavandino). Qui provo a dare un esempio di come vedere la differenza:
Diciamo
che inizi la giornata nel tuo negozio con € 1000,00 nel tuo
registratore di cassa, tutti gli euro sono in pezzi da 1 euro, tutti
timbrati in Francia. Durante il giorno, hai circa € 200,00 di spese per la consegna della merce e ricevi € 192,00 di ritorno dalle vendite. Alla
fine della giornata, hai € 992,00 nel tuo registratore di cassa, non
solo con l'euro francese, ma una parte di essi è ora stampata in
Germania, Belgio, Spagna, ...
Il
giorno successivo, si aggiungono al registratore di cassa circa € 16,00
con il proprio denaro personale, solo l'euro con il timbro nei Paesi
Bassi, per iniziare una nuova giornata con € 1008,00. Durante quel
giorno succede lo stesso del giorno precedente: € 200,00 spese, € 192,00
entrate. Quindi la giornata termina con € 1000,00 nel tuo registratore
di cassa, con ora un aumento dell'euro olandese (ma inferiore a quello
che hai aggiunto). Il giorno successivo, aggiungi € 16,00, sempre in
euro nei Paesi Bassi e termina la giornata con € 1008,00. Puoi ripeterlo
per alcune settimane, fino a quando non finisci i soldi personali ...
Nel corso di diverse settimane, vedrai che il numero di euro dai Paesi
Bassi aumenta lentamente in proporzione, ma che l'aumento dell'importo
totale in contanti registrati è solo il 50% di ciò che aggiungi su base
giornaliera. Ciò significa che hai un problema: le tue spese sono
maggiori del tuo reddito.Ciò significa anche che, nonostante gli enormi
scambi giornalieri (che si traducono in una rapida riduzione dell'euro
olandese), ciò non ha alcuna influenza sull'importo totale di denaro che
hai alla fine della giornata, solo ciò che hai aggiunto te stesso e il
differenza (negativa) dei conteggi del saldo totale. In questo caso non
vi è alcuna aggiunta (netta) di denaro dall'attività quotidiana, solo
una perdita giornaliera.
La differenza tra i due tempi di emivita di CO2 è paragonabile da un lato al destino del numero di euro olandesi nel registratore di cassa alla fine di ogni giorno (che dipende dagli importi che sono stati aggiunti e scambiati quel giorno e dalla composizione degli scambi), mentre dall'altro lato, il secondo tempo dipende solo dalla somma totale degli euro aggiunti e da ciò che resta di tutte le transazioni alla fine della giornata. Ciò è indipendente dall'altezza di ogni singola transazione o dal numero di transazioni o dalla composizione delle transazioni: la perdita/guadagno totale alla fine della giornata è ciò che hai guadagnato o perso quel giorno ... In questo caso, c'è una continua perdita di CO2 (come quantità!) aggiunta dall'uomo, il che significa che tutti i flussi naturali di CO2 dentro/fuori l'atmosfera insieme, per un anno intero,aggiunge zero nette aggiunte all'atmosfera: la natura funge da pozzo per la CO2 umana ...
La differenza tra i due tempi di emivita di CO2 è paragonabile da un lato al destino del numero di euro olandesi nel registratore di cassa alla fine di ogni giorno (che dipende dagli importi che sono stati aggiunti e scambiati quel giorno e dalla composizione degli scambi), mentre dall'altro lato, il secondo tempo dipende solo dalla somma totale degli euro aggiunti e da ciò che resta di tutte le transazioni alla fine della giornata. Ciò è indipendente dall'altezza di ogni singola transazione o dal numero di transazioni o dalla composizione delle transazioni: la perdita/guadagno totale alla fine della giornata è ciò che hai guadagnato o perso quel giorno ... In questo caso, c'è una continua perdita di CO2 (come quantità!) aggiunta dall'uomo, il che significa che tutti i flussi naturali di CO2 dentro/fuori l'atmosfera insieme, per un anno intero,aggiunge zero nette aggiunte all'atmosfera: la natura funge da pozzo per la CO2 umana ...
Come mostrato nel capitolo 1, non vi è dubbio che gli umani siano pienamente responsabili della maggior parte dell'aumento di CO2 nel passato (almeno la metà) del secolo, ciò significa che - per quanto vi sia un'influenza della CO2 sulla temperatura - che gli umani può essere responsabile (di una parte) dell'aumento della temperatura. Quanto, questa è una domanda completamente diversa, in quanto dipende principalmente dai feedback (positivi e negativi) che seguono un aumento della temperatura ...
4. Riferimenti
[1] Inventario delle emissioni di biossido di carbonio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE):https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/01/f34/Energy%20CO2%20Emissions%20Impacts%20of%20Clean%20Energy%20Technology%20Innovation%20and%20Policy.pdf
aggiornato per gli ultimi anni all'indirizzo:
http: // www. eia.gov/cfapps/ipdbproject/IEDIndex3.cfm?tid=90&pid=44&aid=8
[2] Concentrazioni medie annue di biossido di carbonio al Mauna Loa Observatory, Hawaii, dal 1958 all'ultimo anno intero, NOAA:
ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2_annmean_mlo.txt
[3] Dissipatori di carbonio globali e la loro variabilità inferita da O2 atmosferico e d13C, Battle ea., Science, Vol. 287 31 marzo 2000.
http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/287/5462/2467.pdf può essere visualizzato con un abbonamento gratuito su Science.
Più aggiornato (fino al 2002) di Bender ea:
http://www.bowdoin.edu/~mbattle/papers_posters_and_talks/BenderGBC2005.pdf
[4] Assorbimento e stoccaggio dell'anidride carbonica nell'oceano: il sondaggio globale sulla CO2 , si trova sulle pagine NOAA: http://www.pmel.noaa.gov/pubs/outstand/feel2331/exchange.shtml
[5] Il ciclo del XIII secolo in natura, Anton Uriarte Cantolla . Alcune figure e testi sono tratti dal libro " Earth's Climate History ".
[6] Record di biossido di carbonio atmosferico e isotopi di carbonio su CDIAC : http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/contents.htm
Ulteriori dati sul "carbon tracker": http://www.esrl.noaa.gov / GMD / dv / iadv /
[7] Prova delle variazioni preindustriali nel sistema di carbonato delle acque superficiali marine da spugne coralline, Böhm ea., GEOCHEMISTRY GEOPHYSICS GEOSYSTEMS, 2002.
http://www.agu.org/pubs/crossref/2002/2001GC000264.shtml
[8] Il ciclo del carbonio e l'anidride carbonica atmosferica, IPCC TAR, capitolo 3, pagina 206, fig. 3.4 http://www.grida.no/climate/IPCC_tar/wg1/pdf/TAR-03.PDF
[9] L'acidificazione degli oceani, secondo Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification#cite_note-key04-1
Sulla base di indagini condotte da Key ea e Orr ea
[10] Tendenze di pH oceanico, DIC, pCO2, ... dati alle Bermuda in fig. 5 di Battle ea
[11] Dati sul core del ghiaccio di NOAA: http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/icecore/current.html
[12] Etheridge ea, GRL 1996, Cambiamenti naturali e antropogenici della CO2 atmosferica negli ultimi 1000 anni dall'aria nel ghiaccio e nell'antartico: http://www.agu.org/pubs/crossref/1996/95JD03410.shtml
[13] Strumento grafico Wood for Trees per diverse serie di temperature rispetto ai dati CO2, http://www.woodfortrees.org/plot/
[14] Calcoli di Peter Dietze sul sito web del defunto John Daly: http://www.john-daly.com/carbon.htm
Fonte: http://www.ferdinand-engelbeen.be/klimaat/co2_origin.html
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