Aceasta este prima parte a unui „Explicat” în două părți despre conceptele științifice care stau la baza conceptului de efect de seră și a schimbărilor climatice globale.
Când se vorbește despre încălzirea globală sau despre efectul de seră, principalul concept științific de bază care descrie procesul este forțarea radiativă. Și, în ciuda tuturor controverselor recente legate de scurgerile de e-mailuri și a acuzațiilor privind referințele de slabă proveniență din ultimul raport al Grupului interguvernamental privind schimbările climatice, conceptul de bază al forțării radiative este unul asupra căruia oamenii de știință – indiferent de opiniile lor despre încălzirea globală sau despre IPCC – par să fie cu toții de acord. Dezacordurile intră în joc în determinarea valorii reale a acestui număr.
Conceptul de forțare radiativă este destul de simplu. Energia curge în mod constant în atmosferă sub forma luminii solare care luminează întotdeauna jumătate din suprafața Pământului. O parte din această lumină solară (aproximativ 30%) este reflectată înapoi în spațiu, iar restul este absorbită de planetă. Și, ca orice obiect cald care se află într-un mediu rece – iar spațiul este un loc foarte rece – o parte din energie radiază mereu în spațiu sub formă de lumină infraroșie invizibilă. Scădeți energia care iese din energia care intră și, dacă numărul este diferit de zero, înseamnă că are loc o încălzire (sau o răcire, dacă numărul este negativ).
Este ca și cum ați avea un ceainic plin cu apă, care este la temperatura camerei. Asta înseamnă că totul este la echilibru și nimic nu se va schimba, cu excepția unor mici variații aleatorii. Dar aprindeți un foc sub acel ceainic și, dintr-o dată, va fi mai multă energie care intră în apă decât cea care iese, iar apa va începe să se încălzească.
În concluzie, forțarea radiativă este o măsură directă a cantității în care bugetul energetic al Pământului este dezechilibrat.
Pentru sistemul climatic al Pământului, se pare că nivelul la care acest dezechilibru poate fi măsurat cel mai semnificativ este granița dintre troposferă (cel mai de jos nivel al atmosferei) și stratosferă (stratul superior foarte subțire). Pentru toate scopurile practice, în ceea ce privește vremea și clima, această limită marchează partea superioară a atmosferei.
În timp ce conceptul este simplu, analiza necesară pentru a afla valoarea reală a acestui număr pentru Pământ în acest moment este mult mai complicată și mai dificilă. Mulți factori diferiți au un efect asupra acestui act de echilibrare, iar fiecare dintre ei are propriul nivel de incertitudine și propriile dificultăți în a fi măsurat cu precizie. Iar contribuțiile individuale la forțarea radiativă nu pot fi pur și simplu adunate pentru a obține totalul, deoarece unii dintre factori se suprapun – de exemplu, unele gaze cu efect de seră diferite absorb și emit la aceleași lungimi de undă de radiație în infraroșu, astfel încât efectul lor combinat de încălzire este mai mic decât suma efectelor lor individuale.
În cel mai recent raport al său din 2007, IPCC a realizat cea mai cuprinzătoare estimare de până acum a forțării radiative globale care afectează Pământul în prezent. Ronald Prinn, profesor TEPCO de științe atmosferice și director al Centrului pentru Știința Schimbărilor Globale din cadrul MIT, a fost unul dintre autorii principali ai acelui capitol din cel de-al patrulea raport de evaluare al IPCC. Forțarea radiativă „a fost foarte mică în trecut, când temperaturile medii globale nu creșteau sau scădeau substanțial”, explică el. Pentru comoditate, majoritatea cercetătorilor aleg un an „de referință” înainte de începutul industrializării lumii – de obicei 1750 sau 1850 – ca punct zero și calculează forțarea radiativă în raport cu această bază. IPCC folosește anul 1750 ca an de bază și sunt contabilizate modificările înregistrate de atunci încoace de diverși agenți de forțare radiativă.
Astfel, forțarea radiativă, măsurată în wați pe metru pătrat de suprafață, este o măsură directă a impactului pe care activitățile umane recente – incluzând nu doar gazele cu efect de seră adăugate în aer, ci și impactul despăduririlor, care modifică reflectivitatea suprafeței – îl au asupra modificării climei planetei. Cu toate acestea, acest număr include, de asemenea, orice efecte naturale care ar fi putut, de asemenea, să se fi modificat în acest interval de timp, cum ar fi schimbările în producția soarelui (care a produs un ușor efect de încălzire) și particulele aruncate în atmosferă de vulcani (care produc, în general, un efect de răcire de foarte scurtă durată, sau forțare negativă).
Deși toți factorii care influențează forțarea radiativă au incertitudini asociate, un factor afectează în mod covârșitor incertitudinea: efectele aerosolilor (particule mici în suspensie) din atmosferă. Acest lucru se datorează faptului că aceste efecte sunt extrem de complexe și adesea contradictorii. De exemplu, aerosolii luminoși (cum ar fi sulfații proveniți din arderea cărbunelui) reprezintă un mecanism de răcire, în timp ce aerosolii întunecați (cum ar fi carbonul negru provenit din gazele de eșapament ale motoarelor diesel) duc la încălzire. De asemenea, adăugarea de aerosoli de sulfat în nori conduce la picături mai mici, dar mai abundente, care cresc reflectivitatea norilor, răcind astfel planeta.
„Barele de eroare în forțarea gazelor cu efect de seră sunt foarte mici”, spune Prinn. „Cea mai mare incertitudine în definirea forțării radiative provine de la aerosoli.”
Atunci, având în vedere toți acești factori și gama lor de erori, care este răspunsul? Nivelul actual al forțării radiative, conform IPCC AR4, este de 1,6 wați pe metru pătrat (cu un interval de incertitudine de la 0,6 la 2,4). Acest lucru poate părea puțin, spune Prinn, până când se ia în considerare suprafața totală a Pământului și se înmulțește, ceea ce dă un efect total de încălzire de aproximativ 800 terawați – de peste 50 de ori mai mult decât rata medie de consum de energie la nivel mondial, care este în prezent de aproximativ 15 terawați.
Partea a doua a acestei serii va examina conceptul de sensibilitate climatică, care determină cât de mult se va schimba temperatura planetei din cauza unui anumit forțare radiativă.