Lo sfruttamento dei combustibili fossili emette CO₂, la principale causa del riscaldamento globale. Credito:Zbynek Burival/Unsplash, CC BY
Il cambiamento climatico potrebbe essere il problema più urgente dei nostri giorni, sia politicamente che in termini di vita sulla Terra. C'è una crescente consapevolezza che il clima globale è una questione di azione pubblica.
Per 11, 500 anni, anidride carbonica atmosferica (CO 2 ) le concentrazioni si aggiravano intorno a 280 ppm (il "normale" preindustriale), con una temperatura superficiale media di circa 15°C. Dalla Rivoluzione Industriale, questo livello è in continuo aumento, raggiungendo 410 ppm nel 2018. Le geoscienze, con la loro attenzione su scale temporali fino a miliardi di anni, sono in grado di rendere estremamente chiaro quanto bruscamente le società industriali siano cambiate e stiano cambiando il clima della Terra.
Clima, gas serra, CO 2 e pozzi di carbonio
Il motore principale del clima terrestre è il sole. La nostra stella eroga una potenza superficiale media di 342 W/m 2 all'anno (circa quello di un asciugacapelli per ogni metro quadrato del pianeta). La Terra ne assorbe circa il 70% e riflette il resto. Se questo fosse l'unico meccanismo climatico, la temperatura media sarebbe di -15°C (sotto il punto di congelamento dell'acqua, 0°C). La vita sarebbe probabilmente impossibile. Fortunatamente, parte dell'energia assorbita viene riemessa sotto forma di radiazione infrarossa, quale, a differenza della luce visibile, interagisce con i gas serra (GHG) presenti nell'atmosfera per irradiare calore verso la superficie terrestre. Questo effetto serra mantiene attualmente la nostra temperatura media intorno ai 15°C.
I principali GHG sono il vapore acqueo e la tanto discussa CO 2 . L'anidride carbonica contribuisce fino al 30% dell'effetto serra totale, il vapore acqueo fornisce circa il 70%. CO 2 , anche se, ha un potere di riscaldamento complessivo che il vapore acqueo non ha. Il vapore acqueo nell'atmosfera ha un tempo di permanenza molto breve (da ore a giorni) e la sua concentrazione può aumentare solo se la temperatura aumenta. CO 2 permane nell'atmosfera per 100 anni e la sua concentrazione non è controllata esclusivamente dalla temperatura. CO 2 è così in grado di grilletto riscaldamento:se CO 2 la concentrazione aumenta, la temperatura media, indipendentemente dalla propria tendenza, crescerà.
È quindi fondamentale capire come la CO . atmosferica 2 è regolamentato. Su scale temporali geologiche (100, 000+ anni), i gas vulcanici sono la fonte primaria di CO 2 , una media di 0,4 miliardi di tonnellate di CO 2 all'anno (0,4 GtCO 2 /y). ma CO 2 non solo si accumula all'infinito nell'atmosfera, fluisce dentro e fuori grazie ad altri processi ambientali, ed è immagazzinato in serbatoi noti come pozzi di carbonio.
L'oceano, per uno, contiene 50 volte più carbonio dell'atmosfera. Però, CO 2 disciolti nell'oceano possono essere facilmente rilasciati verso l'atmosfera, mentre solo i pozzi geologici trattengono la CO 2 lontano dall'atmosfera su scale temporali geologiche.
Il primo pozzo geologico è la materia organica sedimentaria. Gli organismi viventi contengono carbonio organico costituito dalla CO . atmosferica 2 attraverso la fotosintesi, e gli organismi morti vengono spesso inviati sul fondo dell'oceano, laghi, e paludi. Immense quantità di carbonio organico si accumulano così nel tempo nei sedimenti marini e continentali, alcuni dei quali vengono eventualmente trasformati in combustibili fossili (petrolio, gas e carbone).
Le rocce calcaree sono il secondo pozzo geologico. Rocce come graniti o basalti sono alterate dalle acque superficiali, lavare via gli ioni calcio e bicarbonato nell'oceano. Gli organismi marini li usano per costruire parti dure fatte di carbonato di calcio. Quando depositato sul fondo dell'oceano, il carbonato di calcio viene infine sequestrato come calcare.
A seconda delle stime, questi due lavelli combinati ne contengono 50, da 000 a 100, 000 volte più carbonio dell'atmosfera attuale.
Ciclo geologico del carbonio semplificato. Le vasche (nere) mostrano la sedimentazione della materia organica e l'accoppiamento alterazione-sintesi del carbonato. Si oppongono a fonti (grigie):vulcani da oltre 4 miliardi di anni e attività umane termoindustriali da 150 anni. Credito:G. Paris
La storia prima:l'atmosfera terrestre nel tempo
La quantità di CO 2 nell'atmosfera terrestre è variata ampiamente. Decenni di ricerche ci consentono di tracciare le linee principali della storia che inizia dopo che la Terra si è completamente formata 4,4 miliardi di anni fa.
L'atmosfera primitiva della Terra era estremamente ricca di CO 2 (fino a 10, 000 volte i livelli moderni), mentre l'ossigeno (O 2 ) era scarso. Durante l'Archeano (da 3,8 a 2,5 miliardi di anni fa), la vita prima fioriva, si formarono i primi continenti. Gli agenti atmosferici hanno iniziato a tirare CO 2 fuori dall'atmosfera. Lo sviluppo della fotosintesi ha contribuito a diminuire la CO . atmosferica 2 , mentre si eleva O 2 livelli durante il Grande Evento di Ossigenazione, circa 2,3 miliardi di anni fa. CO 2 la concentrazione è scesa a "solo" da 20 a 100 volte il livello preindustriale, per non tornare mai alla concentrazione dei primi eoni della Terra.
Due miliardi di anni dopo, il ciclo del carbonio è cambiato. Verso il tardo Devoniano-inizio Carbonifero (~ 350 milioni di anni fa), CO 2 la concentrazione era intorno a 1, 000 ppm. I mammiferi non esistevano. Nel Devoniano comparvero e si diffusero piante vascolari in grado di sintetizzare la lignina. La lignina è una molecola resistente alla degradazione microbica che ha consentito l'accumulo di enormi riserve di carbonio organico sotto forma di carbone per milioni di anni. In combinazione con l'erosione della catena ercinica (le cui vestigia si trovano nel Massiccio Centrale francese o negli Appalachi), sepoltura di carbonio organico estratta CO . atmosferica 2 fino a livelli simili (o inferiori) a quelli odierni e ha generato una grande era glaciale tra 320 e 280 milioni di anni fa.
Alla fine del Giurassico (145 milioni di anni fa), però, il pendolo aveva oscillato. I dinosauri dominavano la Terra, i mammiferi si sono evoluti, l'attività tettonica è aumentata e la Pangea (l'ultimo supercontinente) si è dislocata. CO 2 è aumentato, a 500 a 2, 000 ppm, ed è rimasto ad alti livelli, mantenere un clima caldo in serra per 100 milioni di anni.
Da 55 milioni di anni, Terra raffreddata come CO 2 diminuito, in particolare a seguito del sollevamento himalayano e di un successivo aumento degli agenti atmosferici e della sedimentazione del carbonio organico. L'evoluzione continua con la comparsa degli ominidi 7 milioni di anni fa. A 2,6 milioni di anni, La Terra è entrata in un nuovo stato caratterizzato da un'alternanza di periodi glaciali e interglaciali a un ritmo regolare guidato dai parametri orbitali della Terra e amplificato dal ciclo del carbonio a più breve termine. CO 2 raggiunto il suo livello preindustriale 11, 500 anni fa, quando la Terra entrò nell'ultima fase interglaciale.
Una nuova storia:la Rivoluzione Industriale
Fino al XIX secolo, la storia del carbonio atmosferico e del clima terrestre era una storia di geologia, biologia ed evoluzione. Quella storia è cambiata drasticamente dopo la rivoluzione industriale, quando gli uomini moderni ( Homo sapiens ), che probabilmente è apparso 300, 000 anni fa, iniziò a consumare combustibili fossili su vasta scala.
Nel 1950, l'aggiunta di CO 2 nell'atmosfera attraverso la combustione di combustibili fossili è stato già dimostrato, tramite la firma isotopica del carbonio della CO 2 molecole (effetto "Suess"). Alla fine degli anni '70, gli scienziati del clima hanno osservato una rapida deriva verso temperature complessive più calde. L'IPCC, creato nel 1988, ha mostrato nel 2012 che la temperatura media è aumentata di 0,9°C dal 1901. Continua a salire. Quel cambiamento potrebbe sembrare modesto rispetto all'ultima deglaciazione, quando la temperatura media è aumentata di circa 6°C in 7, 000 anni, ma è almeno 10 volte più veloce. I parametri naturali come l'attività solare o il vulcanismo non possono spiegare un riscaldamento così rapido. La causa è inequivocabilmente l'aggiunta umana di gas serra nell'atmosfera, e i paesi ad alto reddito emettono più CO 2 per abitante.
Come finirà la nostra storia?
Le società industriali hanno bruciato circa il 25% dei combustibili fossili della Terra in 160 anni e hanno bruscamente invertito un flusso naturale immagazzinando carbonio lontano dall'atmosfera. Questo nuovo flusso generato dall'uomo è invece aggiungendo 28 Gt di CO₂ all'anno, 50 volte più dei vulcani. Il sequestro geologico naturale non può compensare la CO . atmosferica 2 continua a salire.
Le conseguenze sono imminenti, numerosi e terribili:eventi meteorologici estremi, innalzamento del livello del mare, ritiro del ghiacciaio, acidificazione degli oceani, perturbazioni ed estinzioni dell'ecosistema. La stessa Terra è sopravvissuta ad altre catastrofi. Sebbene l'attuale riscaldamento supererà la capacità di adattamento di molte specie, la vita continuerà. Non è il pianeta che è in gioco. Anziché, è il futuro delle società umane e la conservazione degli ecosistemi attuali.
Mentre le scienze della Terra non possono fornire soluzioni per pensare ai cambiamenti necessari nel nostro comportamento e consumo di combustibili fossili, possono e devono contribuire alla conoscenza e alla consapevolezza collettiva dell'attuale riscaldamento globale.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
