Il rapporto tra CO . atmosferica ₂ livelli e il cambiamento climatico è spesso percepito come un argomento controverso. Sebbene non ci sia un vero disaccordo tra gli scienziati del clima - circa il 90% concorda pienamente sul fatto che l'attività umana è chiaramente responsabile del cambiamento climatico - negli Stati Uniti nel 2016, appena il 50% del pubblico in generale è giunto alla stessa conclusione. Aggiungendo alla confusione generale, "negazionisti del cambiamento climatico" altamente attivi affermano che la temperatura si è evoluta indipendentemente dalla CO ₂ concentrazioni atmosferiche attraverso la storia della Terra, e che quindi la CO . in aumento di oggi ₂ i livelli non sono un problema

Quindi gli scienziati hanno sbagliato la storia? N. CO ₂ ha a lungo contribuito a controllare il clima della Terra, e la sua crescente concentrazione nell'atmosfera e negli oceani è una grave minaccia per l'umanità.

Insieme all'attività solare e all'albedo, i gas serra sono una parte fondamentale del bilancio radiativo terrestre ed esercitano un forte controllo sulla temperatura superficiale. Sebbene il vapore acqueo sia il principale gas serra sulla Terra, CO ₂ attira molta più attenzione perché può guidare attivamente il cambiamento climatico.

Sfortunatamente, l'attività umana fornisce CO ₂ nell'atmosfera a una velocità 70 volte maggiore di tutti i vulcani sulla Terra messi insieme. Di conseguenza, CO . atmosferica ₂ concentrazione (o pCO ₂ ) aumenta e la superficie della Terra si riscalda a un ritmo che nessun fattore naturale può spiegare.

Sappiamo che CO ₂ è un controllo della temperatura e possiamo dimostrarlo in vari modi. Uno di questi è attraverso l'esplorazione della storia della Terra.

Clima e temperatura attraverso i tempi geologici

Usando le rocce, fossili e le loro proprietà chimiche e fisiche, i geologi hanno ricostruito i periodi caldi e freddi della storia della Terra. Per dimostrare il legame tra clima, temperatura e pCO ₂ milioni di anni fa, dobbiamo ricostruire ciascuno di essi in modo indipendente. Fare così, usiamo registratori climatici chiamati "proxy".

La composizione isotopica degli atomi di ossigeno, scritto δ¹⁸O, misurato in antiche conchiglie calcaree, è uno di loro. Ci consente di ricostruire le temperature passate dell'acqua di mare con un noto grado di incertezza che dipende dalla precisione analitica e da come parametri come l'acqua di mare δ¹⁸O, salinità e pH influenzano anche il δ¹⁸O delle conchiglie.

Poiché la storia geologica influenza le rocce e i loro segnali, più torniamo indietro nel tempo, maggiori sono le incertezze. Combiniamo così diverse deleghe e formuliamo ipotesi che migliorano continuamente con anni di ricerca. Stabilire tali ricostruzioni è un lento, processo complicato (a volte doloroso) ma diventano ogni anno sempre più affidabili man mano che le incertezze diminuiscono. Se le incertezze sono troppo grandi, le interpretazioni si basano sulla parsimonia:il modello più semplice deve essere considerato il più verosimile. Ciò che conta è che gli scienziati sappiano stimare le incertezze, e condividerli.

Globale, Le ricostruzioni della temperatura dell'acqua di mare concordano con le osservazioni geologiche della storia del clima:le principali ere glaciali coincidono con la temperatura globale più bassa. In particolare, δ¹⁸O indicano un raffreddamento costante da 50 milioni di anni in poi, portando al clima preindustriale.

La storia di pCO ₂

Esistono proxy per pCO ₂ anche. Ad esempio, i paleontologi contano gli stomi, aperture attraverso le quali le piante respirano, scambiare umidità e assorbire CO ₂ per la fotosintesi, su foglie fossili. Più CO ₂ è abbondante, meno stomi sono necessari. Un fattore che aggiunge un grado di incertezza è che le piante hanno meno stomi in climi più secchi e più in quelli umidi.

Le foglie fossili sono rare e atmosferiche pCO ₂ i dati sono scarsi per i periodi antichi della Terra. In mancanza di dati (sufficienti), la modellazione numerica aiuta a spiegare i dati con un approccio coerente a livello globale che rispetta le leggi fondamentali della fisica. Uno dei più famosi è GEOCARB, un modello geologico del ciclo del carbonio sviluppato per ricostruire pCO ₂ storia di Robert Berner e dei suoi colleghi.

In tempi maggiori di 100, 000 anni, pCO ₂ viene principalmente aggiunto dai vulcani, e perso attraverso due pompe di carbonio:la pompa biologica e la pompa di carbonato.

Durante la fotosintesi, piante e alghe assorbono CO ₂ per costruire la loro materia organica. Quando muoiono, questo CO ₂ potrebbe rimanere intrappolato nei sedimenti. Questa è la pompa biologica. La pompa carbonatica è l'accoppiamento tra l'erosione dei continenti e la precipitazione delle rocce carbonatiche. CO ₂ acidifica le acque superficiali che dissolvono le rocce. Gli elementi disciolti vengono lavati nell'oceano dove vengono utilizzati per costruire materiale calcareo come conchiglie o coralli, che alla fine diventano calcari. Anno dopo anno, queste pompe immagazzinano CO ₂ lontano dall'atmosfera.

Nel passato, i vulcani avrebbero potuto essere più o meno attivi; continenti erano in luoghi diversi, che ha interessato le pompe di carbonio. Berner e colleghi hanno quantificato come l'evoluzione altrimenti nota di quei parametri ha influenzato il ciclo del carbonio e, perciò, pCO . atmosferico ₂ . Conoscevano e mostravano la loro incertezza del modello. I loro risultati dovrebbero essere presentati con una busta di stima, non come un dato valore.

Tempi di pCO . più alti ₂ sono periodi caldi. Al contrario, diminuzione della CO . atmosferica ₂ contenuto innescato periodi glaciali come il Carbonifero e le glaciazioni moderne, con la possibile eccezione dell'Hirnantiano (445 milioni di anni fa). Modelli recenti suggeriscono che per questo periodo remoto, la configurazione tettonica ha giocato un ruolo specifico.

Come gli esseri umani influenzano rapidamente il clima

Nel periodo a partire dal momento in cui i dinosauri si sono estinti (un tempo relativamente recente di 66 milioni di anni fa), i geologi possono contare su molte temperature e CO ₂ proxy oltre a δ¹⁸O o foglie fossili. Più ci avviciniamo alla nostra era, più proxy ci sono e minori sono le incertezze, finché non saremo in grado di collegare dati geologici e di carote di ghiaccio che si supportano a vicenda.

La tettonica ha modificato la circolazione oceanica e ha portato alla costruzione di catene montuose come l'Himalaya. Entrambi i fattori hanno influenzato le pompe del carbonio e il pCO . forzato ₂ diminuire, come evidenziato dalle deleghe e in accordo con le tendenze GEOCARB. Questa diminuzione di pCO ₂ ha portato al raffreddamento osservato e ha portato la Terra all'attuale alternanza glaciale-interglaciale.

Possiamo determinare da carote di ghiaccio e proxy che pCO ₂ oscilla tra 200 e 350 ppm da 2,6 milioni di anni e che è improvvisamente aumentata da 280 a 410 ppm tra il 1850 e il 2018. pCO ₂ si sta dirigendo verso livelli senza precedenti per 5, o anche 30 milioni di anni, quando la Terra era molto più calda di oggi e non erano presenti calotte glaciali atlantiche. Ricostruzioni di temperatura e pCO ₂ può offrirci uno sguardo su ciò che ci aspetta se non rallentiamo CO ₂ emissioni.

Su scale temporali lunghe, quando pCO ₂ aumenta, il riscaldamento stimola le pompe di carbonio, aiutando così pCO ₂ diminuire. Questo feedback negativo può agire come un termostato geologico. Sfortunatamente, è troppo lento per reagire abbastanza rapidamente da compensare le nostre emissioni veloci. Nell'arco di un decennio, il riscaldamento aggrava la CO ₂ rilascio nell'atmosfera. Quando la temperatura aumenta, gli oceani si riscaldano e rilasciano CO . disciolta ₂ all'atmosfera. Per 2,6 milioni di anni, i cicli glaciali e interglaciali sono stati forzati dalle fluttuazioni orbitali della Terra e dalla CO ₂ era solo un feedback positivo interno. Oggi, CO . antropogenico ₂ conduce e amplifica il riscaldamento in corso.

Per effetto del pCO ₂ aumento, la temperatura media superficiale è già aumentata di quasi 1°C tra il 1901 e il 2012. La superficie terrestre è stata molto più calda di oggi in passato e alla fine si raffredderà. Però, le conseguenze dei cambiamenti a breve termine sono disastrose. Oltre a temperature superficiali più elevate, eventi meteorologici estremi, acidificazione degli oceani, lo scioglimento dei ghiacci e l'innalzamento del livello del mare stanno per sconvolgere in modo significativo la nostra vita quotidiana e danneggiare gli ecosistemi che ci circondano.

Earth science helps us understand the past of our planet. We cannot control Earth's orbit, tectonics or oceanic circulation but we can control our greenhouse-gas emissions. The future is for all of us to build.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.