Per què atribuïm el problema de l’escalfament global i el canvi climàtic sobretot a l’augment de la concentració atmosfèrica de CO2?

Sostenibilitat

09/05/2024

By Jordi Sardans, investigador CREAF

Un dels reptes més seriosos per al futur de la humanitat és, sens dubte, enfrontar-se i mitigar el canvi global. Un repàs comprensible i basat en les lleis més bàsiques de la química i de la ciència en general ens ha de permetre entendre per què l’atmosfera s’escalfa, i cada cop absorbeix més energia. Aquesta energia, principalment absorbida en forma de calor per certs gasos de l’atmosfera, en gran part es transforma en moviments de les masses d’aire, traduint-se en que les borrasques i anticiclons són més forts cada vegada. Això és la causa que provoca aquests fenòmens extrems com les onades de calor i fred, així com sequeres i episodis de pluges i temporals cada vegada més intensos.

Aquest enduriment de les condicions climàtiques associat a l’escalfament global, se sent en tots els mitjans de comunicació i a la comunitat científica dir que es basa en l’augment de les concentracions a l’atmosfera d’un dels gasos que la formen: el diòxid de carboni (CO2). Però mai s’explica que te aquest gas que no tenen els altres gasos, com per exemple els dos majoritaris a l’atmosfera: l’oxigen (O2) i el nitrogen (N2), que li donen a ell el protagonisme de l’escalfament global i el canvi climàtic en general. D’altra banda, el desconeixement i la manca de comprensió del que està passant pot augmentar quan ens diuen que altres gasos més desconeguts com el metà (CH4) o els òxids de nitrogen com el N2O o el NO2 també col·laboren a escalfar l’atmosfera.

Primer de tot, cal aclarir per què gasos com el CO2, CH4 i N2O o NO2 contribueixen a escalfar l’atmosfera i altres com el O2 i el N2 no. Sense necessitat de tenir gaire coneixements de química, el primer que podem copsar fàcilment és que els gasos del grup del CO2 tenen lletres diferents en la seva fórmula química. Què vol dir això? Doncs que són compostos (molècules) formades per àtoms diferents amb distintes característiques químiques. Per exemple, cada molècula de CO2 està formada per un àtom de carboni i dos d’oxigen. Si tenim en compte que les molècules es formen perquè els àtoms s’ajunten per compartir electrons, formant el que anomenem enllaços químics, en el cas del CO2, l’àtom de carboni (C) comparteix electrons a banda i banda amb un oxigen, tal com podem veure en la figura 1. Aquesta situació es repeteix de forma similar i equivalent en el cas del CH4, el N2O o el NO2, on en el CH4, el C forma enllaços amb els hidrògens (H), i en els òxids de nitrogen, el N forma enllaços amb l’oxigen. Per contra, molècules formades per àtoms iguals com el O2 i el N2 formen enllaços químics entre àtoms iguals. És, doncs, aquest fet; que els enllaços siguin entre àtoms diferents o entre àtoms iguals el que marca la diferència entre els gasos d’efecte hivernacle com el CO2 i els que no tenen efecte hivernacle com el O2, o sigui que els primers puguin absorbir l’energia calorífica que ens arriba del Sol i els segons no.

Figura 1. Estructura molecular del CO2.

Per què uns escalfen i els altres no? Doncs perquè quan els enllaços són entre àtoms diferents, poc o molt, sempre n’hi ha un dels dos que, per tenir unes característiques determinades com el número de càrregues positives del nucli diferent que l’altre, atrau més fort els electrons (càrregues negatives) que formen els enllaços que l’altre àtom que forma l’enllaç químic corresponent. És aquesta asimetria en la distribució de càrregues el que permet que aquestes molècules formades per àtoms diferents, com el CO2, puguin absorbir les radiacions infraroges que provenen del Sol, escalfant-se, cosa que no poden fer les molècules formades pels mateixos àtoms com l’O2. Per anar una mica més a fons en aquesta característica de les molècules formades per més d’un àtom, cal dir que els electrons dels seus enllaços tenen uns nivells de vibració (moviments interns dels àtoms de la molècula per allargaments, contraccions, torsions i vibracions dels enllaços que els mantenen units). Aquests nivells de vibració tenen diferències energètiques de la mateixa magnitud que les de les radiacions infraroges i, per tant, les poden anar absorbint i així vibrar i moure’s cada vegada més i més. Què vol dir això? Doncs que s’escalfen, aquestes vibracions i moviments cada cop més grans fan que xoquin amb altres molècules de l’atmosfera com l’O2 i el N2 que, malgrat no absorbeixen directament els infrarojos degut a aquests xocs, també es mouen i vibren més i, per tant, també acaben escalfant-se. Per tant, l’atmosfera s’escalfa a partir de les radiacions solars que ens arriben a la Terra perquè els gasos formats per més d’un àtom poden absorbir els infrarojos.

Així doncs,els gasos formats per més d’un tipus d’àtom són els que marquen que l’atmosfera s’escalfi més o menys quan és travessada pels infrarojos. I per què és l’atmosfera travessada per infrarojos? Doncs molt senzill: per efectes directes i indirectes deguts a les radiacions solars que ens van arribant dia a dia. Les radiacions solars porten una quantitat notable de radiació infraroja quan ens arriben de l’espai, però a més els materials de la superfície de la Terra, en absorbir l’energia del Sol, part d’ella la tornen a emetre en forma de infrarojos cap a l’espai, travessant l’atmosfera d’avall cap amunt. Així doncs, l’atmosfera és travessada dia i nit per radiacions infraroges.

Què més hem d’afegir per entendre tota l’equació del canvi climàtic i entendre bé les seves causes? Ara sabem que l’atmosfera s’escalfa més o menys si té més o menys gasos formats per més d’un àtom diferent. Doncs fixem-nos que està passant amb aquests gasos. Se sap de cert que en números grossos podem dir que a mitjans del segle dinou, quan va començar la revolució industrial, a la troposfera, la capa baixa de la atmosfera on es desenvolupa la vida i el clima, hi havia uns 280 parts per milió (ppm) de CO2 i que ara anem pels 420 ppm i pujant. Això es deu a que els humans, amb la nostra activitat, hem mobilitzat un percentatge molt elevat dels combustibles fòssils, reserves sedimentades i atrapades a l’escorça de la Terra, provinent de restes de fusta (carbó) o d’organismes sobretot marins (petroli i gas natural). Aquesta mobilització ha passat en gairebé menys de 200 anys. Per tant, des de que hi ha vida més o menys estable als continents, mai el cicle del carboni havia patit un canvi tan gran en tants pocs anys. Molts negacionistes es basen en dir que teníem uns pocs milers de ppm de CO2 en certes èpoques, i és cert. El que no diuen és que els canvis de més o menys 1 ppm a l’any (si fem la mitjana dels últims 140 anys), que és milers de vegades més ràpida de la que mai hi ha hagut, on els canvis naturals de les concentracions de CO2 de 1 ppm es produïen en finestres de temps de molts milers sinó milions d’anys. És més, els darrers vint anys els canvis han estat de més de 2 ppm anuals.

Per tant, l’atmosfera s’està escalfant a una velocitat sense precedents i com a conseqüència el clima també, a una velocitat que és molt superior a la que té el ritme de l’evolució de la vida en el planeta i pot respondre per adaptar-se. A més, altres gasos dels que absorbeixen la radiació infraroja i, com hem vist, contribueixen a escalfar la atmosfera com el metà han augmentat també per causes lligades a les activitats humanes, com per l’augment dels camps d’arròs o dels ramats de bestiar sobretot de bòvids. O els òxids de nitrogen, provinents també i sobretot de la combustió dels derivats del petroli.

Cal recordar finalment que si tota la calor absorbida no es transformés en moviment, l’atmosfera no pararia d’escalfar-se fins a valors de temperatura que farien inviable sostenir els sistemes biològics tal com ara els coneixem, incloent-hi la nostra pròpia espècie. La major part d'aquesta calor que l'atmosfera atrapa cada vegada més a mesura que augmenten els gasos d'efecte hivernacle es converteix en moviment de les masses d'aire a nivell planetari. El moviment es transmet des del nivell de molècula a molècula fins al moviment de les grans masses d'aire a nivell planetari. I per què passa això? Doncs, perquè on arriba la radiació solar amb més intensitat, ara s'escalfa molt més ràpidament que on arriba amb menys intensitat. A l'equador, on la radiació solar arriba amb el màxim nombre d'hores i amb la màxima intensitat, es produeix un escalfament més ràpid que a les zones més properes als pols. Això provoca que els moviments d'aire a gran escala, les evaporacions d'aigua (és a dir, la formació d'anticiclons i borrasques) siguin més freqüents i/o més intensos. D'aquí provenen les onades de calor i fred que cada vegada són més intenses, així com les sequeres i tempestes més fortes que ocorren amb més freqüència. Tot això és la conseqüència de l'energia captada en forma de calor que es converteix en moviment de les masses d'aire, ja sigui en forma d'anticiclons o de borrasques.

Evidentment, això no afectarà de la mateixa manera a tot el planeta. Les grans zones de formació de borrasques i anticiclons estan distribuïdes per la Terra segons la situació latitudinal. Atès que la Terra gira al voltant del Sol amb un angle d’inclinació, les zones properes a l’equador sempre reben la màxima insolació, és a dir, la màxima quantitat d’energia del Sol, incloent-hi els infrarojos. En canvi, a les zones temperades, experimentem un estiu que coincideix quan la Terra està orientada cap al hemisferi nord o sud. Això provoca, per exemple, que la zona de l’equador sigui un lloc on l’aire s’escalfa més ràpidament, es torna més lleuger i té una tendència a pujar, absorbint humitat i formant, així, borrasques. Les masses d’aire de banda i banda tendeixen a omplir l'espai deixat per l'aire que puja, creant zones d’altes pressions o anticiclons als tròpics.

Fixeu-vos en la figura 2, on tot això està associat a la formació de cel·les de moviment d’aire. Per exemple, la cel·la del tròpic nord mostra com l’aire puja des del nivell de l’equador fins a les capes altes de la troposfera, viatja cap a la zona del tròpic nord, baixa a la superfície i retorna cap a l’equador per omplir l’aire que s’eleva a aquesta regió, ja que és on l’aire s’escalfa més.

Figura 2. Representació esquemàtica de les grans zones mundials de formació de borrasques i anticiclons.

A la Mediterrània, estem molt a prop del tròpic de Capricorn, especialment a l’estiu de l’hemisferi nord, el que significa que tenim una alta probabilitat que ens afectin anticiclons, que cada vegada seran més forts, agreujant els episodis de temps assolellat i sense pluges. A l’hivern, en canvi, les cel·les de moviment d’aire es desplacen de nord a sud, col·locant la Mediterrània entre les zones d’anticiclons tropicals i la formació de borrasques a la regió del cercle polar. Això fa que el clima sigui més variable pel que fa a la presència de borrasques i anticiclons.

Tot i així, la major part de l’any estem més propers a la zona de formació d’anticiclons, i, per tant, en el context del canvi climàtic, es preveu que continuarem rebent més anticiclons que borrasques. No obstant això, els anticiclons que es formen més a prop seran més grans, amb més energia, i serà més difícil que les borrasques més llunyanes els puguin desplaçar, dificultant així les precipitacions. En tot cas, tard o d'hora, alguna borrasca prou forta es farà lloc entre els anticiclons i portarà pluges. A causa de la seva forta intensitat, les pluges seran més abundants. Això implica que rebrem més precipitacions, però mal repartides, amb episodis de fortes tempestes i una proporció major de pluja torrencial respecte al total, encara que la quantitat total d'aigua caiguda pot ser igual o inferior, limitant-ne l'aprofitament i augmentant la capacitat per causar danys en cas de pluges intenses

Categorías: Sostenibilitat