De ce schimbările climatice provoacă o încălzire mai mare pe uscat comparativ cu mările și oceanele?
Creșterea concentrației gazelor cu efect de seră în atmosfera Pământului intensifică fenomenul de seră și conduce la încălzirea suprafeței Terrei. Harta de mai jos evidențiază creșterea temperaturii la 2 metri deasupra solului din anul 1970 până în 2024, conform datelor ERA5 ale serviciului Copernicus al Uniunii Europene. Este evident că amploarea încălzirii nu este aceeași în toate latitudinile și longitudinile geografice ale Pământului, ci pare să urmeze două tipare de bază. Mai precis, creșterea temperaturii este mai mare deasupra uscatului în comparație cu marea și în Cercul Arctic comparativ cu latitudinile geografice mai sudice. Astfel, în perioada 1970–2024, analiza arată că temperatura a crescut cu 1,23°C deasupra mării, cu 1,85°C deasupra uscatului și cu 1,44°C în total. Creșterea temperaturii este, așadar, cu 50% mai mare pe uscat decât pe mare — o diferență care se preconizează că va persista și în viitor. De ce se întâmplă acest lucru?
Figura 1: Modificarea temperaturii la 2 metri deasupra suprafeței în perioada 1970-2024, conform datelor ERA5 din serviciul Copernicus al Uniunii Europene. Schimbarea totală este calculată ca o acumulare a tendinței anuale medii pe parcursul acestor 55 de ani. Sursa foto: Copernicus via Climatebook
În primul rând, apa are o capacitate termică specifică mai mare decât toate corpurile solide din natură, inclusiv solul Pământului. Asta înseamnă că este necesară mai multă căldură pentru a crește temperatura apei, deoarece o parte din această căldură este absorbită de legăturile de hidrogen puternice care țin moleculele împreună și, prin urmare, nu crește energia lor cinetică (adică temperatura). Această caracteristică, combinată cu amestecul continuu dintre straturile de suprafață și cele inferioare ale mării, are ca rezultat rezistența oceanelor la schimbările de temperatură (inerție termică). Este motivul pentru care temperatura mării are o variație sezonieră mai mică decât cea a uscatului și o diferență de fază față de aceasta (de exemplu, temperatura maximă de la suprafață în Marea Ionică are loc, în medie, la mijlocul lunii august, cu aproximativ 10 zile după maximul de temperatură al uscatului învecinat).
Prin raționamentul de mai sus, se încearcă uneori în mod firesc să se explice și faptul că schimbarea climatică provoacă o încălzire mai intensă pe uscat decât pe mare. Dar ce s-ar întâmpla dacă inerția termică a oceanelor ar fi cauza principală a acestui contrast? Să presupunem că, la un moment dat în viitor, concentrațiile gazelor cu efect de seră încetează să crească și lăsăm planeta să ajungă la un echilibru climatic fără alte intervenții, adică temperatura să se stabilizeze. În absența altor procese, pentru ca suprafața planetei să ajungă la un echilibru climatic în fața concentrațiilor crescute de gaze cu efect de seră, temperatura sa ar trebui să crească atât cât este necesar pentru ca radiația emisă de aceasta să fie egală cu radiația incidentă pe care o absoarbe (care crește pe măsură ce fenomenul se intensifică). Magnitudinea acestei creșteri este determinată de legea Stefan-Boltzmann și ar trebui să fie aceeași atât pe uscat, cât și pe mare, deoarece ambele suprafețe sunt supuse aceleiași influențe radiaționale (în engleză: radiative forcing) din cauza distribuției omogene a gazelor cu efect de seră. Din cauza diferenței în capacitatea termică, suprafața uscatului va atinge această creștere relativ repede, în timp ce suprafața oceanului va avea nevoie de câteva secole pentru a se încălzi în aceeași măsură.
Laureatul Premiului Nobel pentru Fizică, Syukuro Manabe, împreună cu colegii săi, au realizat experimentul de mai sus în anul 1991 folosind un model climatic destul de avansat pentru acea perioadă. Au constatat că, atunci când clima a ajuns la un echilibru, creșterea temperaturii mării nu a atins nivelul celei de pe uscat, ci a rămas vizibil mai scăzută. Acesta a fost un prim indiciu că inerția termică a oceanelor nu este motivul principal al încălzirii mai blânde a acestora comparativ cu uscatul.
Mecanismul care a fost favorizat în studiul respectiv, precum și în altele ulterioare, avea legătură cu bilanțul energetic la suprafața planetei. Evaporarea apei este un proces care extrage energie din mediu pentru a rupe legăturile de hidrogen (și deci pentru a transforma apa lichidă în vapori), răcind astfel suprafața. Odată cu încălzirea planetei, energia cinetică a moleculelor de apă crește, ceea ce face evaporarea mai ușoară. Însă, deoarece pe uscat apa este limitată (în special în perioadele și regiunile aride), iar în mare se găsește din abundență, creșterea evaporării — și deci răcirea cauzată de aceasta — este mai pronunțată în mare. Pe uscat, dimpotrivă, energia suplimentară (din cauza intensificării efectului de seră), care nu este consumată în evaporarea apei, duce la creșterea temperaturii prin fluxuri de căldură sensibilă în loc de căldură latentă.
În 2008, o echipă de cercetători de la Universitatea Reading și de la Met Office Hadley Centre din Anglia a propus un alt mecanism important în spatele diferenței dintre încălzirea uscatului și cea a mării. Acesta implică procese din atmosferă și se bazează pe ipoteza realistă că, la o anumită altitudine în troposfera inferioară, nu există nicio neomogenitate în încălzire. Deoarece atmosfera de deasupra oceanelor este mai bogată în vapori de apă, temperatura scade cu înălțimea într-un ritm mai lent decât în aerul uscat de pe uscat. Acest lucru se datorează eliberării căldurii latente de condensare pe măsură ce aerul umed se ridică și se răcește până când atinge punctul de rouă. În condițiile încălzirii globale, aerul poate reține mai mulți vapori de apă (legea Clausius-Clapeyron) și, după cum s-a menționat mai sus, evaporarea crește într-o mai mare măsură pe mare decât pe uscat. Aceste condiții fac ca temperatura aerului mai cald și cu umiditate semnificativ crescută de deasupra mării să scadă cu o viteză și mai mică în funcție de înălțime, în timp ce viteza în profilul corespunzător de pe uscat nu scade în aceeași măsură. Prin urmare, deoarece temperatura la o anumită înălțime a troposferei este aceeași pe ambele suprafețe, iar rata de scădere a temperaturii cu înălțimea scade mai mult pe mare, rezultă că încălzirea pe suprafața terestră va fi mai pronunțată.
Cercetările ulterioare au concluzionat că aceste două mecanisme acționează în paralel și sunt factori mai importanți decât inerția termică a oceanelor. Mecanismele secundare care au fost propuse și care afectează în mod disproporționat încălzirea uscatului și a mării sunt:
Reducerea numărului de nori joși de pe uscat (care încălzesc suprafața);
Reducerea suprafeței de teren acoperită cu gheață sau zăpadă (astfel încât radiația solară reflectată este redusă și terenul este încălzit);
Închiderea porilor frunzelor (stomatelor) în condiții de creștere a concentrației de dioxid de carbon pentru a reține apa (astfel încât transpirația plantelor, un proces care determină răcirea mediului, precum evaporarea, este redusă).
Trebuie subliniat faptul că contribuția fiecărui mecanism și gradul lor de interacțiune în fiecare anotimp al anului și în fiecare regiune a globului sunt dificil de cuantificat cu precizie și fac obiectul cercetărilor de până acum.
Valurile de caldură marine - an factor adițional și un semnal de alarmă
Conform ultimului raport IPCC, la nivel global frecvența de apariție, durata și intensitatea valurilor de căldură a crescut comparativ cu perioada preindustrială. Proiecțiile climatice arată că această modificare a caracteristicilor valurilor de căldură va continua odată cu creșterea temperaturii medii globale.
Există însă și valurile de căldură care se produc în mări sau oceane, numite valuri de căldură marine. În cazul unui val de căldură marin temperatura la suprafața oceanului sau a mării este mare — comparativ cu climatologia pentru o anumită regiune și pentru o anumită perioadă din timpul anului —pentru o perioadă lungă de timp (cel puțin 5 zile consecutive).
Un factor notabil legat de temperaturile mărilor și oceanelor este este cel al valurilor de caldură marine. În Marea Neagră durata medie a valurilor de căldură marine a fost între 13 și 19 zile. Pentru intervalul de timp analizat (1895-2022) a fost observată o creștere a frecvenței de apariție a valurilor de căldură marine între 0.75 și 2.25 cazuri pe 10 ani în special în regiunea de est a Mării Negre. Așadar nu numai că aceste valuri de căldură există și în Marea Neagră dar a crescut atât numărul cât și durata lor începând cu 1985.
Dr. Bogdan Antonescu
este cercetător în domeniul meteorologiei și climatologiei, lector la Facultatea de Fizică a Universității din București și cercetător la Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Fizica Pământului, cu expertiză în studiul furtunilor severe și al fenomenelor meteorologice extreme în contextul schimbărilor climatice. Printre contribuțiile sale se numără dezvoltarea primei climatologii a tornadelor din România și a unei climatologii detaliate a tornadelor din Europa. Bogdan este implicat în proiecte de cercetare și colaborează cu instituții academice și de cercetare pentru a studia impactul schimbărilor climatice asupra fenomenelor meteorologice extreme. Bogdan este, de asemenea, implicat activ în comunicarea științei, promovând înțelegerea publică a schimbărilor climatice și a impactului acestora asupra fenomenelor extreme.
Notă: Acest material a fost preluat de pe platforma Climatebook. Linkul către materialul original este disponibil aici.
