Exercicis: El canvi climàtic

Observa l'esquema de l'efecte d'hivernacle. Explica què representa cada fletxa numerada (1, 2 i 3), per què l'efecte d'hivernacle natural és imprescindible per a la vida a la Terra i en què consisteix la seva alteració per causa humana.

Esmenta tres gasos d'efecte d'hivernacle, indica la font principal de cadascun i assenyala quin d'ells contribueix més a l'escalfament actual i per què.

Relaciona el cicle del carboni amb l'augment de $\text{CO}_2$ atmosfèric des de la Revolució Industrial, anomenant els dos processos humans que més contribueixen a aquest augment.

Diferencia temps meteorològic i clima, i explica per què una setmana de fred intens a l'hivern no contradiu la tendència a l'escalfament global, recolzant-te en la diferència entre una dada puntual i una mitjana a llarg termini.

Explica què és l'albedo d'una superfície, quines superfícies terrestres tenen albedo alt i quines baix, i per què la fusió del gel marí de l'Àrtic redueix l'albedo mitjà del planeta.

Esmenta dues evidències del canvi climàtic observades a Espanya (retrocés de les glaceres pirinenques, avançament de les floracions, augment de les onades de calor, pujada del nivell del mar al litoral) i explica en què consisteix cadascuna.

Explica què és el segrest de carboni i esmenta dos embornals naturals de carboni (boscos, sòls, oceans, torberes), indicant com emmagatzemen el carboni i durant quant de temps.

Què és una onada de calor i com es defineix meteorològicament? Explica per què, en un clima més càlid, s'espera que siguin més freqüents, més llargues i més intenses encara que la temperatura mitjana només pugi un o dos graus.

Descriu dues conseqüències del canvi climàtic ja observables en els ecosistemes de la península Ibèrica i explica el mecanisme físic o biològic que les produeix.

Diferencia les estratègies de mitigació i d'adaptació enfront del canvi climàtic i posa dos exemples concrets de cadascuna, indicant a quina escala (local, nacional o global) s'apliquen.

La concentració de $\text{CO}_2$ atmosfèric ha passat d'unes $280\ \text{ppm}$ a l'època preindustrial a unes $420\ \text{ppm}$ en l'actualitat. Calcula l'augment percentual i discuteix què hauria passat amb els ecosistemes si aquest augment s'hagués produït en segles en lloc de menys de dos.

El nivell del mar puja per dues causes principals: l'expansió tèrmica de l'aigua en escalfar-se i l'aportació d'aigua de les glaceres i mantells de gel continentals. Explica tots dos mecanismes i raona, amb el principi d'Arquimedes, per què la fusió del gel marí flotant gairebé no contribueix a la pujada.

La temperatura mitjana de la península Ibèrica ha pujat ja més de $1{,}5\ \text{°C}$ des de l'època preindustrial. Explica quines conseqüències té aquest escalfament sobre el mantell de neu de les muntanyes espanyoles i com canvia el règim de cabals dels rius que hi neixen (més aigua a l'hivern, menys a l'estiu).

L'IPCC treballa amb escenaris d'emissions, des del molt ambiciós fins al molt alt. Explica què és un escenari climàtic, per què la ciència no pot anunciar una única temperatura futura i quin paper juguen les decisions humanes (energia, economia, demografia) en la forquilla de resultats.

Molts països s'han compromès a la «neutralitat de carboni» per al 2050. Explica què significa arribar a emissions netes zero, quin paper juguen en el balanç les absorcions per embornals i per què no equival a deixar d'emetre per complet.

Les maresmes i les praderies de Posidonia emmagatzemen grans quantitats de carboni en els seus指向sediments («carboni blau»). Explica per què són embornals especialment eficaços i duradors, i raona què passa amb aquest carboni quan una maresma s'asseca o una praderia és destruïda per fondejos i obres.

En un debat sobre canvi climàtic, una persona afirma: «El clima sempre ha canviat per causes naturals. A més, com que l'aigua càlida reté menys gas dissolt, l'augment contemporani del $\text{CO}_2$ atmosfèric és una conseqüència de l'escalfament natural dels oceans i no de les activitats humanes».\na) Compara la velocitat de l'escalfament actual amb la de les transicions climàtiques del passat geològic (com les desglaciacions quaternàries) i dedueix per què la rapidesa del canvi modern descarta els cicles orbitals de Milankovitch com a causa principal.\nb) Utilitza l'equilibri del sistema carbonatat marí i les dades d'acidificació oceànica (descens continuat del pH marí) per refutar la idea que el $\text{CO}_2$ procedeix de la desgasificació oceànica.\nc) Explica com l'observació d'un escalfament de la troposfera acoblat a un refredament de l'estratosfera permet descartar que el canvi estigui causat per un augment de l'activitat solar i confirma el paper de l'efecte d'hivernacle.

Dissenya un pla de mitigació per a la teva localitat: tria tres sectors (per exemple energia, transport i embornals de carboni) i justifica, per a cada actuació proposada, com redueix emissions o augmenta absorcions i quins cobeneficis aporta.

Imagina que l'escalfament global sobrepassa el llindar de $+1{,}5\ \text{°C}$, desencadenant processos accelerats a les altes latituds boreals.\na) Modela mitjançant un diagrama de flux de causes i efectes la interacció entre la fusió estival del gel marí àrtic i el balanç radiatiu oceànic. Preveu l'impacte d'aquest bucle sobre l'absorció de calor de l'aigua i la formació de gel en els hiverns successius.\nb) A les turberes i sòls de permafrost en desgel es formen llacunes termocàrstiques. Raona en quines condicions biogeoquímiques la descomposició de la matèria orgànica alliberarà predominantment $\text{CH}_4$ en comptes de $\text{CO}_2$, i justifica, en funció de la capacitat de forçament radiatiu relatiu d'ambdós gasos, per què això agreuja el forçament a curt termini.\nc) A partir d'ambdós mecanismes, justifica què és un «punt de no retorn» (tipping point) i argumenta per què, un cop sobrepassat, el cessament total de les emissions antròpiques podria no ser suficient per aturar l'escalfament.

Per determinar les causes de l'escalfament global recent, un equip de recerca analitza les següents observacions empíriques:\n1. La irradiància solar total oscil·la en cicles d'11 anys però mostra una lleugera tendència descendent des de 1980, mentre que la temperatura mitjana global ascendeix de manera continuada.\n2. Les grans erupcions volcàniques provoquen caigudes tèrmiques globals de $0{,}2$ a $0{,}5\ \text{°C}$ que duren entre 1 i 3 anys, després de les quals l'escalfament es reprèn.\n3. Els models climàtics només aconsegueixen reproduir l'escalfament observat a partir de 1970 quan incorporen les emissions antròpiques de gasos d'efecte d'hivernacle i aerosols.\n4. El quocient isotòpic $^{13}\text{C}/^{12}\text{C}$ ($\delta^{13}\text{C}$) al $\text{CO}_2$ atmosfèric descendeix alhora que es dilueix la concentració de l'isòtop radioactiu $^{14}\text{C}$ (efecte Suess).\na) Defineix forçament radiatiu (en $\text{W/m}^2$) i, basant-te en les dades 1 i 2, dedueix el signe net del forçament solar i volcànic durant les darreres quatre dècades.\nb) A partir de la dada 3, justifica per què les simulacions climàtiques demostren que el forçament antròpic és el factor causal determinant i no una correlació espúria.\nc) Amb la dada 4, dedueix quin tipus de font de carboni (emissions volcàniques, biomassa vegetal viva o combustibles fòssils) no té $^{14}\text{C}$ i està empobrida en $^{13}\text{C}$, demostrant l'origen de l'excés de $\text{CO}_2$.

Analitza les disparitats geogràfiques de l'escalfament a partir d'aquesta situació:\nEn els darrers estius, la península Ibèrica ha registrat onades de calor històriques vinculades a dorsals anticiclòniques estancades, mentre que l'Àrtic s'escalfava a un ritme gairebé tres vegades superior a la mitjana global (amplificació àrtica).\na) Explica la seqüència de retroalimentacions físiques (balanç radiatiu, albedo del gel/neu i absorció oceànica) responsable que l'Àrtic experimenti un escalfament molt més intens que la resta del planeta.\nb) El corrent en jet polar (jet stream) depèn del gradient tèrmic entre el pol i les latituds temperades. Preveu com afecta l'amplificació àrtica a la velocitat i a l'ondulació del jet, i dedueix per què això propicia situacions meteorològiques extremes i persistents (bloquejos anticiclònics, DANA) sobre latituds mitjanes.\nc) En una conca semiàrida mediterrània, analitza el bucle sòl-atmosfera: preveu què passa amb la partició entre calor sensible i calor latent quan el sòl esgota la seva humitat a la primavera i justifica com amplifica aquest fenomen les temperatures extremes estivals.

Una estació d'esquí a $1800\ \text{m}$ d'altitud als Pirineus ha vist reduïda la seva temporada mitjana de neu natural de 120 a 75 dies en les últimes tres dècades. Per mantenir l'activitat econòmica, l'empresa gestora projecta construir una bassa de $200\,000\ \text{m}^3$ d'aigua i instal·lar canons de neu artificial per cobrir el $80\ \%$ del domini esquiable.\na) Justifica per què aquesta solució tècnica es pot considerar un exemple de «maladaptació», analitzant el seu balanç energètic, la seva petjada de carboni i l'impacte sobre la disponibilitat hídrica dels ecosistemes fluvials aigües avall.\nb) Si la isoterma de $0\ \text{°C}$ a l'hivern ascendeix $150\ \text{m}$ addicionals durant les pròximes dècades, avalua els límits termodinàmics de la producció de neu tècnica (temperatura de bulb humit) i prediu la viabilitat de l'estació a mitjà termini.\nc) Dissenya una proposta alternativa d'adaptació socioeconòmica i ecològica per a la vall que substitueixi el monocultiu de la neu, justificant com diversifica l'ocupació i protegeix la biodiversitat alpina.

Per tenir un $50\ \%$ de probabilitats de limitar l'escalfament a $1{,}5\ \text{°C}$, el pressupost de carboni romanent mundial s'estima en unes $250\ \text{Gt}$ de $\text{CO}_2$. Actualment, la humanitat emet aproximadament $40\ \text{Gt}$ anuals.\na) Demostra matemàticament que, si les emissions mundials es reduïssin de manera lineal a partir d'avui fins a assolir el zero net, el temps disponible per arribar a la neutralitat sense esgotar el pressupost de $250\ \text{Gt}$ seria de només $12{,}5$ anys (enfront dels $6{,}25$ anys si es mantinguessin constants). Dedueix la implicació d'aquest desfasament temporal per a les polítiques de mitigació immediata.\nb) Explica per què l'escalfament acumulat depèn de les emissions històriques acumulades i no del flux d'emissió anual, deduint per què estabilitzar les emissions en un valor constant no frena la pujada de les temperatures.\nc) Molts escenaris de mitigació preveuen un «sobreimpuls» (overshoot), assumint que superarem el pressupost i després refredarem el planeta mitjançant tecnologies d'absorció de $\text{CO}_2$. Avalua críticament dos riscos biofísics o ecològics de fiar l'estabilitat climàtica a aquestes tecnologies.

Analitza les dades següents de dos països davant d'una cimera internacional del clima:\n• País A (país desenvolupat): Població: 40 milions; emissions històriques acumulades (1850-2020): $18\ \%$ del total mundial; emissions actuals per càpita: $12\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$/any; PIB per càpita: $42\,000\ \text{€}$.\n• País B (petit estat insular en desenvolupament): Població: 1 milió; emissions històriques acumulades: $<0{,}05\ \%$; emissions actuals per càpita: $1{,}2\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$/any; PIB per càpita: $3\,000\ \text{€}$; el seu territori pateix la salinització d'aqüífers i l'erosió costanera irreversible per l'ascens del nivell del mar.\na) Aplica el principi de «responsabilitats comunes però diferenciades i capacitats respectives» per justificar quines obligacions concretes de finançament i mitigació ha d'assumir el País A respecte al Fons de Pèrdues i Danys en benefici del País B.\nb) El País A proposa fixar una retallada idèntica del $40\ \%$ en les emissions de tots els països respecte als seus nivells actuals per al 2035. Avalua amb criteris de justícia climàtica i desenvolupament socioeconòmic l'impacte asimètric d'aquesta proposta sobre el País B.\nc) Dissenya un criteri equitatiu de repartiment de l'esforç de mitigació que ponderi les emissions acumulades històriques, les emissions per càpita i l'índex de desenvolupament humà, justificant per què l'equitat és un requisit indispensable per a l'eficàcia dels acords climàtics.