Σε προηγούμενο άρθρο μας είχαμε αναφερθεί στον ιδιαίτερο ρόλο του μελτεμιού , όχι μόνο στη διαμόρφωση των θερμοκρασιών του αέρα στην επιφάνεια , αλλά στη θάλασσα , καθώς και στον ρόλο του για την ανάδευση του φυτοπλαγκτόν που είναι σημαντικό για την αλιεία. Σήμερα θα αναφερθούμε στους ωκεανούς , τονίζοντας κάποια ειδικά χαρακτηριστικά τους που αποτελούν βασικό παράγοντα για το ρόλο τους στην κλιματική αλλαγή που ίσως σε πολλούς δεν είναι γνωστά . Όπως όλοι γνωρίζουμε οι ωκεανοί της Γης καλύπτουν το 71% της επιφάνειάς της Γης και περιλαμβάνουν το 97% του νερού της . Εάν μας ενδιαφέρουν οι παράγοντες που επηρεάζουν το παγκόσμιο κλίμα, πρέπει να δούμε οπωσδήποτε και τους ωκεανούς. Μπορούμε να κάνουμε υπολογισμούς για να συγκρίνουμε την αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών και της ατμόσφαιρας, όταν η ίδια ποσότητα θερμότητας προστίθεται και στα δύο .
Αυτός ο υπολογισμός όπως θα δούμε παρακάτω αποκαλύπτει ότι η θερμοχωρητικότητα στους ωκεανούς είναι περίπου 1000 φορές μεγαλύτερη από αυτή της ατμόσφαιρας και επομένως οι ωκεανοί θα υποστούν χαμηλότερη αύξηση της θερμοκρασίας για την ίδια ποσότητα της θερμότητας που απορροφάται.
Αυτό σημαίνει πως τα όποια χρονοδιαγράμματα για την κλιματική αλλαγή θα καθυστερήσουν και οφείλονται κυρίως στη θερμική μάζα των ωκεανών και όχι της ατμόσφαιρας.
Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει πως η θερμοκρασία δεν θα αυξηθεί – αλλά σημαίνει πως το χρονοδιάγραμμα θα είναι πολύ πιο μακροπρόθεσμο από ότι είχε γενικά υποτεθεί. Ας δούμε πρώτα ένα ενδιαφέρον βίντεο και αργότερα κάνουμε τον υπολογισμό
Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.
If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.
Η μεγάλη θερμοχωρητικότητα : ένας υπολογισμός
Αν η ίδια ποσότητα θερμότητας προστεθεί σε ωκεανούς και ατμόσφαιρα, μπορούμε να συγκρίνουμε πώς θα αυξηθεί η θερμοκρασία. Για λόγους απλοποίησης θα χρησιμοποιήσουμε προσεγγιστικά στοιχεία σε ολόκληρο το κείμενο.
(Η θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας είναι η ποσότητα της ενέργειας που χρειάζεται για να αυξήσει τη θερμοκρασία κάθε χιλιογραμμαρίου της κατά ένα βαθμό Κέλβιν (Κ) – το οποίο είναι το ίδιο με ένα βαθμό Κελσίου.)
-
ΩΚΕΑΝΟΙ
Μάζα των γήινων ωκεανών = 1.3 x 1021 kg
Θερμοχωρητικότητα θαλασσινού νερού = 4.0 x 103 J kg-1 K-1
Θερμοχωρητικότητα ωκεανών = ~ 1.3 x 4.0 x 1024 = 5.2 x 1024 J K-1
Επομένως, 5,2 x 1024 J ενέργειας θα χρειαστούν για να αυξηθεί η θερμοκρασία των ωκεανών κατά 1 Κ.
2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ
Μάζα της γήινης ατμόσφαιρας = 5.1 x 1018 kg
Θερμοχωρητικότητα αέρα = ~ 1.0 x 103 J kg-1 K-1
Θερμοχωρητικότητα ατμόσφαιρας = ~ 5.1 x 1.0 x 1021 = 5.1 x 1021 J K-1
Επομένως, περίπου 5 x 1021 J ενέργειας θα χρειαστούν για να αυξηθεί η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας κατά 1 Κ.
Επομένως προκύπτει η αναλογία:
Θερμοχωρητικότητα ωκεανών / Θερμοχωρητικότητα ατμόσφαιρας = 5.2 x 1024 / 5.1 x 1021 = ~ 1000 J K-1
Αυτό σημαίνει ότι, σε τιμή θέρμανσης 1 W (1 J s-1) ανά τετραγωνικό μέτρο σε ολόκληρη τη γήινη επιφάνεια θα χρειαστούν περίπου 116 μέρες για να προκληθεί αύξηση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας κατά 1 °C, αλλά 324 χρόνια για να προκληθεί η ίδια αύξηση στη θερμοκρασία των ωκεανών.
Οι ωκεανοί καταβόθρες αλλά και πηγές CO2
Οι ωκεανοί έχουν ζωτικής σημασίας ρόλο στην απορρόφηση του CO2. Το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώνεται από την καύση των ορυκτών καυσίμων και από άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες καθώς επίσης και από την βιόσφαιρα, απορροφάται είτε στην ατμόσφαιρα είτε στους ωκεανούς. Αν και η ατμόσφαιρα της Γης περιλαμβάνει 3 τρις (3 × 1012) τόνους διοξειδίου του άνθρακα, περίπου 50 φορές περισσότερο CO2 εντοπίζεται στους ωκεανούς.
CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)
H2CO3(aq) ⇌ HCO3– (aq) + H+ (aq)
Οι αντιδράσεις αυτές μειώνουν την συγκέντρωση του διαλυμένου CO2, με αποτέλεσμα περισσότερο CO2 να απορροφάται από την ατμόσφαιρα.
Στην επιφάνεια των ωκεανών, το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας διαλύεται στο νερό. Αντιδρά με το νερό για να σχηματιστεί το ανθρακικό οξύ (H2CO3), τα όξινο ανθρακικό (διττανθρακικό, HCO3–) και ανθρακικό (CO32-) ιόντα
Το διαλυμένο CO2 στην επιφάνεια, στην συνέχεια, διασκορπίζεται μέσα στα βάθη των ωκεανών μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αντλία διαλυτότητας. Επειδή το CO2 είναι πιο διαλυτό σε κρύο από ότι σε ζεστό νερό και τα βάθη των ωκεανών είναι πιο κρύα από την επιφάνεια, το CO2 μετακινείται από την επιφάνεια στα βαθύτερα στρώματα των ωκεάνιων νερών.
Εικόνα : Η διαλυτότητα του διοξειδίου του άνθρακα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας
Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.
If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.
Εάν υπάρξει αύξηση της θερμοκρασίας του ωκεανού τότε περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα θα απελευθερωθεί λόγω της χαμηλότερης διαλυτότητας σε υψηλές θερμοκρασίες. Το επιπλέον CO2 μπορεί να συμβάλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, αυξάνοντας την ωκεάνια θερμοκρασία ακόμη περισσότερο και απελευθερώνοντας ακόμα περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα, και ούτω καθεξής – δημιουργώντας ακόμη έναν θετικό βρόχο ανάδρασης και οδηγώντας πιθανώς σε υπέρβαση του φαινομένου του θερμοκηπίου.
Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.
If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.
Επομένως για το ποιο ρόλο παίζουν οι ωκεανοί στην κλιματική αλλαγή , η απάντηση είναι περίπλοκη. Οι ίδιοι οι ωκεανοί μπορούν να απορροφήσουν θερμότητα και να δράσουν ως αντλίες για το διοξείδιο του άνθρακα – αλλά όσο η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται, μπορεί να συμβεί ένας θετικός βρόχος ανάδρασης. Μέχρι στιγμής, η καθαρή επίπτωση των ωκεανών στη κλιματική αλλαγή δεν έχει πλήρως γίνει σαφής , η μελέτη των θαλασσίων ρευμάτων χρειάζεται περισσότερο χρόνο, αλλά συνεχίζεται η μελέτη τους καθώς όσο αναπτύσσονται περισσότερα σύνθετα μοντέλα , αποκτούμε μια καλύτερη ιδέα για το μέλλον του πλανήτη.Σε επόμενο άρθρο θα εξετάσουμε τον ρόλο των ωκεανίων ρευμάτων, του παγοκαλύμματος και των υδρατμών .
Πηγή : Science in School -Tim Harrison, Anwar Khan, Dudley Shallcross