En tota la història geològica de la Terra el canvi climàtic ha estat una constant. L'anàlisi dels factors, diguem-ne millor de les variables que controlen i regeixen els canvis en la temperatura, les precipitacions i les condicions atmosfèriques és una qüestió que s'ha d'abordar necessàriament de la perspectiva de la complexitat.
No cerquem relacions simples de causalitat directa d'un sol factor en l'evolució climàtica històrica, ni tampoc de l'actual. De variables n'hi ha moltes i encara més n'hi deu haver que se'ns escapen.
Provem, doncs, d'acostar-nos-hi per mitjà d'uns exemples que necessàriament simplificarem i sempre de la perspectiva que pugui tenir en compte unes quantes variables.
Vegem doncs una primera situació: quina va ser l'evolució del clima, si bé a grans trets, durant l'escomesa de la colonització dels continents per les plantes i l'augmentació de l'oxigen de l'atmosfera. Un bon exemple. Recordem l'evolució en la gràfica:
En la Fig.1 hi veiem l'escomesa clara que fan els sers vius modificant la composició de l'atmosfera de la planeta, una veritable revolució en l'ecologia. L'oxigen atmosfèric puja com més va més, puja també la protecció de l'ozó i -recordem-ho, és molt important- també els incendis forestals.
Quines en són les conseqüències per al clima en aquell moment històric? Vegem-ho en una imatge:
La gràfica climàtica resultat de l'escomesa és antagònica a la de l'oxigen: l'oxigenació de l'atmosfera i la consolidació de l'escut d'ozó varen refredar la nostra planeta. En la part superior de la gràfica hi tenim representades l'evolució de la temperatura segons diferents mètodes de càlcul i en diferents zones geogràfiques. A la part inferior hi ha l'evolució dels canvis eustàtics, això és, del nivell relatiu de la mar.
En primer lloc, i molt important: tinguem molt present que provarem d'entendre què ha passat en un canvi climàtic que va durar més de 200 milions d'anys. No ens pot fallar aquesta perspectiva. Provarem d'entendre uns esdeveniments reculats més de 400 milions d'anys en el temps, els més antics. No podem pretendre de treure el trellat dels petits detalls.
Mirarem de fer una aproximació en una anàlisi necessàriament multivariable, això vol dir que tindrem en compte variables diferents i després provarem de fer-ne una composició conjunta.
Concentracions de CO2
La mesura de les concentracions de CO2 en èpoques tan reculades no la podem fer directament. Hem de fer servir mètodes indirectes, testimonis químics que interpretem com a indicadors però que no són una mesura real. No tenim mostres de l'atmosfera de l'època, cosa que sí que en disposem dels darrers períodes més recents de la història geològica.
En la gràfica següent confrontem la concentració de CO2 amb la concentració d'oxigen. Per simplificar-ho hi ha representats tan sols tres dels molts models que s'han fet en investigacions diferents fent servir indicadors de diversa mena.
https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119665
Les gràfiques són entenedores i clares: La escomesa de l'oxigen arriba acompanyada per una davallada més o menys sincrònica del diòxid de carboni. Qüestió: els models estimatius del CO2 diferents presenten diferències molt considerables en els nivells, de l'ordre del miler de ppm de CO2.
Si aquesta correlació de dades ens l'agafem com a cosa ben certa, podem pensar que ja en l'era Paleozoica hi havia una correlació entre la temperatura de la planeta i la concentració de CO2 atmosfèric.
En bona raó, ens ho podíem esperar. Si la colonització de les terres emergides per les plantes va augmentar la quantitat de fulles verdes que feien fotosíntesi, això, ho sabem prou bé, havia de consumir el CO2 atmosfèric. Mirem d'aprofundir una mica: Hi ha un topall?
Teòricament podria produir-se l'eliminació completa del CO2 atmosfèric?
Molt difícil que passi, i encara menys en èpoques més antigues en què la Terra era més jove, doncs l'activitat volcànica contínuament emet CO2 que va a parar a l'atmosfera i la respiració dels éssers vius, animals i plantes, també. A més, els ocèans fan d'embornals de CO2. Però si fem la hipòtesi hauríem d'arribar a la conclusió que la producció primària s'aturaria perquè sense CO2 no hi ha fotosíntesi i si s'atura la producció primària es paralitzen totes les cadenes tròfiques dels ecosistemes. Necessitem CO2 per a la vida. Podem pensar, doncs, que en algun moment, en les concentracions més baixes de CO2 arribem a algun topall que faria minvar la fotosíntesi i, en conseqüència, la captura de CO2 i el refredament de la planeta.
Però podem fer una mica més enllà i trobar més explicacions: el precari desenvolupament de la cadena tròfica, la poca existència d'herbívors i de carnívors que es mengin els herbívors fa que també hi hagi menys respiració que no pas tenim ara mateix. A més, els animals que hi ha són petits i respiren poc pel seu poc volum.
Albedo
La colonització de les terres emergides per plantes de fulles verdes representa necessàriament que s'absorbeix més energia radiant que ens arriba del sol, i això ens fa abaixar l'albedo. Aquesta variable, doncs, ens indicaria, en un primer cop d'ull, que hi hauria d'haver, en conseqüència un escalfament, una pujada de temperatura. I segurament que en algun dels moments hi va ser.
Però hem fet una aproximació barroera, hem de mirar-nos-ho més bé i ens adonarem que, en diversos moments del Paleozoic el refredament va ser tan important que hi varen haver glaciacions que varen ser molt i molt extenses, i que varen formar-se capes de glaç que ocupaven superfícies molt grans.
Ja se'ns comença d'espatllar la composició que fèiem: si hi ha capes de glaç no hi pot haver vegetació i si no hi ha vegetació no hi pot haver fotosíntesi i, per tant, s'atura o es rebaixa la captura de CO2
Anem a pams: en formar-se capes extenses de glaç de color blanc això ens empenta l'albedo cap amunt. Podem pensar, doncs, que la pujada de l'albedo ens fa abaixar les temperatures però hauríem de confirmar-ho abans amb un detall important: A quina latitud? No és la mateixa cosa la pujada de l'albedo de les superfícies de latitud alta (casquets polars) que reben poca radiació, gairebé nul·la a l'hivern, que no pas quan l'albedo puja en latituds baixes tropicals o equatorials (cimeres dels Andes). Hauríem de saber, doncs, la latitud que tenien aquestes extenses capes de glaç que es varen formar. Ho comprovarem més endavant.
Incendis forestals
Els incendis forestals -dèiem- augmentaven amb la concentració d'oxigen. Prou que sabem que els incendis forestals emeten de manera ràpida grans quantitats de CO2 a l'atmosfera per l'efecte de la combustió sobretot de la fusta i les parts llenyoses de les plantes.
Aquesta tercera variable ens faria pensar que, en bona raó, per efecte dels molt nombrosos incendis i les emissions que representaven això faria pujar la temperatura, procuraria un escalfament de la planeta. Les gràfiques, tossudes, ens indiquen el contrari i és que aquest argument és fal·laç de bon començament: els incendis forestals també consumeixen oxigen i, per tant, haurien hagut de fer disminuir la concentració d'oxigen si haguessin tingut tant de pes. Això ens ha de fer entendre quina no havia de ser l'empenta en la fotosíntesi i com n'era, de forta, l'escomesa de l'oxigen. Haurem de mirar-nos-les una mica més al detall i provar de treure'n una mica més de trellat.
Les molleres carboníferes
En la Fig. 2 hi ha representades les oscil·lacions en el nivell de la mar paleozoica. La gràfica mostra com paral·lelament al refredament de l'atmosfera el nivell relatiu dels ocèans baixa de manera progressiva. En bona raó això es podria explicar per l'augmentació de la superfície glaçada. Aquestes zones dels marges dels continents que anteriorment estaven submergides però que ara emergeixen són unes àrees molt planes, pròximes a la costa en les quals s'hi troben acumulacions importants de sediments de carbó. Precisament aquests dipòsits de carbó fòssil d'origen vegetal donen el nom al període Carbonífer.
La interpretació és que aquestes extensions de terreny les ocupaven molleres, zones empantanades que rebien aportacions importants de restes vegetals les quals restaven submergides en aigua i que es descomponien de manera anaeròbia de manera similar de com ho observem en les zones inundades de les molleres dels nostres dies.
Imatge dels autors, drets reservats
La singularitat de les molleres del període Carbonífer
Una gran majoria dels dipòsits de carbó fòssil que hi ha a la planeta són d'aquest període de la història geològica de la Terra: el Carbonífer. Alguna cosa havia de passar, algunes condicions molt peculiars s'havien de donar que permetessin aquesta situació diguem-ne excepcional. En sabem una: la concentració d'oxigen a l'atmosfera era molt elevada.
Aquest és l'aspecte que presenta una licòpsida, una forma arborescent que va estendre's en grans extensions en el període Carbonífer i en el Permià format unes masses forestals singulars. En veiem a la imatge l'aspecte d'un exemplar fòssil preservat que va veure's atrapat per la sedimentació.
La progressió del refredament del Carbonífer va portar a unes successives i cícliques glaciacions que varen cobrir grans extensions de la planeta, tal com ja hem vist en el capítol anterior. Els equilibris s'han polaritzat: concentració d'oxigen molt elevada i temperatura global de la planeta molt i molt freda.
Glaciacions: les glaciacions cícliques del Quaternari
Maduració del sistema global: estabilització de la proporció d'oxigen atmosfèric.
Groenlàndia, una glacera amb història d'una grandària excepcional
Els cicles astronòmics
Els cossos celestes i les observacions que podem fer dels objectes astronòmics estan sotmesos a una perspectiva humana que no és l'adequada per a entendre com funcionen, ni per la distància ni pels temps d'evolució. En una observació simple els cossos poden aparentar que són fixos i que no evolucionen. És una qüestió d'escala, per a moure's necessiten un temps que és exageradament gran per la nostra visió.
L'edat de l'univers passa de 13.000 milions d'anys, la del sistema solar passa de 4.500 milions d'anys. El sol, la Terra i la Lluna tenen una edat similar a la del sistema solar, això vol dir que es varen formar molt al començament del sistema solar. Podem pensar que durant aproximadament 4.500 milions d'anys pràcticament s'han mantingut com ara els coneixem, si pensem en la Terra com un cos celeste.
Equilibris astronòmics
El desenvolupament de la vida a la Terra ha estat possible solament per l'existència dels equilibris astronòmics, i aquests equilibris són els que permeten que la Terra es mogui de manera cíclica: fent voltes al voltant del sol i sobre ella mateixa, igual que la Lluna i tots els altres planetes restants del sistema solar. De manera estable i pràcticament inalterable, seguint les lleis mateixes de la gravitació universal que ja va descriure Isaac Newton.
Consumeix energia la Terra per desplaçar-se al voltant del Sol? I la Lluna?
Acostumats que nosaltres i qualsevol ésser viu ha de consumir sempre energia per a desplaçar-se podríem pensar que els cossos celestes també necessiten despendre energia per a poder-se desplaçar o per a fer el moviment de rotació, una energia que hauria de ser molt elevada per tal de servar la proporcionalitat amb les enormes masses de la Terra i de la Lluna.
Res més lluny. Els cossos celestes es mouen tots per l'empenta que varen rebre en el moment de la seva formació i per l'energia cinètica que varen adquirir en aquell moment molt curt, sempre entenent-lo en temps astronòmic. La Terra va adquirir els seus moviments sobretot en el moment de la formació del sistema solar. D'aleshores ençà, la Terra es manté estable en la seva òrbita de manera quasi perfecta i sense gairebé interferències gravitatòries amb els astres restants.
Aquest equilibri quasi perfecte és el que ha permès una estabilitat suficient per al desenvolupament de formes de vida en una de les planetes del sistema solar, la nostra.
Ha funcionat, doncs, la Terra de manera similar a una baldufa?
Doncs sí, podem imaginar-nos que la Terra és com una enorme baldufa que un dia les forces astronòmiques li varen donar una empenta i d'aquell moment fins ara que fa voltes constants. Una baldufa a escala astronòmica i que també algun dia s'aturarà.
Continuant amb el símil de la baldufa, qualsevol objecte astronòmic que nosaltres poguéssim "col·locar" al sistema solar i no fes voltes de manera adequada amb les lleis de gravitació de l'Univers, ràpidament perdria l'equilibri i "cauria" al sol o a la superfície de qualsevol altre planeta. La Terra no cau perquè fa voltes en equilibri gravitatori. Segueix unes lleis molt estrictes de l'Univers i que tots els astres compleixen.
Els equilibris astronòmics són equilibris complexos
Els moviments dels cossos celestes serien uns moviments simples si l'Univers fos un sistema simple, discret. Si per exemple a l'Univers hi hagués només el sol i la Terra, el moviment de la Terra i del sol seria perfecte, sempre clavat i matemàtic. No obstant, si ens mirem el sistema solar en tota la seva extensió i complexitat i si tenim en compte que la Terra tampoc és un cos homogeni, hem de contemplar-ho ja com a sistema complex. Això vol dir que hi ha interaccions entre tots els elements del sistema i que això ens obre una porta a un llindar caòtic en el moviment. Bo i prescindint de possibles interaccions de fora del sistema solar, les planetes i els satèl·lits del sistema solar presenten unes oscil·lacions dins del seu llindar d'estabilitat que es poden explicar per les interaccions dels diferents cossos i la manca d'homogeneïtat del sistema.
I com són aquestes oscil·lacions? Són batzegades fortes?
Atès que la llei gravitatòria és la que regeix el moviment dels astres i que la gravitació depèn directament de la massa dels cossos celestes, hem de parar forta atenció en la distribució de masses del sistema solar: el conjunt de totes les planetes i satèl·lits del sistema solar representa tan sols el 0,135% de la massa del sistema. Això fa que la interacció dominant sigui amb el sol i que les altres interaccions siguin, en comparança, molt petites. Aquest equilibri de distribució de masses és el que dóna estabilitat afegida al moviment dels cossos. De batzegades fortes no n'hi ha i el que ens trobem són petites oscil·lacions, això no vol dir que, a escala humana, siguin molt significatives.
I si se'ns acosta un dia un cos celeste molt gros?
De cossos celestes d'una mida comparable a la del sol en trobem molts a l'Univers. No obstant els equilibris astronòmics fan que estiguin a unes distàncies a les quals les interaccions gravitatòries no són significants. I és que la distància és l'altra gran component de la llei de la gravitació. L'estrella Centaure, la més pròxima a nosaltres, es troba a més de 4 milions d'anys llum, això són 9,44 x 10^12 km.
Aquest és un altre gran factor d'estabilitat dels equilibris astronòmics: les enormes distàncies que separen les estrelles unes de les altres, cosa que no sempre ha estat així, doncs en el moment de la formació de les galàxies estaven molt més a la vora. Vivim en una galàxia quasi tan antiga com el mateix Univers.
Segons el coneixement que tenim dels astres més propers, tot fa pensar que l'estrella que s'aproximarà al sistema solar més aviat serà la Gliese 710, una estrella d'una massa aproximada a la meitat de la del Sol i que podria passar, segons els càlculs que s'han fet, a 0,18 anys llum d'on ens estem nosaltres, causant tan sols alguna pertorbació gravitatòria al núvol d'Oort. Aquesta estrella ara la tenim a 62 anys llum i la seva aproximació seria d'aquí a 1,4 milions d'anys. Recordar en aquest punt que les forces gravitatòries són proporcionals al quadrat de la distància, això és: quan ens allunyem d'un cos a una distància doble, la força de gravetat s'afebleix quatre vegades.
Efecte embornal de les grans masses dels cossos celestes
Si provem de traçar un paral·lelisme amb els altres equilibris que hem descrit, les grans masses dels cossos celestes fan també, a gran escala, un efecte similar als embornals planetaris que hem descrit: para-xoc, protecció, reserva i magatzem. Magatzem de què? En gran manera les estrelles són una reserva i un magatzem d'energia. A escala humana, les reserves són inesgotables, si bé en realitat tenen un límit en el temps.
Sense l'aportació d'energia radiant del sol mai hi hauria pogut començar la vida a la Terra.
Desplaçament de l'eix de rotació de la Terra - Precessió
L'eix de rotació de la Terra (igual que el de qualsevol altre cos celeste), degut a les complexes interaccions amb d'altres cossos celestes (la Lluna i d'altres planetes) es belluga de diferents maneres, la nutació, el moviment polar i la precessió. Aquest darrer és el que té un efecte més important i té un cicle gairebé constant d'uns 26.000 anys. L'efecte principal és una variació dels solsticis i dels equinoccis.
Obliqüitat de l'òrbita
aquí