Ars répond aux questions d’un juge fédéral sur changement climatique

Ars répond aux questions d’un juge fédéral sur le changement climatiqueAgrandirAurich Lawson / Getty Images

La science du climat a en quelque sorte eu sa journée devant les tribunaux. Dans En 2007, par exemple, la Cour suprême a jugé que le CO2 convenait la définition d’un polluant en vertu de la Loi sur la qualité de l’air – une décision qui oblige l’US EPA à élaborer des règlements pour lutter contre le changement climatique, indépendamment des vents politiques. Mais mardi, la science du climat aura littéralement sa journée devant les tribunaux, en tant que juge reçoit un tutoriel de cinq heures, il a demandé sur la matière.

L’affaire oppose San Francisco et Oakland à BP, Chevron, ConocoPhillips, Exxon Mobil et Royal Dutch Shell. Les villes sont alléguant que les grandes compagnies pétrolières ont vendu des combustibles fossiles tout en sachant leur utilisation changerait le climat – et, de manière critique, publiquement faire campagne pour convaincre le public qu’ils ne changeraient pas la climat. San Francisco et Oakland encourant des coûts importants la construction d’infrastructures pour protéger leurs villes du niveau de la mer augmenter, ils veulent que les compagnies pétrolières contribuent à la facture.

L’affaire, qui créerait évidemment un énorme précédent si le villes gagnées, semble déjà être allé plus loin que les tentatives passées. D’autres juges ont intenté des poursuites au motif que les émissions devraient être réglementé par l’EPA et la question ne peut donc pas être décidée une salle d’audience. Mais les détails de l’affaire Californie les vendeurs de combustibles fossiles plutôt que les utilisateurs locaux de fossiles carburants – convaincu le juge William Alsup que cela peut aller de l’avant.

Avant que les arguments ne commencent, cependant, le juge Alsup a fait une déclaration unique. demande: les deux parties doivent présenter les faits de la science du climat lui-même, en partie en répondant à une liste de ses questions. Au cours des dernières années, les compagnies pétrolières ont accepté publiquement le consensus sur le réchauffement climatique, il est donc peu probable qu’ils présentent un vue contrarian dans ce cas. Mais la moitié de ce “tutoriel” sera se concentrer sur l’histoire de la science du climat, que les entreprises pourraient chercher à peindre comme plus incertaine afin d’excuser leur position dans les années 1980 et 1990.

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Quant aux questions du juge Alsup (étonnamment spécifiques) sur changements climatiques, ils sont en fait fondamentaux pour la science et assez facilement répondu.

Aller serre

La moitié des questions du juge portent sur la manière dont la serre effet fonctionne réellement. Par exemple, il demande: «Quel est le potentiel moléculaire? différence par laquelle le CO2 absorbe le rayonnement infrarouge mais pas d’oxygène et d’azote?

Le terme «effet de serre» évoque le résultat fondamental du processus plutôt que de la physique réelle impliquée. Serres réchauffer en laissant entrer la lumière du soleil et en empêchant l’énergie calorifique l’air de partir. L’effet de serre de notre atmosphère permet de même lumière du soleil (principalement dans la partie de la lumière visible) spectre électromagnétique) atteignent la surface de la Terre pour la réchauffer mais absorbe le rayonnement infrarouge que notre planète rejette dans l’espace.

Vous avez probablement déjà entendu cette explication, peut-être avec avec une analogie de la construction d’une couverture plus épaisse autour de la planète ça réchauffe. Mais comment ça marche, exactement?

Si nous passons la mécanique quantique, le simple fait est que Les molécules de gaz peuvent seulement absorber (et émettre) certaines longueurs d’onde de un rayonnement électromagnétique. Dioxyde de carbone – une molécule composée de un atome de carbone et deux atomes d’oxygène liés en une ligne peuvent être fabriqués vibrer par rayonnement de la longueur d’onde correcte. Les atomes peuvent rapidement étendre comme un accordéon emballé, ou ils peut se plier, comme le “boing” d’un butoir à ressort lorsque vous brosse contre elle.

A molecule of carbon dioxide can vibrate when excited by energy in a few different ways.Agrandir / Une molécule de dioxyde de carbone peut vibrer lorsqu’elle est excitée par de l’énergie de différentes manières.Markus Nielbock / Wikimedia

Oxygène et azote (qui représentent environ 99% de notre air) sont des molécules plus simples en forme d’haltères composées de deux atomes identiques. Cela supprime l’option de la vibration de flexion, l’étirement de la liaison n’a aucun effet sur le champ électrique (la les atomes sont identiques). Donc, ces gaz ne peuvent pas interagir avec le rayonnement dans la partie infrarouge du spectre.

CO2, avec les autres gaz que nous appelons effet de serre gaz, arrive à absorber le rayonnement infrarouge mais pas solaire radiation. Si notre planète n’avait pas d’atmosphère, il y aurait un simple équilibre entre l’énergie entrante et sortante. La lumière du soleil réchaufferait le La surface de la Terre, qui émettrait ensuite une quantité équivalente de l’énergie sous forme de rayonnement infrarouge renvoyé dans l’espace. L’addition des gaz à effet de serre change cela en absorbant l’infrarouge sortant rayonnement, réchauffement, puis émettre de l’énergie infrarouge à la fois l’espace et redescend vers la surface de la Terre.

Earth’s “budget” of incoming and outgoing energy.Agrandir / Le «budget» de la Terre pour l’énergie entrante et sortante. Wild et al. (2015) / Dynamique climatique

Lorsque la température de surface augmente, la planète émet encore plus rayonnement infrarouge, en essayant de perdre de la chaleur. Finalement, un nouveau l’équilibre est atteint, avec une énergie sortante égale à la soleil à nouveau, mais seulement après la température de la surface et l’atmosphère a augmenté. De même, une couverture vous réchauffera hiver, mais il ne fera pas augmenter sans cesse votre température à la pointez vous en flammes.

Alors que le CO2 laisse passer le rayonnement solaire sans perturbation, d’autres gaz interagissent avec elle. Ozone – qui, comme il est composé de trois atomes d’oxygène, peut faire de la danse quantique vibrationnelle – absorbe rayonnement ultraviolet à la lumière du soleil. En plus d’agir comme écran solaire planétaire, la couche d’ozone se réchauffe également stratosphère.

La vapeur d’eau est également un puissant gaz à effet de serre, mais elle peut se former nuages ​​reflétant la lumière du soleil – signifiant que la vapeur d’eau peut refroidir ou réchauffer la Terre, en fonction de la situation. (Bien que l’effet net de la vapeur d’eau amplifie le réchauffement climatique causé byCO2 plutôt que de l’atténuer.)

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Une autre question du juge Alsup est assez courante: �En dehors du CO2, qu’advient-il de la chaleur collective? des tuyaux d’échappement, des radiateurs de moteur et de toute autre chaleur provenant combustion de combustibles fossiles?

Comme on l’appelle «réchauffement de la planète», il est tentant de se demander si la chaleur que nous produisons est aussi importante que celle invisible et gaz à effet de serre abstraits. En fait, il ne faut pas beaucoup de maths pour travailler sur la réponse, cependant. L’énergie totale utilisée par les humains est actuellement proche de 20 terawatts. En supposant que tout soit fini convertis en chaleur perdue, cela donnerait environ 0,04 watts par mètre carré de la surface de la Terre. La quantité totale d’énergie être ajouté à notre climat par les activités humaines, entre-temps, était estimé à 2,3 watts par mètre carré dans la dernière Rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.

Ainsi, la chaleur qui sort du tuyau d’échappement de votre voiture n’est pas le préoccupation. Le dioxyde de carbone est.

Carbone altéré

Les questions du juge Alsup concernent également des contributeurs au Augmentation du CO2 que nous avons mesurée. En plus de demander simplement pour la cause principale de cette augmentation, il demande combien Les humains exhalent du CO2 et pourquoi les plantes ne se contentent pas transformé tout le CO2 supplémentaire en oxygène.

Ce sont des questions sur le cycle du carbone – les nombreuses processus interconnectés par lesquels le carbone change de forme et se déplace l’atmosphère terrestre, les océans, les écosystèmes terrestres et même des roches. Lorsque tous ces processus sont équilibrés (ce qui était essentiellement le cas avant la révolution industrielle), le montant de Le CO2 dans l’atmosphère reste stable. Quand nous avons commencé � extraire les combustibles fossiles du sol et les brûler dans CO2 à grande échelle, le cycle du carbone n’était plus équilibré.

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2017: les émissions de carbone augmentent pour la première fois depuis des années

Il y a plusieurs façons de trouver la cause du soulèvement CO2. Tout d’abord, la comptabilité est simple. Des chercheurs travailler dur pour estimer la quantité de CO2 libérée par activités humaines et ensuite le comparer aux changements mesurés dans la l’atmosphère, les océans et les écosystèmes terrestres. En 2016, par exemple, il On estime que les activités humaines ont libéré environ 11,2 milliards tonnes de carbone, dont les écosystèmes océaniques et terrestres ont absorbé environ 5,3 milliards de tonnes. (La dissolution du CO2 dans le les océans n’est pas un repas gratuit: cela change le pH de l’eau de mer et écosystèmes marins menaçants.) Le reste correspond à l’augmentation en CO2 atmosphérique.

AgrandirGlobal Projet Carbone 2017

Cette comptabilité peut être éclairée en analysant les isotopes de carbone dans le CO2 atmosphérique — qui peut être du carbone 12, carbone 13 ou carbone 14. Depuis le début de l’industrie Révolution, les proportions relatives de ces isotopes dans le l’atmosphère a changé d’une manière qui ne peut être expliquée en jetant des tonnes sur des tonnes de combustibles fossiles à prédominance de carbone 12 CO2 dans le ciel.

Le juge Alsup pense que les usines devraient éliminer le CO2 de l’ambiance est bonne. La vie a en effet réduit notre impact sur le CO2 atmosphérique en en absorbant une partie. Mais la croissance photosynthétique est limitée par beaucoup plus que la simple disponibilité de CO2 (comme l’eau et la substances nutritives); sinon, les plantes consommeraient tout simplement CO2 dans l’atmosphère.

Cependant, le juge suppose à tort quand il se demande si un être humain la respiration pourrait être une source importante de CO2. Sauf si votre régime est plein de charbon, le carbone que vous expirez vient finalement de plantes (même si vous avez mangé la vache qui a mangé les plantes), et les plantes ont simplement emprunté ce carbone au CO2 atmosphérique. Donc, respirer ne peut pas émettre plus de CO2 atmosphérique que le plateau «prenez un sou, laissez un sou» de votre station-service peut augmenter le nombre de pièces en circulation.

Whodunnit? Wedunnit, duh.

Les questions du juge Alsup portent également sur les cycles passés de la période glaciaire en Europe. le climat et la source dominante de notre tendance actuelle au réchauffement – pourquoi le climat a-t-il changé dans le passé et pourquoi change-t-il aujourd’hui?

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Poulet et œuf en âge de glace: le réchauffement ou l’augmentation du dioxyde de carbone première?

Les glaciations rythmiques des derniers millions d’années ont été régis par les cycles de rotation lente de l’orbite terrestre autour du Soleil, qui parfois conspiré pour apporter plus de lumière du soleil à la grande calottes glaciaires de l’hémisphère nord. Diminution des calottes glaciaires le cycle du carbone de manière à augmenter le CO2 atmosphérique, réchauffer davantage la planète.

Ces cycles orbitaux sont beaucoup trop lents pour expliquer ce que nous avons vu au cours des 150 dernières années, et les enregistrements montrent que la lumière du soleil a pas devenu plus fort. Lorsque vous comparez tous les facteurs qui pourraient peut-être réchauffer ou refroidir la Terre, il devient très clair que Un facteur explique le gros du réchauffement moderne: notre gaz à effet de serre les émissions.

Adding up warming (positive) and cooling (negative) factors. le  Sun crée des manœuvres à court terme, et les volcans ont une brève,  effets de refroidissement vifs, mais influence réchauffante du dioxyde de carbone  and other greenhouse gases dominates.Agrandir / Additionnant les facteurs de réchauffement (positif) et de refroidissement (négatif). TheSun creates some short-term wiggles, and volcanoes have brief,sharp cooling effects, but the warming influence of carbon dioxideet d’autres gaz à effet de serre domine.IPCC

Bien qu’il puisse y avoir des différences dans ce que les deux parties dans le cas présent, il y a très peu de place pour danser autour de ces bases faits. En tant que non expert, le juge Alsup a posé des questions raisonnables cela devrait lui fournir une compréhension rudimentaire du climat science. Mais cette audience nous laissera bien loin de savoir si cette compréhension joue réellement un rôle dans l’affaire.

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