Licenta Disertatie 2018 - AMPRENTA ECOLOGICA-D.constantinescu [PDF]

Zitiervorschau

AMPRENTA ECOLOGICA – METODE DE EVALUARE SI ANALIZA Cuprins 1. Noţiuni introductive……………………………………………………………………..1 2. Conceptul de amprenta ecologică ca sistem de lucru……………………………...5 2.1 Bunăstarea umană şi amprenta ecologică………………………………………5 2.2 Ce este de fapt amprenta ecologică………………………………………………8 3. Schimbările de mediu. Rolul schimbărilor climatice………………………………..19 3.1 Dovezi istorice ale schimbărilor climatice şi impactul lor……………………...19 3.2 Un model care implică sursele industriale de dioxid de carbon………………28 3.3 Rolul atmosferei – proprietăţi şi evoluţie………………………………………..30 3.4 Rolul radiaţiei termice……………………………………………………………..38 3.5 Elemente privind dinamica troposferei………………………………………….46 3.6 Schimbări climatice şi de mediu în zonele subarctice europene …………....58 3.7 Posibile cauze ale schimbărilor climatice……………………………………….70 3.8 Câteva concluzii…………………………………………………………………...72 4. Impactul antropic………………………………………………………………………74 4.1 Factorii impactului antropic……………………………………………………….75 4.2 Câteva exemple de modele şi analize…………………………………………..79 5. Teoria amprentei ecologice globale şi zonale………………………………………88 5.1 Amprenta ecologică globală……………………………………………………...88 5.2 Amprenta ecologică la nivel zonal……………………………………………….94 6. Aplicaţii practice ale conceptului de amprentă ecologică…………………………96 6.1 În căutarea unor date istorice aplicabile amprentei ecologice zonale……….97 6.2 Analiza amprentei ecologice zonale…………………………………………...104 7. Putem influenţa evoluţia amprentei ecologice în viitor ?....................................114 BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………121

NOȚIUNI INTRODUCTIVE

1. NOȚIUNI INTRODUCTIVE

Când călătorim pentru a vizita situri naturale sau vechi situri istorice, adesea este posibil să descoperim o mulţime de aspecte care pot schimba opiniile noastre inițiale și punctele de vedere prestabilite. Este necesar, în multe cazuri, de un efort depus pentru a face o diferență între legende, tradiții, cunoștințe științifice și realitate. Impactul reciproc al unui sit antropic, actual sau istoric, cu mediu ambiant limitrof, precum și a activităților umane este cu siguranță foarte remarcabil. Este necesar să se aibă în vedere o serie de evoluții globale, dacă dorim să înțelegem realitatea și de a avea o idee despre cum va fi evoluţia noastră eco-culturală, mediul nostru și, probabil, viața noastră de zi cu zi. Mediul ambiant poate fi definit ca o structură complexă şi sistemică, ce integrează sisteme şi subsiteme naturale şi antropice, conectate prin relaţii de tip material, energetic şi informaţional. Conexiunile pot include câmpuri de natură fizică, chimică, biotică socială şi economică, care contribuie la realizarea unei stări de echilibru capabile să asigure susţinerea structurală şi funcţională a componentelor considerate ca fiind elemente centrale ale sistemului. Intervenţia unor factori exteriori sistemului pot perturba echilibrul acestuia. Factorii exteriori pot acţiona asupra legăturilor de tip informaţional, energetic şi material care unesc subsistemele componente, întrerupându-le sau perturbându-le. Întreruperea sau perturbarea acestor legături scot sistemul din starea de echilibru. După încetarea acţiunii factorilor exteriori sistemul revine, între anumite limite, la starea iniţială de echilibru. Dacă intensitatea factorilor care intervin din exterior depăşeşte o anumită limită, pe care o putem denumi “p r a g de i n f l u e n ţ ă “, legăturile din interiorul sistemului vor fi perturbate sau rupte definitiv iar sistemul este scos ireversibil din starea de echilibru. De exemplu, un sistem ecologic supus influenţei unor noxe (gaze toxice, praf industrial, radiaţii termice etc.) va reacţiona un timp prin intermediul factorilor de autoregenerare revenind la starea de echilibru. Dacă însă aceste noxe depăşesc pragul limită la care sistemul poate reacţiona în sensul păstrării stării de echilibru (pragul de influentă), acest sistem nu-şi mai poate reface legăturile interne şi se dezmembrează. De multe ori pragul de influentă este de tip cumulativ, în sensul că, dacă pentru un interval definit, noxele (factorii exteriori) nu vor compromite sistemul, el va fi compromis după o perioadă prelungită de acţiune a acestor factori. Sistemele ecologice au capacitate de autoreglare, răspunzând permanent la factorii de mediu care tind să le dezorganizeze. De asemenea au capacitatea de autoreglare în anumite limite şi în anumite modalităţi specifice. Din aceste motive, intervenţia factorului uman (antropic) în cadrul acestor sisteme prin organizarea de activităţi artificiale trebuie făcută astfel încât să nu distrugă această capacitate şi echilibrul sistemului. În cazul în care sistemul ecologic şi-a pierdut capacitatea de autoreglare şi de menţinere a stării de echilibru se produce o „catastrofă ecologică”, care de cele mai multe ori este imposibil de remediat. O reprezentare schematică a acestor tipuri de sistem poate fi sugerată de schema reprezentată în figura 1. Referindu-ne la aplicaţii ale utilizării sistemelor, la analiza amprentei ecologice şi la interpretarea rezultatelor oferite de aceasta, trebuie să avem în vedere că sistemele sunt compuse din: componente, atribute şi relaţii, care sunt descrise după cum urmează: 1

Figura 1 Conexiuni în cadrul unui sistem

a.

b. c.

Componentul – reprezintă partea operaţionala a sistemului constând din: date de intrare, date de procesare şi date de ieşire. Fiecare component al sistemului poate presupune o varietate de valori pentru a descrie starea unui sistem ca o mulţime de acţiuni controlate şi a unei sau mai multor restricţii. Atributele – sunt proprietăţile componentelor sistemului Relaţiile – sunt legăturile dinte componente şi atribute

Obiectivul sau scopul sistemului trebuie să fie definit şi înţeles astfel încât componentele acestuia să poată oferi rezultatele dorite pentru fiecare set de date introduse. Odată definit, scopul face posibilă stabilirea măsurilor randamentelor indicând cât de bine acţionează sistemul. Prin „acţiune în cadrul unui sistem” vom defini o activitate semnificativă oferită de sistem, care este reprezentată de funcţia acestuia. Ca funcţie a unui sistem putem aminti: alterarea materialului, energiei sau informaţiei dar şi o ecuaţie sau sistem de ecuaţii ataşate sistemului respectiv. Alterarea adoptă datele de intrare, procesarea şi datele de ieşire. Sistemele care alterează (modifică) datele de intrare, materialul, energia sau informaţia constau în: -

componente structurale – părţile statice componente de operare – părţile cărora le revine partea de procesare componente de curgere – sunt reprezentate de materialul, energia sau informaţia modificate (alterate)

Comparând diferenţele dintre o „relaţie” şi un „sistem”, se pot remarca următoarele: - în primul rând o relaţie există între două şi numai două componente, în vreme ce un sistem este descris ca o interacţiune între mai multe componente; - în al doilea rând, o relaţie constă în calităţile iminente ale componentelor, în timp ce un sistem este creat de poziţia particulară şi distribuţia spaţială a componentelor;

2

-

în al treilea rând, legătura dintre componentele unei relaţii este directă, iar legătura dintre componentele unui sistem depinde de anumite particularităţi ale întregii mulţimi de componente ce alcătuiesc sistemul.

De asemenea în cadrul lucrării trebuie să avem în vedere categoriile de: - Sisteme sau subsistemele naturale sunt acelea care au luat naştere în urma unor procese naturale; - Subsistemele artificiale sunt acelea în care omul a intervenit prin componente, atribute şi relaţii; - Sistemele fizice sunt sistemele ce se manifestă în termeni fizici. Constau din componente reale şi consumă spaţiu fizic; - Sistemele conceptuale sunt organizări de idei. Totalitatea elementelor cuprinse de componente, atribute şi relaţii focalizate pe un rezultat dat implică un proces de ghidare a stării sistemului. Procesul poate fi mintal (gândirea, planificarea, învăţarea) sau mecanic (operare, funcţionare, producţie); - Sistemul static: este acel sistem cu structură, dar fără activitate (de exemplu, o structură metalica a unei incinte industriale); - Sistemul dinamic combină componentele structurale cu activitatea, (exp. o linie tehnologică, împreuna cu personalul care desfăşoară activităţi pentru această linie). Pe de altă parte, un sistem poate fi închis, deschis sau izolat. Un sistem închis este acel sistem ce nu interacţionează semnificativ cu mediul înconjurător. Sistemul închis prezintă caracteristica de echilibru rezultând din rigiditatea internă ce menţine sistemul în ciuda influenţelor provenite de la mediul înconjurător. Sistemele închise implică interacţii hotărâtoare cu o corespondenţă de unu – la - unu între stările iniţiale şi cele finale. Un sistem deschis permite informaţiei, energiei şi materiei să-i depăşească limitele. Acestea interacţionează cu mediul înconjurător, ca exemple: fabrici, sisteme ecologice şi organizaţii economice. Prezintă caracteristica de stare constantă în cadrul căreia o interacţiune dinamică a elementelor sistemului duce la schimbări în mediul înconjurător. Sistem izolat, (practic imposibil), teoretic - un sistem ce nu face schimb nici de materie și nici de energie cu mediul ambiant, deci care nu interacționează material-energetic cu alte sisteme. Atât sistemele deschise cat si cele închise prezintă ca proprietate entropia. In cadrul sistemului natural sau antropic, entropia este definită prin gradul de dezorganizare în acel sistem şi este analog termenului folosit în termodinamică. In termodinamică, energia este rezultată în urma unor transformări dintr-o forma în altă formă. În sisteme, o entropie mai mare înseamnă o dezorganizare mărită. O scădere în entropie are loc o data cu apariţia ordinii 1. Sistemele ecologice pot fi considerate printre cele mai complexe categorii de sisteme. Cu toate acestea, cum a fost posibil ca astfel de sisteme complexe, sofisticate, să fie parțial sau total afectate? Desigur, nu doar aspectele economice și geografice sunt explicațiile, 1

De exemplu viaţa reprezintă o tranziţie pornind de la dezordine la ordine. Atomi de carbon, oxigen, hidrogen si alte elemente se aranjează într-un mod ordonat şi complex pentru a produce un organism viu. O scădere conştientă a entropiei duce la crearea unui sistem artificial.

3

ci şi rolul amprentei ecologice şi a schimbărilor climatice din perioadele respective. Evoluția unor situri istorice, de exemplu, ar trebui deci, abordată atât din punct de vedere ecologic şi cultural, cât și din punct de vedere al schimbărilor mediului și schimbărilor climatice, însă această abordare nu este singulară. Să ne propunem să analizăm particularităţile acestor tipuri de patrimoniu zonale sau globale foarte interesante, în conexiune cu influența schimbărilor de mediu asupra procesului evolutiv sau involutiv al acestora. Poate ca avem multe de învățat despre ceea ce s-a întâmplat. Putem spune că amprenta ecologică s-a conturat ca fiind una dintre soluțiile de cel mai moderne şi de analiză și că s-a bucurat, în ciuda disputelor pe care le-a creat, de o intensă mediatizare și largă acceptare. Amprenta ecologică a unei populații poate fi pe scurt definită ca ”suprafața terestră și acvatică productivă din punct de vedere biologic, necesară producerii de resurse destinate consumului și asimilării deșeurilor produse de această populație, indiferent de localizarea respectivei suprafețe”. Prin urmare, conform definițiilor stabilite de Wackernagel și Rees în 1995, amprenta ecologică este terenul biologic productiv necesar pentru satisfacerea consumului unei populații și absorbirea tuturor deșeurilor. Scopul amprentei ecologice în faza iniţială a definirii ei, era de a identifica și propune noi definiții și unități de măsură pentru dezvoltare, favorizând reorientarea economiei spre o valorificare superioară a omului și a naturii, urmărind să ia în considerare efectele sociale și economice ale modalităților de dezvoltare, efecte care nu figurează în calculele economice tradiționale. Există anumite limite minime de resurse acceptate pe cap de locuitor care pot fi consumate pe termen lung, durabil. De exemplu, într-o anumită zonă, fiecare cetăţean ar putea să consume echivalentul a 2,3 hectare de resurse, dar în realitate consumă 2,4 hectare. Restul de 0,1 este „suportat” de zonele (ţările) care consumă mai puţine resurse, de obicei ţările mai sărace. Amprenta ecologică poate fi considerată un indicator de dezvoltare durabilă tot mai utilizat astăzi, indicator utilizat frecvent de organizațiile non-guvernamentale importante la nivel internațional pentru conștientizarea presiunii antropice asupra mediului. Totodată, este un indicator și un instrument de lucru utilizat tot mai frecvent de specialiștii care activează în domeniul științelor ecologiei și al protecției mediului. Între valorile amprentei ecologice și biodiversitate se pot stabili evidente și importante corelații. Cu cât este mai mare amprenta ecologică umană, cu atât mai scăzută va fi biodiversitatea. Prin urmare, cunoaşterea mărimii amprentei ecologice umane este relevantă în conservarea biodiversităţii, deoarece resursele materiale şi energetice extrase din rezervele naturale în folosul populaţiei umane, nu mai sunt accesibile altor specii.

4

Conceptul de amprentă ecologică ca sistem de lucru

2. CONCEPTUL DE AMPRENTA ECOLOGICA CA SISTEM DE LUCRU 2.1 Bunăstarea umană şi amprenta ecologică1 În 1970 conceptul de „Produs Intern Brut” (PIB) este deja frecvent utilizat ca indicator de bază al nivelului general de dezvoltare al sistemelor economice naţionale şi al nivelului de viaţă al populaţiei. Mărimea acestui indicator global devine un argument general acceptat şi necontestat în analizele gradului de evoluţie economic, al utilizării resurselor şi al creşterii nivelului de trai. Ca urmare, marile sectoare ale economiei mondiale au început să-şi evalueze realizările în funcţie de valoarea PIB, ceea ce, în interval de câteva decenii, a dus la accelerarea într-un ritm mai rapid decât până atunci a activităţilor economice, dar şi la utilizarea accentuată a resurselor materiale şi energetice ale mediului – fapt deosebit de evident, în dimensiunile actuale ale amprentei ecologice globale. Simultan, consumul la nivel global de produse materiale, de energie şi de resurse informaţionale a avut contribuţii remarcabile la acest fenomen. Toate aceste elemente trebuie analizate în contextul strânselor interrelaţii în cadrul sistemelor ecologice sau eco-industriale. Ca urmare a observaţiilor şi analizelor efectuate în ultima vreme, se pune tot mai frecvent problema dacă nu cumva economia mondială a reuşit, în cele din urmă, să devină, într-o măsură mult mai mare, o ameninţare la adresa mediului natural şi calităţii vieţii, decât susţinătorul dezvoltării şi al bunăstării globale. Se poate considera, referitor la oferta de produse materiale şi servicii, strâns conectate de fapt la cererea consumatorilor, că în fiecare zi se acumulează noi date şi informaţii cu privire la aspectele sale generatoare de mari probleme în perspectiva calităţii vieţii, a sănătăţii publice şi individuale şi, nu în ultimul rând, a protecţiei mediului natural şi a biodiversităţii. Se poate considera prin urmare că, amprenta ecologică este un instrument de management a resurselor (materiale şi energetice) care măsoară de câtă suprafaţă de teren şi de apă are nevoie o populaţie umană pentru a realiza produsele pe care le consumă şi pentru a absorbi deşeurile şi reziduurile rezultate prin producerea şi consumul acestor produse. Pentru a putea realiza condiţiile de „calitate a vieţii”, consumăm ceea ce ne oferă natura. Oricare din acţiunile umane are un anumit impact asupra ecosistemului global sau local. Acest lucru nu trebuie să fie un factor de îngrijorare atâta timp cât consumul uman nu depăşeşte puterea de regenerare a Pământului. Amprenta ecologică poate fi considerată un element de evaluare la nivel global sau zonal care măsoară "cantitatea de resurse materiale şi energetice" aferente unui ecosistem, pe care o populaţie, o ţară sau o zonă o consumă. Prin actualele sisteme de calcul propuse, valorile se echivalează în unităţi de suprafaţă (hectare globale, hag). Măsurătorile se bazează pe prezumţia că orice activitate umană utilizează resurse şi necesită fluxuri de curăţire a reziduurilor care pot fi echivalate cu suprafaţa productivă. Prin măsurarea amprentei ecologice a unei populaţii (a unui individ, a unui sit actual sau istoric, a unei naţiuni, a unei populaţii definite din punct de vedere statistic sau a întregii umanităţi) se poate pune în evidenţă de fapt nivelul de consum sau excedentul de consum, valori care pot fi utilizate la managementul al resurselor de mediu. Amprenta ecologică permite să ia decizii personale sau colective în sprijinul optimizării consumurilor pentru a putea menţine în parametrii funcţionali zona, regiunea sau planeta pe care o putem considera în considera în condiţiile specifice ca sistem închis. 1

Human Welfare and Ecological footprint

5

Ideile privind „amprenta ecologică au apărut pentru prima dată într-un raport din cadrul programului vizând indicatorii de dezvoltare durabilă al unei organizații (inițial nelucrativă) din SUA, Redefining Progress. Obiectivul acestei instituții era de a identifica și propune noi definiții și unități de măsură pentru dezvoltare, favorizând reorientarea economiei spre o valorificare superioară a capacităţilor omului și a naturii, urmărind să ia în considerare efectele sociale și economice ale modalităților de dezvoltare, efecte care nu figurează în calculele economice tradiționale. S-a propus, astfel, un indice nou – Genuine Progress Indicator, (Indicator de progres autentic), un indicator real al progresului, care urma să determine o revizuire a PIB. Amprenta ecologică este un indicator complementar al acestui calcul, destinat luării în considerare a influenței activităților umane asupra mediului, în termenii utilizării de resurse, a utilizării capacității de asimilare și exploatare a diverselor servicii oferite de mediu. O comparaţie interesantă în acest domeniu se poate realiza între „bunăstarea umană” şi „amprenta ecologică”. Pe baza datelor existente la „Global Footprint Network” şi a celor din „UN Human Development Report”, s-a realizat graficul prezentat în figura 2.

Figura 2: Grafic comparativ privind bunăstarea umană şi amprenta ecologică (dupa http://en.wikipedia.org/wiki/Ecological_footprint )

În ceea ce priveşte „Indicele de dezvoltare umană” (Human development Index = HDI), se pot menţiona următoarele: Introdus în noiembrie 2010 şi actualizat în iunie 2011, HDI cuprinde componentele: - „indexul speranţei de viaţă la naştere” (life expentency index – LEI); - „indicele educaţional” (education index – EI);

6

Metoda de calcul propusă în 2010 (Human Development Report 2010, [3]) se poate exprima prin relaţiile:

(1) (2) unde : MYSI = Indicele mediu al anilor de şcolarizare (Mean Years of Schooling Index) EYSI = Indicele propus al anilor de şcolarizare (Expected Years of Schooling Index) (conform definiţiilor UNESCO 2010) (3)

(4) MYS: perioada medie de şcolarizare [4] EYS : perioada propusă (estimată) de şcolarizare (conform UNESCO Institute of Statistics)

Indicele de „standard de viaţă decentă”, care include valoarea „produsului intern brut” se determină cu ecuaţia (5)

(5) unde: GNIpc = Produsul intern brut pe locuitor, raportat la puterea de cumpărare (Gross national income at purchasing power parity per capita)

In cele din urma HDI este dat de media geometrică:

(6) Acest procedeu de evaluare al HDI a înlocuit din 2011 o alta metodă de calcul care se baza pe alţi indicatori, şi este utilizat astăzi inclusiv în calculele privind analiza „amprentei ecologice”. În ambele cazuri este greu de apreciat de ce a fost recomandată o metoda sau alta precum şi indicaţiile pentru introducerea unor indici şi exactitatea acestora. In figura 3 este prezentata tendinţa de evoluţie a HDI pentru perioada 1975 – 2004. Metoda de calcul pentru amprenta ecologică la nivel naţional este descrisă în „Atlasul Amprentei Ecologie” 2010-2014 sau, cu mai multe detalii în „Metodologia de calcul pentru valorile amprentei ecologie”. Trebuie totuşi menţionat că există diferenţe în metodologia utilizată de diferite studii privind amprenta ecologică. De exemplu referirile la zonele maritime sunt prezentate diferit, modul de evaluare al combustibililor fosili este de asemenea diferenţiat, felul în care se ţine seama 7

de energia nucleară nu este suficient clarificat față de combustibilii fosili, fiind de regula asimilata acestora. Ar trebui de asemenea să se aibă în vedere particularităţile sistemelor ecozonale pentru a putea include mai exact rolul avut de biodiversitate. Aspectele legate de activităţile de import-export ar trebui să fie contabilizate.

OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development); Europa Centrală şi de Est şi CSI America Latină şi Caraibe; Asia de Est; Statele Arabe;

Figura 3: Evoluţia indicelui HDI (Human Development Index) pe grupuri de ţări (după United Nations Development Program) Cu toate acestea, ca noi standarde referitoare la evaluarea amprentei ecologice, metodologiile de calcul sunt convergente. În 2003, Jason Venetoulis, Carl Mas, Christopher Gaudet, Dhalia Chazan şi John Talberth au dezvoltat o metodologie teoretică intitulată „Amprenta 2” care oferă o serie de îmbunătăţiri privind abordarea standard a amprentei ecologice [5], [6]. Patru îmbunătăţiri primare au fost au fost propuse: autorii au inclus întreaga suprafaţă a pământului în estimarea biocapacităţii, se alocă spaţiu separat pentru alte specii (adică specii non-umane), s-a actualizat baza de echivalență pentru terenurile agricole şi a factorilor productivităţii primare nete (PPN), şi s-a reevaluat componenta amprentei dioxidului de carbon, bazată pe cele mai recente modele, privind carbonul, la nivel mondial.[5],[6].

2.2 Ce este de fapt amprenta ecologică In linii mari, amprenta ecologică reprezintă măsurarea impactului unei populații umane asupra mediului. Valoarea acesteia se poate exprima ca suprafaţa totală a pământului şi apei productive necesare pentru a acoperi toate resursele consumate şi pentru a recicla deşeurile produse. În principiu deci, amprenta ecologică reprezintă un indicator obiectiv care exprimă sintetic presiunea antropică exercitată asupra biosferei. 8

Amprenta ecologică a unei populații poate fi deci definită prin ”suprafața terestră și acvatică productivă din punct de vedere biologic, necesară producerii de resurse destinate consumului și asimilării deșeurilor produse de această populație, indiferent de localizarea respectivei suprafețe” (W. E. Rees, M. Wackernagel, 1997). Evidențierea capacității mediului de a servi ca suport pentru activitățile umane, tradusă în termeni spațiali, permite – potrivit ideii originale a conceptului – evaluarea durabilității exploatării actuale a mediului. În etapa actuală, se efectuează calcule destul de complexe cu rezultate care sunt înglobate în rapoarte anuale. Daca luăm ca reper anul 2000 am putea arăta de exemplu că, cetățeanul mediu mondial avea o amprentă ecologică de 2,3 hag (hectare globale), comparativ cu cetățeanul mediu american ar avea o valoare a amprentei ecologice de 9,6 hag. O asemenea situație ar implica necesitatea unei modificări a modurilor de dezvoltare, care să penalizeze într-un fel schimburile ecologice ilegale și să stopeze atingerea limitelor biofizice. Conform aceloraşi estimări, depășirea valorii resurselor în sensul unei dezvoltări durabile acceptabile, a fost de 20%, deci umanitatea a ”consumat” 120% din planetă. Aceste valori sunt poate mai greu de înţeles, daca nu se iau în considerare situaţiile evoluţiilor zonale şi modul în care producerea deşeurilor influențează starea ecosistemelor. S-a afirmat – tot în acest context – că ar fi nevoie de trei planete Pământ pentru susținerea activităților umane, dacă populația mondială ar trăi la nivelul europenilor sau americanilor. Evaluarea amprentei ecologice se poate face pe categorii de activități. Cererea populaţiei umane în spațiul biologic productiv se poate evalua prin 6 tipuri de utilizare ale mediului: - terenuri destinate culturilor agricole, - pășuni, - exploatări forestiere, - pescuit în ape dulci și sărate, - infrastructură - arii exploatate în scopul extragerii combustibilului fosil. Este vorba, deci, ca pentru fiecare asemenea modalitate de utilizare a spațiului de referinţă în vederea stabilirii amprentei ecologice, să se măsoare – în fiecare an – cererea antropică și capacitatea biologică existentă, ceea ce presupune, pe de o parte, estimarea suprafețelor destinate la nivelul planetei fiecărui tip de activitate, și suprafața potențial disponibilă pentru aceste activități, pe de altă parte, de a le aduce la același etalon, în scopul de a le converti în funcție de productivitatea biologică. Pentru a realiza acest lucru, cei care promovează acest indicator preconizează și solicită sprijinul în ceea ce privește furnizarea datelor necesare sistemelor care depind de Organizația Națiunilor Unite și pe cel al institutelor naționale de statistică. În ceea ce privește conexiunea dintre amprenta ecologică şi utilizarea resurselor energetice naturale, problemele sunt destul de complexe. Începând de la utilizarea unor resurse energetice naturale de bază (cum ar fi de exemplu lemnul, în fazele iniţiale ale evoluţiei societăţii umane) şi până la utilizarea energiei nucleare sau a unor surse de energie neconvenţională, problemele trebuie abordate în mod diferit. Prin urmare, consideram că se pot distinge, din punct de vedere al modului de analiză al amprentei ecologice, următoarele grupe de energii cu aplicabilitate economică: - Hidrocarburi gazoase naturale - Lemn - Hidrocarburi naturale lichide fosile - Surse de energii fosile solide, - Energia hidro - Energia nucleară - Surse de energie neconvenţională (eoliană, solară, geotermală, maritimă) 9

În prezent, amprenta ecologică legată de consumul de hidrocarburi fosile şi cărbune este măsurată prin suprafața necesară absorbirii CO2 emis în urma combustiei, în ipoteza că oceanele absorb aproximativ 35% din aceste emisii, iar pădurile joacă rolul de recipient de depozitare pentru celelalte 65 de procente rămase. Această ultimă ipoteză influențează de o manieră decisivă nivelul amprentei ecologice legat de consumul de energie și, pe scară mai largă, nivelul amprentei ecologice globale. După calculele iniţiale prezentate de Wackernagel (1997), cvasitotalitatea creşterii amprentei ecologice între 1961 și 1999 a fost legată de consumul de energie. Nu trebuie pierdut din vedere nici faptul ca evoluţia consumurilor de energie în diverse perioade istorice, a condus de multe ori la epuizarea unor surse materiale naturale, cum ar fi de exemplu pădurile. Ca aplicaţie de prim nivel, amprenta ecologică este propusă spre utilizare în scopul efectuării unor comparații la nivel global: exprimată pe ansamblu sau pe individ, ea permite prezentarea limitelor nivelului de dezvoltare ale unui teritoriu față de un altul. Amprenta ecologică permite, de asemenea, indicarea faptului că dezvoltarea anumitor zone se realizează în detrimentul altora: amprenta lor ecologică depășește teritoriul utilizabil, ele fiind astfel tributare altor resurse naturale. În această situație, apare fie supraexploatarea propriilor teritorii, fie exploatarea abuzivă a altor teritorii. Acest indicator este din ce în ce mai des menționat în contextul studiilor de impact prealabile, cerute pentru proiectele de amenajare a teritoriului sau pentru a cuantifica presiunea exercitată de anumite activități. Aspectul spațial nu prezintă niciun interes special pentru companiile transnaționale, pentru care teritoriul de referință necesar calculului amprentei nu are relevanță, el fiind unul ”risipit” în spațiu. Fiind un indicator ”agregat”, măsurarea amprentei ecologice implică alegeri în materie de ponderare, de substituție sau de adiție a unor tipuri diferite de presiune și de funcții ale mediului. Deși aceste evaluări nu constituiau o noutate în sine, modul și contextul variat în care ele au fost prezentate au entuziasmat la vremea respectivă. Dezvoltarea umană are la bază starea ecosistemelor şi serviciile pe care acestea le oferă, starea resurselor şi a deşeurilor în conexiune cu capacitatea de absorbţie a acestora. Schimbările care intervin în ecosistem, (de exemplu utilizarea fondului forestier, resursele oferite de sistemele lotice şi lentice, resursele minerale, acumularea de dioxid de carbon din atmosferă) pot indica faptul că cererea antropică a depăşit sau este pe punctul de a depăşi capacitatea regenerativă şi de absorbţie a biosferei. Gestionarea controlată a interacţiunii umane cu ecosistemele la nivel global sau local este esențială pentru a asigura dezvoltarea durabilă în perioadele următoare. Evaluarea tendinţelor istorice oferă de asemenea o bază de date importantă pentru stabilirea obiectivelor de viitor şi identificarea de opţiuni de acţiune în vederea atingerii obiectivelor declarate. Datele privind amprenta ecologică la nivel naţional oferă constant informaţii în care activităţile umane de utilizare a resurselor naturale afectează evoluţia temporală a ţărilor respective. Este de menţionat că din 1997 Mathias Wackernagel şi colaboratorii săi de la Universidad Anáhuac de Xalapa au oferit soluţii de calcul pentru determinarea amprentei ecologice şi a biocapacităţii la nivel global sau naţional [2, 7, 8]. Pornind de la aceste analize, „Global Footprint Network” a iniţiat din 2003 publicarea unor rapoarte anuale, cea mai recentă ediţie fiind cea din 2014. Cererea de resurse şi activităţi impusă de populaţia globului asupra biosferei într-un anumit an – raportată la tehnologiile predominante şi managementul resurselor din acel an - se poate defini ca „amprenta ecologică” pentru perioada respectivă.

10

Furnizarea de resurse de către biosferă, şi anume capacitatea biologică (biocapacitatea), este o măsură a cantităţii biologice de producţie a zonelor terestre şi maritime disponibile. Sistemele ecologice oferă resurse şi „servicii de ecosistem” pe care societatea umană le consumă, acestea contribuind la realizarea bugetului ecologic – conform definiţiilor date de Wackernagel (Wackernagel et al., 2002) [9]. Pentru a obţine o analiză reală a evoluţiei amprentei ecologice este necesar sa se introducă indicatori specifici. Potrivit unei accepţiuni generale, un indicator trebuie să fie măsurabil, adică să sesizeze dinamica sau să descrie situația care este supusă cuantificării. El trebuie să aibă un fundament științific, să fie relativ transparent (adică ușor de interpretat). Se poate vorbi de funcțiile pe care trebuie să le aibă – de o manieră tradițională – indicatorii: să reflecte fenomene sau evoluții, să fie apropiate unei accepţiuni şi înţelegeri largi și să orienteze luarea unei decizii în domeniul respectiv. Atunci când se pune problema evaluării – din perspectiva dezvoltării durabile – crește necesitatea de a se ține cont de numeroasele componente ale acestui tip de dezvoltare: economică, ecologică, socială și culturală. În unele analize este de dorit să se integreze chiar și o dimensiune istorică, prospectivă, pentru a pune în evidență evoluţii din trecut şi a evalua tendințele pe termen lung. Indicatorii trebuie să fie calculabili, într-un termen mai lung sau mai scurt. Din rațiuni pragmatice, modul de aplicare constă adesea în reorganizarea informației existente, mai degrabă decât în găsirea de sisteme care să permită colectarea unor date noi. În condițiile unei asemenea complexități a situației – care trebuie transpusă într-o serie de indicatori – este ușor de sesizat dificultatea realizării unei ”concilieri” între claritatea și profunzimea cunoașterii, aspirațiile factorilor de decizie, chestiunile riguros științifice, noutatea informațiilor și dinamica societății. În acest demers s-a pornit de la indicatori – în principal – economici, deja utilizați pe scară largă. În ciuda controverselor pe care le-a creat, şi criticilor care i s-au adus (neadaptarea la politicile de mediu, faptul că nu furnizează o soluţie care să ducă la diminuarea impactului, faptul ca nu permite compararea diferitelor modalități de utilizare a teritoriului, că nu ține seama de realitatea presiunilor exercitate asupra mediului), se poate considera că amprenta ecologică reprezintă o măsură eficientă de calcul a consumului unei anumite populații, strâns legată de capacitatea ecologică a unui anumit teritoriu. În forma de analiză actuală, amprenta ecologică include (v. detalii capitolul 5): a) Referiri la suprafaţa agricolă terestră destinată producţiei de recolte destinate direct sau indirect consumului uman b) Păşuni şi pajişti necesare pentru creşterea animalelor destinate producţiei alimentare c) Pădurile destinate producţiei de lemn pentru consum energetic sau prelucrare industrială d) Suprafeţele de apă (lentice 2, lotice 3) destinate producţiei piscicole sau consumului uman e) Zonele maritime costiere sau de larg din care se pot obţine producţii alimentare eficiente f) Suprafeţele de teren necesare asigurării habitatului uman g) Zonele de vegetaţie (în special păduri) necesare absorbţiei de emisii de gaze rezultate din procesele energetice Amprenta ecologica poate fi calculată în raport cu diferite arii sau sisteme. Se poate calcula „amprenta ecologică”, la nivelul întregii planete, la nivelul unei ţări, a unei comunităţi, a unei locuinţe sau la nivel individual.

2 3

Sisteme terestre de ape stătătoare Sisteme terestre de ape curgătoare

11

Țările foarte dezvoltate au o amprentă ecologică foarte mare, deoarece folosesc cantităţi mari de resurse naturale şi produc cantităţi mari de deşeuri. De fapt, daca toata lumea ar trai precum tarile dezvoltate, am avea nevoie de cinci planete pentru a asigura suficiente resurse pentru toata lumea, iar în decurs de numai 50 de ani, am avea nevoie de opt planete Pământ. „Living Planet Report 2014” [10] furnizează date demne de luat în analiză Index (în raport cu 1970) 2

1

0 1970

1980

1990

2000

2010

Anul

Figura 3: Indicele global biologic al planetei (Global Living Planet Index),

conform datelor WWF (World Wide Fund for Nature) şi ZSL (Zoological Society of London)

Indicatorul LPI (figura 3) arată un declin de 52% în intervalul 1970 – 2010, calculat de WWF, ceea ce înseamnă o reducere sensibilă a numărului de specii, mamifere, păsări, reptile, amfibieni şi peşti. Linia centrală albă reprezintă valoarea indicelui calculat iar zonele haşurate reprezintă nivelul de încredere al rezultatelor obţinute (cca 95%). Se poate aprecia că aceste modificări sunt un efect al creşterii impactului amprentei ecologice. În acelaşi timp, evoluţia biocapacităţii şi a amprentei ecologice se modifică după cum este prezentat în figura 4.

Figura 4: Amprenta ecologică şi biocapacitatea determinate în Living Planet Report 2014

12

Din datele evaluate, rezultă ca 1,5 planete Pământ ar fi necesare pentru a acoperi cererea umanităţii faţă de natură. În acelaşi timp, se poate remarca faptul că valoarea biocapcităţii a rămas neschimbată. În raportul din 2006, (The Global Conservation Organization, Living Planet Report 2006) [11] este prezentată o evaluare după mai multe scenarii a evoluţiei amprentei ecologice globale până în anul 2100 (figura 5).

Figura 5: Evaluarea evoluţiei amprentei ecologice (după WWF, The Global Conservation Organization, Living Planet Report 2006)

Se poate remarca necesitatea rezultată din aceste calcule de a se acţiona în sensul reducerii amprentei ecologice umane. Desigur este vorba despre o evaluare a amprentei ecologice globale. Aşa cum arătam, în cazul analizei unei situaţii în funcţie de ţări sau de zone situaţia se poate prezenta mult diferențiat. De exemplu, în figurile (6 – 20) este prezentată (conform Global Footprint Network ) [12] situaţia amprentei ecologice pentru unele ţări membre UE şi pentru SUA, Canada, Japonia dar şi pentru unele ţări puţin dezvoltate. Se poate afirma prin urmare că amprenta ecologică se conturează ca fiind una dintre soluțiile intuitive dar totodată şi de consistente cercetări multidisciplinare care se bucură prin spiritul ei modern, în ciuda disputelor pe care le-a creat, de o intensă mediatizare și largă acceptare. Scopul amprentei ecologice este de a identifica și propune noi definiții și unități de măsură pentru dezvoltare, favorizând reorientarea economiei şi dezvoltarea ştiinţei spre o valorificare eficientă a activităţilor umane și a naturii, urmărind să ia în considerare şi efectele sociale și economice ale modalităților de dezvoltare, efecte care nu figurează în calculele economice tradiționale. Activitatea omului şi-a pus amprenta asupra calităţii mediului din zona României, mai ales în ultimii 150 ani. Zone adiacente Dunării, zonele montane carpatice sau intracarpatice ar fi doar câteva exemple de luat în considerare în acest sens. Calitatea apelor din aceste regiuni, fie că sunt potabile, pentru irigaţii sau pentru utilizări industriale, cât şi mediu de viaţă pentru organisme biologice, au fost deseori afectate. Nu trebuie să trecem cu vederea însă şi posibilele efecte ale amprentei ecologice în evoluţia lor istorică. Deşi datele sunt mai greu accesibile şi dificil de interpretat, evoluţia unor situri istorice cum ar fi siturile dacice sau romano-bizantine sunt sisteme care prezintă un real interes privind analiza rolului pe care îl are amprenta ecologică în evoluţia societăţii umane. 13

Figura 6: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru România în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/romania/)

Figura 7: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Austria în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/austria/)

Figura 8: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Bulgaria în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/bulgaria/) 14

Figura 9: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Danemarca în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. ( http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/denmark/)

Figura 10: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Franţa în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/france/)

Figura 11: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Germania în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/germany/) 15

Figura 12: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Grecia în intervalul 1961-2010 exprimate în hag.( http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/greece/ )

Figura 13: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Italia în intervalul 1961-2010 exprimate în hag.( http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/italy/)

Figura 14: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Marea Britanie în intervalul 19612010 exprimate în hag.( http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/united_kingdom/) 16

Figura 15: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru S.U.A. în intervalul 1961-2010 exprimate în hag.( http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/united_states_of_america/)

Figura 16: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Canada în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/canada/)

Figura 17: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Japonia în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/japan/) 17

Figura 18: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Afganistan în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/afghanistan/)

Figura 19: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Bangladesh în intervalul 19612010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/bangladesh/)

Figura 20: valori ale amprentei ecologice şi a biocapacităţii pentru Congo în intervalul 1961-2010 exprimate în hag. (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/trends/congo/)

18

Schimbările de mediu. Rolul schimbărilor climatice

3. Schimbări de mediu. Rolul schimbărilor climatice Este foarte clar că sistemul climatic al planetei Pământ este orientat spre schimbări importante cu efecte sensibile asupra condiţiilor de mediu, al sistemelor ecologice. Efecte vizibile rezultate din înregistrări de lungă durată ai unor parametrii cum ar fi temperatura, direcţia vântului, umiditatea și radiația termică sunt remarcabile şi din punct de vedere al impactului asupra mediului, a condiţiilor de evoluţie a biosistemelor. Multe modele numerice prognozează că modificările vor evolua foarte repede şi se va atinge un nivel de echilibru cu o temperatura mai ridicată decât cele înregistrate vreodată de la începutul existenţei umane. Ar putea fi şi aceasta o ipoteză – dar trebuie remarcat că de multe ori nu suntem capabili în acest moment de a explica o mulţime de fenomene la care asistăm şi nu suntem foarte siguri nici pe predicţia din modele noastre privind evoluţia mediului în care trăim. Studiile şi tendinţele pe termen lung privind schimbările de mediu sub influenţa unor factori climatici cum sunt fluxurile de radiaţie şi convecţie termică în atmosferă, nebulozitatea şi temperatura, umiditatea, rolul curenţilor atmosferici, au o mare importanţă pentru investigaţiile de schimbări climatice. Principalele probleme de radiație termică şi convecţie pot fi legate, de asemenea, de influenţa puternică a gazelor biatomice şi triatomice asupra evoluţiei încălzirii globale. În prezentul capitol se iau în considerare şi unele aspecte cu privire la problemele de convecţie termica în troposferă, evoluţia de temperatură, umiditate și vânt direcţional şi modul în care acestea pot influenţa condiţiile globale de mediu. Elementul principal al sistemelor de mediu, care să permită evaluarea aspectelor sale termice, a resurselor energetice şi aspectelor dinamice – şi prin aceasta rolul asupra modificării amprentei ecologice – este intensitatea schimbului de căldură. Pentru a analiza această problemă, un model trebuie să ia în considerare: aspecte ale convecţiei sub diverse forme, aspecte ale radiaţiei termice în funcţie de compoziţia atmosferei şi particularităţile de la nivelul solului, schimbul de căldură între componente solide şi gaze, schimbul de căldură şi dinamica sistemelor lotice, lentice şi maritime. În cadrul modelelor pe care ne propunem să le realizăm trebuie să se ia în analiză un complex de particularităţi ale procesului de convecţie în atmosferă, stabilirea şi variaţia de temperatură, turbulenţele şi viteza curenților de aer influenţată de proprietăţile fizice generale şi locale ale aerului. Absorbţia radiaţiei solare de gaze este, de asemenea, un element important pentru a fi luat în considerate la elaborarea unor modele. Soluțiile trebuie să ia în considerare situaţii mai complexe în atmosferă. În cele din urmă, să nu pierdem din vedere că obiectivele urmărite de model, precum şi studiile "pe teren" sunt de a aduce o contribuţie privind răspunsul la întrebarea: "cât de reală este influenţa gazelor cu efect de seră asupra schimbărilor climatice şi de mediu". Pentru realizarea şi evaluarea modelelor curente aplicabile fenomenelor termice şi dinamice din atmosferă, un detaliu principal de analiză este reprezentat de paleoclimatologie. Procesele din troposferă sunt determinate de condițiile generale precum şi de condiţiile limitate zonal, poziţia relativă a suprafeţelor de referinţă, şi parametrii de aer. Prin urmare, se impune să se ia în considerare la nivel troposferic ca un sistem complex de gaze şi de parametri termodinamici specifici.

3.1 Dovezi istorice ale schimbărilor climatice şi impactul lor Condiţiile climatice au influenţat evoluţia vieţii pe Pământ. De la începutul existenţei umane, mediul şi clima influenţează condiţiile sociale, economice, culturale, militare şi activităţile

19

zilnice. Evoluţia umană pare să fi fost considerabil afectată de schimbările climatice din Pliocen 1 şi Pleistocen 2, ca urmare a răcirii globale la nivelul întregii planete. Modificările climatice au fost mult mai intense la latitudini superioare. Acesta ar fi unul din motivele de interes pentru studiul modificărilor climatice şi al efectelor lor în zonele arctice şi subarctice, având în vedere ca şi procesul invers este valabil. Una din principalele consecinţe a fost că s-a schimbat sistemul de circulație din straturile atmosferice, buclele de curenţi de înaltă presiune fiind mutate către latitudini mai reduse. Majoritatea cercetătorilor şi oamenilor de ştiinţă acceptă astăzi o diagramă "de tip paralel", care reprezintă evoluţia concentraţiei de dioxid de carbon şi a temperaturii în timpul istoriei geologice. Concluzia că schimbările climatice sunt puternic influenţate de prezenţa de CO2 în atmosferă este o consecinţă a acestei observaţii. Trebuie însă să recunoaştem că rezultatele şi concluziile mai multor cercetări sunt contradictorii şi modelele propuse nu sunt totdeauna foarte convingătoare. Una dintre cele mai cunoscute, acceptate şi utilizate diagrame (Latif, 2010) compară în paralel evoluţia temperaturii şi a dioxidului de carbon pentru precedenţii 650.000 de ani (figura 21) [13].

Figura 21: Paralela între evoluţia dioxidului de carbon şi temperatura aerului pentru ultimii 650mii de ani (după M. Latif, 2010)

Studii recente presupun şi tind să demonstreze faptul că în ultimele decenii activităţi antropice foarte variate au început să afecteze situaţia climatică globală a mediului. Efectele s-ar datora în principal creşterii concentraţiei de dioxid de carbon, creşterii producţiei de energie pentru uz uman şi schimbarea concentrației de aerosoli în atmosferă. Efectul cel mai important asupra climei este atribuit de creşterea concentraţie de CO2 atmosferic cauzată de 1

Pliocenul este perioada care s-a încheiat acum 2,6 milioane de ani. Este a doua perioadă a neogenului, respectiv perioada care a precedat Pleistocenului

2

Pleistocenul (în greacă πλεῖστος, pleistos "cel mai" și καινός, kainos "nou"), este numit și „era glaciară”.Este o perioadă geologică care începe acum 2,6 de ani și se termină acum 11.700 de ani.Face parte din Cuaternar, este precedat de Pliocen, și urmat de Holocen.

20

arderea cărbunelui, petrolului şi combustibililor fosili. Alte forme industriale, agricole și activități de transport pot fi implicate în acest proces. Sigur că acestei ipoteze, larg susţinută, i se pot aduce destule critici. Schimbările climatice globale pot fi cauzate de o multitudine de alţi factori, legaţi de modificări geologice sau la nivel astronomic. Cum altfel am putea justifica importantele modificări în structura atmosferei terestre, corelată cu modificările de temperatură în perioade când nu se putea pune problema unei activităţi antropice perturbatoare? Prin urmare, întregul nostru ansamblu de ipoteze este într-adevăr corect? Sau, sunt corecte metodologiile noastre de cercetare şi studiile noastre pe modele şi procedee de calcul? De exemplu, privind la graficul din figura 22, (Berner, 2001) [14] se pare că influenţa CO2 nu este foarte clară şi există alţi factori care influenţează nivelul de temperatură al planetei noastre.

Figura 22 Evoluţia temperaturii atmosferice globale şi nivelul dioxidului de carbon pe perioada erelor geologice (după Berner, 2001) (http://geocraft.com) Putem pune întrebarea: ce valoare corespunde unui „nivel normal” al dioxidului de carbon pentru Pământ? Corespunde nivelului considerat astăzi normal de 350 – 370ppm şi unei temperaturi medii globale de 10 – 12OC, favorabil vieţii şi activităţii umane, sau unei medii istorice de ~3000ppm CO2 şi unei temperaturi medii globale de 22 – 25OC, poate mai agreabilă planetei Pământ? Trebuie să acceptăm că aceasta este principala problemă la care trebuie să dăm un răspuns obiectiv, şi nu unul subiectiv din punct de vedere al confortului uman. O situaţie demnă de remarcat şi des discutată astăzi este cea referitoare la masa de gheaţă care acoperea sau acoperă planeta. În figura 23 este prezentata situaţia evoluţiei grosimii de gheaţă la nivel planetar (după Illinois State Museum, USA) [15]. Este evident că momentul actual prin care trece Pământul s-a mai repetat de multe ori în istoria geologică, când nu se punea problema unui impact antropic în modificarea concentraţiei de dioxid de carbon din atmosferă. În ultimii 750.000 de ani de istorie a Pământului, perioadele glaciare s-au succedat la intervale regulate, de aproximativ 100.000 de ani fiecare. Astăzi putem aprecia ca este o perioada de încălzire, care desigur premerge începutul unei noi ere glaciare.

21

In figurile 24 este prezentat nivelul unuia dintre cei mai mari gheţari tereştri din Europa – „Marea de gheaţă”, Mont Blanc iar în figura 25 unele din cele mai vechi roci terestre, 3,5 …3,8 mld de ani.

Figura 23: Evoluţia erelor glaciare şi erelor calde care duc la modificarea calotelor de gheaţă ( dupa datele de la ISM, USA)

Figura 24: Mère de Glace, grand S, vazut de pe Aiguille du Midi şi nivelul gheţii în 1980 comparativ cu nivelul din 2011 (photo: D. Constantinescu, august 2011)

22

Figura 25 : Unele dintre cele mai vechi roci terestre, (3,5 …3,8 mld ani) care au fost supuse numeroaselor cicluri glaciare : Loffoten, Norvegia (foto: D. Constantinescu, iunie 2013)

Datele obţinute pentru perioade mai recente (ultima mie de ani) sunt dominate de "Mica Eră Glaciară" de la aproximativ 1430 la 1850 când gheaţa din zona Atlanticului de Nord şi din zona Europeană avansează. Temperatura medie în această perioadă este cu 1oC mai mică decât în perioada precedentă sau ulterioară. Deoarece în 1850 temperatura a crescut oarecum pe o perioadă de 30 de ani şi precipitaţiile regionale au variat în funcţie de anotimp cu o medie de 10% la 15%. În acest interval, temperatura medie variază de la 1,0 la 1,7oC. Între 1940 si 1970 încălzirea generală înregistrează un regres, apărând indicii evidente de răcire, stratul de gheaţa care acoperă regiunea este în creştere clară. Unii cercetători (Budyko, Korshover) [16], indică graficul prezentat în figura 26 pentru temperatura medie anuală din Emisfera Nordică. Perioada de timp pentru care este necesar să se obţină informaţii reale despre modificările climatice pentru a fi comparabile între ele trebuie să aibă în vedere un interval de 50-120 de ani cel puţin.

Figura 26: Înregistrări ale modificărilor temperaturii medii anuale, evaluate de Budyko, Angell şi Korshover (după date înregistrate de Mitchel, 1977) [16] 23

Primul care a propus o analiză a impactului variaţiei dioxidului de carbon din atmosferă pe baza unor calcule este profesorul suedez Svante Arrhenius [17]. El presupune mai multe scenarii de reducere sau de creştere a concentraţiei de dioxid de carbon din atmosferă. În tabelul 1 sunt reproduse datele privind variaţia temperaturii funcţie de modificarea concentraţiei de dioxid de carbon şi de latitudine. Tabelul 1: Variaţia temperaturii funcţie de modificările presupuse de acid carbonic (dioxid de carbon), după Arrhenius, 1896 lat 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 -10 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -40 -50 -50 -60

Dec Feb -2.9

Acid carbonic=0,67 Mar May -3.0

Jun Aug -3.4

Sep Nov -3.1

Year

Dec Feb

-3.1

-3.0

-3.2

-3.4

-3.3

-3.2

-3.3

-3.3

-3.4

-3.4

-3.4

-3.2

-3.3

-3.3

-3.2

-3.1

-3.1

-3.1

-3.1

-3.0

-3.1

-3.1

-3.0

-3.0

-3.0

-3.0

-3.0

-3.1

-3.0

-3.1

-3.1

-3.2

-3.1

-3.1

-3.2

-3.3

-3.2

-3.3

-3.3

-3.4

-3.4

-3.4

-3.4

-3.3

-3.4

-3.2

-3.2

-

-

Acid carbonic=1,5 Mar May

Jun Aug

Sep Nov

Year

Dec Feb

3.3

3.4

3.8

3.6

3.52

3.22 -3.3

3.4

3.7

3.6

3.8

3.7

3.8

3.4

3.32 3.17 3.07 3.02 3.02 3.12 -3.2

3.7

3.6

3.5

3.35 3.37 -

Acid carbonic=2,0 Mar May

Jun Aug

Sep Nov

Year

6.0

6.1

6.0

6.1

6.05

3.62

6.1

6.1

5.8

6.1

6.02

3.7

3.65

6.1

6.1

5.5

6.0

5.92

3.3

3.5

3.52

6.0

5.8

5.4

5.6

5.7

3.3

3.2

3.5

3.47

5.6

5.4

5.0

5.2

5.3

3.5

3.2

3.1

3.2

3.25

5.2

5.0

4.9

5.0

5.05

3.2

3.2

3.1

3.1

3.17

4.9

4.9

5.0

5.0

4.92

3.1

3.1

3.2

3.2

3.15

4.9

4.9

5.0

5.0

4.92

3.2

3.2

3.2

3.2

3.2

5.0

5.0

5.2

5.1

5.07

3.2

3.2

3.4

3.3

3.27

5.2

5.3

5.5

5.4

5.35

3.4

3.5

3.7

3.5

3.52

5.5

5.6

5.8

5.6

5.62

3.6

307

3.8

3.7

3.7

5.8

6.0

6.0

6.0

5.9

3.8

3.7

-

-

-

6.0

6.1

-

-

-

În figurile 27, 28, 29 şi 30 sunt prezentate prelucrări grafice ale datelor propuse de Arrhenius, (tabelul 1) pentru C=0,67; C=1,5; C=2,0 şi în plus pentru C=2,5. Dec - Feb Mar-May C=0,67 Jun - Aug Sep - Nov Year Gauss fit of Data1_C...0.67

-2,85

variatia temperaturii fata de C=1, C

-2,90 -2,95

Data: Data1_C...0.67 Model: Gauss Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(π/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)2) Weighting: y No weighting

Gauss

-3,00 -3,05 -3,10

Chi^2/DoF = 0.01341 = 0.49064 R2

-3,15 -3,20

y0 xc w A

-3,25 -3,30

-3.25254 -0.19793 24.96524 8.83072

±0.04591 ±4.86935 ±11.30708 ±4.2645

-3,35 -3,40 -3,45 -60 SUD

-45

-30

-15

0

15

30

45

60

75 NORD

Latitudine

Figura 27: Variaţia temperaturii pe intervale sezoniere, funcţie de latitudine, pentru C=0,67 (prelucrare în „Origin”, D. Constantinescu, 2012)

24

Dec...Feb Mar...May Jun - Aug Sep...Nov Year Gauss fit of Data1_G...1.5

C=1,5

3,8

variatia temperaturii fata de C=1,

o

C

3,9

3,7

Data: Data1_G...1.5 Model: Gauss Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(π/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)2) Weighting: y No weighting

3,6 3,5

Chi^2/DoF = 0.0246 = 0.63574 R2

3,4 3,3

y0 xc w A

3,2

Gauss

3,1

3.57911 -9.81777 31.23686 -19.29422

±0.07178 ±4.22457 ±10.57053 ±7.45863

3,0 -60

-45

-30

Sud

-15

0

15

30

Latitudine

45

60

75

Nord

Figura 28: Variaţia temperaturii pe intervale sezoniere, funcţie de latitudine, pentru C=1,5 (prelucrare în „Origin”, D. Constantinescu, 2012)

C=2,0

variatia temperaturii fata de C=1,

o

C

6,2

Dec - Feb Mar...May Jun-Aug Sep...Nov Year Gauss fit of Data1_L...2.0

6,0 5,8

Data: Data1_L...2.0 Model: Gauss Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(π/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)2) Weighting: y No weighting

5,6

Chi^2/DoF = 0.00686 = 0.97688 R2

5,4 5,2

y0 xc w A

Gauss 5,0

6.12352 -5.95872 45.63866 -73.71248

±0.06056 ±1.03503 ±3.4361 ±7.6407

4,8 -60

-45

-30

Sud

-15

0

15

Latitudine

30

45

60

75

Nord

Figura 29: Variaţia temperaturii pe intervale sezoniere, funcţie de latitudine, pentru C=2,0 (prelucrare în „Origin”, D. Constantinescu, 2012)

La analiza acestor grafice trebuie remarcate câteva aspecte. Situaţia cea mai exactă o reprezintă cazul pentru C=2,0 (dublarea conţinutului de dioxid de carbon din atmosferă). Sunt de asemenea date bune pentru cazul C=2,5. În schimb, pentru cazurile C=0,67 şi C=1,5 – datele prezentate nu sunt foarte exacte (R2=0,49 …0,63). Probabil că o creştere a numărului de date înregistrate, inclusiv cele privind proprietăţile fizice ale aerului atmosferic, ar mări exactitatea calculelor. În figura 31 este prezentată zona de amplasare a staţiei meteo Mt. Njula, rezervaţia Abisko, sursă de obţinere a datelor privind schimbările climatice din zonele subpolare. 25

C=2,5 Dec-Feb Mar-May Jun - Aug Sep-Nov Year Gauss fit of Data1_B...2.5

8,2 8,0

Variatia temperaturii,

o

C

7,8 7,6 7,4

Data: Data1_B...2.5 Model: Gauss Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(π/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)2) Weighting: y No weighting

7,2 7,0

Chi^2/DoF = 0.02667 R2 = 0.95023

6,8 6,6 6,4

y0 xc w A

Gauss

8.10575 -6.45559 50.07812 -109.5804

±0.13999 ±1.58796 ±5.83572 ±18.60645

6,2 -60

-45

-30

Sud

-15

0

15

Latitudine

30

45

60

75

Nord

Figura 30: Variaţia temperaturii pe intervale sezoniere, funcţie de latitudine, pentru C=2,5 (prelucrare în „Origin”, D. Constantinescu, 2012)

Figura 31: Zona de amplasare a staţiei de înregistrare ANS, pe muntele Njula, Norbotten, Suedia, la 220km nord de Cercul Polar ( D. Constantinescu, iulie 2009)

Modele experimentale numerice folosind ecuaţii termodinamice şi hidrodinamice care guvernează procesele din atmosfera au fost folosite pentru a examina schimbările privind 26

concentrația de dioxid de carbon. Manabe şi Wethrald (1975) [18] au folosit un model reprezentând printr-o generalizare de topografie globală, schimbări termodinamice, inclusiv analiza valorilor de căldură latentă, radiaţia şi evaporarea din oceane. Au introdus o concentraţie arbitrară de CO2, au dublat concentrația prezentă şi efectuat calculul pe baza modelului având în vedere evoluţia în timp, până când un nou echilibru statistic a fost atins. Rezultatele (figura 32, Fleagle, 1979) [19], indică o încălzire generală a troposferei şi o răcire a stratosferei.

Figura 32: Diagrama lui Manabe şi Waterald reprezentând modelul numeric care arată distribuţia pe altitudine şi latitudine diferenţie de temperatură medie zonală în ipoteza dublării concentraţiei de CO2 în atmosferă (P/P0 – raportul dinte presiunea corespunzătoare altitudinii şi presiunea la nivelul mării)

Creşterea temperaturii medii globale la suprafaţă, conform modelului Manabe-Waterald este 2,9oC, cu valori mai mari de 10oC în regiunile polare. Probabil importante procese nu sunt reprezentate în experiment, inclusiv trecerea anotimpurilor, reacţia nebulozităţii (umiditatea atmosferei), efectele de acumulare termică şi de transport ale oceanelor. De asemenea, este necesar să recunoască efectele biomasei ca acumulatori sau producători pentru CO2. Prin urmare, există oameni de ştiinţă care nu recunosc extrapolarea ultimelor tendinţe privind evoluţia dioxidului de carbon în atmosferă, pentru viitor. În ideea de a face o corelare cât mai apropiată de realitate între impactul amprentei ecologice şi schimbările de mediu, incluzând schimbările climatice, o evaluare cât mai corectă a evoluţiei a rolului dioxidului de carbon în atmosferă este necesară. Pentru a evalua modificările climatice în trecut şi a anticipa schimbările climatice viitoare, înţelegerea cât mai exactă a rolului CO2 atmosferic absorbit de pădurile din zonele de uscat, dar şi rolul mărilor şi oceanelor, este necesară. Acest fenomen, care poate fi încadrat în rândul „serviciilor naturale ale mediului”(vezi capitol 5), trebuie considerat drept o componentă critică în modelarea proceselor dinamice. Este cunoscut că sursele de reglare (emisie şi absorbţie) ale dioxidului de carbon sunt mari, dar dimensiunea şi repartiţia geografică precum şi variaţia intensităţii rămân incerte. Pentru toate tipurile de pădure de exemplu, cantitatea de carbon brut a fost estimată la aproximativ 4 Petagrame 3 de carbon pe an, (PgC yr-1), (Pan, 2011) [20]. Cu toate acestea, beneficiul este parţial redus datorită defrişărilor din zona 3

1Pg=1miliard tone

27

pădurilor tropicale. În pădurile din zonele boreale, nu a fost nici o schimbare semnificativă. O scădere a biomasei care poate absorbi dioxidul de carbon de 50% în Canada, cauzată de incendii şi acţiunile de distrugere ale insectelor, a fost compensată de o creştere în alte zone, în special în Rusia Europeană (35%), explicabilă prin exploatarea forestieră redusă.

3.2

Un model care implică sursele industriale de CO2

Un model de bază care ar putea fi luat în considerare în evaluarea dispersiei şi absorbţiei poluanţilor gazoşi în atmosferă, inclusiv poluanţilor care conţin dioxid de carbon, este prezentat succint în continuare. Reprezentarea grafică de principiu a unui astfel de model este redată în figura 33.

Figura 33: Structura modelului de analiză a dispersiei poluanţilor atmosferici cu conţinut de dioxid de carbon provenind din surse industriale

Relaţiile utilizate în cadrul acestui model pot lua în considerare următoarele situaţii: Dacă sursele de poluare sunt cu emisie continuă: Pentru estimarea dispersiei atmosferice a emisiei poluante ca instrument de lucru pentru condiţiile concrete s-a considerat modelul statistic bidimensional dat de o distribuţie Gaussiană:

28

       H2  q y2   e  , unde  C(x, y) = ⋅ exp −  ⋅ exp −  2  2σ 2  2π ⋅ u ⋅ σ x ⋅ σ y  2σ    y z    

(7)

C(x,y) - concentraţia la sol pentru o poziţie oarecare (x,z) în unităţi de masă pe volum, [g/m3]; x - distanţa de la sursă pe direcţia vântului, [m]; y - direcţia verticală, perpendiculară pe axa x, [m]; q - debitul de poluant emis, [g/s]; u - viteza vântului la punctul de emisie, [m/s]; σx- deviaţia standard a distribuţiei concentraţiei pe orizontală la distanţa x pe direcţia vântului; σy - deviaţia standard a distribuţiei concentraţiei pe verticală, [m]; y - înălţimea efectivă a liniei de centru a jetului de efluent, [m]; He - înălţimea sursei poluante, [m]; Emisii poluante instantanee accidentale: Modelul Gaussian al penei de efluent, pe baza căruia s-au stabilit toate relaţiile de calcul statistic al evoluţiei poluanţilor, este aplicabil numai pentru surse cu emisie continuă sau cu durata de emisie egală sau mai mare decât timpul de transport de la sursă la receptor. Foarte importantă, dar dificilă, este determinarea direcţiei sau a traiectoriei emisiei instantanee. Acest lucru devine şi mai important dacă concentraţia trebuie determinată în anumite puncte specifice. Relaţia vitezei de difuzie pentru simetria sferică este:

∂C = D ⋅ ∂  r 2 ⋅ ∂C  ∂r  ∂t r 2 ∂r 

(8)

C - concentraţia; t – timpul (durata emisiei) D - coeficientul de difuzie; r - distanţa până la punct. Pentru t→0 atunci şi C→0; Pentru t→ ∞ atunci C→0. O condiţie mai puţin corectă este aceea că dioxidul de carbon ajuns în atmosferă dintr-o sursă industrială nu se pierde în timp, adică: (9) ∫∫∫ C ⋅ dx ⋅ dy ⋅ dz = Q

−∞

în care: Q - cantitatea totală de dioxid de carbon emisă Cu aceste condiţii ecuaţia variaţiei concentraţiei dioxidului de carbon în sistemul de referinţă cu coordonatele (x, y, z) şi timpul „t” se poate scrie:

C ( x, y , z , t ) =

 Q r2   ⋅ exp − 3/ 2  4 ⋅ D ⋅ t  8 ⋅ (π ⋅ D ⋅ t )   29

(10)

Concentraţia maximă se poate calcula cu relaţia:

C max ( X ) =

3.3

2 ⋅ QT

(2π )3 / 2 ⋅ σ x ⋅ σ y ⋅ σ z

(11)

Rolul atmosferei – proprietăţi şi evoluţie

Stratul troposferic poate fi definit curent ca fiind stratul care conţine de obicei 10% din suma totală de aer în care debitul de aer este controlat parţial prin frecare aerodinamică cu suprafaţa Pământului şi unde există o stratificarea termică a aerului. Convecţia liberă în spaţiul astfel definit, considerat ca spaţiu finit din punct de vedere termic şi dinamic, are o importanţă specială în evaluarea regimului de temperaturi şi în schimbările climatice globale care influenţează direct situaţia ecosistemelor pe planetă. Aceste procese sunt determinate de condiţii generale cât şi de condiţii zonale, poziţiile relative ale suprafeţelor de referinţă, parametri fizici ai aerului considerat ca un sistem complex de gaze. Analizând datele referitoare la sursele de CO2 din atmosferă și la efectul său, putem pune întrebarea dacă acest gaz într-adevăr este responsabil pentru schimbările climatice globale şi de mediu. Sau, cel puţin, dacă CO2 rezultat din activităţile umane are impact atât de mare pe cât se consideră astăzi. Unele cercetări au descoperit că evidenta creştere a nivelului de CO2 din atmosfera va duce la creşterea plantelor. Aceasta înseamnă că mai mult CO2 absorbit din atmosferă de plante va duce în cele din urmă la creşterea cantităţii de dioxid de carbon blocat în sol. Se poate estima că aceste majorări ale carbonului blocat în sol ar contracara parţial emisiile de dioxid de carbon rezultat din activităţi antropice, încetinind procesul de schimbări climatice în secolul următor. Emisiile de protoxid de azot (a se vedea tabelul 2) și metan vor contracara parţial creşterea de carbon sechestrat în sol de plante. În general, emiterea celor două gaze ar putea anula procesul de reţinere a carbonului în soluri şi biomasa vegetală, odată ce nivelul de CO2 creşte la 630 ppm(v). La ratele curente de emisie, CO2 în atmosferă va ajunge la această concentrație înainte de sfârşitul acestui secol, se apreciază în unele articole (Groenigen, Osenberg, Hungate, 2011) [21], (Ries, 2004) [22]. Pentru a stabili dacă creşterea nivelului de dioxid de carbon ar afecta emisiile protoxid de azot și de metan din soluri, cercetătorii au analizat rezultatele din 49 de publicaţii şi studii pe această temă. Analiza a acoperit atât situaţia fluxurilor de protoxid de azot și metan, precum şi modificările generale ale rădăcinii plantelor, dimensiunea lor şi starea conţinutului de apă din sol. Rezultatele au fost deduse astfel încât să reprezinte zone de teren globale acoperite de tipuri de sol relevante. Analiza a sugerat că, dacă nivelul de CO2 creşte, emisiile de protoxid de azot din solurile montane va creşte. Ca efect al creşterii CO2 atmosferic, creşterea producţiei de "gaze cu efect de seră", precum metan, protoxid de azot provenite din sol este cantitativ importantă, iar evaluările viitoare ar trebui să ia în considerare prin calcule şi modele aceste efecte "feedback". Cu toate acestea, din tabelul 2 se poate observa că ponderea de metan şi oxizi de azot din atmosferă este foarte scăzută. Aceasta înseamnă că este foarte probabil că influenţa lor asupra schimbărilor climatice la nivel global este nesemnificativă. Compoziţia normală a atmosferei de astăzi este prezentată de asemenea în tabelul 2.

30

Tabelul 2: Compoziţia atmosferei uscate (după (NOAA Earth System Research Laboratory, (updated 2014.03).

Component

Volume % 78,084

ppm volume 780.840

Comentarii şi observaţii Descoperit de D. Rutherford, 1772 Nume, Simbol, Număr Azot, N, 7 Serie chimică

nemetale

Grupă, Perioadă, Bloc 15, 2, 9

Azot, Nitrogen (N2)

20,946

Densitate

1,2506 kg/m³

Culoare

incolor

209.460 Nume, simbol, număr Oxigen, O, 8 Serie chimică

nemetale

Grupă, Perioadă, Bloc

6, 2, p

Densitate

1,429 kg/m³

Culoare

incolor

Oxigen (O2)

Evoluţia oxigenului din atmosfera terestră (↑ Gunnar Ries: Dicke Luft bei den Sauriern; Sauerstoffgehalt-1000mj.svg.) 31

Argon (Ar)

0,9340

9.340

0,0350

350,45 Formula

CO2

Masa molară

44.01 g mol

Prezentare

Gaz incolor

Miros

Fără miros

−1

3

1562 kg/m (solid la 1 atm and −78.5 °C) Desitate

3

770 kg/m (lichid la 56 atm and 20 °C) 3

1.977 kg/m (gaz la 1 atm and 0 °C)

Punct de topire

Dioxidul de carbon (CO2)

−56.6 °C; −69.8 °F; 216.6 K (Triple point at 5.1 atm)

Condiţii de sublimare

−78.5 °C; −109.2 °F; 194.7 K (1 atm)

Solubilitate în apă

1.45 g/L at 25 °C, 100 kPa

Presiune vapori

5.73 MPa (20 °C)

Aciditate (pKa)

6.35, 10.33

Indice de refracţie (nD) Viscozitate

1.1120

0.07 cP at −78.5 °C

Evoluţia concentraţiei de CO2 în atmosferă în ultimii 5ani

32

0,0018

18,18

Neon (Ne)

Număr atomic

10

Greutate atomică Standard

20.1797 (6)

Categorie Element

gaze nobile

Grupul , bloc

Grup de 18 (gaze nobile) , pbloc

Perioadă

0,00052

5,24

Perioada de 2

Neon, a fost descoperit în 1898 de către chimisti britanici Sir William Ramsay și Morris W. Travers de la Londra, Anglia.

Număr atomic

2

Greutate atomică Standard

4.002602 (2)

Categorie Element

gaze nobile

Grupul , bloc

Grup de 18 (gaze nobile) , sbloc

Heliu (He)

Perioadă

Perioada 1

Configurație Electron

1s 2

Punct de topire

0,95 K (-272.20 ° C, -457.96 ° F) (la 2,5 MPa)

Punct de fierbere

4.222 K (-268.928 ° C, 452.070 ° F)

Densitate la STP (0 ° C și 101.325 kPa )

0.1786 g · L -1

A fost observată prima dovadă de existenţă a heliului pe 18 august 1868 ca o linie galben strălucitor cu o lungime de undă de 587.49 nanometri în spectrul de cromosfera a Soarelui . Linia a fost detectat de către astronomul francez Jules Janssen timpul total eclipse solare.

33

0,00017

1,79

Formula moleculară

CH4

Masa molară

16.04 g mol−1

Aparenţa

Gaz incolor

miros

Fără miros 0.656 g/L at 25 °C, 1 atm

Densitate

0.716 g/L at 0 °C, 1 atm 0.42262 g cm−3 (la 111 K [−162 °C; −260 °F])

Temp de topire

Metan (CH4)

Temp de fierbere Solubilitate în apă

−182.5 °C; −296.4 °F; 90.7 K

−161.49 °C; −258.68 °F; 111.66 K

22.7 mg L−1

Concentraţia de metan pe o perioada de 420mii ani – date de la staţia Vostok, Antarctica Metanul este un gaz cu un potenţial efect de seră relativ ridicat. Concentraţia de metan în atmosfera terestră era în 1750 de 700ppb iar în 1998 1745ppb. Totusi după acest an, concentraţia a rănas relativ constantă, în 2009 ajungând la 1800ppb.

34

0.00011

1.14

Krypton (Kr)

0,00005

0,55

Temp de topire

115.78 K (−157.37 °C

Temperatura de fierbere

119.93 K (−153.415 °C

Densitatea a (0 °C and 101.325 kPa)

3.749 g·L−1

Punctul triplu

115.775 K, 73.53 kPa

Punctul critic

209.48 K, 5.525 MPa

Caldura de ardere

1.64 kJ·mol−1

Căldura de evaporare

9.08 kJ·mol−1

Culoare

incolor

Fază

gaz

Punct de topire

13.99 K (-259.16 ° C, -

incolor

434.49 ° F) Punct de fierbere

20.271 K (-252.879 ° C, 423.182 ° F)

Hidrogen (H2)

Densitate la STP (0 ° C și 101.325 kPa )

0.08988 g/cm3

Punct critic

32.938 K, 1.2858 MPa

Căldură de fuziune

(H 2 ) 0,117 kJ · mol -1

Căldură de vaporizare

(H 2 ) 0,904 kJ · mol -1

Capacitate de căldură Molar

(H 2 ) 28.836 J · mol -1 · K -1

35

0,00003

0,3

0,00001

0,1

Protoxidul de azot (N2O)

Protoxidul de azot dă naştere la NO (oxid nitric) prin reacţie cu atomi de oxigen. NU reacţionează cu gaz ozon. Ca rezultat, este principalul mod natural reglare a ozonului stratosferic. Este, de asemenea, un gaz poluant major cu efect de seră în aer. Considerate pe perioade de peste 100 ani, acesta are 298 ori mai mult impact "pe unitatea de masă" decât dioxidul de carbon (potenţialul de încălzire globală). Formula

CO

13.99 K (-259.16 ° 434.49 ° F)

Masa molară

28.010 g/mol

Aspect

Gaz incolor

Miros

inodor 789 kg/m3, lichid

Densitate

1,250 kg/m3 at 0 °C, 1 atm 1,145 kg/m3 at 25 °C, 1 atm

Monoxidul de carbon (CO)

Temperatura de topire Temperatura de fierbere Solubilitate în apă Indice de refracţie

0,000009 Xenon (Xe)

0,09

−205,02 °C ( 68,13 K)

−191,5 °C ( 81,6 K)

27.6 mg/1 L (25 °C)

1.0003364

In atmosferă se găseşte pentru scurt timp în această formă în concentraţii variabile. Se combină cu oxigenul formând dioxid de cerbon şi oxigen Xenon are numărul atomic 54. La temperatură și presiune standard, gazul pur are o densitate de 5,761 kg Ca lichid, xenon are o densitate de până la 3,1 g / ml, cu maximul de densitate la punctul triplu. În aceleași condiții, densitatea xenon solid, 3,640 g / cm 3.

36

20.271 K (-252.879 423.182 ° F)

0 la 7×10−6

0,07

Formula Masa molară

Ozon (O3)

0,000002

0,02

0,000001

0,01

urme

urme

Dioxidul de azot (NO2)

Iod (I2)

Amoniac (NH3)

O3

0.08988 g · L -1

48,00 g mol−1

Aspect

Gaz albastru deschis

Densitate

2,144 mg cm−3 (la 0 °C)

Punctul de topire

−192.2 °C; 81.0 K

Punctul de fierbere

−112 °C; 161 K

Solubilitate în apă

1,05 g L (la 0 °C)

Indice de refracţie

1,2226 (stare lichidă)

Potenţialul de termic global al O3 în troposferă este între 978-1022 tone CO2 echivalent/ tona de O3. Ozonul din troposferă are radiativ aproximativ de 1000 de ori mai mare decât CO2. Cu toate acestea, ozonului troposferic este un gaz cu efect de seră scurtă durată care se dezintegrează în atmosfera mult mai repede decât CO2. [23] Dioxidul de azot are o masă molară de 46,0055, -3 ceea ce îl face mai greu decât aerul, al cărui masă 0,07 g · cm (solid molară medie este de 28,8. Dioxidul de azot apare · cm -3 ) [ 2 ] în mod tipic prin oxidarea oxidului nitric (NO) de oxigen din aer. Dioxidul de azot este toxic prin inhalare. Cu toate acestea, fiind un compus acru și ușor de detectat prin miros la concentrații scăzute, expunerea prin inhalare pot fi în general evitată. A culoare albă, acidul azotic fumans, care se produce în mod spontan din NO2 peste 0 ° C. De asemenea, concentrații mici (4 ppm) au efect anestezic, creând astfel un risc potențial de supraexpunere. Iodul se găseşte pe Pământ mai ales stare foarte 0.07099 g · cm -3 solubilă în apă, care se concentrează în oceane şi bazine acvatice. Iodul liber se oxidează rapid în iodură de către un oxidant, ca oxigen liber. Pe Pământ, este un element relativ rar. Cu toate acestea, prezența sa în apa oceanică are un rol important în biologie şi în procesele din mediu. Amoniac , este un compus de azot și hidrogen. Este 13.8033 7.041 kPa un gaz incolor cu o miros înţepător caracteristic. Amoniacul contribuie în mod semnificativ nevoile de nutriţie ale organismelor terestre. 37

3.4 Rolul radiaţiei termice Studii pe termen lung privind tendinţele în fluxuri de radiaţii în conexiune cu ciclul hidrologic, nebulozitatea şi temperatura au o mare importanţă pentru cercetările de schimbări climatice şi mediu. Pentru a estima schimbările pe termen lung în diverse intervale de timp, (pe serii temporale) prin ajustări statistice liniare ale tendinţelor, unele lucrări recomandă să se accepte două condiţii liniare de evaluare propuse de Polyak (1979) şi (Abakumova, 1995) [24]: σ 12 < σ 02 α1

σ α1 > 2

(12) (13)

α1 – coeficientul de regresie anual total, în ani σα1- deviaţia standard σ1 – deviaţia standard reziduală rezultată din aproximarea liniară utilizată (linie dreaptă) σ0 – deviaţia standard a determinării experimentale Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafaţa solului în diferiţi ani poate varia în mod semnificativ. Pe lângă acest tip de variaţie aleatoare, o anumită tendinţă descrescătoare a radiaţiei solare a devenit evidentă în mai multe zone de pe Pământ. În figurile 34 și 35 sunt prezentate rezultatele obținute pentru radiaţia solară (Abakumova şi colectiv,1995) [24].

Figura 34: Serii temporale şi ajustarea statistic liniară privind radiaţia solară în zona Moscova (Q – radiaţia globală, S – radiaţia directă incidentă la suprafaţa orizontală) (Abakumova, 1995)

Figura 35: Serii temporale şi ajustarea statistic liniară privind radiaţia solară la Toravere (Tartu, Estonia) (Q – radiaţia globală, S – radiaţia directă incidentă la suprafaţa orizontală) 38

Trebuie să remarcăm totuşi că experienţele de acest tip, ca şi alte experimentări şi studii din domeniul ecologiei şi mediului, conduc în general la funcţii empirice. Funcţia empirică poate fi reprezentarea aproximativă a unei funcţii teoretice definite în mod matematic. În sistemele naturale există moduri de dependenţă mult mai variate decât cele date de funcţiile matematice. În acest caz este de preferat sa pornim de la definirea unor legi stohastice, specifice sistemelor ecologice şi legilor aplicate în studiul mediului, apelând la studiul cu ajutorul noţiunii de probabilitate. Repartiţiile normale, binomiale, hipergeometrice etc. care apar în teoria probabilităţilor sunt exemple de repartiţii de natură stohastică. Repartiţiile empirice reprezintă de multe ori neregularităţi datorate unor cauze necunoscute cum ar fi şi situaţia incidenţei radiaţiei solare, sau hazardului. Înlăturarea acestor neregularităţi se face prin operaţia de ajustare a datelor statistice. Să presupunem că avem n puncte de tipul:

A1 (t1 , y1 ), A2 (t 2 , y 2 ),...., An (t n , y n )

(14)

corespunzătoare absciselor t1, t2, …,tn şi ordonatelor corespunzătoare y1, y2, …yn în sistemul de axe rectangulare Ot, Oy. Punctele Ai (i=1, 2, ...n) pot fi de exemplu elementele unei serii statistice, referitoare la înregistrarea datelor privind incidenţa radiaţiei solare, în care abscisele măsoară diferite momente iar ordonatele, frecvenţele fenomenului considerat. Punctele Ai (i=1, 2, ...n) se dispun cu o oarecare neregularitate întâlnită la aproape toate seriile statistice. Scopul ajustării este sa găsim o curbă care sa se apropie cât mai mult de punctele date Ai (i=1, 2, ...n), şi cu care, din această cauză, să putem admite că ne poate indica direcţia de dezvoltare a fenomenului respectiv, în cazul prezentat mai sus estimarea evoluţiei radiaţiei solare. Dacă se consideră de exemplu punctele date de (14) şi dreapta: (15) Se determină coeficienţii necunoscuţi a şi b astfel încât expresia (16) să dea un minim: n

∑ (a + bt i =1

i

− y i ) 2 = min

Figura 36: Funcţia 16 39

(16)

Din figura 36 reiese imediat semnificaţia acestei metode. Dacă Ai(ti, yi) este un punct al seriei statistice date, paralela la O-y care trece prin Ai taie dreapta y = a + bt în punctul Ai' (t i , a + bt i ) . Relaţia (16) arată că trebuie să determinăm pe a şi b, astfel încât să avem: ______

n

∑ Ai Ai'2 = min

(17)

i =1

O altă metodă de evaluare şi interpretare a tendinţelor datelor înregistrate statistic, ar putea fi „metoda celor mai mici pătrate”, care spune că: „suma pătratelor diferenţelor dintre ordonatele teoretice şi ordonatele empirice trebuie să fie minimă”. Această metodă a fost introdusă de K.F.Gauss. În acest caz, pentru determinarea lui a şi b se consideră funcţia: n

F (a, b) = ∑ (a + bt i − y i ) 2

(18)

i =1

şi se rezolvă ecuaţiile:

∂F =0 , ∂a

∂F =0 ∂b

(19)

Va rezulta un sistem :

na + b∑ t i = ∑ y i

(20)

a ∑ t i + b∑ t i2 = ∑ y i t i

(21)

În (20) şi (21) indicele de însumare i ia valori de la 1 la n inclusiv. Sistemul de ecuaţii (20), (21) se simplifică dacă printr-o schimbare a originii obţinem alte coordonate t i (i = 1,2,..., n) astfel încât

∑t

' i

=0

(22)

Din (20) - (21) astfel transformate se deduce imediat: a=

∑y

i

(23)

n

∑t y b= ∑t ' i

'2 i

i

(24)

Ecuaţiile (23) şi (24) se numesc „ecuaţii normale”. Metoda „ajustării parabolice” este încă o metodă de analiză statistică a datelor înregistrate, care poate oferi o evaluare mai exactă a evoluţiei fenomenului analizat. Procedeele de ajustare printr-o dreaptă sunt cazuri particulare de ajustare parabolică:

40

y = a 0 + a1t + a 2 t 2 + ... + a n t n

(25)

Ecuaţiile pentru determinarea coeficienţilor a 0 , a1 ,....a n se obţin din condiţia:

∑ (a

0

+ a1t i + a 2 t i2 + ... + a n t in − y i ) 2 = min

(26)

În cazul unei ajustări parabolice de gradul doi: y = a + bt + ct 2 Se obţin ecuaţiile normale:

na + b∑ t i + c ∑ t i2 = ∑ y i i

i

(27)

(28)

i

a ∑ t i + b∑ t i2 + c ∑ t i3 = ∑ t i y i

(29)

a ∑ t i2 + b∑ t i3 + c ∑ t i4 = ∑ t i2 y i

(30)

i

i

i

i

i

i

i

i

. Desigur, efectul radiaţiei solare trebuie examinat funcţie de valoarea lungimii de undă. De pildă, numai în domeniul radiaţiilor de unde scurte există sute de mii de date stocate, dar prelucrate şi interpretate în prea mica măsură (Gilgen, Wild, Ohmura, 1997) [ 25]. În analiza datelor se încearcă de asemenea unei metode de analiză statistică liniară a datelor pe baza unor tehnici de regresie. Este modelată o combinaţie liniară în scopul evaluării predictive a evoluţiei posibile a radiaţie solare de unde scurte pentru următorii ani. Relaţia utilizată este de forma ajustării statistice liniare (ecuaţia 16, figura 36) şi are forma:

(31) Dacă reţeaua de date utilizată se referă la o singură sursa (o singură staţie meteo de înregistrare de exemplu), ecuaţia (31) va avea forma: (32) a: valorile înregistrate t: timpul, în ani Ca exemplificare a acestor metodologii se utilizează date înregistrate la staţiile de cercetare şi înregistrare ECOMET din Universitatea Politehnica din Bucureşti şi Abisko, Suedia (ANS). În figurile 37 şi 38 sunt prezentate aspecte de la standul de înregistrări de date meteo ECOMET. În figurile 41 - 43 sunt exemplificate analizele pentru radiaţiile solare din zona subpolară Norrboten, Abisko, (ANS).

41

Figura 37: evoluţia radiaţiei solare pentru un interval de doua luni (staţia ECOMET) şi predicţia evoluţiei acesteia folosind modelul ajustării statistice polinomiale de gradul 2.

Figura 38: Evoluţia radiaţiei UV pe parcursul a doua luni (mai-iunie 2011) (staţia ECOMET) şi predicţia evoluţiei acesteia folosind modelul ajustării statistice liniare

b)

d)

a) c)

Figura 39. Stand fotovoltaic (a) panou fotovoltaic sistem de orientare stand, b) tablou electric si sistem de achizitie date, c) invertor, încărcător, acumulator, d) calculator achiziţie date

42

a) d)

b)

e) c)

Figura 40: Staţia meteo a UPB-SIM (a), b), c), d) amplasamentul exterior al elementelor staţiei meteo; e) interfaţa de afişare a parametrilor măsuraţi şi transferaţi la calculatorul de achiziţie a datelor)

Date înregistrate la stația meteo Abisko, ANS

Tendinţa statistic de evoluţie

Figura 41: evoluţia radiaţiei solare globale în zona subpolară Norrboten, ANS, iulie 1984 (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu, 2014)

43

În ceea ce priveşte evoluţia radiaţiilor solare pe parcursul unui an, sunt exemplificate situaţiile înregistrate pentru anii 1984, 1985 figurile 42 şi 43.

Figura 42: Evoluţia valorilor radiaţiei solare pentru perioada iulie-decembrie 1984, ANS

Figura 43: Evoluţia valorilor radiaţiei solare pentru perioada ianuarie-decembrie 1984, ANS

În cazul înregistrărilor din zona subpolară (Norrboten Abisko – ANS), pentru perioada 1984– 2005 au fost obţinute 7718 date destinate evaluării evoluţiei radiaţiei solare globale. Pentru intervalul 1 iulie 1984 – 15 martie 1986 au fost luate în calcul 624 de date din înregistrări zilnice. Graficul obţinut este prezentat în figura 44.

44

400

radiatia solara globala, W/m2

350 300 250

B

200 150 100 50 0 -50

0

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

numar de înregistre în intervalul 1.07.1984 - 15.03.1986

Figura 44: înregistrări ale radiaţiei solare globale la ANS (zona subpolară Norrboten) (prelucrare în Origin, D. Constantinescu 2014)

D

radiatia solara globala, W/m2

300

250

200

150

100

50

0 1984.08.04 1984.09.08 1984.10.13 1984.11.17 1984.12.22

datele de înregistrare (1984.07.01 - 1984.12.31)

Figura 45: Înregistrări ale radiației solare globale la ANS, Norrboten, Suedia

45

Figura 46: Înregistrarea datelor de temperatură, umiditate şi radiaţii pe vârful Njulla, rezervaţia ştiinţifică Abisko, Norrboten, Suedia ( foto: D. Constantinescu, iulie 2010)

3.5 Elemente privind dinamica troposferei Troposfera este stratul cel mai de jos al atmosferei în contact cu suprafaţa terestră şi se caracterizează prin semnificative procese dinamice. Grosimea troposferei variază cu latitudinea, fiind de 16-18 km in zona ecuatoriala, de 10-12 km in zonele temperate şi de 6-8 km in cele subpolare şi polare. Explicația grosimilor variabile constă, pe de o parte, în forma de elipsoid de rotație a atmosferei inferioare, iar pe de alta, în încălzirea diferențiată care favorizează mişcări de convecţie sub influenţa variaţiilor de temperatură, mişcări mai intense la ecuator şi de intensitate mai scăzută în regiunile din zonele polare. Această din urmă cauză face ca grosimea troposferei, în orice zonă ar fi considerată, să fie mai mare vara şi mai mică iarna. Diferenţele pot fi de 2000 - 3000m. Pentru aceeaşi latitudine şi acelaşi interval de timp, troposfera are grosimi mai mari în punctele cu presiune atmosferică mică. Deoarece în primii mii de metri gradientul de scădere a densităţii şi presiunii aerului are valori mai mari, la limita superioară a troposferei presiunea este de zece ori mai mică pentru zona ecuatorială şi de 4-5 ori mai mica pentru zonele polare decât la nivelul mării. Deşi este cel mai subţire dintre straturile atmosferei, troposfera prezintă pentru biosferă şi activitatea de pe Pământ o importanţă deosebită. Ea concentrează peste 80% din masa atmosferei şi circa 90% din vaporii de apă, fiind zona în care se produc cele mai importante procese şi fenomene de schimbări climatice. Principalele caracteristici ale troposferei sunt: scăderea temperaturii cu înălţimea şi dinamica aerului. În general, variaţia temperaturii în troposferă poate fi explicată global pe baza transportului de căldură latent sensibilă dinspre sol, căreia i se opune, de la o anumita altitudine, radiaţia solara incidentă.

46

Pornind de la expresia principiului întâi al termodinamicii pentru un gaz perfect, pentru care energia internă este funcţie numai de temperatură, rezultă: R ⋅T dQ = − ⋅ dp + C p ⋅ dT p

(33)

T: temperatura, K p: presiunea, N/m2 Cp: căldura specifică la presiunea considerată, kJ/kg Componentele de bază care trebuie luate în considerare pentru realizarea şi lărgirea unui model privind dinamica atmosferei sunt: componenta radiaţii, care se referă la modul în care radiaţia solară este primită şi absorbită; componentă dinamică, ce se referă la energie și deplasarea de masă pe anumite spaţii din atmosferă, având componente pe latitudine şi altitudine (aici sunt incluse procesele de convecţie, care reprezintă elementul principal al modelului curent); procese în ceea ce priveşte capacitatea de emisie şi schimbul de energie. Rezoluţia în timp şi spaţiu vizează etapa temporală a modelului la nivele orizontale şi verticale, pentru care acesta este prevăzut să funcţioneze. Mişcarea verticală a masei de aer în atmosfera reală este foarte complexă şi greu să se studieze fără introducerea unor ipoteze speciale. Dacă se consideră că mişcarea verticală este lentă, mişcarea masei de aer ar putea fi considerată cu o bună aproximare cvasi statică şi adiabatică. Luând în considerare un spaţiu limitat în zona inferioara a atmosferei, (troposferă), modalitatea de schimb termic şi dinamica gazelor au o influenţă decisivă pentru a determina condiţiile de stabilire a unui model fizic sau matematic privind zona menţionată (Constantinescu, 2008, 2009) [27] [28]. Aceste procese sunt determinate de condiţiile limitate zonal, poziţia relativă a suprafeţelor de referinţă, (în raport cu suprafaţa de pământ, incluzând, de asemenea alte elemente locale, care pot influenţa modelul) şi parametrii termo-gazodinamici ai aerului, considerata ca un sistem complex de gaze (vâscozitate, coeficientul de dilatare, densitate, umiditate). În cazul unei destinderi adiabatice (sau compresie) fără condensare, poate fi definit "gradientul vertical de temperatură al aerului uscat", (Δθ)a ca o variaţie a temperaturii unei particule microscopice de gaz, atunci când se deplasează pe unitatea de lungime a componentei verticale.

(∆θ ) a = −

dT g = dz c p

(34)

unde: T – temperatura, K g=9,81 m/s2 cp= 1004 J/kg K : căldura specifică în condiţii adiabatice pentru compoziţia standard a aerului Considerând un spaţiu orizontal finit, (Constantinescu D., 2009) [28], aspectul zonal de circulaţie a curenţilor de aer depinde de diferenţa de temperatură între suprafaţa delimitativă superioară şi suprafaţa delimitativă inferioară (figura 35). Dacă temperatura de la suprafaţa superioară are aceeaşi valoare ca temperatura suprafeţei inferioare, nu există nici recirculare pe direcție verticală de atmosferă aer (figura 35a). În cazul în care valorile de temperatură ale 47

celor două suprafețe delimitative sunt diferite, atunci, alternativ, vor fi generaţi curenţi ascendenţi şi descendenţi (figura 47). Acest aspect duce la intensificarea dinamicii aerului şi a schimbului de căldură.

Figura 47a: Generarea de curenţi ascendenţi şi descendenţi când convecţia liberă zonală nu este prezentă [28]

Figura 47b: Generarea de curenţi ascendenţi şi descendenţi când convecţia liberă zonală este prezentă [28] În cadrul acestei analize este folosită valoarea convenţională "temperatura potenţială", Θ, [26], în funcţie de parametrii de presiune "p" şi temperatura "T" a particulei macroscopice gazoase. "Θ" se definește ca temperatura elementului de aer uscat atunci când se schimbă de la starea iniţială f(p,T), în timpul unei transformări adiabatice, la presiunea standard p0=1000mb. Aplicând ecuația lui Poisson se poate scrie: Ra

 p cp Θ = T  0   p  Ra =

R

µa

(35)

: constanta universală a gazelor aplicată pentru aerul uscat 2.87.102 J/kg.K

μa= 28,966 kg/mol, masa molară a aerului uscat Luând în considerare condensarea vaporilor de apă, gradientul adiabatic umed (K/hm), se obține cu [26]: 48

 λ ⋅ e ⋅ µ  λ ⋅ e ⋅ µ ε ⋅ λv  dT (∆θ ) s = − = (∆θ ) a 1 + v s v 1 + v s v ⋅ dz p ⋅ R ⋅ T  p ⋅ R ⋅ T c p ⋅ T  

−1

(36)

în care: - λv: căldura latentă specifică de vaporizare a apei, - es: presiunea parţială a vaporilor de apă saturaţi; -

 λ 1 1  eS (T ) = 611 exp − v  −   RV  T 273,15 

-

μv: masa molară a vaporilor de apă p: presiunea aerului umed saturat

-

μa : masa molară a apei T: temperatura, K

-

ε=

-

p: presiunea aerului umed saturat

µv µa

Altitudinea,

m

Valoarea gradientului adiabatic umed nu este constantă, ea depinde de temperatură şi de presiunea aerului umed. Pentru variaţii privind temperatura aerului uscat şi a aerului umed saturat, luând în considerare schimbările parametrilor termo-fizici, se obține variaţia de temperatură prezentată în figura 48. temperatura aerului uscat; (∆θ)a=0.98 temperatura aerului umed; (∆θ)s=0,37 (0-1000m) (∆θ)s=0,39...0,59 (1000-2000m) (∆θ)s=0,61...1,65 (2000-3000m)

3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -12 -10 -8 -6 -4 -2

0

2

4

6

8 10 12 14 16 18 20 22

temperatura, C

Figura 48: Diagramele de variaţie a temperaturii aerului uscat şi aerului umed funcţie de altitudine

49

Având în vedere că aerul, în zonele spaţiului delimitat are iniţial o mişcare laminară în regim constant (figura 49), ecuaţia care caracterizează conţinutul de energie din acesta masă de aer va avea forma generală [28]: d 2T =0 (37) dz 2 cu soluţia generală: (38) T=C1.z + C2

Figura 49: Elementele de bază ale zonei delimitate în scopul calculării dinamicii aerului

(

Pentru condiţiile limită: T H ⋅ i

n

)= T

s

şi T  − H ⋅ j  = Ti , se obţin două posibilităţi, n 

H ⋅i  H ⋅i   H⋅ T + C 2 = TS şi T  −  = C1 n n  n  



H⋅j j + C 2 = Ti  = −C1 n 

Se obţine: TS − Ti = C1 ⋅ H , şi: C1 =

TS − Ti H

Calculul constantelor C2 se rezolvă referitor la cele două temperaturi, cea inferioară (a) Ti, şi cea superioară (b) Ts. a): C 2 = Ti +

b):

Ts − Ti H ⋅ j ⋅ H n

→

j j  C 2 = TS ⋅ + Ti 1 −  n  n

TS − Ti H ⋅ i ⋅ H n

→

i  i C 2 = Ti ⋅ + TS 1 −  n  n

C 2 = TS −

Se obţine pentru ecuaţia (38): a): T =

Ts − Ti j j  z + TS ⋅ + Ti 1 −  n H  n

b): T =

TS − Ti i  i z + Ti ⋅ + TS 1 −  n H  n

50

Diferenţa de temperatura dintre suprafaţa delimitativă inferioară şi limita superioară este:

∆T = TS − Ti

(39)

Referitoare la temperatura inferioară, Ti (40a) sau la temperatura superioară, TS (40b), se obţin relaţiile:

 z j T = ∆T  +  + Ti  H n

 z i T = ∆T  −  + TS  H n

(40a)

(40b)

Utilizarea ecuaţiilor (40) permite o analiză modificărilor de temperatură în troposferă pe direcţie verticală în condiţiile unei dinamici datorate modificărilor termice. În cazul în care pentru analiza zonei delimitate este necesară o divizare pe mai multe secţiuni, se vor atribui valori diferite pentru j şi i, cu condiţia j+i=n. Este recomandabil să se utilizeze un număr mai mare de secţiuni (sectoare), în special dacă altitudinea depăşeşte 3000m şi se ia în considerare cazul real al aerului umed [28], [29]. Pentru o atmosferă stabilă, j=0, ecuaţiile 38a şi 38b dau variaţia temperaturii pentru cazul aerului uscat (figura 50)

 zz i j T = ∆TT −+ ++TTSi H nn  H

500m 1000m 2000m 3000m

3000 2750

ecuatia 40b

2500

 z i T = ∆T  −  + TS  H n

2250

 z j T = ∆T  +  + Ti  H n

pentru: j=0, i=3, n=3 limita superioara: de la 500 la 3000m suprafata delimitativa inferioara: nivel sol (0m)

2000

altidunie, m

ecuatia 40a

1750 1500 1250 1000 750 500 250

-10 -8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

o

tempratura, C Figura 50: Modificarea valorilor nivelul de temperatură începând cu H=0, pentru gradul de stratificare n=3, j=0

Intensitatea turbulenţelor, direct influenţată de variaţia termică este dependentă de instabilitatea atmosferică (sau de stratificare). Acest aspect ar putea fi exprimat de modul de deplasare şi de schimbările de temperatură ale unei particule de aer care se deplasează pe verticală (z) raportat la un nivel iniţial. Cazul prezentat în figura 38 se referă la o schimbare 51

constantă de temperatură, pentru un spaţiu nestratificat (stabilitate atmosferică). Dar modificările termice la care sunt supuse particulele de aer sunt diferite în cazul când este luată în considerare stratificarea atmosferică (instabilitate termica). În acest caz, sunt obţinute modificările prezentate în figura 51. i j  z termice

altitudinea, m

= ∆TT −+ ++TTSi H nn  H 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

500m 1000m 2000m 3000m

 z i T = ∆T  −  + TS  H n

j  z T = ∆T  +  + Ti  H n

pentru: j=1, i=2, n= limita superioara: 3000m suprafata limitativa infeioara: nivel sol (0m) 20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

tempeatura, oC Figura 51: Modificările de temperatură funcţie de modificările limitei superioare a spaţiului troposferic considerat când sunt luate în considerare condiţiile de stratificare (j=1, i=2, n=3, H=500…3000m)

Modificări dinamice în spaţiul troposferic delimitat În procesul de schimb de căldură şi în cel gazodinamic pot fi remarcaţi gradienţi de presiune, care, în prezenţa forţelor gravitaţionale, pot produce curenți convectivi turbionari de aer. Dacă forţele de convecţie liberă sunt foarte mari, poate fi considerată ca mai puţin influenţată de convecţia forţată şi efectele acesteia. Aceste aspecte apar frecvent în cazul proceselor gazodinamice din atmosferă. Pentru a obţine unele indicii despre valorile şi efectele convecţiei libere şi convecţiei forţate [26], [30] poate fi considerată, ca punct de pornire, ecuația diferențială:

∂ 2 wx ∂wz  ∂p  ∂wx ρ  wx + wz  = − − ρ ⋅ g +η ∂x ∂x ∂z  ∂z 2  În cazul unei mişcări laminare în regim constant, ecuaţia (41) poate fi scrisă: d 2w dp + ρ⋅g η ⋅ 2x = dx dz unde: 52

(41)

(42)

η: viscozitatea dinamică a aerului, Pa.s [N.s/m2] wx: viteza în axa curentului, m/s p: presiunea hidrostatică, Pa ρ: densitatea, care poate fi exprimată funcţie de coeficientul de dilatare al gazelor ρ0 (aerului) 4, β: ρ = , kg/m3 1 + β T ⋅ (T − Tm ) m

Având în vedere presiunea hidrostatică şi dependenţa densităţii de coeficientul de dilatare influenţat la rândul său de valoarea temperaturii:

η

d 2 wx = − ρ ⋅ β ⋅ g (T − Tm ) dz 2

unde s-a avut în vedere că se poate scrie:

ρ = ρ0 − ρ ⋅ β

Tm

(43)

(T − Tm )

Pentru ecuaţia (43) sunt considerate două cazuri [28], [29], în acord cu cele stabilite pentru variaţia temperaturii : Tm=Ti şi Tm=Ts. Având în vedere modul în care poate fi exprimată temperatura cu (40a) şi (40b), se poate scrie: a) for Tm=Ti

η

d 2 wx   z j  = − ρ ⋅ β ⋅ g ∆T  +  2 dz   H n 

(44a)

η

d 2 wx   z i  = − ρ ⋅ β ⋅ g ∆T  −  2 dz   H n 

(44b)

b) for Tm=Ts

Situaţia a) Pe baza (40a) şi (44a) şi introducând a= −

se obţine

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T η

d 2 wx  z j = a ⋅ +  2 dz  H n

∫d

2

wx = a ⋅

a j dz 2 + ∫ zdz 2 ∫ H n

Cu soluţia generală:

4

) Tm poate lua valorile Ti ori Ts, după cum s-a stabilit în ecuaţiile (40)

53

(45)

j a ⋅ z3 + C1 ⋅ z + C 2 wx = a ⋅ + n 6H

wx = −

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  j z 3   + C1 ⋅ z + C 2  + η  n 6H 

Condiţiile la limită sunt: j j    wx  H ⋅  = 0 şi wx  H ⋅ (1 − )  = 0 n n   

 wx  H 

(

)

(i + j = n )

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  j 1 H 3 j 3  j j  + ⋅ 3  + C1 ⋅ H + C 2 = 0 =− η n n  n 6H n 

wx H (1 − nj ) = −

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  j H 3 1 H 3 ⋅ j3  j   + C1  H − H ⋅  + C 2  + − ⋅ 3 η n n    n 6H 6H

(46)

(47)

(48)

Se obţin valorile pentru constantele C1 şi C2:

C1 =

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  2 j H 2    + n η⋅H 6  

C2 = 0

Ecuaţia pentru viteză pe direcţia x va fi:

wx = −

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  j z 3  ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  2 j H 2  ⋅ z  +  +  + η η⋅H 6   n  n 6H 

∆T = Ts − Ti şi va avea valori pozitive sau negative

wx =

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T η

 2 j  j z 3  H   + ⋅ − + z    6 6 ⋅ H n n H     

(49)

Situaţia b)

η⋅

d 2 wx  z i = − ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  −  2 dz  H n d 2 wx  z i = a ⋅ −  2 dz  H n

Se obţine: 54

(50)

∫d

2

a i dz 2 + ∫ zdz 2 ∫ H n

wx = − a ⋅

Cu soluţia generală:

wx = −

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  z 3 i   −  + C1 z + C 2 6 H n η 

i  wx  H ⋅  = 0 n 

Condiţiile la limită sunt:

(51)

wx (H ⋅ (1 − ni ) ) = 0

 1 H 3i 3 i  i i  ⋅ 3 −  + C1 ⋅ H ⋅ + C 2 = 0 wx  H ⋅  = a n n n   6H n

(52)

 H 3 H 3i 3 i  H ⋅i + C2 − −  + C1 ⋅ H − C1 wx (H (1 − ni ) ) = a 3 n n  6 H 6 Hn

(53)

Se obţin valorile pentru constantele C1 şi C2:

C1 =

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  H 2i   −  η⋅H n  6

C2 = 0

Ecuaţia pentru wx va fi:

wx = −

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  z 3 i  ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T  H 2 2i    −  ⋅ z −  + η η⋅H n  6  6H n 

(54)

sau: wx =

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T η

 H  i z 3  2i    − − z ⋅ +    ⋅ n H 6 6 H n     

(55)

Pentru întregul volum al spaţiului delimitat, o formă simplificată [28] a ecuaţiilor pentru determinarea vitezei poate fi (56). Această formă permite o analiză grafică mai comodă a schimbărilor de viteză şi sens a curenţilor de aer.

ρ ⋅ β ⋅ g ⋅ ∆T ⋅ H 2 wx = − 24η

3 z  z   − 4    H    H

(56)

În figurile 52 şi 53 sunt prezentate aplicaţii ale ecuaţiei 56 pentru evaluarea vitezelor curenţilor de aer – mărime şi sens. 55

Graficul vitezelor curenţilor aer pentru Graphic of the airde streems, for low temperature difference diferenţe mici de temperatură 3000

2500

Altitude, m

Altitu dine m

2000

1500

1000

500

0 -6

-4

-2

0

2

4

6

Speed of the air streems, m/s

Viteza curenţilor de aer

m/s

Figura 52: Aspectul grafic al evoluţiei vitezelor curenţilor de aer funcţie de diferenţe mici de temperatură şi altitudine până la 3000m (analiză ORIGIN, D.Constantinescu, 2009)

3000

Altitude, m

Altitu dine m

Valorile vitezei depind de altitudine şi diferenţa Speed values depends on the altitude and tempereature diferentce in the analysed zone de temperatură ΔT în zona analizată

2500

2000

1500

1000

500

0 -20

0

20

40

Speed of the air streams, m/s

Viteza curenţilor de aer

m/s

Figura 53: Aspectul grafic al vitezelor curenţilor de aer în cazul unor diferenţe mari de temperatură (aici 29,5oC) (analiză ORIGIN, D.Constantinescu, 2009)

Unul dintre efectele cele mai temute ale celor prezentate în figurile 40 şi 41 este cel reprezentat de variații rapide în spații relativ mici, a direcției și intensității vântului – fenomen numit și forfecarea vântului – care apare de cele mai multe ori în proximitatea solului. Acest fenomen este considerat puternic și totodată periculos, cauzând modificări mari ale vitezei vântului și modificări ale vitezei verticale mai mari de 500 metri pe minut. A. Giuliacci şi M.Giuliacci analizează din punct de vedere fizic aceste fenomene [32]. În figurile 54 şi 55 sunt prezentate grafic aceste fenomene cu efecte negative. 56

Figura 54: Acțiunea vântului de forfecare în cazul avioanelor în faza de aterizare: 1 - poziție normală față de pistă; 2 – întâlnirea curenţilor puternici de aer ; 3 – pentru a micșora viteza, acesta se înclină; 4 –avionul, nu a mai putut remedia poziția și în cele din urmă s-a prăbușit (după Giuliacci, 2009, [32], grafica A. Baraitaru)

Figura 55: Acțiunea vântului de forfecare în cazul avioanelor în faza de decolare 1 – poziția normală pentru decolare; 2 – întâlnirea rafalelor puternice de vânt imediat după desprinderea de sol; 3 – pentru a diminua viteza, acesta se înclină; 4 –accidentul se produce în 20 de secunde de la desprinderea de pe sol (după Giuliacci, 2009, [32], grafica: A.Baraitaru)

Curenţii de aer de genul celor generaţi de situaţiile redate de ecuaţiile (49), (55), (56) şi figurile (52) şi (53) sunt în special periculoşi. Sub norii de furtună, de obicei, ies curenții de aer reci, care pot genera mici sau mari „explozii” [32]. „Exploziile” mici se produc în nori cu o creștere verticală, în două moduri: primul caz este cel mai comun și este vorba de o mică rafală „umedă” în care ploaia cade din nori și se evaporă în timp ce traversează stratul de aer cald de sub nori, provocând o răcire instantanee la baza solului. Cel de-al doilea caz îl reprezintă mica rafală „uscată” și se întâlnește sub norii care s-au format din umezeala solului. În acest caz, aerul uscat din interiorul norilor favorizează evaporarea rapidă a picăturilor de ploaie, provocând o răcire puternică. Mica rafală uscată este mai puternică decât cea umedă, întrucât sub nori nu sunt semne vizibile periculoase. 57

3.6 Schimbări climatice şi de mediu în zonele subarctice europene Zonele arctice şi subarctice oferă cercetătorilor şi oamenilor de ştiinţă o avertizare precoce a schimbărilor climatice şi regiunea joacă un rol important în sistemul climatic global. Cum se pare că schimbările climatice actuale ne indică perioade calde, care vor deveni treptat şi mai calde, impactul imediat în zonele subarctice este mai evident ca în alte regiuni. Retrageri de gheaţă sunt evidente şi mai multe insule devin vizibile. Tundra dezgheţată duce la schimbări de bază în viaţa oamenilor şi a animalelor (Elverland, 2009). NATURĂ, PEISAJ ȘI ISTORIE Rezervația Naturală Abisko se află în municipalitatea Kiruna, Norrboten, cea mai mare din Suedia și în zilele noastre, a doua cea mai mare din lume, prima aflându-se în Australia. În Kiruna, cercetătorul, precum și vizitatorul, pot găsi aerul curat și apa pură și pot fi exploratori deopotrivă, pentru simplul motiv că sunt primii care pășesc pe acel pământ (Björklund, 2003) [34]. Pe aceste meleaguri, în anumite zone, este mai probabil să întâlnești un elan sau un vultur decât o ființă umană. Există peste 6.000 de lacuri și zone întinse de natură neexplorată, pe o suprafață ce reprezintă jumătate de Elveție. Densitatea medie a populației este de un locuitor pe kilometru pătrat. Putem conduce mașina ore întregi fără a întâlni o alta pe drum. Centrul de Cercetări Abisko (ANS) se află departe în nord, la 210 km deasupra Cercului Polar (figura 56).

Figura 56: Lapporten (Cuonjávággi) şi Lacul Torneträsk (photo: D.Constantinescu, July 2009))

În ciuda distanței față de o mare parte din populația globului, numele său este cunoscut în întreaga lume și vizitatorii cărora le place natura nordului vin anual pentru a se bucura de câteva zile de acest ținut. Mulți stau doar câteva ore și este posibil să nu se mai întoarcă vreodată. Alții se reîntorc în timpul verii sau iarna, pentru a descoperi dinamicitatea anotimpurilor, pentru a profita de peisajul pitoresc și a învăța mai multe despre zona de munte, lacuri și râuri, ecologie și istorie.

58

În urmă cu sute de milioane de ani, munții din zona Abisko au evoluat din mare. De-a lungul timpului, au suferit modificări datorită gheții, apei și vântului. Cele mai vizibile efecte astăzi sunt din epoca glaciară trecută. În zona estică Rezervației Naturale Abisko, roca străveche pe care se sprijină întreg lanț muntos, se găsește la nivelul solului (Björklund M., Burman A., 2003) [34]. Roca străveche ce poate fi observată aici a fost ruptă de roca de bază și împinsă spre est, împreună cu roca ce a stat la baza formării munților. Astfel, cele mai puțin afectate tipuri de roci se găsesc la extremitatea estică a lacului Torneträsk și are configurație aproape orizontală. În partea centrală a cutării lanțului muntos, rocile au fost presate atât de puternic încât se pot observa diferite straturi ca având orientare verticală. Prin urmare, munții norvegieni au o formă mai accidentată decât cei din Suedia. Rocile calcaroase se găsesc în Muntele Njulla și în câțiva munți poziționați la sud-vest de Abisko. Calcarul favorizează în special vegetația abundentă. Plăci de gheață mari au schimbat peisajul din Abisko, toată zona din apropierea lacului Torneträsk fiind acoperită de gheţari. În timp, apa a erodat văile în formă de ”V” și apoi, când gheața s-a topit și a început să curgă, văile au fost erodate în formă de ”U”. Cea mai cunoscută și una dintre cele mai spectaculoase exemple este ”Lapporten” (Cuonjávággi) (figurile 31, 56). Există o multitudine de dovezi aparținând epocii glaciare, ca morene, blocuri eratice, canale săpate de apa glaciară în muntele Njulla și țărmul nordic al lacului blocat de gheață Torneträsk. Toate acestea reprezintă surse foarte interesante de studiu a istoriei climatice și ne pot oferi un răspuns referitor la schimbările climatice globale din prezent.

Figura 57: Marele lac Torneträsk, puţin cercetat încă, mai rămâne îngheţat şi astăzi până la

mijlocul lunii iunie

(foto: D.Constantinescu, martie 2014)

Climatul actual în Rezervaţia Abisko este plăcut astăzi (având în vedere locația sa nordică, cu o medie a temperaturilor anuale de -20C). Acesta se datorează efectului componentului nordic al curentului Golf - Stream, care trece în Oceanul Atlantic de-a lungul coastei vestice a Scandinaviei. Rezervația Naturală Abisko este protejată de munți înalți în partea de vest, care opresc sistemele de presiune scăzută dinspre Atlantic. Așadar, cantitatea de precipitații este redusă în 59

această zonă. Norii se dispersează deasupra Abiskodalen, fenomen cunoscut ca ”Peticul albastru de deasupra Abisko” (Björklund M., Burman A., 2003). De altfel, în această zonă sunt cei mai înalți munți din Suedia (Kebnekaise) și cel mai vast sistem de peșteri din Europa, la Björkliden, la numai nouă kilometri de clădirile Centrului de Cercetare. Soarele de la miezul nopții poate fi văzut la Naturum Abisko, începând cu 12 iunie, până la 4 iulie și pe Muntele Njulla, de la 30 mai la 16 iulie. Soarele rămâne deasupra liniei orizontului zi și noapte. Opusul se petrece în timpul nopții polare, putând fi observat în Abisko de la 5 decembrie la 9 ianuarie, când soarele nu se ridică deasupra liniei orizontului. La scurt timp după ultima eră glaciară, acum aproape 9.000 de ani, oamenii au ajuns aici. Cercetătorii (Olson L., Sahlin E., Edborn G., Holgerson S., 2000, Suedia) [35], au stabilit că în această perioadă climatul a fost cu aproape două sau trei grade mai cald decât este în prezent, iar verile erau foarte uscate. Înseamnă că temperatura medie a fost de +1…+20C, comparând cu -10C în ultimii ani. Sunt puține așezăminte cunoscute din epoca de piatră și de bronz în zona Abisko, în apropierea lacurilor mici și în special lângă Torneträsk. Schimbările climei afectează modul de viaţă al oamenilor, stilul de a trăi şi amprenta acestor asupra mediului și pot determina chiar schimbări comportamentale. În urmă cu 5.000 de ani a avut loc o schimbare majoră a climatului. Acesta devine din nou mai rece și mai umed. Vânătoarea renilor sălbatici a crescut și renii domestici au început să fie folosiți (dovezi: numărul crescut de capcane). Există câteva capcane în Rezervația Abisko (de-a lungul Abeskoeantu si Bolnnulukta). Majoritatea sunt de la începutul epocii fierului (500-600 d.Ch.). În secolul al XII-lea d. Ch. a avut loc o altă Fig.58: Poziţia soarelui la Lacul schimbare climatică însemnată. Torneträtresk, o oră înainte de miezul nopţii, la 29.07.2010

Este foarte probabil ca această schimbare climatică să fi forțat oamenii să utilizeze din ce în ce mai mult natura. Au început să urmărească migrația renilor între zone diferite. Așezările s-au schimbat și s-au răspândit de-a lungul teritoriului utilizat de reni în migrația de peste an. Dezvoltându-se vânătoarea intensivă, afectând turmele de reni sălbatici, cele ale populației Sami au devenit mai importante. Urme ale adăposturilor se găsesc de la zonele de pădure până înspre înălțimi. Deşi este greu să evaluăm astăzi cu precizie, din lipsă de date, valoarea amprentei ecologice, este desigur foarte probabil ca aceasta să-si spună tot mai pregnant cuvântul, afectând stare mediului dar având şi efecte sociale în special prin procesul de migraţiune al populaţiilor. Aceste prime mărturii privind amprenta ecologică, urme care pot fi observate în regiuni deasupra liniei copacilor și mai întotdeauna se regăsesc în apropierea apei. Focare ale amprentei umane asupra mediului pot fi observate lângă Torneträsk și de-a lungul traseului Kungsladen. Toate aceste urme sunt surse importante de informații privind influența schimbărilor climatice asupra vieții oamenilor. Doar la începutul secolului 20, modul de utilizare al turmelor de reni s-a schimbat și stilul de viață nomad a fost abandonat. Când a fost construită calea ferată (Malmbannan, calea ferată a minereului), turmele de reni au trebuit să se mute. Migraţia acestor vieţuitore, care pot fi considerate un bioindicator de bază şi sensibil, arată astăzi tot mai evident impactul schimbărilor climatice în zonele subpolare arctice. De aceea, cercetarea are o tradiție veche în Abisko și activitatea în Stația de Cercetare Științifică Abisko (ANS) datează de la începutul secolului 20. Studiile arheologice în regiunea Norrbotten au început tot în această perioadă. (foto: D.Constantinescu)

60

FLORA, FAUNA ȘI SCHIMBĂRILE CLIMATICE Rezervația Naturală Abisko are o bogată floră și faună. Mare parte a Parcului Național Abisko este acoperit de păduri de mesteceni. Pădurea de mesteceni denotă prezenţa unui teren uscat. În locurile mai umede, vegetația este mai bogată, incluzând un număr mai mare de specii. Prin multe zone de găsesc grupuri mici de pini cu coroane verde închis – urme ale unui climat mai cald. Varietatea speciilor se datorează parțial existenței solului bogat în calcar și diversității mari ale vegetației în zonă. Altitudinea deasupra nivelului mării creează zone de vegetație cu specii diferite. Vegetația variază chiar și în aceste zone, depinzând de temperatură, vânt, grosimea stratului de zăpadă, sol. Zona din jurul lacului Torneträsk are multe mlaștini. În mlaștinile calcaroase sunt prezente un număr remarcabil de specii pentru aceste zone subpolare. În Abisko, tundra alpină (figura 59), acoperă ambele părți ale Văii Abisko, incluzând vârful Muntelui Njulla. Vegetația în tundră este afectată natural de stratul de zăpadă. Părțile vestice bătute de vânt au adesea straturi de zăpadă mai mici și unde zăpada este viscolită complet, pământul este descoperit.

Figura 59: Vegetaţie tipică de tundră pe Muntele Njulla (detaliu, foto D.Constantinescu, iulie 2009)

La înălțimi mari, vegetația este formată în mare parte din iarbă, rogoz, iureș, țipirig. Partea înaltă a tundrei alpine, zona alpină înaltă este un mediu extrem pentru plante. Pe vârful muntelui, pe lângă blocuri de piatră și pietriș, doar cele mai rezistente plante, mușchi și licheni, supraviețuiesc. ”Piciorul cocoșului” glaciar este un exemplu. Renii trec prin Rezervația Naturală Abisko în timpul iernii și toamna. Sunt mulți reni în pădurea de mesteceni din vale, în special toamna când este plin de ciuperci. În timpul verii, renii se găsesc în munții înalți, (figura 60) în regiunea Nord-vestică a văii Abisko.

61

Figura 60: Peisaj montan subarctic (Mt. Njulla); turmă de reni pe un covor de zăpadă, căutând vegetaţia specifică (foto: D.Constantinescu, iulie 2009)

Micile rozătoare includ lemingul și șoarecele. Prezența rozătoarelor este un indicator privind influența schimbărilor climatice asupra abundenței vegetației. Numărul rozătoarelor este ciclic, depinzând de disponibilitatea hranei și de vreme. Așa cum lemingul este o speciecheie, de care multe alte animale depind, acest ciclu afectează întregul ecosistem. Așadar, lemingul este un indicator ecologic important. Speciile ce constituie o floră bogată în Rezervația Naturală Abisko sunt de asemenea favorabile pentru insecte. În primul rând este de menționat prezența abundentă a țânțarilor. Prezența țânțarilor este de asemenea un indicator al schimbărilor climatice (mlaștini rezultate din topirea gheții). Datorită procesului de încălzire, prezența țânțarilor poate fi remarcată la înălțimi mari, în munți. Un număr de specii de fluturi ce pot fi găsite doar ca populații izolate restrânse în Suedia, locuiesc aici. Asemeni plantelor, animalele munților au fost forțate în diferite moduri să se adapteze lungilor ierni din nord. OBIECTIVE DE CERCETARE LA STAȚIA ŞTIINȚIFICĂ ABISKO ANS – Staţia Natională de Cercetare Abiko, este o instituţie care a fost condusă din 1935 până în decembrie 2010 de Academia Suedeză Regală de Științe iar din decembrie 2010 este o componentă a Secretariatului Suedez Pentru Cercetări Polare (Swedish Polar Research Secretariat). Centru de cercetare este localizat la 68o28’ N și 18o49’E, la aproximativ 210 km la nord de Cercul Polar, la 385m deasupra nivelului mării. Centrul de Cercetare Abisko este complex în prezent, cu o modernă activitate organizată în laboratoare, sala de calculatoare, bibliotecă, sala de lectură, seminarii, observator meteorologic, amfiteatre și sectoare experimentale externe. Este o bună oportunitate să oferi o zonă de observație și experimente, de la o altitudine cuprinsă între 341 și 1991m deasupra nivelului mării și gradienți climatici ce consolidează marea diversitate a lacurilor, râurilor, peisajelor și ecosistemelor, incluzând pădurile de conifere și plantele alpine înalte. Una dintre cele mai importante activități ale ANS este de a monitoriza date climatice. Detalii legate de înălțimea stratului de zăpadă, grosimea gheții, temperatură, umiditate și date privind vântul sunt înregistrate începând cu anul 1913. Monitorizarea hidrologică, chimia apei, flora 62

și fauna, geomagnetismul și compoziția izotopului de carbon sunt de asemenea obiective ale cercetării. Chiar dacă nu toate înregistrările climatice au fost analizate, rezultatele obținute de ANS arată că temperatura a crescut în secolul XX cu aproximativ 10C, cu o schimbare aparent bruscă în 1980. Între 1956 și prezent, media temperaturii pentru decembrie, ianuarie, februarie a crescut cu 5,50C (Calaghan, Jonassen, 2007) [40]. Înălțimea stratului de zăpadă a crescut din 1920 cu 20-30 cm. Durata sezonului (temperaturi mai mari de 00C) a crescut cu 22 de zile, influențând permafrostul.

0

0

200

400

200

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Tornetrask Lake to Kiruna

400

600

Tornetrask Lake

ANS 800

1000

LAPPORTEN

Abisko River

to Abiskojaure

1200

to Narvik

(Kungsladen)

Njulla Mt.

Figura 61: Vedere de pe Muntele Njulla asupra Rezervaţiei Naturale Abisko şi a amplasării staţiei de cercetare (foto si prelucrare ORIGIN D.Constantinescu, 2010) Obiectivele recente ale cercetării includ geomorfologia și ecologia. Cercetătorii sunt focalizați pe evenimente extreme de modelare a peisajului în Rezervația Naturală Abisko. Cercetările ecologice acoperă problemele pădurilor, mlaștinilor, munților, regiunilor alpine, lacuri și râuri. Sunt de asemenea acoperite toate aspectele vieții (de la microbi la turiști) [40]. Cercetătorii sunt orientați pe probleme ale schimbărilor climatice, ce au un puternic impact în teritoriile nordice. Pentru aceste probleme, stația Abisko are o bază de date şi studii pe teren. Experimentele de la ANS încearcă să explice impactul concentrației crescute a dioxidului de carbon, radiația UV, temperatura solului, temperatura aerului și grosimea stratului de zăpadă asupra ecosistemelor și proceselor ce se desfășoară în interiorul ecosistemelor și impactul asupra activităților sociale. Au fost organizate recent experimente cu scopul de a înțelege impactul perioadei de încălzire climatică în mijlocul iernii asupra ecosistemelor, evenimente ce pot avea un impact puternic asupra renilor și populației de mamifere mici. Se pare că aceste perioade sunt mai frecvente acum decât în trecut. Experimentele și modelele prevăd o scădere a biodiversității grupurilor de mușchi și licheni și o creștere a abundenței tufișurilor și a altitudinii liniei limită a copacilor, în timp ce observațiile arată că asemenea schimbări se petrec deja. La stația de cercetare Abisko vor continua activitățile de monitorizare, experimentele și modelarea, pentru a putea furniza un sistem integrat de identificare a schimbărilor climatice, detectarea cauzelor acestora și ipoteze pentru viitor. 63

Este necesară elaborarea acestui model. Astfel, o multitudine de date privind evoluția unor date climatice, ca și evoluția proprietăților fizice ale aerului, înregistrate la ANS, vor fi utilizate. Datele disponibile sunt pentru perioada Ianuarie 1913 – Martie 2014. Există înregistrări zilnice, iar pentru perioadele cele mai recente, chiar orare. În mod cert, o analiză statistică și interpretare a datelor colectate, folosind calculatorul, sunt necesare. În acest moment, mai mult de 2500 diagrame legate de evoluția temperaturii și umiditatea aerului sunt realizate. Alte diagrame și analize statistice sunt în lucru. Paleoclimatologia este studiul climei și al schimbărilor climatice, înainte de apariția măsurătorilor instrumentale. Aceasta investighează clima din trecutul geologic, preistoric şi istoric al Pământului, schimbările care s-au produs şi cauzele lor. Deoarece pentru aceste perioade din trecut nu există date meteorologice, sunt utilizate diverse informaţii din domenii ştiinţifice diferite: geologie, arheologie, antropologie, astronomie, paleontologie, stratigrafie, tectonică etc. Metodele de bază în cercetarea şi reconstituirea paleoclimatului constau în studierea efectelor acestuia asupra diferitelor segmente ale mediilor paleo-fizico-geografic şi paleo-socio-uman, aplicându-se, între anumite limite, compararea condiţiilor climatice din trecut cu cele prezente. Studiul climei din perioadele vechi este justificat pentru a face o comparaţie cu situaţia actuală şi a propune evoluţie posibilă viitoare în ceea ce priveşte teoria încălzirii globale. Recent obiectivele cercetărilor includ geomorfologie şi ecologie. Cercetările se axează pe evenimentele extreme în modelarea peisajului. Trebuie să avem în vedere o scară de timp de la decenii până la milioane de ani în urmă. Cele mai importante tipuri de date climatice sunt propuse de Buchdahl în 1999 [42], prezentate în tabelul 3. Fiecare material diferă în funcție de: a) aria de acoperire a teritoriului; b) perioada la care se referă; și c) capacitatea de a rezolva evenimentele cu precizie în timp (Bradley, 1985). Unele Tabelul 3. Principalele surse pentru reconstruirea paleoclimatului (Buchdahl, 1999)

Fiecare material de analiză diferă în funcție de: a) aria de acoperire a teritoriului; b) perioada la care se referă; c) capacitatea de a rezolva evenimentele cu precizie în timp (Bradley, 1985) [43]. 64

Unele înregistrări furnizează informații cu privire la perioade lungi de schimbare și evoluție climatice (10.000.000 ani), cu o rezoluție de frecvență joasă (1000 ani). Altele, cum ar fi inele de copac (figura 62) sunt utile în ultimii 10.000 de ani, dar oferă o frecvență de înaltă rezoluție (anual). De exemplu, în figura 50 este prezentată o secţiune a unui arbore, găsit în lacul Torneträtresk, din Rezervaţia Naturală Abisko. Arborele are o vechime evaluată la cca 9000 de ani şi aparţine ANS.

Figura 62: „Felie” dintr-un copac din lacul Tornetrask, Suedia (foto: D.Constantinescu, 2014)

Reconstrucția paleoclimatică trece printr-o serie de etape, prima fiind cea de colectare a datelor, de analiză inițială, urmată de evaluare (Hecht ș.a., 1979) [44]. Acest lucru duce la datele primare. Următoarea etapă presupune calibrarea şi compararea datelor cu înregistrările climatice moderne. În acest sens, principiul uniformitarian presupune că variațiile climatice contemporane formează un analog modern pentru schimbări palaeoclimatice. Datele secundare oferă o înregistrare a variațiilor climatice din trecut. A treia etapă este analiza statistică a acestor date secundare. Înregistrarea palaeoclimatică este acum descrisă statistic și interpretată, oferind un set de date terțiare. Trebuie să menţionăm că înregistrarea şi interpretarea datelor peleoclimatice are o valoare deosebită şi pentru studiul amprentei ecologice pentru perioadele istorice vechi, perioade pentru care accesul la date care să permită un calcul al acesteia este foarte dificil. Încălzirea climei în zonele sub-arctice începând cu anul 2000 a ajuns la un nivel la care analiza statistică arată pentru prima dată că încălzirea curentă a depăşit situaţia de la sfârşitul anilor 1930 şi începutul anilor 1940 şi a trecut de valoarea medie a temperaturii anuale de 0oC (Callaghan , 2010). Datele obţinute din Centrul de Cercetare în Abisko au fost sau vor fi utilizate pentru evaluarea modelul de convecţie şi dinamică fluxurile de aer în troposfera, şi, pe de altă parte, pentru a evalua modificările climatice în zone sub-arctice. 65

Evoluţia temperaturilor a fost analizată pe intervale de ani, precum şi pentru durata totală din 1913 până în 2010. În figura 63 este prezentată evoluţia temperaturii înregistrată pentru perioada 1913-1940. Abisko Abisko Evolution of the temperature Evoluţia temperaturii pentru perioada 1913-1940 in the period 1913o- 1941, [Celsius]

( C)

2 1,5

1,4

1,3

1,1

1

0,8 0,5

Temperatures

0,5 0

-0,4

-0,5

-0,7

-0,9

-1

-0,6

-0,3 -0,4

-0,9 -1,2

-1,5

-1,5

0,1 -0,1 -0,6 -0,9 -1,1

-0,4 -0,4

-0,8

-1,6

-1,6

y = 2E-08x 6 - 4E-06x 5 + 0,0003x 4 - 0,0092x 3 + 0,153x 2 - 1,0178x + 0,3347

-2,1

-2

-0,7 -1

-2,5

-2,5

-2,9

-3

1940

1937

1934

1931

1928

1925

1922

1919

1916

1913

-3,5 Anlysed years

anii

Figura 63: Evoluţia temperaturii la Staţia Abisko în periada 1913-1940 (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu, 2010)

Se poate fi aprecia pentru perioada prezentată în figura 51 o creştere a temperaturii medii mobile de aproximativ 1,75oC. Pe de altă parte, din figura 64 se poate remarca o oscilaţie a temperaturilor pe grupurile de 10 ani analizate. Media mobilă a temperaturilor pentru intervale o de 10ani, Abisko; C

Intevale de ani Figura 64: Temperaturi medii mobile pentru intervalul 1913-2003 (raport D.C. pentru ANS, prelucrare ORIGIN, 2011)

66

Din 1913-1922 până în 1943-1952 temperatura creşte cu circa 1oC, din 1953 până în 1972 se revine până la o medie de -1oC (în 1913 a fost -1,2oC), și din 1963-1972 se creşte din nou cu 0,8oC pana în 1993-2003. Este oare aceasta o creştere semnificativă? Se pare că da, observând efectele pe care le are asupra mediului. Dar, ne referim aici doar la temperatura aerului. Este posibil pentru să ne punem întrebarea: ce schimbări de temperatură sunt mai importante, schimbările globale – în perioada „anotimpurilor reci” sau a „anotimpurile calde”? Cel mai probabil este, că răspunsul este "sezonul cald". În tabelul 4 sunt unele valori de temperatură pentru anotimpurile reci şi calde. Tabelul 4: Temperaturile din lunile reci şi calde (minim şi maxim) (analiză statistică pe baza datelor de la ANS) Year

1913 1914 1915 1916 1917

1991 1992 1993 1994 1995

Min

Jan -14.3 Feb -10.4 Dec -17.2 Mar -13.1 Mar -13.2

Max

….

Feb. -15.5 Nov -7.6 Dec -11.7 Ian -14.6 Dec -10.1

Jul 11.6 Jul 11.8 Jul 13.7 Jul 13.7 Aug 14.8 Aug 11.2 Jun 10.2 Jul 12.4 Jul 11.2 Jul 10.0

În figura 65 este prezentată evoluţia detaliată a temperaturilor pentru o parte a sezonului rece (luna ianuarie) pe baza datelor înregistrate la ANS, în intervalul 1913 – 2013. Pentru sezonul cald a fost considerată ca perioadă reprezentativă luna iulie. Evoluţia temperaturilor medii pentru această lună, în intervalul 1913 – 2013 este prezentată în figura 66. De remarcat că, în timp ce pe perioada lunii ianuarie (iarnă) temperatura înregistrează o creştere în intervalul 1913-2013, în perioada lunii de vară nu se înregistrează modificări semnificative. Interesant este de comparat aceste date cu cele obţinute de cercetătorii din Uppsala (Suedia), Fairbanks (Alaska), Stockholm (Suedia) care au făcut cercetări la Staţia de Cercetare Tarfala, aflată nu la mare distanţa de Abisko, dar într-o zonă mai muntoasă, la poalele celui mai înalt munte din Suedia, pe care mai există şi astăzi un gheţar remarcabil. În figura 67 este harta de amplasare a Staţiei Tarfala, Norrboten, Suedia (Jonsell, Hock, Duguay – 2013) [45]. Figurile 68 şi 69 arată datele obţinute la Staţia Tarfala [45]. 67

Figura 65: Evoluția temperaturii pe luna ianuarie, în decursul anilor 1913 – 2013

Figura 66: Evoluția temperaturii pe luna iulie, în decursul anilor 1913 – 2013

Figura 67: Locaţia şi harta generală a văii Tarfala incluzând zona de înregistrare a temperaturilor aerului (TRS) ale solului (PACE). Scala 50m [45] 68

Figura 68: Temperaturi medii lunare şi medii anuale (inclusiv medii pe intervale de 5 ani) pentru perioada 1965 – 2011 la Staţia Tarfala, Suedia (Jonsell, Hock, Duguay – 2013)

Figura 69: Ciclurile sezoniere de temperatură, medie pentru intervale de 10 ani pentru perioada 1965 – 2011, Staţia Tarfala, Suedia (Jonsell, Hock, Duguay – 2013)

De remarcat că, deşi pentru un interval mai scurt decât cel analizat la Abisko (ANS), din figura 57 rezultă o modificare mai importantă a temperaturilor din sezonul rece (interval noiembrie – ianuarie) decât în sezonul cald. Intervalul în care par a nu interveni modificări semnificative este martie – iunie. Desigur, interpretarea datelor este destul de dificilă, mai ales daca perioadele de timp nu sunt foarte mari. Un interval de 100 de ani ar putea sa nu însemne mare lucru în interpretarea modificărilor de temperatură, unul de 45 de ani, nici atât. De aceea, analizele şi interpretările rezultatelor trebuie corelate cu alte date privind schimbările climatice. În acest sens, umiditatea este un factor important pentru evaluarea schimbărilor climatice şi a efectelor asupra mediului. 69

În mod normal, ar trebui să fie o interdependenţă vizibilă între schimbările de temperatura a aerului şi umiditatea (cap. 3.5, ecuaţia 36). Dar, acest lucru nu este niciodată foarte evident, mai ales atunci când analizăm datele pe termen lung. Figura 70 prezintă modificări de umiditate în nordul Scandinaviei (Abisko Station) pentru perioada 1913-1970. R H, % 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55

Figura 70: Umiditatea medie anuală pentru intervalul 1913 – 1970

Figura 71 prezintă modificările de umiditate în nordul Scandinaviei înregistrate la staţiile meteo ale ANS pentru perioada 1913 – 2008. Se pare ca pentru moment nu se pot stabili nişte conexiuni foarte exacte între datele redate în figura 64 şi cele din figura 71. R H, % 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 1913-1920

1921-1930

1931-1940

1941-1950

1951-1960

1961-1970

1971-1980

1981-1990

1991-2000

2001-2008

Figura 71: Modificări ale umidităţii medii pe intervale de câte 10 ani, pentru perioada 1913 – 2008 (prelucrare dat ORIGIN, D.Constantinescu, 2011)

3.7 Posibile cauze ale schimbărilor climatice Cuvântul "climatice" denotă un rezumat statistic al tiparelor de vreme într-o anumită perioadă de timp (adesea de 30 de ani). Douăzeci la sută din Pământ are un climat polar [46], ceea ce înseamnă că zona se caracterizează prin veri reci şi nici o lună a anului nu are o temperatură medie de peste 10° C. Schimbările climatice denotă schimbări în modelele meteorologice importante pe o scară lungă de timp, şi rezultă din variabilitatea naturală şi de influenţa activităţile umane. 70

1970

1969

1968

1967

1966

1965

1964

1963

1962

1961

1960

1959

1958

1957

1956

1955

1954

1953

1952

1951

1950

1949

1948

1947

1946

1945

1944

1943

1942

1941

1940

1939

1938

1937

1936

1935

1934

1933

1932

1931

1930

1929

1928

1927

1926

1925

1924

1923

1922

1921

1920

1919

1918

1917

1916

1915

1914

1913

50

Cauzele care stau la baza schimbărilor climatice sunt complexe şi includ multe mecanisme de feedback-uri diferite care pot spori sau contracara schimbările climatice. În regiunile polare şi subpolare modificările observate în mare, zăpadă şi cele ale gheţarilor pot oferi cunoştinţe despre schimbările climatice şi cauzele lor. În figura 72 sunt prezentate sintetic cauzele posibile ale schimbărilor climatice datorate unor evenimente sau factori naturali cât şi acţiunilor antropice.

Figura 72: Cauze naturale şi antropice ale schimbărilor climatice

( sinteză şi design: M.Oşenschi., 2014)

Energie care radiază de la soare creează baza pentru vremea şi clima pe Pământ. Radiaţiile absorbite fac Pământul mai cald. Excepţie este cazul în care o cantitate egală de energie este pierdută în spaţiul cosmic, atunci temperatura de pe Pământ ar creşte. Pământul pierde energie în spaţiu datorită radiaţiilor infraroşii de la suprafaţa sa şi din atmosferă. Valoarea medie pe tot globul, a energiei radiate este egală cu valoarea energiei primite de la Soare. Multe alte procese naturale, de asemenea, influenţează clima. Aceste procese au dus la schimbări climatice majore în trecut. În ultimele câteva milioane de ani, Pământul a trecut mai multe ere glaciare. Aceste schimbări au fost cauzate în principal de schimbările treptate în orbita Pământului în jurul Soarelui. Legătura între vulcani şi oscilaţiile climei este destul de bine înţeleasă dar nu pe deplin explicată şi multe dintre fenomenele de schimbări climatice de pe parcursul istoriei nu au avut în vedere acest lucru (de exemplu, erupţia vulcanului Krakatoa din anul 536 (Keys, 2000)[50, 51]]. Când un vulcan erupe, el trimite în atmosferă cenuşă vulcanică, praf, dioxid de sulf, acid clorhidric,etc. Poluarea vulcanică poate conduce la o scădere substanțială a fasciculului solar direct, în mare parte, prin împrăștiere puternică de acid sulfuric. Acest lucru poate duce la creșterea a zeci de procente. Compuşii cu sulf din gazele eliminate de erupţie dau naştere la 71

acid sulfuric, care în picături fine formează nori ce pot sta suspendaţi în stratosferă timp de mai mulţi ani, reducând radiaţia solară ce ajunge pe Pământ [53]. În general, există o scădere netă de 5 până la 10% din energia primită de suprafața Pământului. În mod evident, această poluare vulcanică afectează echilibrul energetic al atmosferei în timp ce praful și aerosolii rămân în stratosferă. O erupție poate cauza o răcire globală de până la 0,3˚C, cu efecte de durată 1-10 ani (Kelly ș.a., 1984) [52]. Un astfel de eveniment de răcire a fost observat în înregistrarea temperaturii globale în perioada de după erupția de pe Muntele Pinatubo, în iunie 1991. Un alt exemplu, erupţia vulcanului Tambora, din Indonezia în 1815 a trimis în atmosfera 100 km³ de cenuşă. Anul urmator, 1816, a fost cunoscut în Europa ca anul fără vară, clima fiind deosebit de rece. În iunie a nins frecvent. Acelaşi efect l-au avut şi erupţiile masive din Kamceatka şi New Britain, din septembrie 1994. Erupţiile masive la latitudine scăzută pot cauza cea mai mare schimbare a climei. Erupţiile slabe trimit materiale doar în troposferă, de unde sunt repede îndepărtate. Erupţiile de la latitudini înalte, trimit materiale doar în una dintre emisfere. Influenţa vulcanilor asupra climei se estimează din conţinutul de sulfaţi conţinuţi în eşantioanele extrase din gheaţa polară sau din evaluările evoluţiei arborilor fosilizaţi (figura 62). O concentraţie mare de sulfat indică o erupţie majoră. Atunci când prezenţa reziduurilor din erupţia vulcanilor este întâlnită în gheaţa de la ambii poli, se consideră că influenţa lor asupra climei este mult mai relevantă. Totuşi, estimarea efectului erupţiilor vulcanice asupra climei este un proces dificil [53. Erupţiile tropicale şi cele de la latitudine înaltă nu au acelaşi efect asupra duratei în care aerosolii şi praful vulcanic rămân în atmosferă. Latitudinea şi sezonul în care au loc erupţiile joacă deci un rol foarte important în modul cum un vulcan major influenţează clima.

3.8 Câteva concluzii Îngrijorarea cu privire la impactul geo-fizic, natural şi impactul omului asupra climei şi mediului a crescut foarte mult în ultimele patru decenii şi eforturile ştiinţifice au fost îndreptate la înţelegerea acestor probleme. Rezultatele noilor eforturi a fost înţelegerea faptului că deşi în multe privinţe atmosfera apare extrem de stabilă, în alte privinţe ar putea fi sensibilă chiar şi la mici modificări. Interesul în examinarea sensibilităţii atmosferice deschide un nou mod de a privi atmosfera şi sistemele de mediu care poate afecta cercetările în următorii ani. Există unele întrebări pe care trebuie să ni le punem şi pentru care să găsim răspunsuri. Numai în cazul în care ne vom referi la aspectele antropice, trebuie să răspundem la problemele: ce facem cu producţia de energie? Dezvoltam culturi agricole adaptabile la diferite schimbări climatice? Conservarea apei pe o scară masivă? Mutăm populaţia? Restabilim biomuri pentru a contracara sau inversa creşterea cantităţii gazelor cu efect de seră? Şi cea mai importantă întrebare: suntem capabili de a găsi răspunsuri corecte la problema schimbărilor climatice globale şi a schimbărilor de mediu? În cele din urmă, presupunând că avem răspunsurile corecte şi non-subiective, suntem capabili de a găsi cea mai bună soluţie sau, poate, mai bine lăsăm natura şi planeta noastră să găsească în sine cele mai bune soluţii? 72

Referindu-se la zonele subarctice care influenţează decisiv clima europeană, trebuie menţionat că perioadele de încălzire şi de răcire sunt similare pentru întreaga Europă cu o întârziere temporală. Aceasta înseamnă că, deşi perioadele de încălzire şi răcire sunt similare, unele detalii importante diferă, în timpul iernii în special (Callaghan, 2010) [44]. Rezervaţia naturală Abisko este o zonă importantă pentru a studia ceea ce s-a întâmplat cu schimbările climatice ale mediului în trecut şi de a anticipa, prin modelarea datelor obţinute, ce va fi în viitor. În cele din urmă, putem concluziona că schimbările climatice globale rezultă dintr-o combinaţie de mecanisme interne şi externe periodice şi o serie complexă de feedback-uri interactive în cadrul sistemelor climatice şi de mediu, ele însăşi. Schimbările climatice apar peste o gamă întreagă de intervale de timp de la decenii până la sute de milioane de ani. O schimbare privită doar din punct de vedere ”cauză şi efect”, unde clima răspunde, în general, într-un mod liniar forţând anumite elemente este prea simplu. Acum, trebuie să realizăm că în ultimele modele este necesar să re-accentuăm natura complexă a sistemului climatic. Natura însăşi a procesului de feedback arată complexitatea neliniară a sistemului. Conexiunile cu modele de amprentă ecologică care funcţionează de asemenea ca un feedback cu buclă pozitivă sau negativă nu sunt încă destul de bine cunoscute. Amprenta ecologică din diverse intervale istorice, analizată în concordanţă cu schimbările climatice oferă importante informaţii din trecut pentru cunoaşterea viitorului.

73

Impactul antropic

4. Impactul antropic

Impactul uman asupra mediului natural este astăzi un fenomen de interes nu numai pentru cercetătorii din domeniul ştiinţei ecologiei şi a „ştiinţelor mediului” în general, ci şi pentru fiecare locuitor al planetei, căci nimeni nu este scutit de efectul propriilor activităţi şi acţiuni dar nici de cele ale vecinilor săi mai apropiaţi sau mai îndepărtaţi. Activităţile umane nu trebuie să subestimeze zestrea genetică a biosferei şi să nu întrerupă funcţionarea sistemelor esenţiale ca suport al vieţii. Deşi procedee moderne de supraveghere şi analiză (cum ar fi de exemplu teledetecţia) pot furniza multe din informaţiile necesare, trebuie subliniat faptul că o buna bază de date nu este suficientă. Scopul unei dezvoltări durabile la nivel global poate fi atins doar dacă informaţiile sunt utilizate în mod concret pe teren, prin luarea celor mai potrivite decizii şi stabilirea de planuri. Suntem tot mai mult obligaţi să luăm în considerare problemele instituţionale şi organizatorice. A fost realizat un studiu de caz (Haine-Young, 2002) [54], care arată modul în care bazele de date pot fi integrate în procesele de planificare în ţările în curs de dezvoltare. Autorul studiului (Hallden, 1987) arată că este dificil accesul la date demne de încredere pentru variabilele utilizate şi că singura cale posibilă în care au putut fi obţinute informaţiile credibile este utilizarea teledetecţiei. Aceste date sunt introduse în sisteme internaţionale geografice (GIS) şi sunt apoi integrate în diferite analize de mediu şi socio-economice în scopul planificării (figura 73).

Figura 73: Integrarea datelor prin teledetecţie (după Hellden, 1987)

Exemplul prezentat în figura 73 permite estimarea cererii şi ofertei pentru lemne de foc. Lemnul este o sursă importantă de energie pentru unele ţări în curs de dezvoltare. Dacă pericolele naturale, precum eroziunea solului, trebuie evitate, atunci sunt necesare estimarea disponibilităţii resurselor şi luarea unor măsuri pentru îmbunătăţirea managementului impactului antropic asupra ecosistemelor naturale. 74

Landsat 1, poate fi utilizat pentru a stabili distribuţia şi cantitatea unei resurse naturale utilizate la intervale de timp reprezentative. Completarea acestor date cu cele din statistica populaţiei şi cu alte informaţii necesare va conduce la identificarea ariilor cu exces sau cu deficit în utilizare resursei şi la monitorizarea efectelor asupra ecosistemului. Pe baza studiului întreprins se poate merge mai departe ajungându-se să se recomande o structură a informaţiilor multioperaţionale şi a sistemului de planificare la scară naţională. Costurile unui astfel de sistem atât în privinţa cheltuielilor cât şi a pregătirii personalului sunt considerabile. În ce măsură însă teledetecţia şi tehnicile asociate sunt ele însele „durabile” şi utilizabile pentru a verifica dacă valorile calculate pentru amprenta ecologică sunt reale, este o problemă care trebuie tratată cu maximă atenţie.

4.1 Factorii impactului antropic Haines [54] propune un mod interesant de evaluare a impactului antropic asupra mediului prin utilizarea sistemelor de mediu şi analiza modului în care acestea se modifică. Dificultatea analizei unui sistem complex, cum este cel ecologic, provine din faptul că de cele mai multe ori, datele privind starea sistemului sunt greu de obţinut sau de analizat. Acest lucru este cu atât mai dificil în cazul unui sistem istoric, în cazul analizei amprentei ecologice care a determinat evoluţia sistemului. Pot exista probleme şi în privința înțelegerii sistemului; aceasta este uneori parțială şi nu tocmai în acord între ceea ce putem să măsurăm, modelul pe care îl utilizăm şi interpretarea rezultatelor. În figura 74 sunt prezentate unele probleme ale modificării sistemelor naturale sub impactul acţiunilor antropice.

Figura 74: Probleme ale detectării impactului antropic asupra sistemelor naturale (după Haines-Young, 2002) 1

Landsat este cel mai lung program în derulare pentru imagini prin satelit de pe Pământ. Acum este la nivelul Landsat 8. http://www.nasa.gov/mission_pages/landsat/main/

75

Pentru a vedea dacă este vorba într-adevăr despre o schimbare, trebuie sa avem o idee despre pragul de la care aceasta este considerată semnificativă. Aceasta presupune ca să fi existat o fluctuaţie în jurul unei valori de echilibru. Figurile 74 a-c, vor să ilustreze faptul cum ar fi posibil să se cuantifice o situaţie de impact, această problemă nefiind doar una de colectare de date. Ecosistemele par a nu fi într-un stadiu de echilibru, iar activitatea antropică nu este singurul factor care acţionează. Aşa cum reiese din capitolul 3, un impact foarte mare îl au factorii naturali şi modificările climatice. De multe ori aceşti factori pot avea chiar un impact mult superior celui antropic. Atunci când sistemul se găseşte într-o formă de echilibru (v. capitol 1) înaintea unei intervenţii antropice situaţia nu este atât de simplă pe cât ar părea că reiese din figurile 1 şi 74. Pe o perioadă de timp mai lungă schimbarea stării de echilibru poate lua o formă ciclică (figura 74c). Nu trebuie absolutizat faptul că toate cuantificările în funcţionarea sistemelor se bazează pe modele conceptuale (v. cap. 1). Este evident că un model nu poate cuprinde totalitatea complexităţii proceselor şi de multe ori se reduce la câţiva parametri de bază care definesc sistemele respective. Sistemele prezentate în figurile 74 sunt foarte simple, în timp ce modelele mai apropiate de realitate sunt evident mult mai complexe. Unele exemple ar fi cele legate de bilanţul termic, bilanţul radiaţiilor solare (v. cap 3.4), modificări ale climei datorită activităţilor vulcanice, analiza evoluţiei siturilor istorice unde, pe lângă impactul elementelor de climă, de schimbare de mediu cu efectele lor de feedback, intervin şi aspecte sociale şi geopolitice. Unul dintre studiile de mare efect privind impactul activităţilor umane asupra mediului şi asupra resurselor naturale a fost publicat în 1972. În anul 1972 apare ”Raportul Clubului de la Roma”, intitulat "Limitele creşterii" (Meadows, 1972) [55, 56]. Acest raport a încins spiritele şi a obligat omenirea să conştientizeze că problemele creşterii economice sunt inseparabile de cele ale poluării mediului, creşterii explozive a populaţiei, epuizării resurselor etc. Expresia acestei noi atitudini s-a reflectat în iniţiativa ONU de a înfiinţa „Comisia Mondială asupra Mediului şi Dezvoltării”. Aceasta a avut ca primă sarcină să realizeze studii şi să ofere recomandări spre a găsi conceptul acoperitor pentru acel gen de dezvoltare ce trebuia amorsat şi care, concomitent, trebuia să asigure continuarea creşterii (şi nu stoparea ei aşa cum sugera Raportul Clubului de la Roma) dar şi îmbunătăţirea condiţiei de viaţă şi a relaţiei om-mediu. Deşi utilizat la începutul anilor '80 la Conferinţa Internaţională asupra Conservării Mediului, termenul de dezvoltare durabilă este lansat odată cu publicarea Raportului Brundtland (după numele primului ministru norvegian de atunci) al Comisiei Mondiale asupra Mediului din 1987 intitulat sugestiv "Viitorul nostru comun". Pledând pentru o reconciliere între economie şi mediul înconjurător, raportul ţinteşte spre a găsi "o cale de dezvoltare care să susţină progresul uman nu numai în câteva locuri şi pentru câţiva ani, ci pentru întreaga planetă şi pentru un viitor îndepărtat". Tot în viziunea acestui raport, dezvoltarea durabilă (viabilă şi susţinută) este privită ca fiind acel tip de dezvoltare care răspunde nevoilor prezentului fără a compromite capacitatea generaţiilor viitoare de a şi le satisface pe ale lor proprii. Dintre ideile şi obiectivele care s-au lansat atunci, sunt de reţinut şi comentat câteva. a) S-a susţinut ideea după care dezvoltarea durabilă are o puternică încărcătură morală. Se pleacă, aici, de la premisa realistă că, pe zestrea pe care o moşteneşte privind resursele şi rezervele naturale, fiecare generaţie îşi construieşte viitorul. Or, din punctul acesta de vedere, este de datoria generaţiei actuale, ca ea să ofere noilor şi viitorilor veniţi cel puţin aceleaşi şanse pe care ea le-a moştenit. După peste 40 de ani de la lansarea acestei idei, a acestui concept, nu cred ca este posibil să afirmăm că el s-a aplicat mai mult decât la nivel de intenţii, conferinţe, congrese sau semnarea unor protocoale mai mult sau mai puţin aplicate. 76

b) Dezvoltarea durabilă va deveni tot mai mult o constantă a politicilor economice şi sociale ale fiecărui stat. Împrejurări diverse dar obiective impun acest lucru. Se poate afirma că sub raportul obiectivelor şi cerinţelor generale, dezvoltarea durabilă este un concept comun în măsura în care: • nu există graniţe economice sau ideologice ale poluării; • gradul de suportabilitate atât al poluării cât şi al sărăciei, dacă lucrurile îşi păstrează tendinţele actuale, se va pune în termenii supravieţuirii şi, atunci, globalizarea acţiunilor necesare de a contracara asemenea tendinţe va fi singura soluţie; • nu mai poate fi tolerată risipa, indiferent unde se produce ea; • nu poate fi acceptată la infinit degradarea umană indusă de un tip de creştere care a convertit dar, mai ales, a pervertit valori ce definesc progresul general; Specificul naţional - înţelegând prin aceasta situaţia proprii fiecărei ţări, situaţie privind populaţia, nevoile proprii de creştere, de producţie şi de consum, particularităţile de mediu, filosofia specifică de viaţă etc. - dă configuraţie concretă şi contur, politicilor de dezvoltare durabilă în interiorul fiecărui perimetru naţional. Dar, tocmai această "specializare" în configurarea şi aplicarea unor politici de dezvoltare durabilă de către fiecare ţară obligă la colaborare spre rezolvare reciprocă a unor probleme cu grad mare de intercondiţionare, întărind prin aceasta latura comună, globală, a dezvoltării durabile – se arată în continuare în intenţiile modului de aplicare al conceptului În acelaşi timp, dezvoltarea durabilă este şi o realitate complexă. Într-adevăr, este o realitate complexă şi greu de pus în practică. Dacă examinăm cu atenţie, numai câteva dintre diagramele referitoare la amprenta ecologică (care poate fi considerată azi şi ca un instrument al modului în care a funcţionat conceptul de dezvoltare durabilă), din figurile 6 – 20, putem aprecia care este de fapt realitatea şi cum s-a acţionat asupra resurselor naturale din diverse zone ale planetei c) În strânsă legătură şi în prelungirea celor menţionate la punctul "b", merită a fi reţinut că dezvoltarea durabilă comportă un tratament diferit ca nivel, mod de abordare şi înţelegere, tehnologie, resurse la care se poate face apel şi şanse de reuşită. Astfel, pentru ţările dezvoltate, problema protecţiei mediului şi a depoluării, a îmbunătăţirii calităţii vieţii, găsirii de noi categorii de resurse energetice, etc. este una de transformare, adaptare şi modernizare. Pentru schimbarea tipului de creştere economică există, aici, şi voinţă politică şi tehnologică şi resurse. Şansele de reuşită sunt foarte mari. Pentru ţările slab dezvoltate, problema se pune în cu totul alţi termeni, ce ţin nu de scena modernizării ci de dramă. Dacă, pe alocuri, chestiunea nu este una de calitate a vieţii ci chiar a vieţii, a supravieţuirii, e de înţeles ce ordine de prioritate ocupă dezvoltarea durabilă şi atenţia dată amprentei ecologice în politica acestor ţări. Şi, ca un cerc vicios, tocmai aici, structurile de producţie arierate, poluante, cu urmări nefaste pentru degradarea solului, a apei etc., adaugă, la situaţia materială deja foarte proastă, noi factori agravanţi. Iar cercul nu are nici o şansă să se rupă pentru că rata redusă a creşterii economice, de aici, nu eliberează fondurile necesare pentru investiţii în echipamente de control şi tehnologie antipoluantă pentru restructurările tehnologice, instituţionale şi manageriale care se impun. Relaţia dintre bogăţie şi sărăcie are ceva de comunicat şi pe linia "contribuţiei la amprenta ecologică", la poluare, ca şi a respectului faţă de natură. Astfel, statisticile dovedesc, cu date indubitabile, că ţările sărace ale lumii exercită cea mai slabă presiune asupra planetei. Diagramele prezentate în acest sens în capitolul 2, precum şi altele la care se face trimitere, demonstrează cu claritate aceste aspecte.

77

Efectele cele mai grave asupra mediului nu se datorează, primordial, impactului uman din ţările mai puţin dezvoltate. În mod contradictoriu însă, grija şi respectul pentru tot ceea ce înseamnă mediu se pare că este o atitudine ce ţine de mentalitatea participanţilor bogaţi. Să fie oare o nouă sursă de venituri? Sau o mustrare privind impactul creat prin acţiunile economice aplicate? Cu cât nivelul pe scara bogăţiei sociale este mai ridicat cu atât atitudinea faţă de natură este mai respectuoasă. d) Din punct de vedere al semnificaţiei termenului, „durabil” trimite la ideea de un interval de timp îndelungat (termenul original este „sustainable” tradus iniţial prin „sustenabilă”, care chiar nu avea nici un sens). Or, se pare că iniţiatorii conceptului n-au avut în vedere, în primul rând dimensiunea temporală, întinderea în timp a procesului. Despre creştere economică s-a vorbit cam două secole şi, din punctul acesta de vedere, ea este de mult durabilă. Creşterea economică, ale cărei origini se duc spre secolele XVII-XVIII, a creat treptat un conflict al omului cu mediul şi a relaţiilor umane cu valorile sociale şi morale. Să nu uităm de celebrele sloganuri repetate prea des până nu demult: „omul sau natura” (Bonnefous, 1976) [57] sau „omul a supus natura”. De aceea, conceptul trebuie orientat spre o zonă umană, prioritar spre o calitate a vieţii dar şi a mediului. În cele din urmă, mediul înseamnă viaţă, dar nu trebuie sa sacrificăm vieţi omeneşti de dragul unor ipotetice resurse conservabile sau care ar putea să asigure cândva o dezvoltare economică salvatoare. e) Abordarea analitică a conceptului „dezvoltare durabilă” urmat de cel de „amprentă ecologică” se face de multe ori din unghiuri de vedere predominant economice. Motivaţia este dată de faptul că vinovată de degradarea ecologică şi de schimbările de mediu, multe cu consecinţe foarte negative este atitudinea economică după care s-a fasonat şi s-a dat configuraţie modului de producţie şi de consum. Prin urmare, căutările de soluţii pentru a asigura atingerea obiectivului de reconciliere a omului cu el însuşi şi a omului cu natura vor păstra aceeaşi direcţie; în mod predominant ele vor constitui un răspuns impus la efectele induse de o logică care a inspirat creşterea şi dezvoltarea economică postbelică. f) Tot de un tratament nu tocmai adecvat, cu privire la ideea de dezvoltarea durabilă, se „bucură” termenele de „mediul şi politica de mediu”. În aceste condiţii au avut prioritate de prea multe ori interesele politice, urmate de decizii care au ţinut cont în prea mică măsură de cercetările şi opiniile oamenilor de ştiinţă. Grupuri care aveau de multe ori doar vagi noţiuni despre domenii ale ecologiei, a utilizării resurselor sau privind sistemele naturale, au putut lua decizii care, chiar dacă bine intenţionate, au avut efecte contrare, nedorite, asupra sistemelor ecologice şi a biodiversităţii. Încercând sa reparăm, uneori reuşim să facem chiar şi mai mult rău. Există chiar pericolul ca preocuparea preponderentă pe această temă, a politicii de mediu, să reducă nepermis de mult atenţia şi eforturile necesare pentru limpezirea şi soluţionarea celorlalte probleme care apar, sunt semnalate de cercetători, dar luate prea târziu în considerare g) De multe ori ecologiştii – sociali şi filozofi, sau publicişti, s-au preocupat mai mult în definirea şi comentarea unor noţiuni, abandonate mai târziu, decât de analiza unei situaţii reale de pe teren, de stabilirea unor conexiuni bazate pe modele matematice, între probleme ale schimbărilor de climă, probleme ale sistemelor şi schimbării biotopurilor cu impact asupra aşezărilor umane de astăzi sau din alte perioade istorice. De multe ori se concentrează prea multă energie pe comentarii şi discuţii fără finalitate decât pe rezolvarea rapidă a unor probleme reale. Sunt grupuri care se străduiesc să dea definiţii sofisticate, să intre în discuţie cu alte grupuri, în timp ce gheţarii continuă sa se topească, renii nu mai ştiu pe unde să migreze în căutarea hranei, urşii polari ajung cerşetori pe lângă centrele de cercetare polară şi jungla amazoniană dispare fără ca cineva să intervină eficient. Sunt de luat însă în considerare afirmaţii de genul celei făcute de Jan S. Hagendorn: 78

"Ideea de dezvoltare durabilă este mai convingătoare dacă este interpretată în sensul că o anumită rată de creştere poate fi greu de susţinut dacă mediul se degradează, ori dacă inechitatea crescândă a veniturilor duce la revoluţie, sau dacă sporul populaţiei scapă de sub control, sau dacă terenul agricol este fragmentat şi, astfel, se reduce productivitatea. O definiţie potrivită … poate fi aceea că dezvoltarea de scurtă durată este dezvoltarea în cadrul căreia efectele negative asupra mediului afectează creşterea economică". Dar trebuie să oferim şi soluţii … În ceea ce priveşte raportul Brundtland … aceste probleme se tot discută şi analizează din 1972. Rezultatul este însă acelaşi: degradarea mediului continuă şi astăzi, cei săraci devin şi mai săraci, iar cei bogaţi se mulţumesc cu teoriile şi în lipsa resurselor, recurg la cei care la mai au, dar nu au posibilitatea de a le folosi eficient, şi astfel de ajunge la valori tot mai dezechilibrate ale amprentei ecologice, determinate zonal. Este inutil să discutăm despre o „amprentă ecologică globală” când aceasta nu face decât sa camufleze realitatea. Deşi autorii conceptului dezvoltării durabile ar fi dorit să nu fie aşa, soluţia propusă, a avut şi are tot mai mult o încărcătură politică fiind în mare măsură deturnată de la scopul iniţial. Dacă acest lucru este benefic sau nu rămâne o chestiune discutabilă. Dacă mintea şi tehnologia umană au fost capabile să polueze atmosfera ideală, şi mediul în general, pe o temă aflată prin însăşi natura sa la adăpost de concepte ideologice, o recunoaştere a neutralităţii politicului faţă de mediu s-ar impune. Şi din perspectiva soluţiilor necesare pentru a se realiza creşterea durabilă şi valori echitabile ale valorilor amprentei ecologice locale, interesele politice şi locale nu sunt absente. Concepte precum "totalitarism al verzilor" sau "Pentru o abordare liberală a mediului" nu soluţionează problemele. Dovadă că, ne preocupăm tot mai mult de ele, cheltuim fonduri din ce în ca mai mari, ne afundăm în legislaţii din ce în ce mai stufoase şi birocratice iar rezultatele pozitive sunt departe de a se face remarcate. Dacă există un loc unde, într-adevăr, pentru atingerea scopului contează mai puţin mijloacele, atunci rolul amprentei ecologice se pretează acestei logici. În cele din urmă, fiecare fiinţă umană doreşte ca viaţa să fie trăită la cei mai înalţi parametri calitativi şi fără a afecta partenerii noştri (termenul nu este exagerat) din ecosisteme, fără a crea un impact distructiv asupra biodiversităţii. Acest lucru contează în primul rând. Iar daca omul şi-a asumat responsabilitatea de a fi lider al planetei, trebuie să şi-o asume şi pe aceea de fi cel care găseşte soluţii. Trebuie să avem poziţii obiective faţă de tot ce însemnă schimbări climatice, schimbări de mediu şi impact asupra mediului. Altfel, orice teorii, oricât de frumoase dar trecătoare, sunt inutile.

4.2

Câteva exemple de modele şi analize

Clubul de la Roma este o grupare de gândire şi prognoză, un centru de inovare şi de iniţiativă. Ca organizaţie non-profit şi neguvernamentală, reuneşte oameni ştiinţă, economişti, oameni de afaceri, personalităţi de prestigiu din societatea civilă, şefi de state şi foşti şefi de state din toate continentele care au convingerea că viitorul omenirii nu este predeterminat şi că fiecare locuitor al planetei poate contribui la starea acesteia. Una dintre cele mai ambiţioase şi celebre publicaţii ale Clubului de la Roma este studiul publicat în 1972 sub titlul „Limitele Creşterii”. Bazat pe tehnica utilizării sistemelor cunoscută sub numele de „dinamica sistemelor”, dezvoltată de profesorul Jay Forreester (Massachusetts Institute of Technology, MIT, http://en.wikipedia.org/wiki/Jay_Wright_Forrester ). Un model pe calculator la scară mare a fost realizat de grupul asociat lui J.Forrester pentru a 79

simula datele economice viitoare ale omenirii. Cea mai importantă realizare a teoriei privind dinamica sistemelor constă în utilizarea unei bucle feedback pentru a explica funcţionalitatea. Bucla feedback este o cale închisă care conectează o acţiune cu efectul său în condiţiile mediului înconjurător care, în schimb, poate influenţa acţiunile viitoare. În funcţie de felul în care este descrisă şi realizată o relaţie, un complex de funcţionalităţi poate fi descris şi analizat prin această tehnică. 4.2.1. Modelul Jay Forester şi modelul Meadows (în Limitele Creşterii). Factori de bază de la care se porneşte. Profesorul Jay Forrester (Massechusets Institute of Technology) [59] şi apoi prof. Dennis Meadows au elaborat un model al sistemului mondial prezentat ca primul raport la Clubul de la Roma şi intitulat “Limitele creşterii”. Apărut în 1972, studiul a provocat reacţii foarte violente din partea cercurilor ştiinţifice, economice şi politice, în special în privinţa „stopării dezvoltării şi creşterii”. Modelul ia în considerare cinci factori care limitează creşterea: ==populaţia, ==producţia agricolă, ==resursele naturale, ==producţia industrială, ==poluarea. Constatând caracterul exponenţial al creşterii acestor factori şi extrapolând tendinţele pentru viitor, autorii ajung la concluzii îngrijorătoare ale urmărilor creşterii necontrolate a economiei mondiale, sugerând necesitatea “creşterii zero”. Încrederea nelimitată în tehnologie, ne poate abate de la problema fundamentală: problema creşterii într-un sistem finit, arată autorii studiului. In orice sistem finit, trebuie să existe unele restricţii, care să oprească creşterea exponenţială (bucle negative de conexiune inversă). 2 din 5 !! În sistemul mondial, doi din cei cinci factori analizaţi reprezintă bucle pozitive de conexiune inversă (creşterea exponenţială a populaţiei şi cea a producţiei materiale) şi trei reprezintă bucle negative (poluarea, epuizarea resurselor naturale, foametea). Tehnologia a fost folosită pentru a diminua influenţa buclelor negative. În schimb, slăbirea buclelor pozitive nu a format un obiect al preocupării. În acest context, autorii modelului propun introducerea unor constrângeri deliberate asupra creşterii demografice şi economice care ar putea conduce la realizarea unui echilibru global. Fără să abordeze problemele diferenţiat, pentru diferite zone de pe glob, raportul menţionează că, „procesul de creştere economică, aşa cum se desfăşoară astăzi, lărgeşte inexorabil decalajul absolut dintre naţiunile bogate şi cele sărace”. Modelul Forester-Meadows are ca puncte caracteristice:

• Lumea poate fi privită ca un sistem unitar omogen • Dacă tendinţele actuale continuă, sistemul se va prăbuşi, cândva pe la mijlocul acestui secol

• Pentru a împiedica prăbuşirea, trebuie iniţiată o încetinire imediată a creşterii economice, care să ducă la echilibru într-o perioadă relativ scurtă. 80

Limitele Creşterii (Limits to Growth) – la ce se referă principalele concluzii? Prima concluzie a modelului: sugerează că în interval de mai puţin de 100 de ani, (modelul a fost prezentat prima oară în 1973), fără o schimbare majoră în relaţiile tehnice, economice şi sociale care au dominat în mod tradiţional lumea dezvoltată, societatea nu va mai dispune de resurse ne-reînnoibile de care depinde baza industrială de astăzi. Când resursele vor fi epuizate un colaps rapid al sistemelor economice va avea loc, manifestat prin şomaj masiv, scăderea producţiei şi un declin al populaţiei ca urmare a creşterii ratei mortalităţii. Nu există o trecere lentă, nu există o încetinire a activităţilor, sistemul economic consumându-şi succesiv mari cantităţi de resurse înainte de a se prăbuşi. Funcţionalităţile sistemului sunt depăşite şi acesta intră în stare de colaps. A doua concluzie a studiului este că o acţiune fragmentară în scopul rezolvării unor probleme particulare (individuale), izolate, va fi lipsită de succes. Pentru a demonstra acest lucru, autorii dublează arbitrar baza estimată de resurse şi permit modelului să prezinte o versiune alternativă, considerând acest nou nivel mai ridicat de resurse. În această versiune alternativă, colapsul sistemului se produce totuşi, dar de această dată datorită unui poluări excesive generate de creşterea susţinută a industrializării permisă de un mai mare acces la resurse. Autorii sugerează apoi că, dacă problemele de resurse şi poluarea vor fi cumva soluţionate simultan, populaţia va creşte nestingherit şi accesul la hrană va deveni relaţie constrictivă. În cadrul acestui model, rezolvarea unei limitări lansează sistemul secvenţial către o altă limită, de regulă cu consecinţe şi mai groaznice. A treia concluzie: studiul sugerează că distrugerea şi colapsul sistemului poate fi evitat numai printr-o limitare imediată a populaţiei şi a poluării simultan cu oprirea creşterii economice. Imaginea descrisă arată numai două posibile ieşiri: terminarea creşterii prin autorestrângere şi politici duse în acest sens – o soluţie care ar evita colapsul – ori încetarea creşterii prin impact cu limitele naturale, rezultând un colaps al societăţii. Astfel, în viziunea studiului, printr-o cale sau alta creşterea va înceta. Singura ieşire din situaţie este dacă încetarea creşterii va putea avea loc în condiţii corespunzătoare sau ostile. Criticile care i se pot aduce, se pot rezuma astfel:

1.Modelul cuprinde un număr limitat de variabile, interacţiunile luate în considerare fiind parţiale, simplificările utilizate sunt hazardate şi uneori eronate. Nu sunt luate în considerare stadiile diverse de dezvoltare existente în lume. Tratarea globală a problemelor, fără luarea în considerare a stadiilor de dezvoltare şi a condiţiilor economico-sociale, extrapolarea unor tendinţe din perioadele anterioare, nu puteau să nu ducă la concluzii eronate. 2. Nu se acordă suficientă atenţie posibilităţilor oferite de progresul tehnologic în soluţionarea unor probleme (producerea de proteine pe cale sintetică, generarea unor energii practic nelimitate, extragerea unor minerale din roci, etc. ….). 3. Modelul este prea tehnocratic neincluzând multitudinea de factori socio-politici (Aurelio Pecci, Clubul de la Roma). 81

Rapoartele ulterioare ale Clubului de la Roma, ca şi alte studii apărute ulterior, au încercat să depăşească limitele modelului lui Meadows, deşi criza petrolului din 1973 a confirmat în parte avertismentele din studiul „LIMITELE CREȘTERII”. În continuare sunt prezentate (după originalul din 1972), câteva din graficele realizate de autori pe care aceştia şi-au realizat analizele şi concluziile iniţiale.

Figura 75: World fertilizer consumption = consumul de fertilizatori (agricoli)

Figura 76: Linear versus exponential growth of savings = creşterea liniară şi exponenţială a economiilor populaţiei [59] 82

Figura 77: World demographic transition = tranziţia demografică mondială [59]

Figura 78: World annual population increase = creşterea anuală a populaţiei mondiale [59]

4.2.2 Modelul Pestel-Mesarovici. Creşterea exponenţială şi creşterea organică Al doilea raport al Clubului de la Roma, este elaborat de Mihailo Mesarovic (SUA) şi Eduard Pestel (RFG), intitulat „OMENIREA LA RĂSPÂNTIE” (Mesarovic, 1974) [60], (Pestel, 1972, 1974), [61], [62]. Şi aceştia pornesc de la constatarea acumulării de factori explozivi şi existenţa unor fenomene de criză (criza de energie în primul rând). 83

Creşterea de dragul creşterii, în sensul unor cantităţi şi dimensiuni mai mari, pur si simplu nu poate continua la infinit. Crizele au un caracter global, simultan şi interdependent. De asemenea, în trecut crizele aveau rădăcini negative; acum cele mai multe au rădăcini pozitive, fiind consecinţa procesului de creştere. Autorii introduc unele elemente de analiză noi şi pornesc de la constatarea că “ceea ce este caracteristic crizelor actuale este manifestarea lor simultană şi interdependentă, dimensiunea şi caracterul lor global”. Un element nou introdus este conceptul de “creştere organică”, element adoptat de mai multe modele (figura 79).

Figura 79: creşterea exponenţială (a) şi creşterea organică (b)

Societatea trebuie tratată ca un sistem viu, a cărui evoluţie cunoaşte într-o primă perioadă o creştere rapidă, exponenţială, pentru ca în perioada următoare să urmeze o încetinire şi apoi o stagnare, fără a opri însă funcţionarea sistemului. Se consideră de asemenea necesitatea tratării diferenţiate a procesor creşterii pe regiuni. Astfel, în timp ce în regiunile dezvoltate consumul atinge proporţii de risipă, în alte regiuni, din cauza lipsei de creştere existenţa sistemelor umane este ameninţată. Principiile de baza de analiză utilizate de modelul Pestel-Masarovici.

Ca interval de timp de analiză, în special în ceea ce priveşte analizele viitoare (“orizont temporal” - cum este numit de unii autori), se apreciază necesitatea unui interval de timp larg. De cele mai multe ori se adoptă un “orizont temporal” de 50 de ani, interval pe care se proiectează “scenarii posibile” iar modelul prezentat este considerat drept o “analiză de sistem a unor scenarii viitoare”. În ceea ce priveşte analiza cantitativă, unii autori (grupul condus de Mesarovici şi Pestel) introduc ca factori cuantificabili pentru model circa 100.000 de relaţii (introduse pe calculator); grupul condus de Meadows şi Forester se referă la cel mult 1000 de relaţii. Modelul elaborat de grupul condus de Mesarovici şi Pestel nu se bazează exclusiv pe reprezentări cantitative ori pe un algoritm de optimizare. Acest model cuprinde şi relaţii calitative de tip logic; modelul abordează în ansamblu sistemul mondial ca un sistem complex, cu interdependenţă între subsisteme. Principiile sale se grupează astfel:

84

1. Lumea poate fi privită numai în raport cu diferenţele de cultură, tradiţie, dezvoltare economică, ca un sistem de regiuni aflate în relaţii de interacţiune; o viziune omogenă este înşelătoare. 2. Pentru analiza sistemului mondial pe baza unui model este utilizat sistemul “schemei stratificate”. O încercare de reprezentare grafică a acestui sistem nu aparţine grupului amintit, dar se bazează pe propunerile făcute de acesta şi pe teoria sistemelor. - stratul ambiental (pt. procese geofizice, pământ, aer, apă, resurse naturale, probleme ecologice, natura vieţii) - stratul tehnologic (activităţi antropice legate de transferul de energie şi masă) - stratul demo-economic (evidenţa produselor, populaţiei şi problemelor economico sociale) - stratul socio-politic (sisteme instituţionale, procese sociale) - stratul individual (procese psihologice şi biologice, lumea interioară a omului) 3. Mai degrabă decât prăbuşirea sistemului s-ar putea produce catastrofe sau prăbuşiri pe plan regional, posibil cu mult înainte de deceniul viitor 2, în regiuni diferite, în momente diferite. Lumea fiind un sistem, asemenea catastrofe vor avea efecte pentru tot globul. 4. Soluţia de evitare a unor astfel de catastrofe poate fi găsită doar în context global, prin acţiuni corespunzătoare acestui nivel. În caz contrar nici o regiune nu va putea evita consecinţele. 5. O asemenea soluţie se poate aplica doar printr-o creştere echilibrată analogă creşterii organice. 6. Întârzierile pot fi fatale. Este necesară elaborarea unei strategii a supravieţuirii. În acest sens tezele subliniază necesitatea unei restructurări “pe orizontală” a sistemului mondial de relaţii dintre ţări şi regiuni şi de asemenea a unei restructurări “pe verticală” care privesc schimbări sociale şi de atitudini individuale prin modificări de sisteme de valori şi de obiective. 4.2.3 Analize şi comparaţii Pornind de la datele prezentate de Meadows în modelul „Limitele creşterii”, s-a făcut o analiză pe baza acestora şi o completare pe baza datelor actuale privind evoluţia populaţiei. Se ştie ca la calculul amprentei ecologice un rol important îl are evoluţia populaţiei la nivel global sau la nivel zonal. Evoluţia demografică şi factorii care o determină vor avea deci un impact decisiv asupra valorii amprentei ecologice. În figura 80 este prezentată grafic, comparativ, evoluţia populaţiei Pământului pentru perioada 1650 – 2010, pa baza datelor disponibile în 1970 (modelul Meadows, 1972) şi a celor înregistrate în 2014. Se poate observa că, după datele disponibile în 1972, populaţia pentru anul 2000 este evaluată la circa 6,0 mld de locuitori, în timp ce la nivelul înregistrărilor din 2010 se arată ca s-au atins în 2000 – 6,35mld de locuitori (figurile 77 şi 80). Astăzi, 20.01.2015, se înregistrează oficial 7,288 mld locuitori umani ai Terrei. În funcţie de evoluţia demografică, aşa cum arătam, se poate evalua şi schimbarea valorii amprentei ecologice. Figura 81 arată evoluţia amprentei ecologice globale pentru perioada 1962 – 2000. 2

Lucrarea a fost elaborată în 1974

85

% Populatia conf evaluare Meadows % Populatia cu alte evaluari % Ajustare polinomiala 1 pt Meadows % Ajustare polinomiala 2 pt alte evaluari

7 6

grad de corelare: 0,99929

Populatia, miliarde

5 4

ajustare polinomiala 1 3

ajustare polinomiala 2

2 1 0 1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

Anul

.

Figura 80: Evoluţia populaţie umane a Pământului pentru intervalul 1650-2010 pe baza datelor din 1970 şi din 2010 capacitatea biosferei (portanta Pamântului) 1,2

Nr. de planete

1,0

0,8

date calculate 0,98947

0,6

ajustare polinomiala grad 4

0,4

% Amptenta ecologica % Portanta Pamântului Polynomial Fit of Data3_Amprentaecologica

0,2

0,0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Anul

Figura 81: Amprenta ecologică globală pentru intervalul 1962 – 2005 stabilită funcţie de evoluţia demografică (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu, C.Toma)

86

Rata de crestere a populatiei,%

2,5

Varianta medie Fertilitate constanta în raport cu 1970 Crestere rapida Crestere lenta Polynomial fit of Medium variant

2,0

1,5

1,0

0,5

0,99524

0,0 1970-19751995-20002020-20252045-20502070-20752095-2100

Perioada,ani

Figura 82: Evaluarea ratei de creştere a populaţiei în perioada 1970 – 2100 (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu, C.Toma)

Cantitatea de metale, milioane de tone pe an

Una din resursele importante utilizate în dezvoltarea economică o reprezintă metalele. Impactul uman asupra mediului datorită exploatării, transportului şi prelucrării metalelor are desigur un impact foarte mare asupra sistemelor ecologice, asupra protecţiei mediului, atât prin acţiuni directa cât şi indirecte. Figura 82 prezintă cantitatea totală de metale extrase şi prelucrate în intervalul 1900 – 2010.

30

Cant.demetale Polynomial Fit of Data16_Milioanemtan

25

20

0,98947

15

10

5

0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Anul Figura 83: Evoluţia exploatării şi utilizării metalelor în intervalul 1900 - 2010 (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu, C.Toma)

87

Teoria amprentei ecologice globale și zonale

5. Teoria amprentei ecologice globale şi zonale Capitol realizat în colaborare: D. Constantinescu A.B. Cârlan

Dacă acţiunea de zeci de mii de ani în încercarea de-a obţine un loc privilegiat în natură l-a determinat pe om să-și folosească puterea fizică și pe cea spirituală pentru a atinge performanțele la care asistăm azi, ambianța realizată în cele din urmă, creată tot de el, a parcurs și ea în acelaşi timp etape de progres şi de evoluţie succesive. Societăţile umane au supus transformărilor majore mediul natural, în scopul de a-și ameliora, permanent, condițiile de viață, de confort și, de asemenea, pentru a-și desfășura în parametrii optimi stabiliţi după propriile standarde activitățile zilnice necesare vieţii. Starea de degradare avansată a ecosistemelor naturale, interacțiunile dintre mediu și activitățile umane, apariția și multiplicarea ”problemelor de mediu” la scară globală sau locală reprezintă suficiente motive de îngrijorare pentru societăţile umane de astăzi. Protecţia mediului trebuie abordată în strânsă legătură cu activităţile care au loc în sfera ecologică terestră fie ca acestea sunt de tip antropic, elemente datorită schimbării din mediul natural, schimbări climatice sau interacţiuni cu spaţiul extraterestru. Oamenii au acţionat asupra ecosistemelor mai rapid şi mai intens decât oricând, în mare parte pentru a îndeplini cerinţele în creştere pentru resurse împreună cu dezvoltarea economică. Aceste cereri au fost considerate importante pentru ecosistemle degradare şi au condus la pierderea biodiversităţii. Au devenit oare societăţile umane tot mai puţin dependente de serviciile sistemelor ecologice şi a biodiversităţii ca urmare a dezvoltării tehnice şi economice? (Guo, Z, 2010) [63]. Rezultatele unor studii preliminare [63] arată că o creştere economică importantă de fapt a făcut omul şi societăţile umane mai dependent de serviciile ecosistemelor şi biodiversităţii. Prin urmare, politicile şi implementările de dezvoltare economică şi de conservare a ecosistemelor şi a biodiversităţii ar trebui să fie formulate şi efectuate în contextul de dependenţa sporită a societăţilor umane de serviciilor sistemelor ecologice. În general, studii prezentate şi analizate de Comisia Europeană arată că dezvoltarea economică a făcut omul mai dependent de ecosisteme şi de biodiversitate şi această tendinţă este mai relevantă în ţările în curs de dezvoltare cu o biodiversitate pronunţată [64]. Drept urmare, aceste ţări trebuie să dezvolte o politică personală mai pronunţata faţa de protecţia mediului şi faţă de biodiversitate. Aici intervine, desigur, rolul important al amprentei ecologice. 5.1 Amprenta ecologică globală Calculul amprentei ecologice se bazează pe câteva ipoteze fundamentale, propuse iniţial de Wackernagel în lucrările sale ( Wackernagel, 1998 ) [2, 8, 9] i. ii.

Cea mai mare parte a resurselor consumate de oameni şi deșeurile pe care le generează pot fi cuantificate și identificate; O subclasă importanta al acestor fluxuri de resurse și de deșeuri poate fi evaluată în funcție de zona biologică de producție necesară pentru a menține fluxurile. Fluxurile de resurse și de deșeuri care nu pot fi măsurate sunt excluse de la evaluare, ceea ce duce la o subestimare sistematică a amprentei ecologice reale a umanității;

88

iii.

iv.

v. vi.

Prin ponderarea fiecărui domeniu în raport cu bioproductivitatea sa, diferite tipuri de zone pot fi convertite în unitatea comuna de hectare la nivel mondial, de hectare cu o medie mondiala a bioproductivitati; Deoarece un singur hectar global se utilizează o singură dată, și fiecare hectar la nivel mondial în fiecare an reprezintă aceeași cantitate de bioproductivitate, acestea pot fi adunate pentru a obține un indicator agregat de amprenta ecologică sau biocapacitate; Cererea umană exprimată ca „amprentă ecologică” poate fi comparată direct cu regenerarea naturii, biocapacitatea, atunci când ambele sunt exprimate in hectare globale; Suprafaţa necesară poate fi mai mare decât zona furnizată în cazul în care cererea unui ecosistem depășește capacitatea de regenerare a acestuia .

Calculul amprentei ecologice se bazează pe procesele cunoscute deja în cadrul teoriei sistemelor, ale fluxurilor de materie şi energie la nivelul ecosistemului (v. figura 1). Calculul Amprentei Ecologice actuale se bazează în primul rând pe date oficiale publicate de organizaţii internaţionale: FAO (Food and Agriculture Organization) a Naţiunilor Unite (FAPSTAT, 2010), Divizia de Statistică a Naţiunilor Unite (UN Commodity Trade Statistics Database – UN Comtrade 2010), şi Agenţia Internaţională pentru Energie (International Energy Agency – IEA 2010). Alte date incluse pot cuprinde studii publicate în reviste de prestigiu „peer-reviwed” şi colecţii tematice de specialitate. O lista completă a surselor de date este inclusă în Ecological Footprint Atlas 2010, (Edwig, 2010) [65]. Publicaţiile NFA (National Footprints Accounts) calculează amprenta ecologică şi boicapacitatea pentru un număr de peste 200 de ţari şi teritorii (zone) ca şi valorile amprentelor ecologice globale începând cu 1961. Ultimele rapoarte au fost prezente în 2014 pentru perioada de până în 2011. Intenţia NFA este să ofere rapoarte şi analize pe baze ştiinţifice solide şi calcule transparente, permiţând comparaţii între ţări şi zone şi evaluarea situaţiei existente.

Figura 84: Planul de implementare al NFA (National Footprint Accounts=Evidența Amprentei Naționale) 89

În figura 84 este prezentata modalitatea de culegere şi procesare a datelor în vederea obţinerii valorilor pentru amprenta ecologică utilizate de către NFA. (Kitzes et al., 2010), [67]. Evaluările amprentei ecologice au rolul de a măsura cererea de biocapacitate prin cererea finală, dar amprenta ecologică se contorizează la punctul de recoltare primară sau la emisiile de carbon. Astfel, urmărirea amprentei ecologice formată de produsele derivate este esențială sarcinii de atribuire a amprentei ecologice producției, până la sfârșitul utilizării pe care o deservește. În continuare este prezentat modul standard de aplicare al schemei de calcul pentru amprenta ecologică, mod de calcul utilizat şi în evaluările oficiale ale valorii acesteia. -

Amprenta ecologică de producţie - (EFp) se calculează cu relaţia:

EFp =

𝑃𝑃

𝑌𝑌𝑁𝑁

× 𝑌𝑌𝑌𝑌 × 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

(57)

P: cantitatea de produs recoltat sau dioxid de carbon emis; resursă consumată sau deşeu generat YN: este media randamentului național pentru P (sau capacitatea de absorbție a carbonului sau a deşeului generat) YF: factorul randamentului Factorul de randament pentru tipul de utilizare evaluat reprezintă gradul în care o anumită utilizare a terenului este mai productivă decât media mondială. EQF: factorul de echivalență, respectiv, pentru tipul de sol folosit în cauză. Factorul de echivalenţă reprezintă factorul de conversie al tuturor utilizărilor terenurilor în funcţie de rolul lor în creşterea amprentei ecologice. Se poate stabili în funcţie de cultura de pe teren Amprenta ecologica de consum (EFc consumption Ecological Footprint)

EFC=EFP+EFI-EFE

(58)

EFP: este amprenta ecologică a producției EFI, EFE: amprente concretizate în fluxurile de mărfuri importate și exportate. În figura 85 este ilustrată componenţa amprentei ecologice de consum PRODUSE DERIVATE YD: randamentul efectiv pentru produsul derivat:

YD=YP×EXTRD

(59)

Yp: randamentul pentru produsul primar EXTRD: raportul masic de produs derivat pentru date de intrare primare necesare (v. ecuaţia 60) 90

Figura 85: – Schema cererii directe și indirecte pentru biocapacitate globală și locală [66]; Amprenta ecologică de consum (AEc); Amprenta ecologică de producţie (AEp); Amprenta ecologică pentru importuri (AEI); Amprenta ecologică pentru exporturi (AEE)

Bunurile primare și derivate sunt legate de ratele de extracție specifice produsului. Rata de extracție pentru un produs derivat, EXTRD, este utilizată pentru a calcula randamentul efectiv, după cum urmează. Adesea EXTRD este raportul masic al produsului derivat la intrarea primară necesară. Acest raport este cunoscut ca fiind factorul de conversie tehnic (FAO, 2000a) pentru produsul derivat, notat ca TCFD în ecuația de mai jos. Există câteva cazuri în care mai multe produse derivate sunt create simultan din același produs primar. Pentru a rezolva această problemă, amprenta ecologică a produsului primar trebuie să fie împărțită între produsele derivate simultan. Formula generalizată pentru rata de extracție a unui produs derivat D este:

FAFD: factorul de alocare al amprentei

EXTRD =

𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝐷𝐷

𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐷𝐷

(60)

TCFD: factorul de conversie tehnic pentru produsul derivat. Calculul factorului de alocare al amprentei se face cu ecuaţia (61): 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝐷𝐷 𝑉𝑉𝐷𝐷

FAFD = ∑

𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑖𝑖 𝑉𝑉𝑖𝑖

(61)

Vi: prețul pe piață al fiecărui produs simultan derivat. Pentru un lanț de producție cu un singur produs derivat, atunci,TCFD este 1, iar rata de extracție este egală cu factorul de conversie tehnică 91

Biocapacitatea – (BC) - de ţară sau globală se determină cu ecuaţia (62) :

BC =A×YF×EQF

(62)

A: suprafața disponibilă pentru un tip de utilizare a terenurilor YF, EQF - reprezintă factorul de randament și factorul de echivalență, respectiv, pentru țară, anul, și tipul de utilizare a terenurilor în cauză. Factor de randament local YFL:

(63) U: mulțimea tuturor produselor primare utilizabile ce un anumit tip de teren foloseşte randament 𝐴𝐴𝑊𝑊,𝑖𝑖 , 𝐴𝐴𝑁𝑁,𝑖𝑖 sunt zonele necesare pentru a furniza valorile anual acestei țări produse disponibile la randamente mondiale și naționale. Acestea sunt calculate astfel cu ecuaţia (64)

𝐴𝐴𝑁𝑁,𝑖𝑖 =

𝑃𝑃 𝑖𝑖

𝑌𝑌𝑁𝑁

ş𝑖𝑖 𝐴𝐴𝑊𝑊,𝑖𝑖 =

𝑃𝑃𝑖𝑖 : creșterea anuală națională totală a produsului i

𝑃𝑃 𝑖𝑖

𝑌𝑌𝑊𝑊

𝑌𝑌𝑁𝑁 , 𝑌𝑌𝑊𝑊 : productivitatea la nivel național și mondial.

𝑌𝑌𝑌𝑌𝐿𝐿 =

𝑌𝑌𝑁𝑁

(64)

(65)

𝑌𝑌𝑊𝑊

PGR= TFR-FMkt-FCrop-FRes

(66)

TFR: cerința totală calculată de alimentare FMkt, FCrop și FRes : cantitățile de furaje disponibile din culturi generale comercializate, produsele cultivate în mod special pentru furaje și resturi vegetale. Pentru utilizarea resurselor alimentare marine: 1

PPR=CC×DR×(𝑇𝑇𝑇𝑇 )(TL-1)

CC: conținutul de carbon al biomasei de pește-greutate umedă DR: rata capturilor aruncate înapoi pentru capturi accidentale TE: eficiența transferului de biomasă între niveluri trofice, TL este nivelul trofic al speciilor de pești în cauză. 92

(67)

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑆𝑆 = ∑�𝑄𝑄𝑆𝑆,𝑖𝑖 × 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑖𝑖 �

(68)

QS,i: captura durabilă estimată pentru grupul de specii marine, i PPRi: valoarea PPR corespunzătoare nivelului trofic mediu al grupului de specii, i Rata medie globală de utilizare a produselor marine este:

𝑌𝑌𝑀𝑀 =

YM: randamentul mediu global marin

𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆

(69)

𝐴𝐴𝐶𝐶𝐶𝐶

PPS: recoltă mondială durabilă ACS: zona platformei continentale globale Pentru determinarea amprentei carbonului EFC (de fapt a dioxidului de carbon) în zonele maritime:

𝐸𝐸𝐸𝐸𝐶𝐶 =

𝑃𝑃𝑐𝑐 ×(1−𝑆𝑆𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 ) 𝑌𝑌𝐶𝐶

EFC: amprenta ecologică a emisiilor de Carbon

∗ 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

(70)

PC: emisii anuale ale CO2 SOcean: fracția emisiilor antropogene sechestrate de oceane, în decursul unui an YC: rata anuală de Carbon absorbit pe hectar de teren împădurit, la randamentul mediu global În vederea realizării calcului, (v. ecuaţia 57) se recomandă utilizarea factorilor de echivalenţa prezentaţi în tabelul 5 sunt prezentate valorilor factorilor de echivalenţă. De menţionat că valorile acestor factori se modifică periodic funcţie de activitatea economică şi modul e utilizare al resurselor. Tabel 5 – Factori de echivalență, 2007 Tipul suprafeței

Factorul de echivalență (hectare globale/hectar) 2,51 1,26 0,46 0,37 2,51

Terenuri agricole Pădure Pășuni Apă de mare și internă Teren construit

Tot pentru stabilirea factorilor de echivalenţă se poate utiliza şi graficul redat în figura 86. [66]

93

Figura 86 – Zonă relativă de utilizare globală a terenului în hectare și hectare globale, 2007

5.2 Amprenta ecologică zonală În vederea determinării valorilor amprentei ecologice zonale, este recomandabil pornească de la relaţiile iniţiale propuse de Mathis Wackernagel și William Rees. Calculul amprentei ecologice se bazează de asemenea pe procesele cunoscute deja, ale fluxurilor de materie şi energie la nivelul ecosistemului. Şi metoda pentru amprenta ecologică zonală se bazează pe premiza că majoritatea fluxurilor de materie şi energie pot fi convertite în suprafeţe echivalente de uscat sau luciu de apă. În final, amprenta ecologică se exprimă în suprafaţa de uscat şi de apă necesară. Metoda în sine este foarte flexibilă, putând fi aplicată atât unui grup restrâns de indivizi, cât şi la totalitate unei zone mai mari. Amprenta ecologică se calculează după formula propusă de Wackernagel şi Rees in anul 1995 si anume :

unde :

𝐸𝐸𝐸𝐸 =

𝑃𝑃

𝑌𝑌𝑌𝑌

× 𝑌𝑌𝑌𝑌 × 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

(71)

P - este cantitatea resursei consumate sau de deşeuri generate YN - este media naţională a producţiei resursei P sau de absorbţie a deşeului P; YF - este factorul de randament pentru tipul de utilizare evaluat; EQF - este factorul de echivalenţă; Factorul de randament pentru tipul de utilizare evaluat reprezintă gradul în care o anumită utilizare a terenului este mai productivă decât media mondială. 94

Factorul de echivalenţă reprezintă factorul de conversie al tuturor utilizărilor terenurilor în funcţie de rolul lor în creşterea amprentei ecologice. Amprenta ecologică (EF) este raportată la biocapacitate (BC), care reprezintă producţia biologică din teritoriul analizat. Biocapacitatea reprezintă capacitatea unei zone de a furniza resurse şi de a absorbi deşeuri. Se exprimă în unităţi de suprafaţă raportate la productivitatea globală (hectare globale – hag). Pentru a face totuşi distincţia faţă de amprenta ecologică globală este recomandabil să se utilizeze o unitate care să ia în considerare numai situaţia din zona respectivă – şi anume

hectarul zonal (haz sau zah).

Aceasta depinde nu numai de condiţiile naturale, dar şi de practicile folosite în agricultură şi silvicultură, fiind calculată cu următoarea relaţie:

unde:

𝐵𝐵𝐵𝐵 = 𝑆𝑆 × 𝑌𝑌𝑌𝑌 ∗ 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

(72)

S - reprezintă valoarea suprafeței disponibile pentru o anumită utilizare a terenului. Factorii de echivalenţă pentru diferite suprafeţe productive sunt date în acest caz în tabelul 6. Tabelul 6 : Factorii de echivalenţă pe suprafeţe productive (după The World’s Ecological Footprint and Biocapacity 1999 ) Categorie de utilizare Factori de echivalenţă Biocapacitatea ( gha/ha) (ha globale/loc) (zha/ha (ha zonale/ loc) Terenuri cultivate 2,11 0,53 Suprafeţe forestiere 1,35 0,86 Păşuni şi fâneţe 0,47 0,27 Zone marine şi ape interioare 0,35 0,14 Spaţii construite 2,11 0,1 Şi în aceste cazuri, amprenta ecologică poate fi divizată în: -

amprenta fizică (separată în funcţie de principalele utilizări ale terenurilor în culturi agricole, păşuni, păduri, suprafeţe acvatice şi terenuri construite) amprenta energetică (cunoscută şi ca amprenta carbonului)

================================================================== ==================================================================

95

Aplicarea amprentei ecologice în studiul evoluţiei siturilor istorice (studiu de caz)

6. Aplicații practice ale conceptului de amprentă ecologică

Aşa cum am mai menţionat, un studiu interesant şi neabordat până acum în cercetare, îl constituie analiza rolului amprentei ecologice în evoluţia siturilor istorice. Ideea a pornit de la constatarea unor similitudini în evoluţia temporala a unor situri istorice din perioade similare care au evoluat şi apoi involuat din cauze care ar putea include nu numai cauze geo-politice, militare, sociale şi economice. Aceşti factori nu ar putea explica toate aspectele privind situaţia acestor aşezări omeneşti, care la un moment dat, au involuat mult, ajungând uneori la dispariţie. Utilizarea excesivă a resurselor locale, zonale, chiar mai îndepărtate de oraşul sau cetatea respectivă, creşterea populaţiei, şi atingerea unor valori ale amprentei ecologice care au depăşit probabil nivelul de echilibru al sistemului, este foarte posibil să fi constituit nişte cauze determinante. Pornind de la aceste considerente, am încercat să adăugăm metodei de calcul a amprentei ecologice zonale, (v. capitolul 5), informațiile privind sistemele ecologice existente, date privind evoluţia schimbărilor climatice pentru o perioadă determinată şi modele inginereşti referitoare la schimburile de materiale şi de energie compatibile, pentru a putea determina o valoare cât mai exactă a acesteia. Problema dificilă intervine însă, atunci când se încearcă estimarea suprafeței de teren întrebuințate și necesare neutralizării deșeurilor generate de consumurile excesive ale unei populații, în urmă cu două milenii, de modul de utilizare al resurselor energetice şi materiale, precum şi de stabilirea valorilor unor factori de echivalenţă. În aceste cazuri, inconvenientul îl reprezintă cantitatea redusă a datelor istorice, necesare integrării în aplicații matematice. În figura 86 sunt prezentate influenţele care se iau în considerare la analiza factorilor de impact asupra evoluţiei unui sit istoric.

Figura 86: Influenţe asupra evoluţiei unui sit istoric ( T: temperatura; U: umiditatea; R: radiaţiile)

Se poate constata în mod evident că, timp, evoluţia, creşterea şi scăderea până la dispariţie a aşezărilor daco-romană de-a lungul Dunării poate fi explicată nu numai de geo-evenimentele politice, dar, de asemenea, de cele economice şi evoluţii climatice, interdependente cu situaţia mediului. Impactul dual dintre situri istorice de apărare şi a mediu care se adaugă activităţilor 96

umane în asemenea aşezări vechi este cu siguranţă remarcabil. Problema a fost abordată prin studierea interconexiunilor utilizând ca bază de lucru şi calcul metoda de "amprenta ecologică" şi aplicaţii din teoria sistemelor dinamice, pentru că este indispensabil să se aibă în vedere evoluţiile globale. Studiul s-a concentrat mai ales la site-uri de-a lungul mijloc şi inferior Dunării, precum Sucidava (România) şi Ulpia Oescus (Bulgaria), cuplat datorită poziției lor de infrastructurile speciale construite de-a lungul fluviului. Aceste două site-uri au utilizat un sistem de comunicare foarte bun (figura 87) prin podul construit din ordinul lui Constantin cel Mare [1], în secolul al patrulea (328).

Figura 87 – Amplasarea siturilor istorice Sucidava și Ulpia Oescus, legate de Podul lui Constantin cel Mare

6.1

În căutarea unor date istorice aplicabile amprentei ecologice zonale

Cauzele dispariției Imperiului Roman sunt multiple, fiind clasificate de istorici și arheologi ca strategice, politice și militare. Însă odată cu apariția și extinderea pe o scară tot mai largă a studiilor privind sistemele ecologice, s-ar putea avea în vedere că involuția Imperiului a fost influențată în mod cert de situația economică dar şi de cea climatică și de starea mediului înconjurător. În perioada secolelor I-VI, evoluția siturilor romane, civile și militare de pe Dunăre și Rin fost similară. Astfel, este interesant de analizat, prin comparație, perioada de dezvoltare și modul de exploatare a resurselor, precum și cauzele ce au condus la involuţia a numeroase aşezări. Siturile care s-au în vedere în această etapă, sunt prezentate în figura 88:

Figura 88 – Situri istorice care se au în vedere pentru studiul amprentei ecologice zonale

97

Situl istoric Sucidava (figura 88 – amplasare) este vechea capitală a tribului dacic al sucilor, aflata pe malul stâng al Dunării, în Câmpia Olteniei, aproape de confluenta Oltului cu Dunărea, pe teritoriul vechiului sat Celei, actual cartier al orașului Corabia. Coordonatele o

’’

o

’

’’

geografice ale sitului sunt 43 44’ 05 N; 24 30 05 E. Numele străvechi al sitului se considera a fi: “Sykibid”, urmându-l pe Procopius din Caesarea, fiind menţionat ca “Sucidava” de Vasile Pârvan [70].

Figura 89 – Aşezarea sitului istoric Sucidava

(D. Constantinescu, 2012)[67, 68, 70]

Denumirea “Sucidava” a fost găsită pentru prima oară pe o inscripție veche din secolul al IIIlea, însă pe teren a fost identificată în anul 1845, de către August Treboniu Laurian, susținut ulterior de Grigore Tocilescu și Vasile Pârvan [70]. O locuire intensă și de lungă durată începe în a doua epocă a fierului, însă o amplă dezvoltare cunoaște în perioada geto-dacă, Sucidava devenind unul din cele mai puternice centre economice, politice și militare din sudul Daciei. Epoca romană începe odată cu primul război daco – roman din 101 – 102. După ocuparea Olteniei, romanii construiesc la Sucidava un castru (care face de fapt parte dintr-un întreg sistem de fortificaţii) pentru controlul asupra Dunării. Așezarea civilă romană s-a dezvoltat după 106 și s-a extins teritorial, fiind înconjurată de șanțuri și ziduri de apărare. Sucidava rămâne și după retragerea Aureliană (275) parte a Imperiului, în cadrul Provinciei Dacia Ripensis, importanța sa crescând în timpul lui Constantin cel Mare care reanexează o parte a fostei provincii Dacia, dovadă fiind refacerea drumului dintre Sucidava și RomulaMalva (Resca), dar și construcția unui pod peste Dunăre, între Sucidava si Oescus, din piatra și lemn, podul fiind inaugurat în vara lui 328. În epoca paleobizantină, cetatea Sucidava cunoaşte o serie de distrugeri, cetatea fiind prima dată distrusă de către Huni (442-447); și refaceri, în anii 527-533 de către Împăratul Iustinian, fiind definitiv distrusă în jurul anului 600. Cetatea romano – bizantină (figura 90) se întinde pe o suprafață de două hectare. În interiorul ei se păstrează zidurile de incintă și turnurile de intrare B-C, turnuri de apărare A - J descoperite în urma săpăturilor, începând din anul 1946, bazilica romano – bizantină din 98

secolul al IV-lea (b), (cel mai vechi locaș de cult de la nordul Dunării), clădirea cu hipocaust (h1), (sistem de încălzire roman prin pardoseala) din secolul al VI-lea, portalul podului lui Constantin cel Mare,(132) construit peste Dunăre, poarta constantiniană ce făcea legătura între pod și cetate, dar și o fântână romană din secolul al II-lea, marcată pe hartă.

Figura 90 – Planul zonei fortificate (zona militară) Sucidava

(măsurători: D.Constantinescu; A.B. Carlan, N.Costache)

(Grafică: A. B. Carlan)

Bazilica romano – bizantină a fost descoperită în anul 1946 în partea de N-V a cetății. Din edificiu s-au păstrat o parte din temeliile zidurilor și din pardoseala interioară, pe baza cărora s-au restaurat dimensiunile și forma bazilicii. Biserica are forma dreptunghiulara cu o absida semicirculara cu raza de 3,80m reprezentând altarul, orientată est-sud-est. Dimensiunile încăperii dreptunghiulare sunt 17,10x10 m. La temelii, grosimea zidurilor este de 0,65m, arătând că întreaga construcție se realizase din zid de piatră și cărămidă. Clădirea cu hipocaust (h1, figura90), (figura 91) a fost descoperită în anul 1977 și era utilizată pentru a încălzi cu aer cald o locuință aflată la est de aceasta. Legătura se făcea prin tuburi din ceramică îngropate în pereții locuinței. Construcția de formă dreptunghiulara are dimensiunile de 11x5m și grosimea zidurilor de 0,45-0,65m. Podeaua acesteia din care s-a păstrat un fragment, care a fost restaurat, era susținuta de opt șiruri a câte 22 stâlpi (PILAE), înalţi de 0,62 m. În spațiul dintre podea și baza stâlpilor circula aerul cald provenind dintr-un cuptor (PRAEFURNIUM) aflat în exteriorul edificiului. Tuburile care transportau aerul cald erau lungi de 0,60m și cu diametrul gurii de 0,185m. [ Aceste dimensiuni au fost necesare pentru a evalua materialul utilizat la construcţia şi întreţinerea fortificaţiei] 99

Figura 91 –a) Clădirea cu hipocaust, din interiorul sitului istoric Sucidava (Foto: B. Carlan, iunie 2013); b) Reprezentare grafică a clădirii cu hipocaust

Fântâna subterană (figura 92) a fost descoperită în anul 1958 și se află în partea de sud a fortăreței. Construcția subterană are două componente: puțul propriu-zis (figura 92 b), aflat la o adâncime de 18m de la nivelul platoului cetății și coridorul de acces (figura 92a), lung de 26m, care coboară din incinta fortăreței până la izvor.

Figura 92 – Fântâna subterană : a) Coridorul de acces ce coboară din incinta fortăreței către izvor; b)Puțul subteran (Foto: B. Cârlan, iunie 2013)

Utilizând un oximetru portabil, s-au prelevat probe de apă din fântâna subterană a sitului istoric Sucidava și s-a determinat concentrația de oxigen dizolvat; conform măsurătorilor, aceasta atinge valoarea 30-32 mg/l, la o temperatura de 14,10C. De asemenea, s-a măsurat nivelul de oxigen dizolvat și într-un izvor din apropierea fortăreței (figura 93), unde valoarea indicată era de 20-22 mg/l, la o temperatura de 14,70C. 100

Figura 93 – Izvor din exteriorul fortăreței (Foto: B. Cârlan, iunie 2013)

Poarta de Vest (figura 94) datează din secolul al IV-lea și avea rolul de a face legătura între pod și interiorul cetății. Se văd și astăzi urmele carelor romane care traversau Dunărea pe pod și intrau în cetate. Este interesant de menționat că materialul folosit pentru ziduri era constituit din roci locale cu urme foarte vizibile de scoici paleolitice, demonstrând climatul dramatic și schimbările geologice care au avut loc acum mai bine de doua milioane cinci sute de ani.

Figura 94 – Poarta de vest a sitului istoric Sucidava (Foto: B. Cârlan, iunie 2013)

Podul lui Constantin cel Mare. În secolul al IV-lea, împăratul Constantin cel Mare a refăcut cetatea și a construit podul peste Dunăre între Sucidava și Oescus (Bulgaria), lung de aproximativ 2434m, fiind unul dintre cele mai lungi poduri din Antichitate. Circulația se realiza pe un tablier din lemn, cu o lățime de 5,70m, situat la 10m deasupra apelor Dunării. 101

Ulpia Oescus este localizată în apropierea orașului Gigen, în Bulgaria. A fost unul dintre cele mai mari orașe din zona Dunării de Jos, stabilit în 106-109 d. Ch. Relicvele primei așezări romane, amintesc de coloniile romane. Suprafața a fost fortificată cu pietre și ziduri, în timpul domniei lui Vespasian. În anul 270, Legiunea a V-a Macedonica s-a reîntors la Oescus și atunci a fost construit cel de-al doilea sistem de fortificație al Ulpiei Oescus. Cetatea a existat până la sfârșitul secolului VI d. Ch. (Boyanov, I., 2008) [71]. În figura 95 sunt reprezentate termele romane de la Ulpia Oescus, din secolele III-IV.

Figura 95 – Termele romane de la Ulpia Oescus, datând din secolele III-IV d. Ch. (foto: D. Constantinescu, august 2013)

Capidava (figura 96) a fost una din cele mai mari fortărețe incluse în sistemul de apărare al Imperiului Roman. Fortificația are forma unui patrulater cu laturile lungi de la NV spre SE - 105m x 127m, cu ziduri groase de peste 2 m și înalte de 5-6 m, cu 7 turnuri de peste 10m, din care 3 turnuri dreptunghiulare, 2 turnuri in sfert de cerc si 2 turnuri intermediare in forma de potcoava (U), o poarta lata de 2,50m situata pe latura de SE care făcea legătura cu restul teritoriului și o ieșire strategică pe latura de SV a turnului dinspre Dunăre, unde era amenajat portul. Cetatea ocupa un loc important în sistemul defensiv roman, făcând parte din seria de castre și fortificații ridicate în timpul Împăratului Traian, la începutul secolului al IIlea , in cadrul măsurilor de organizare a limes-ului dunărean. Locul era deosebit de potrivit caracterului construcției, oferind o vasta arie de supraveghere: un masiv stâncos care se înălța între piciorul pantei ce coboară dinspre NE și Dunăre. Masivul prezenta un avantaj din punct de vedere strategic și anume un șanț natural care pornea din Dunăre, îl ocolea pe partea de NE, pana aproape de colțul de est al cetății. De altfel, forma masivului a impus forma și orientarea castrului.

102

Figura 97 – Situl arheologic Capidava a) Vedere spațială

b) Harta fortăreței (schiţa prelucrată D.Constantinescu)

Situl istoric Argamum (figura 98) este situat în partea de est a județului Tulcea, pe teritoriul comunei Jurilovca, în locul numit Capul Doloșman, localizat la contactul dintre Podișul Babadagului și Limanul Razim. Se întinde pe aproximativ două hectare și jumătate; se identifică prin prezența unor ruine și elemente arhitectonice: poarta, zidul de apărare, câteva străzi, basilica paleocreștine și valuri de pământ. Cea mai mare parte din cetate se află încă sub pământ. Cetatea a fost întemeiată de coloniștii greci veniți din Asia Mică, către mijlocul secolului VII î.e.n. și stabiliți atunci pe malul Mării Negre (Manucu-Adameşteanu , M.,2001)[73]

Figura 98 – Cetatea Argamum 103

(foto: A. B. Carlan, 2012)

Situl istoric Augusta Raurica (figura 99), aflat la 20 km est de Basel, în Elveția, de-a lungul fluviului Rin, este vechea capitala de provincie romană.

Figura 99 - Amplasarea sitului istoric Augusta Raurica, pe malul Rinului (Pfäffli, B., 2010)[72]

6.2

Analiza amprentei ecologice zonale

Analizând aspectele amprentei ecologice în zonele situate de-a lungul fluviului Dunărea, ce corespund sistemului de fortificații roman, propunem luarea în calcul a aspectelor dinamice ale amprentei ecologice. Aspectul general al unui ”sistem al sitului istoric – sistem ecologic” complex poate fi sistematizat așa cum este prezentat în figura 100.

Figura 100: Sistemul dinamic SSI (Sistemul sitului istoric) incluzând: SSS (Sistemului Sitului Sucidava), SSC – subsistemul climatic, SS Biom – subsistemul biom; E – energie, M – materiale, I – informație; p – pierderi, u – util, def – pierderi nerecuperabile sau reciclabile 104

Dacă aplicăm modelul analizat pentru situl istoric Sucidava, se obține schema prezentată în figura 101.

Figura 101 – Particularități ale sistemului sitului Sucidava: SS – Subsistemul Sucidava; SSb – Subsistemul biom; SSc – Subsistemul climatic; C1…Cn – construcții în subsistemul SS; a – animale; v – vegetație; r – roci; p – populație; U – umiditate; T – temperatură; P - presiune

Parametrii climatici precum temperatura, umiditatea, vânturile, radiația solară influențează consumul de energie, la fel ca agricultura, transporturile, utilizarea materialelor și chiar relațiile sociale, politice și militare. În numeroase documente se fac referiri la faptul că între anii 100 – 600, climatul a fost mai rece decât astăzi; de exemplu, Vasile Pârvan menționează în mod repetat în studiile sale o perioadă foarte rece, în special iarna. Pentru a putea calcula consumurile de energie și material este necesar să se cunoască cu exactitate parametrii climatici, însă aceste date nu sunt foarte accesibile. DATE ŞI INSTRUMENTE PENTRU ESTIMAREA AMPRENTEI ECOLOGICE Date privind utilizarea resurselor Rolul principal al amprentei ecologice în situaţia analizată, este de a măsura cantitatea de resurse din natură pe care populația romană o consuma. Un instrument utilizat pentru estimarea acesteia în siturile istorice este bilanțul de energie și de materiale. În „Getica. O protoistorie a Daciei”, Vasile Pârvan [74] încearcă o reconstituire istorica a culturii geto-dace, deoarece nu s-a limitat doar la descoperirile arheologice, ci le-a așezat la locul lor în istoria timpului din care vin, dovedind astfel ca arheologia este o vocație. În urma săpăturilor arheologice, V. Pârvan [74] spune despre locuințele geților că erau asemeni „unor bordeie, pe jumătate îngropate în pământ”. Acest lucru deoarece „clima era groaznic de aspră şi silea la acest fel de construcție, ba mai mult, împingea chiar la alegerea de locuințe total subpământene”. 105

La deal şi la munte, situația sta cu totul altfel, „Getica” [74] mărturisind că „avem casele de bârne, acoperite tot cu lemn și așezate fie direct pe pământ, fie mai ales pe stâlpi de lemn (foarte înalți deasupra pământului, parc-ar susține niște locuințe lacustre), dar sprijinindu-le numai la cele patru colturi, iar fiecare casă e înconjurată de un zăplaz de scânduri, cu capetele tăiate în unghi ascuțit. Ceea ce e caracteristic e ca aceste locuințe sunt arătate ca având cel puțin două camere (deci nu mizeria dela câmp a unei singure odăi) și clădirea e bine încheiată cu cuie de lemn, făcând un bloc perfect solid”. De asemenea, „atât la munte cât și la câmp casele sunt patrulatere, iar nu rotunde ori ovale” Vasile Pârvan realizează o descriere a obiectelor confecționate din lemn, astfel că: • „…bărcile scobite într-un singur trunchiu de copac, pentru pescuit ori trecut apele și nu mai puțin carele, plugurile și toate lucrările erau in lemn…” • „Fără îndoeală întreaga agricultură și gospodărie getică e încă în epoca lemnului…la arme, boroana cu dinți și grapa (de spini) erau tot din lemn” • „Tot din lemn, așa cum sunt butoaele reprezentate pe Columna Traiana, erau desigur şi vasele mai mari întrebuințate de Geți pentru ținut lichidele: apa, vin, uleiu” • „Dar nu numai cetățile, casele, uneltele de lucru si mijloacele de transport geto-dace erau din lemn, ci și întreaga mobila și chiar vasele de întrebuințare zilnică”. Pe baza descoperirilor realizate de Vasile Pârvan, se poate trage concluzia ca geto-dacii utilizau foarte mult lemn, atât la construcția cetăților și a caselor, dar și pentru uzul uneltelor, al mobilei sau al vaselor. Acest lucru, în primul rând datorită aspectului estetic, „pentru înțelegerea anumitor forme și ornamente de pe vasele mai fine, delicate”, dar și datorită unui aspect negativ. Acesta consta în descoperirile „sărace” în urme din civilizația geto-dacă, pe motiv ca „la vreun foc, tot ce era din lemn se mistuia fără urmă”. Săpăturile arheologice realizate în câmpia munteană aduc date importante privind natura lemnului utilizat în construcții, și anume „Stejarul”, datorita fragmentelor carbonizate descoperite. Dovezi legate de existența pădurilor în zona siturilor istorice Ulpia Oescus – Sucidava, întrun trecut nu foarte îndepărtat, se găsesc la Muzeul Regional de Istorie de la Pleven; probele atestă existența pădurilor de stejar (figura 102). Date privind schimbările climatice Parametrii climatici cum ar fi temperatura, umiditatea, vântul, radiaţia solară influenţează consumul de energie (în cazul nostru resursa energetică era lemnul), precum şi agricultura, transporturi, utilizarea de materiale şi chiar a relaţiilor sociale, politice şi militare. În numeroase documente, există menţiunea că în anii 100-600 clima a fost mai rece decât în prezent. De exemplu, V. Pârvan, în mod repetat menţiona în studiile sale [74] o perioadă foarte rece, mai ales în timpul ierni. Dunăre a fost îngheţată în mod normal, în fiecare an pentru o perioadă lungă de timp. Trebuie să ştim exact parametrul climatic, pentru a calcula consumul de materiale şi energie, dar, uneori, datele nu sunt foarte accesibile. Unele indicaţii pentru valorile temperaturii, prezentate în articolul scris de (Moberg & all) [75] sunt prezentate în figura 103. 106

Figura 102 – Fragmente de stejar descoperite in zona sitului istoric Ulpia Oescus, expuse la Muzeul Regional de Istorie din Pleven (foto: A. B. Carlan)

Proprietăţile acestui tip de arbore, sunt date în tabelul 6:

Figura 103: Graficul temperaturilor pe baza datelor raportate (de Moberg, et.al., în Nature, V. 433, 10 februarie 2005)

Pornind de la acest grafic, se poate deduce ca pentru perioada pe care o analizăm, (anii 100 – 600) diagrama temperaturilor este cea prezentată în figura 104.

107

Figura 104: graficul temperaturilor pentru perioada anilor 0 – 600, obţinut din prelucrarea datelor determinate de Moberg în 2005 (prelucrare ORIGIN, D.Constantinescu)

EXEMPLU DE CALCUL Factorul de noutate constă în calcularea unui bilanț de material, pentru a evalua cantitatea de lemn utilizată de locuitorii Castrului Sucidava, pornind de la utilizarea hipocaustului (figura 91). De menţionat că acest calcul este estimativ, pentru că în acest moment nu se cunosc suficiente date de pe teren. Se consideră (v. figura 91b): Lhypocaust=11,28m Lhypocaust=5,33m δperete hypocaust=0,62m Înălțimea interioară a clădirii, hint=1,90m Tuburi transportoare aer cald: L=0,60m; ϕ=0,185m Temperatura de confort, Tconfort=+180C Fluxul termic total, Qpereți externi, [W] reprezintă cantitatea de căldură care se pierde, în unitatea de timp, prin pereţii exteriori, datorită diferenţei de temperatură dintre aerul din interior şi cel din mediul ambiant exterior. Acesta se calculează utilizând următoarea formulă:

(72) unde: tint [ºC] = temperatura interioară, de confort termic; text [ºC] = temperatura aerului din mediul ambiant exterior; 108

Spereți externi [m2] = suprafaţa de calcul pentru determinarea fluxului termic prin pereţii exteriori; Rpereți externi [(m2*K)/W] = rezistenţa termică a pereţilor exteriori. Suprafața de calcul, Spereți ecuație:

externi,

[m2] se poate determina folosind următoarea

(73) unde: L [m] = lungime hipocaust; l [m] = lățime hipocaust; h [m] = înălțime hipocaust Rezistenţa termică la transferul de căldură prin conducţie şi convecţie, prin pereţii exteriori, Rpereți externi, [W/m2*K] va fi formată din mai multe rezistenţe termice înseriate – rezistenţele termice ale diferitelor straturi de material din care sunt alcătuiţi pereţii şi rezistenţele termice ale straturilor superficiale de aer aflate pe feţele interioare, respectiv exterioare ale pereţilor. Această mărime poate fi determinată cu formula: (74), unde: δmat i pereți externi [m] = grosimea stratului i de material din alcătuirea pereţilor exteriori; λmai i pereți externi [W/(m*K)] = conductivitatea termică a stratului, i, de material din alcătuirea pereţilor exteriori; αint [W/(m2*K)] = coeficientul de convecţie al aerului din interior; αext [W/(m2*K)] = coeficientul de convecţie al aerului din mediul ambiant exterior. Determinarea fluxului termic total prin podea, respectiv prin tavan – corespunzător pierderilor prin conducţie şi convecţie – se va face într-un mod similar determinării fluxului termic total prin pereţii exteriori, utilizând următoarele formule:

(75) unde: Qpodea [W] = fluxul termic total prin podea; tSol [ºC] = temperatura solului; Spodea [m2] = suprafaţa de calcul pentru determinarea fluxului termic prin podea; Rpodea [(m2*K)/W] = rezistenţa termică a podelei; 109

(76) (77)

(78)

(79)

(80) Qtavan [W] = fluxul termic total prin tavan; tpod [ºC] = temperatura unui spaţiu neîncălzit aflat deasupra spaţiului locuit (pod); Stavan [m2] = suprafaţa de calcul pentru determinarea fluxului termic prin tavan; Rtavan [(m2*K)/W] = rezistenţa termică a tavanului (81) (82) nzile = numărul de zile ale lunii

(83) ηinstalaţie_încălzire [%] = randamentul termic al instalaţiei de încălzire PCIcomb [GJ/u.m.] = puterea calorică inferioară a combustibilului; u.m. = unitatea de măsură pentru cantitatea de combustibil, kg sau tone Consumul anual de combustibil poate fi obţinut şi prin însumarea valorilor consumurilor lunare. În afară de pierderile de căldură care au loc prin conducție și convecție, prin pereții exteriori, podea, tavan, fluxul termic total global cuprinde și alte transferuri termice (pierderi, dar și aporturi de căldură), precum: pierderi de căldură prin transfer de masă, datorită ventilației naturale și infiltrațiilor de aer din mediul exterior prin neetanșeitățile elementelor exterioare, aporturi de căldură prin radiația termică solară, etc.

110

Explorând zona, au fost realizate măsurători, care au fost aplicate în modelul matematic prezentat. Astfel, a fost determinată cantitatea de căldură utilizată pentru încălzirea clădirii cu hipocaust, având în vedere variația parametrilor, precum: Temperatura (+150C, -150C), ce fluctuează în funcție de anotimp (vară/iarnă) Capacitatea calorică pentru stejar umed (14400kJ/kg) și stejar uscat (18500kJ/kg) Materialul podelei: lemn (cu o grosime de 0,05m) și ceramică (cu o grosime de 0,03m). În tabelul 6 sunt prezentate date privind cantitatea de stejar utilizată pentru încălzire, având în vedere variația de temperatura exterioară, capacitatea calorică și materialul podelei. Tabel 6 – Date privind cantitatea de stejar utilizat pentru încălzire Material planşeu izolator

Temperatura Capacitate 0 C energetică [Mj/kg]

Flux Consum Consum Consum termic lunar de zilnic orar de necesar stejar de stejar [GJ/lună] [kg] stejar [kg] [kg] -150C a: 14,4 32,93 a. 5777 a. 192 a. 8 Lemn iarna (umed) b. 4450 b. 148 b. 6 +150C 2,45 a. 429 a. 14 a. 0,6 b: 18,5 vara b. 331 b. 11 b. 0,5 0 (uscat) -15 C 23,71 a. 4233 a. 141 a. 6 Ceramic iarna b. 3339 b. 111 b. 0,8 0 +15 C 2,15 a. 377 a. 13 a. 0,5 vara b. 302 b. 10 b. 0,4 Consumul anual de stejar, rezultat calculele evaluative efectuate, pentru încălzirea clădirii cu hipocaust 1, este prezentat în tabelul 7. Tabel 7 – Consumul anual de stejar pentru încălzirea hipocaust 1 Capacitate energetică [Mj/kg] uscat: 14,4 umed: 18,5 uscat: 14,4 umed: 18,5

Material planşeu izolator Lemn Ceramic

Consumul anual [kg] 30.890 28.686 27.660 21.835

Pentru calcule au fost folosite datele prezentate în tabelul8 Tabel 8: proprietăţi de calcul pentru lemn de stejar Densitatea pt. umiditate 13%, kg/m3

Densitatea medie lemn de stejar, kg/m3

Compoziţie chimică % (lemn uscat)

770

670

111

C: 48-52; H2: 5,9-6,5; O2: 41-46; N2: