Cambios de albedo a gran escala

El albedo es la reflectividad de la radiación solar de la superficie de un planeta o luna o algo así. Representa la cantidad de radiación solar que se devuelve al espacio en comparación con la cantidad que se retiene.

El albedo planetario de la Tierra es de aproximadamente 0,367. Sin embargo, esto varía mucho de un lugar a otro. Los cúmulos y la nieve fresca pueden tener un albedo de 0,7 o más; es decir, el 70% de la radiación incidente se refleja de regreso al espacio. Por otro lado, el albedo del océano es de aproximadamente 0,08, lo que significa que el 92% de la radiación solar que llega al océano se queda con él.

Hay ciertas cosas que los humanos pueden hacer para cambiar el albedo. Lo más plausible para el hombre antiguo es que un bosque podría tener un albedo de 0,1, mientras que el suelo seco y desnudo podría tener un albedo de 0,3. Por lo tanto, si el Hombre pudiera cambiar el entorno de uno a otro en un área lo suficientemente grande, podría cambiar el albedo de la Tierra.

¿Cuánta área es razonable que cambie el Hombre?

Hubo algunos incidentes de deforestación a gran escala en el mundo antiguo. Posiblemente la mayor fue la reducción de las llanuras del Ganges. Hace 10.000 años, el área desde Delhi hasta Bengala estaba cubierta por un bosque tropical caducifolio húmedo; un área de alrededor de 500.000 km$^2$. Esto finalmente fue reemplazado por tierras de cultivo durante el período aproximadamente del 1000 a. C. al 1000 d. C. Los cultivos y el suelo de regadío tienen un albedo no mucho más alto que un bosque, por lo que el impacto del cambio climático no fue mucho. Pero esa llanura del Ganges en realidad es bastante seca; si los humanos no hubieran pasado tanto tiempo regando, podría haber terminado en un semidesierto árido como el Sahel africano.

Estos 500.000 km$^2$representa el 0,1% de la superficie terrestre. Si el albedo del 0,1% de la superficie de la Tierra aumentara en 20 puntos porcentuales, el albedo total de la Tierra habría cambiado de 0,367 a aproximadamente 0,3677; poco.

Pero, ¿qué es lo que los humanos súper autodestructivos hicieron esto en bosques tropicales caducifolios similares en todo el mundo? Hay 2,7 ​​millones de km$^2$del bosque de miombo en el sur de África; unos 0,7 millones de km$^2$más en la Meseta Deccan del norte de la India; 0,4 millones en Indochina; 0,3 millones en la costa del Pacífico de Centroamérica; y 0,9 millones en el Chaco Seco de Argentina y Bolivia. Esto es alrededor de 5,5 millones de km.$^2$del total de bosques, o hasta el 1,1% de la superficie terrestre. El efecto albedo de convertir todo este bosque en yermo sería de 0,367 a 0,375.

¿Qué hace ese cambio de albedo?

El albedo se puede usar junto con la luminosidad estelar y la distancia orbital para calcular la temperatura efectiva planetaria usando

Para el albedo de la Tierra de 0,367,$T_{eff} = 276.5 \text{ K}$. Esto es un poco bajo; la temperatura promedio planetaria es más como 285 K, y la diferencia se debe principalmente al efecto invernadero. Pero está lo suficientemente cerca para demostrar los cambios. Cuando el albedo sube a 0.375,$T_{eff} = 275.6 \text{ K}$. Esto es aproximadamente 1 grado de enfriamiento debido a los cambios de albedo, o aproximadamente la misma magnitud que el calentamiento que hemos causado actualmente debido al cambio climático.

Conclusión

Los antiguos tenían en su poder cambiar el clima en la misma medida en que lo hemos cambiado hoy. Sin embargo, esto les obligará a recortar unos 5 millones de km.$^2$de bosque; un área aproximadamente el doble del tamaño de Argentina. Y no solo cortarlo, dejarlo en barbecho para que se convierta en un desierto cubierto de maleza con mucha tierra expuesta.

Ahora, la humanidad ciertamente tiene la capacidad de hacer esto, incluso con la tecnología de la edad de piedra. Todos estos bosques que enumeré tienen estaciones secas de más de 6 meses. No sería demasiado trabajo prender fuego a todo al final de la estación seca. Como una ventaja doble, todos estos bosques tienen fuertes lluvias monzónicas durante la temporada de lluvias, por lo que si lo programa en el momento adecuado, podría hacer que el monzón se lleve todas las cenizas, dejando un suelo seco e infértil que tardaría siglos en recuperarse.

Esto parece un poco extremo, pero dado el tipo de cosas que tenemos y estamos haciendo a la Tierra, tal vez deberíamos considerarnos afortunados de que esto no haya sucedido ya.

Tanto Islandia como la Isla de Pascua fueron deforestadas por personas que se establecieron allí. Los vikingos dejaron sueltos a sus animales de granja y probablemente usaron bastante madera para mantener el calor, botes, cabañas y metalurgia. La combinación dejó la Isla deforestada. Lo que pasó en Isla de Pascua es menos claro pero de resultado similar.

No está claro si tal resultado es probable en todo un continente, porque una sociedad, en términos generales, se desarrolla dentro de una cierta cantidad de sostenibilidad y la deforestación ocurre cuando van a un lugar nuevo que no puede sostener su forma de vida. (diferentes depredadores, por ejemplo, para que los animales de granja puedan crecer sin control). Viajar con especies invasoras puede causar mucho daño, incluso si no es intencionado.

Mencionado en el otro hilo, la agricultura a gran escala, la quema de bosques talados también podría ser un factor. La agricultura y la deforestación suficientes pueden impulsar el cambio climático, aunque probablemente no tan rápido como lo estamos haciendo ahora, pero es posible. Se teoriza que la agricultura humana tuvo un efecto de calentamiento en el planeta que continúa hasta el día de hoy. Tanto la deforestación como el metano (también conocido como pedos de vaca) probablemente tengan efectos de calentamiento.

Dicho esto, es probable que todos esos efectos sean más pequeños que nuestro calentamiento actual y no grandes impulsores, por lo que es poco probable un cambio significativo, pero si se combina con la variación natural debido a la variación orbital en la misma dirección, es razonablemente posible.

Podrían hacerlo de la misma manera que lo hacemos hoy, quemando grandes cantidades de combustible fósil almacenado, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera.

Basado en el bajo número de población, quemarlos con fines semi-útiles está descartado. Además, debido a la baja tecnología, se limitarán a depósitos cercanos a la superficie.

Los candidatos más probables que puedo ver son grandes eventos de quema fuera de control. Algunos vienen a la mente, hay una cantidad inquietante de incendios subterráneos de vetas de carbón , donde los depósitos de carbón se encienden y siguen ardiendo a través de la veta subterránea durante años quemando enormes cantidades de carbón. Muchas de estas vetas de carbón comienzan cerca de la superficie, por lo que la minería temprana de baja tecnología o la recolección en la superficie podrían conducir a la quema de grandes cantidades de carbón subterráneo.

Este tipo de quema subterránea también puede ocurrir con fuentes de gas natural y petróleo. Un ejemplo semi famoso es el cráter de gas Darvaza en Turkmenistán, que se conoce localmente como la "Puerta al infierno", donde un sitio de perforación soviético se derrumbó en 1971 y encendió el gas natural cerca de la superficie, que ha estado ardiendo desde entonces.

Lo interesante es que estos eventos de quema a gran escala podrían reducir las temperaturas a corto plazo al liberar grandes cantidades de hollín a la atmósfera, similar a una gran erupción volcánica, además de causar lluvia ácida y otros problemas ambientales.

Más depósitos cerca de la superficie o un uso más temprano, generalizado y no muy seguro de combustibles fósiles harían que estos eventos fueran más probables y tendrían un mayor efecto en el clima global.

Bien, entonces nuestra gente antigua realmente lo tiene para las generaciones futuras. Comenzaría con la tecnología Viking: querrán poder navegar largas distancias, aunque esto no es estrictamente necesario. Otras respuestas han mencionado la deforestación, pero eso por sí solo no tendrá un impacto tan grande. Ciertamente pueden esforzarse un poco en eso, pero lo que realmente te dará el mayor rendimiento por tu dinero medieval es:

Turberas ardientes y vetas de carbón

Resulta que la quema de vetas de carbón representa el 3% de las emisiones globales de carbono del mundo. Si buscamos activamente y encendemos estas vetas de carbón, podemos aumentar este número. Las turberas tienen efectos similares. Recomiendo que concentremos nuestra búsqueda en el Ártico. Groenlandia especialmente. Incendios recientes en Groenlandiahan sido motivo de preocupación entre muchos científicos. Estos incendios, por supuesto, provocan una gran liberación de carbono de la turba y el carbón en llamas, pero también liberan hollín negro, lo que reduce el albedo del hielo circundante, lo que puede provocar un derretimiento generalizado. Una vez que el hielo desaparezca, es posible que el permafrost también comience a derretirse, liberando grandes cantidades de metano, un gas de efecto invernadero muy potente. Si realmente quiere sacar el máximo provecho de esto, recomendaría que sus antiguos científicos del clima encuentren una manera de distribuir este hollín en un área tan grande como sea posible.

La más obvia es la deforestación a gran escala.

Cambia los patrones de lluvia, la erosión, la absorción de calor, las propiedades del suelo, cambia la composición de la atmósfera, etc. Y en realidad sucedió también.

Casi lo contrario es el riego a gran escala, que también sucedió en la antigüedad.

Siendo realistas, el hombre en la antigüedad era muy escaso en número para tener un impacto significativo, incluso con la tecnología actual, a menos que supieran exactamente lo que estaban haciendo y fuera deliberado.

Dicho esto, la forma más fácil de tener un impacto en el cambio climático es agregar carbono a la atmósfera en grandes cantidades. La única forma en que el hombre antiguo podía hacer eso era quemar árboles, bosques, cualquier carbón que pudiera tener en sus manos.

Supongamos que prendieron fuego a todos los bosques que pudieron encontrar. Si el hombre estuviera lo suficientemente disperso y tuviera acceso a todos los bosques de la Tierra, es posible que esto se pudiera hacer. Tendría efectos devastadores en la ecología y sería malo para ellos en términos de su propia supervivencia, sin mencionar que la madera que se estaba convirtiendo en humo habría sido extremadamente útil. Pero, si lo hicieran en un esfuerzo concertado y sostenido, quemando incluso el rebrote, es posible que pudiera poner suficiente carbono en la atmósfera a través de los incendios para tener un efecto.

Mi preocupación sobre lo anterior es que no sé si esto representaría un cambio climático significativo . Necesitaría saber más sobre los activos forestales en la Tierra en ese momento, qué acceso al carbón tenían (el hombre antiguo ciertamente tenía algo de carbón a su disposición) para poder poner números, pero el hecho de que los bosques tienen un papel que desempeñar en cualquier recuperación (eliminar el carbono a través de la fotosíntesis) tendería a indicar que estaría agregando carbono Y reduciendo la capacidad de eliminarlo de la atmósfera al mismo tiempo.

Además, con sus números y estrategias de comunicación limitadas, este tipo de esfuerzo global concertado parece muy poco probable. Dicho esto, si se aborda ese problema, es posible que el hombre antiguo tenga un impacto en el clima; simplemente no está claro si ese impacto sería significativo.

La forma más fácil de cambiar el medio ambiente en gran medida es introducir (o erradicar) una especie que cambie drásticamente el ecosistema.

Las especies invasoras pueden terminar creciendo sin control porque el ecosistema en el que fueron introducidas no ha desarrollado mecanismos de defensa. Luego pueden diezmar las especies existentes a través de la depredación o la competencia.

En el mundo real hay muchos ejemplos de humanos transportando una especie de un lugar a otro donde crece sin control. No creo que esto haya llevado a un gran cambio climático, pero es fácil imaginar una situación en la que esto podría suceder. por ejemplo, la introducción de escarabajos que se alimentan de madera podría destruir los bosques, o la erradicación de los depredadores del ápice puede causar una explosión de herbívoros que consumen todas las plantas.

No hay necesidad de pensar en qué-sería, basta con centrarse en las cosas que ya hemos hecho:

Existe la teoría de que comenzamos a cambiar el clima hace ~10000 años, cuando inventamos la agricultura. ¿Cuál fue el resultado de ello? Que hemos detenido la edad de hielo. Puede comenzar a investigarlo desde el artículo de Wikipedia sobre "antropoceno temprano"

Otro evento, más reciente, más drástico, aunque más mecanizado, fue el depósito de polvo de 1930. Por un lado, comúnmente se piensa que fue posible gracias a la mecanización de la agricultura. Por otro lado, se hizo con nada más que arar, por lo que es imaginable que, con el esfuerzo suficiente, podría replicarse con nada más que un arado tirado por caballos (no puedo encontrar ninguna referencia atm si es posible arar profundo con un caballo o si los resultados son lo suficientemente buenos como para compensar el trabajo duro del caballo)

matar a mucha gente

Según Julia Pongratz, Genghis Khan y sus hordas mongolas mataron a tantas personas que provocaron la absorción de 700 millones de toneladas de carbono de la atmósfera.

... Pero en el caso de las invasiones mongolas, que tuvieron el mayor impacto de los cuatro eventos estudiados, el rebrote en tierras despobladas almacenó cerca de 700 millones de toneladas de carbono absorbido de la atmósfera. Esto es equivalente a la demanda mundial anual total de gasolina en la actualidad. ...

https://carnegiescience.edu/news/war-plague-no-match-deforestation-driving-co2-buildup

Una manera simple ha sucedido muchas veces en el pasado e incluso en los tiempos modernos.

La agricultura de tala y quema es uno de los métodos más antiguos, básicamente cortan una nueva porción de bosque y le prenden fuego. La ceniza fertiliza la tierra y plantan sus jardines. Recientemente, en los años 80 o 90, uno de estos incendios se salió de control en Indonesia debido a la mala gestión y al suelo con turba, y el humo cambió el clima local durante bastante tiempo y arrasó con grandes extensiones de bosque. Amplíe esto y puede tener un cambio climático permanente.

Hay algunos ejemplos de la vida real. Como un ejemplo para todos, hay una hipótesis (Lewis, Maslin) de que se produjo un enfriamiento significativo en todo el mundo (y particularmente en Europa, donde provocó malas cosechas, epidemias, todo lo habitual) cuando los nativos americanos comenzaron a morir. durante/después del intercambio colombino.

A pesar de la imagen aún común de los nativos como "en armonía con la naturaleza" y demás, se involucraron en prácticas de deforestación masiva, al igual que los europeos. Y cuando se extinguieron, los bosques regresaron con fuerza. Esto, según la hipótesis, provocó una caída temporal sustancial en los niveles de dióxido de carbono. Un bosque natural es neutral en carbono en promedio: capturan dióxido de carbono del aire, pero también lo liberan cuando los árboles mueren y se descomponen. Pero esto no es cierto para una "invasión" como esta: tienes muchos árboles nuevos, sanos y jóvenes, y muy poca descomposición. A medida que los bosques maduraron y comenzaron a ser destruidos nuevamente por los nuevos colonos, los niveles comenzaron a aumentar nuevamente. No podemos decir cuánto duraría la recuperación de forma natural,

En breve:

• Ocurrió como resultado de un colapso de la civilización.
• Los efectos aparecieron a lo largo de un período de apenas un par de años.
• Los efectos duraron siglos al menos.
• Tuvo un impacto significativo en la producción agrícola, pero no lo suficiente como para destruir Europa, y mucho menos a los humanos en todo el mundo, aunque debe tenerse en cuenta que también hubo beneficios significativos provenientes de la colonización que pueden haber reducido un poco la gravedad.

Si es cierto, también muestra una forma en que puede alterar significativamente el clima a través de un gran cambio en el que una serie de pequeños cambios en escalas de tiempo lo suficientemente grandes tendrían poco o ningún efecto (no hubo calentamiento "simétrico" cuando los nativos talaron originalmente esos árboles, probablemente porque la expansión de la agricultura progresó durante cientos de años). Esto quizás podría verse exacerbado por algunos rituales extraños que harían grandes cambios en el medio ambiente periódicamente, como quemar áreas masivas de bosque y luego, diez años después, fomentar una replantación del bosque, enjuagar y repetir.

Como mencionó Luaan, "nativos que viven en armonía con la naturaleza" es un mito. Las tribus nativas de América del Sur solían establecer campamentos, cazar hasta que no quedaba nada más grande que una mano y luego moverse.

Entonces, la idea general es que Australia era un gran bosque hasta que llegaron los antepasados ​​de los aborígenes, digamos hace 40 mil años, y lo convirtieron todo en pastizales (que posteriormente se convirtieron en desierto; espere lo mismo en el Amazonas ahora). Por ejemplo, este artículo argumenta que ha cronometrado monzones y eventos similares a gran escala.

Básicamente, no necesita tecnología, solo necesita algo a gran escala. Por ejemplo, los monzones: si se les falla lo suficiente, las cosas se vuelven inhabitables --- 11 meses de sequía seguidos de un mes de inundaciones que destruyen lo que queda; con agua corriendo por un suelo impenetrable para que el próximo mes tu reserva se agote.

cabras

Teniendo suficientes cabras, y tiempo (ya sucedió más de una vez en la antigüedad , y todavía sucede hoy ), una pradera lo suficientemente cercana al equilibrio puede convertirse en un desierto. El proceso es autosostenible (las cabras migran para pastar en tierras aún fértiles, extendiéndose por el desierto ).

Quizás el exceso de población, que conduce al consumo excesivo de recursos naturales y la erradicación de los hábitats naturales, sería el razonamiento más simple (aunque más aburrido) sobre cómo los humanos antiguos podían alterar el clima. Cada ser humano consume un trozo de naturaleza, y cuanta más tecnología hay, más agresivo es el consumo, tanto en términos de recursos naturales como de demanda energética.

Hay algunas similitudes con el estudio del sumidero de comportamiento:

https://en.wikipedia.org/wiki/Behavioral_sink

Además, a medida que se consumen los recursos, hay una influencia directa en el clima a través de las emisiones de CO2, etc., particularmente cuando se observa deforestación:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871823/

Entonces, incluso si no se trata de un colapso inmediato, el clima de todo el mundo podría verse severamente alterado solo por el consumo de recursos, engendrado por un florecimiento masivo de la población.

En cuanto al revés...

Un evento de despoblación drástica podría reducir el peaje de energía. No cambiaría necesariamente el clima, sino que ayudaría a detener su cambio.

La activación de la actividad volcánica puede reducir la temperatura del planeta al protegerlo de la luz solar. Por supuesto, ese enfoque podría tener consecuencias muy dañinas.

http://www.newsweek.com/artificially-cool-earth-volcano-eruptions-extremely-dangerous-711203

Además, la reforestación posiblemente podría afectar el clima al reducir el CO2 en la atmósfera, gestionar las cuencas hidrográficas y crear patrones de evaporación que pueden influir en las precipitaciones.

https://www.theguardian.com/environment/2012/nov/29/planting-trees-climate-change

¿Podría la humanidad ser creada por un fenómeno natural? Digamos que hay un período de buen tiempo que conduce a un aumento de la población mundial. Luego, una erupción o un cometa provoca un período frío global pero de corta duración. Personas de todo el mundo talaron árboles para construir defensas. Construyen barcos para encontrar un nuevo lugar para vivir o para cazar animales marinos más distantes. Algunos podrían quemar arbustos para facilitar la caza. Quema árboles para hacer carbón para forjar armas. Si su planeta similar a la Tierra comienza con menos bosques y más personas, el efecto podría ser devastador para el medio ambiente.

Esto sucedió en pequeña escala en la década de 1250. Las crónicas irlandesas dicen que 1253 fue un gran año para la producción de alimentos. Una erupción en Indonesia en 1257 provocó una hambruna de dos años (y dejó depósitos tanto en el Ártico como en la Antártida). La cultura de Mississippian en el medio oeste de los EE. UU. Comenzó su declive. Esto conduce a la pequeña edad de hielo aquí en la Tierra.

Otras respuestas describen lo que los humanos podrían hacer para cambiar el clima. Mi respuesta es hacer que todos lo hagan al mismo tiempo.

Redirigir los ríos puede ser de alguna ayuda al causar desertificación y cambios en las precipitaciones locales. Dirigirlos hacia valles ciegos puede causar salinas que reflejen la luz del sol localmente, lo que puede no ser deseable.

La mejor manera de derretir el hielo es cubrirlo con algo que absorba más luz solar. Una tela negra sobre los bordes de los casquetes polares norte y sur que se mueve hacia adentro a medida que se derrite eventualmente elevaría los niveles del mar y cambiaría la salinidad lo suficiente como para interrumpir las corrientes templadas normales de las zonas tradicionalmente habitables. Las zonas pueden moverse o casi desaparecer. Alternativamente, se puede usar escoria y ceniza, pero esto se cubrirá con nieve, por lo que miles de trabajadores reclutados sacudirán y levantarán sobre la nieve nueva. Tan pronto como la capa de hielo se derrita y se alcance la superficie del suelo, podría cubrirse con brea negra, escoria o piedras para aumentar la temperatura del aire local y volver a colocar la tela negra sobre la capa de hielo que se retira. Esto podría probarse primero en todos los glaciares interiores a medida que se implementa el sistema.

La deforestación también puede funcionar debido a los cambios de albedo. También puede afectar los niveles de CO2 del efecto invernadero, sin embargo, eventualmente puede ser cancelado por algún plancton oceánico virulento que comienza a crecer en el aumento de CO2 que reduce los niveles de CO2 atmosférico. Alternativamente, si todas las plantas mueren, los animales no tendrán oxígeno para respirar. Una plaga que se come toda la vida vegetal debería ser suficiente para probar la teoría :-/