Οι επιστήμονες έλυσαν επιτέλους το μυστήριο του γιατί η ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης ψύχεται ενώ η κλιματική αλλαγή θερμαίνει τον πλανήτη χαμηλότερα, σύμφωνα με άρθρο της Science Daily
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Columbia ανακάλυψαν ότι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) δρα πολύ διαφορετικά ψηλά πάνω από τον πλανήτη, όπου στην πραγματικότητα βοηθά στην εκπομπή θερμότητας στο Διάστημα αντί να την παγιδεύει.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ορισμένα μήκη κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας βρίσκονται σε μια «ζώνη Goldilocks» που γίνεται ολοένα και πιο αποτελεσματική καθώς αυξάνονται τα επίπεδα CO2, επιταχύνοντας την ψύξη στη στρατόσφαιρα.
Καθώς η επιφάνεια της Γης και η κατώτερη ατμόσφαιρα συνεχίζουν να θερμαίνονται, ένα άλλο μέρος της ατμόσφαιρας του πλανήτη κάνει το αντίθετο.
Ψηλά πάνω από το έδαφος, η ανώτερη ατμόσφαιρα ψύχεται σημαντικά εδώ και δεκαετίες. Οι επιστήμονες αναγνωρίζουν εδώ και καιρό αυτή την ασυνήθιστη αντίθεση ως ένα από τα πιο ξεκάθαρα σημάδια της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής, όμως η ακριβής φυσική πίσω από αυτήν παρέμενε αβέβαιη.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Columbia λένε ότι τελικά αποκάλυψαν τον μηχανισμό που ευθύνεται
Η νέα μελέτη τους εξηγεί πώς το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) αλληλεπιδρά με διαφορετικά μήκη κύματος φωτός με τρόπους που ψύχουν την ανώτερη ατμόσφαιρα ενώ θερμαίνουν τον πλανήτη χαμηλότερα.
«Εξηγεί ένα φαινόμενο που αποτελεί αποτύπωμα της κλιματικής αλλαγής, είναι γνωστό εδώ και δεκαετίες ότι συμβαίνει και δεν είχε κατανοηθεί», λέει ο Robert Pincus, ερευνητής καθηγητής φυσικής των ωκεανών και του κλίματος στο Lamont-Doherty Earth Observatory, το οποίο αποτελεί μέρος της Columbia Climate School, και συν-συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Nature Geoscience.
Γιατί το CO2 ψύχει τη στρατόσφαιρα
Κοντά στην επιφάνεια της Γης, το CO2 παγιδεύει θερμότητα που διαφορετικά θα διέφευγε στο Διάστημα, συμβάλλοντας στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Όμως οι συνθήκες είναι πολύ διαφορετικές ψηλότερα στην ατμόσφαιρα.
Στη στρατόσφαιρα, το ατμοσφαιρικό στρώμα που εκτείνεται από περίπου 11-50 χλμ. πάνω από την επιφάνεια της Γης, το CO2 λειτουργεί περισσότερο σαν σύστημα ψύξης.
Τα μόρια απορροφούν υπέρυθρη ενέργεια που ανεβαίνει από χαμηλότερα και στη συνέχεια απελευθερώνουν μέρος αυτής της ενέργειας πίσω στο Διάστημα.
Καθώς αυξάνονται τα επίπεδα CO2 στην ατμόσφαιρα, η στρατόσφαιρα γίνεται ακόμη πιο αποτελεσματική στην αποβολή θερμότητας, προκαλώντας πτώση των θερμοκρασιών εκεί.
Οι επιστήμονες προέβλεψαν πρώτη φορά αυτό το φαινόμενο τη δεκαετία του 1960 μέσω κλιματικών μοντέλων που ανέπτυξε ο κλιματολόγος Syukuro Manabe, του οποίου το έργο αργότερα τιμήθηκε με Νόμπελ.
Από τα μέσα της δεκαετίας του 1980, η στρατόσφαιρα έχει ψυχθεί περίπου κατά 2 βαθμούς Κελσίου. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτή η ψύξη είναι περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από ό,τι θα ήταν χωρίς τις ανθρωπογενείς εκπομπές CO2.
Παρότι οι επιστήμονες κατανοούσαν τη γενική ιδέα πίσω από την ψύξη της στρατόσφαιρας, πολλές από τις λεπτομερείς διεργασίες παρέμεναν ανεπίλυτες.
«Η υπάρχουσα θεωρία ήταν απίστευτα διορατική, αλλά αυτή τη στιγμή δεν διαθέτουμε μια ποσοτική θεωρία για την ψύξη της στρατόσφαιρας που προκαλείται από το CO2», λέει ο Sean Cohen, μεταδιδακτορικός ερευνητής επιστήμονας στο Lamont-Doherty Earth Observatory, που αποτελεί μέρος της Columbia Climate School, και κύριος συγγραφέας της μελέτης.
Η «ζώνη Goldilocks» της υπέρυθρης ακτινοβολίας
Για να λύσει το αίνιγμα, ο Cohen συνεργάστηκε με τον Pincus και τον Lorenzo Polvani, γεωφυσικό στο Τμήμα Εφαρμοσμένης Φυσικής και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών της Columbia Engineering.
Η ομάδα δημιούργησε μαθηματικά μοντέλα που εντόπισαν τις κύριες διεργασίες που οδηγούν στην ψύξη της στρατόσφαιρας. Συνέκριναν επανειλημμένα τους υπολογισμούς τους με κλιματικές προσομοιώσεις και παρατηρησιακά δεδομένα, βελτιώνοντας τις εξισώσεις επί αρκετούς μήνες μέχρι τα μοντέλα να ευθυγραμμιστούν με την πραγματικότητα.
Η έρευνά τους έδειξε έναν βασικό παράγοντα: τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια CO2 αλληλεπιδρούν με την υπέρυθρη ακτινοβολία, γνωστή επίσης ως ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος.
Δεν συμπεριφέρονται όλα τα υπέρυθρα μήκη κύματος με τον ίδιο τρόπο στην ατμόσφαιρα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ορισμένα μήκη κύματος είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικά στην προώθηση της ψύξης. Περιέγραψαν αυτό το ιδιαίτερα αποδοτικό εύρος ως «ζώνη Goldilocks».
Καθώς αυξάνονται οι συγκεντρώσεις CO2, αυτή η ζώνη διευρύνεται, αυξάνοντας την αποδοτικότητα ψύξης της ατμόσφαιρας.
«Αυτές οι αλλαγές στην αποδοτικότητα είναι τελικά αυτές που θα οδηγήσουν την ψύξη της στρατόσφαιρας», λέει ο Cohen.
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης τις επιδράσεις του όζοντος και των υδρατμών. Αν και τα δύο μπορούν να επηρεάσουν τις διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης στην ατμόσφαιρα, η επίδρασή τους στην ψύξη της στρατόσφαιρας αποδείχθηκε σχετικά μικρή σε σύγκριση με το CO2.
Πώς η ψύξη της στρατόσφαιρας ενισχύει τη θέρμανση χαμηλότερα
Οι εξισώσεις της ομάδας αναπαρήγαγαν επιτυχώς αρκετά γνωστά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας.
Ταίριαζαν με παρατηρήσεις που δείχνουν ότι η ψύξη γίνεται ισχυρότερη με το υψόμετρο, με τη μεγαλύτερη ψύξη να συμβαίνει κοντά στην κορυφή της στρατόσφαιρας.
Οι υπολογισμοί επιβεβαίωσαν επίσης ότι κάθε διπλασιασμός του CO2 οδηγεί σε περίπου 8 βαθμούς Κελσίου ψύξης στη στρατόπαυση, το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας.
Η μελέτη αναδεικνύει επίσης μια σημαντική κλιματική ανατροφοδότηση
Αν και το αυξημένο CO2 βοηθά τη στρατόσφαιρα να εκπέμπει θερμότητα πιο αποτελεσματικά, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες που προκύπτουν σημαίνουν ότι το σύστημα της Γης τελικά απελευθερώνει λιγότερη υπέρυθρη ενέργεια συνολικά στο Διάστημα.
Αυτό ενισχύει τη συγκράτηση θερμότητας πιο κοντά στην επιφάνεια, εντείνοντας τη θέρμανση στην κατώτερη ατμόσφαιρα.
«Εδώ υπάρχει μια διαδικασία που γνωρίζουμε εδώ και περισσότερα από 50 χρόνια και είχαμε μια αρκετά καλή ποιοτική κατανόηση του πώς λειτουργούσε. Ωστόσο, δεν κατανοούσαμε τις λεπτομέρειες του τι ακριβώς οδηγούσε μηχανιστικά αυτή τη διαδικασία», λέει ο Cohen.
Σύμφωνα με τους Cohen και Pincus, η έρευνα αφορά λιγότερο την απόδειξη της ύπαρξης της κλιματικής αλλαγής και περισσότερο τη βελτίωση της επιστημονικής κατανόησης για το πώς λειτουργεί η ατμόσφαιρα.
«Αυτό πραγματικά μας λέει τι είναι ουσιώδες», λέει ο Pincus.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν εφαρμογές πέρα από τη Γη. Οι ερευνητές λένε ότι οι ίδιες αρχές μπορεί να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις ατμόσφαιρες άλλων πλανητών και μακρινών εξωπλανητών.
«Ίσως μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα τι συμβαίνει στις στρατόσφαιρες άλλων πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα ή εξωπλανητών», καταλήγει ο Cohen.
(Πηγή πληροφοριών: εδώ)
www.worldenergynews.gr
