Efectul stratosferic stimulează încălzirea globală pe măsură ce nivelurile de dioxid de carbon cresc – Physics World

Efectul stratosferic stimulează încălzirea globală pe măsură ce nivelurile de dioxid de carbon cresc – Physics World

Marca temporală: 8 decembrie 2023, ora 6:16

Cer albastru și nori
Înălțime: noile cercetări au făcut lumină asupra modului în care nivelurile mai ridicate de dioxid de carbon din stratosferă contribuie la încălzirea globală. (Cu amabilitatea: iStock/magann)

Efectul dublării dioxidului de carbon atmosferic asupra climei devine mai pronunțat pe măsură ce nivelurile de dioxid de carbon cresc – au arătat cercetătorii din SUA. Acest efect, care nu a fost luat în considerare în estimările anterioare ale bugetului de radiații al Pământului, explică aproximativ jumătate din variația dintre estimările sensibilității climei la creșterea dioxidului de carbon. De asemenea, sugerează o nouă abordare potențială a geoingineriei.

Suprafața Pământului este încălzită de radiația solară și emite radiații infraroșii înapoi în spațiu. Cu toate acestea, o mare parte din această radiație infraroșie este absorbită de dioxidul de carbon și alte gaze din atmosfera inferioară (troposferă). Aceasta captează căldura la fel ca sticla unei sere. Fără acest efect de seră, Pământul nu ar fi suficient de cald pentru apă lichidă și nu ar putea susține viața.

În ultimele două secole, activitatea umană a crescut cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă – sporind efectul de seră și încălzind suprafața Pământului și a troposferei.

Efecte stratosferice

Cu toate acestea, această descriere este o simplificare. La aproximativ 8–15 km deasupra suprafeței Pământului se află tropopauza, iar deasupra acesteia se află stratosfera. Stratosfera absoarbe, de asemenea, radiația solară și reemite energie la lungimi de undă infraroșii – cea mai mare parte din care se întoarce în spațiu. Deoarece principala sursă de căldură a stratosferei este de sus, este cea mai caldă în vârf.

„În timp ce troposfera este cuplată la suprafață prin fluxuri de căldură turbulente, singurul schimb de căldură din stratosferă are loc prin radiație”, explică un om de știință atmosferic. Brian Soden de la Universitatea din Miami din Florida. „Când adăugăm dioxid de carbon, creștem emisivitatea la lungimi de undă în infraroșu, ceea ce face ca stratosfera să dorească să emită mai multe radiații.” Acest lucru trebuie inclus atunci când se calculează „forțarea radiativă” a creșterii dioxidului de carbon, care este o măsură a cât de mult o creștere perturbă balanța de energie radiativă a Pământului.

Forțarea radiativă este un parametru crucial în previziunile climatice făcute de Grupul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC), dar acuratețea sa a fost pusă sub semnul întrebării în ultimii 30 de ani. De exemplu, diferite modele au fost în dezacord cu până la 50% asupra forței radiative rezultate din dublarea concentrației atmosferice de dioxid de carbon. Acum Soden și colegii cred că pot explica o parte semnificativă a acestei discrepanțe inexplicabile până acum.

Condiții preindustriale

„Aproape toate calculele anterioare ale forței radiative din dioxid de carbon ar lua o climatologie a profilurilor de temperatură din, să zicem, condiții preindustriale – astfel încât ați avea o distribuție globală a temperaturii și umidității și a 280 ppm dioxid de carbon – și ați repeta asta. calcul, dar în loc de 280 ppm l-ați dubla”, explică Soden. „Ați putea face asta chiar și cu un interval: știm că forțarea de la dioxid de carbon crește nu liniar, ci cu logaritmul de la 1 ppm la ceva de genul 10,000 ppm... Dar toate aceste calcule presupun aceeași climatologie – și aici a existat o deconectare. : nu v-ați aștepta la aceleași profiluri de temperatură și umiditate pentru 10 ppm ca și pentru 100 ppm sau 1000 ppm.” Prin urmare, cercetătorii au dezvoltat modele despre cum s-ar schimba forțarea radiativă pe măsură ce concentrația de dioxid de carbon din atmosferă crește.

O predicție contra-intuitivă care datează de la primele predicții detaliate ale schimbărilor climatice antropice din anii 1960 și a fost verificată experimental, este că stratosfera se răcește, deoarece creșterea dioxidului de carbon îi crește emisivitatea, determinând-o să piardă mai multă căldură în spațiu. Simultan, în partea de jos troposfera eliberează mai puțină căldură, deoarece dioxidul de carbon crescut captează mai multă radiație infraroșie.

„Când creșteți emisivitatea, trebuie să reduceți temperatura pentru ca [stratosfera] să rămână în echilibru radiativ.” Această răcire înseamnă că, la concentrații mai mari de dioxid de carbon, temperatura scade și mai mult și devine mai dificil pentru Pământ să radieze căldură. Prin urmare, forțarea radiativă a dioxidului de carbon devine din ce în ce mai mare. Fiecare aport suplimentar de dioxid de carbon  are prin urmare un efect de forțare mai mare.

Urmând această logică, cercetătorii caută acum noi idei pentru geoinginerie. Studiile anterioare s-au concentrat pe utilizarea aerosolilor care reflectă lumina soarelui înapoi în spațiu: „În această lucrare, ne propunem să folosim aerosoli absorbanți pentru a încălzi [stratosfera] și a duce la forțarea mai mică a dioxidului de carbon, spune. Haozhe El, care a condus lucrările ca doctorand al lui Soden și acum este postdoctorat la Universitatea Princeton. Această idee este susținută de faptul că erupția din 1991 a Muntelui Pinatubo, care a provocat o răcire troposferică dramatică, a fost însoțită de încălzirea stratosferică de la aerosoli de sulfat.

„Acesta este un [rezultat] foarte important pentru comunitatea climatică – rezolvă un mister major dacă am tratat sau nu cu fidelitate procesele care conduc încălzirea globală”, spune William Collins al Laboratorului Național Lawrence Berkeley din SUA, autor principal coordonator al celei de-a șasea evaluări a IPCC. „Ceea ce [Soden și colegii] au arătat este că comunitatea climatică a făcut o treabă mult mai bună decât am bănuit noi de zeci de ani. Modelele au fost corecte tot timpul, le-am testat greșit. Ei au oferit întotdeauna un răspuns mai bun decât am crezut.”

Cercetarea este descrisă în Ştiinţă.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii