Стратосферний ефект посилює глобальне потепління, оскільки рівень вуглекислого газу зростає – Physics World

Вплив подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері на клімат стає більш вираженим із зростанням рівня вуглекислого газу, показали дослідники в США. Цей ефект, який не враховувався в попередніх оцінках радіаційного балансу Землі, пояснює приблизно половину відмінностей між оцінками чутливості клімату до збільшення вуглекислого газу. Це також пропонує потенційний новий підхід до геоінженерії.

Поверхня Землі нагрівається сонячним випромінюванням і випромінює інфрачервоне випромінювання назад у космос. Однак значна частина цього інфрачервоного випромінювання поглинається вуглекислим газом та іншими газами в нижніх шарах атмосфери (тропосфері). Це вловлює тепло так само, як скло теплиці. Без цього парникового ефекту Земля була б недостатньо теплою для рідкої води і не могла б підтримувати життя.

Протягом останніх двох століть людська діяльність збільшувала кількість вуглекислого газу в атмосфері, посилюючи парниковий ефект і нагріваючи поверхню Землі та тропосферу.

Стратосферні ефекти

Однак цей опис є спрощенням. Приблизно 8-15 км над поверхнею Землі лежить тропопауза, а вище - стратосфера. Стратосфера також поглинає вхідне сонячне випромінювання та повторно випромінює енергію на інфрачервоних довжинах хвиль – більша частина якої повертається назад у космос. Оскільки основне джерело тепла стратосфери знаходиться зверху, найтепліше у верхній частині.

«Оскільки тропосфера пов’язана з поверхнею турбулентними тепловими потоками, єдиний теплообмін у стратосфері відбувається через випромінювання», — пояснює вчений-атмосферник Браян Соден Університету Маямі у Флориді. «Коли ми додаємо вуглекислий газ, ми збільшуємо коефіцієнт випромінювання в інфрачервоному діапазоні, що змушує стратосферу випромінювати більше випромінювання». Це необхідно враховувати при розрахунку «радіаційного впливу» збільшення вуглекислого газу, який є мірою того, наскільки збільшення порушує радіаційний енергетичний баланс Землі.

Радіаційний вплив є вирішальним параметром кліматичних прогнозів, зроблених Міжурядовою групою експертів зі зміни клімату (IPCC), але його точність піддається серйозному сумніву протягом останніх 30 років. Наприклад, різні моделі розходяться на 50% щодо радіаційного впливу в результаті подвоєння концентрації вуглекислого газу в атмосфері. Тепер Соден і його колеги вважають, що вони можуть пояснити значну частину цієї досі незрозумілої розбіжності.

Доіндустріальні умови

«Майже всі попередні розрахунки радіаційного впливу від вуглекислого газу брали б кліматологію температурних профілів, скажімо, доіндустріальних умов — отже, ви мали б глобальний розподіл температури та вологості та 280 частин на мільйон вуглекислого газу — і ви б повторили це розрахунок, але замість 280 ppm ви б подвоїли його», – пояснює Соден. «Ви можете навіть зробити це з діапазоном: ми знаємо, що викид вуглекислого газу зростає не лінійно, а з логарифмом від 1 проміле до приблизно 10,000 10 проміле… Але всі ці розрахунки припускають ту саму кліматологію – і ось тут відбувся розрив : ви не очікуєте таких же профілів температури та вологості для 100 ppm, як для 1000 ppm або XNUMX ppm». Тому дослідники розробили моделі того, як змінюється радіаційний вплив із збільшенням концентрації вуглекислого газу в атмосфері.

Протиінтуїтивне передбачення, яке сходить до перших детальних прогнозів антропогенної зміни клімату в 1960-х роках і було підтверджено експериментально, полягає в тому, що стратосфера охолоджується, оскільки збільшення вуглекислого газу підвищує її випромінювальну здатність, змушуючи її втрачати більше тепла в космос. Водночас у нижній частині тропосфера виділяє менше тепла, тому що підвищена кількість вуглекислого газу затримує більше інфрачервоного випромінювання.

«Відбиток» зміни клімату виявлено у верхніх шарах атмосфери

«Коли ви збільшуєте коефіцієнт випромінювання, ви повинні знизити температуру, щоб [стратосфера] залишалася в радіаційній рівновазі». Це охолодження означає, що при вищій концентрації вуглекислого газу температура падає далі, і Землі стає важче випромінювати тепло. Тому радіаційний вплив вуглекислого газу стає все більшим. Кожне додаткове надходження вуглекислого газу  тому має більший примусовий ефект.

Дотримуючись цієї логіки, дослідники зараз шукають нові ідеї для геоінженерії. Попередні дослідження були зосереджені на використанні аерозолів, які відбивають сонячне світло назад у космос: «У цій роботі ми пропонуємо використовувати поглинаючі аерозолі, щоб нагріти [стратосферу] і призвести до меншого викиду вуглекислого газу, каже Хаоже Хе, який очолював роботу як аспірант Содена, а зараз є постдокторантом Прінстонського університету. Ця ідея підтверджується тим фактом, що виверження вулкана Пінатубо в 1991 році, яке спричинило різке охолодження тропосфери, супроводжувалося нагріванням стратосфери від сульфатних аерозолів.

«Це дуже важливий [результат] для кліматичної спільноти – він розв’язує головну таємницю щодо того, чи сумлінно ми ставилися до процесів, які спричиняють глобальне потепління», – каже Вільям Коллінз Національної лабораторії Лоуренса Берклі в США, провідний автор-координатор Шостої оцінки IPCC. «Те, що [Соден і його колеги] показали, це те, що кліматична спільнота робить набагато краще, ніж ми підозрювали протягом десятиліть. Моделі завжди були правильними, ми тестували їх неправильно. Вони завжди давали кращу відповідь, ніж ми думали».

Дослідження описано в наука.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/stratospheric-effect-boosts-global-warming-as-carbon-dioxide-levels-rise/