Czystsze powietrze to mniej odblaskowych chmur. Jak to się dzieje?

Chmury wciąż kryją przed nami wiele tajemnic. Do niedawna nie wiedzieliśmy, jak zachowują się, gdy w powietrzu ubywa siarkowych zanieczyszczeń. To właśnie one pomagają chmurom powstawać i odbijać słońce, chłodząc Ziemię. Co konkretnie wykazali niedawno badacze?

Najnowsze badanie naukowców z Wydziału Nauk o Atmosferze i Klimatu na Uniwersytecie Waszyngtońskim oraz z Kanadyjskiego Centrum Modelowania i Analizy Klimatu w Victorii, opublikowane w czasopiśmie Nature Communications to prawdziwy przełom.

Usuwamy zanieczyszczenia, a chmury przestają chłodzić planetę

Wnioski dotyczą odblaskowości chmur w ocieplającym się świecie. Badanie koncentrowało się na analizie satelitarnej zmniejszania się albedo chmur (czyli ich umiejętności odbijania promieni słonecznych) pod wpływem redukcji zanieczyszczeń, takich jak aerozol dwutlenek siarki (SO₂). Pomiary wykonano nad północnym Atlantykiem i północno-wschodnim Pacyfikiem w latach 2003–2022. Albedo wykazało, iż co dekadę zmniejszało się ono o 3 proc. Jednocześnie w tym samym czasie przyczyniało się to do wzrostu temperatury powierzchni oceanów o około 0,4 stopnia Celsjusza.

Naukowcy zwrócili uwagę, iż dotychczas wiele badań koncentrowało się na emisjach gazów cieplarnianych i naturalnej zmienności klimatu, np. El Niño. Tymczasem na pierwszy plan wysuwa się redukcja aerozoli siarczanowych. Choć czystsze powietrze jest korzystne dla zdrowia, ma też nieoczekiwany wpływ na klimat. Mniej aerozoli siarczanowych oznacza mniej małych kropelek w chmurach, które wcześniej odbijały promieniowanie słoneczne z powrotem w kosmos. W rezultacie chmury stają się ciemniejsze i mniej odblaskowe, a więcej energii słonecznej dociera do powierzchni oceanów i lądów, zwiększając lokalne i regionalne ocieplenie.

Mówiąc wprost, większość aerozoli w chmurach to związki siarki. Ich usuwanie przyczynia się do wzrostu temperatury poprzez zmniejszenie liczby jasnych chmur.

Chmury niskie odbijają dużo światła słonecznego, ochładzając powierzchnię, choć też częściowo zatrzymują promieniowanie podczerwone. Natomiast chmury wysokie przepuszczają większość światła słonecznego, ale zatrzymują promieniowanie podczerwone z Ziemi, podnosząc średnie temperatury. Źródło: Marcin Popkiewicz, Aleksandra Kardaś, Szymon Malinowski/CC BY-SA 4.0

Ubywa jasnych chmur, rośnie ciepło Ziemi

Dlaczego ubywa akurat jasnych chmur? Dzieje się tak, ponieważ w chłodniejszym, czystszym powietrzu tworzy się mniej drobnych kropel, które po związaniu z aerozolami siarczanowymi zwiększały albedo chmur. Są to specyficzne zarodki, fachowo nazywane jądrami kondensacji.

– Nasze badanie wykazało spadek koncentracji kropel w chmurach o 5–10 proc., szczególnie w regionach, w których jasność chmur spadła najbardziej. Ścisła korelacja między zmniejszoną ilością aerozoli, większym rozmiarem kropel i zaciemnieniem chmur potwierdziła, iż to czystsze powietrze napędzało regionalne ocieplenie — napisał w serwisie The Conversation Knut von Salzen, starszy naukowiec w Programie badań nad rozjaśnianiem chmur morskich na Uniwersytecie Waszyngtońskim i główny autor badania.

Za to cięższe krople tworzą chmury, ale są ciemniejsze, co zmniejsza efekt odbijania promieni słonecznych i skraca żywot chmur. Krople te dość gwałtownie spadają na powierzchnię planety.

– Wyniki pokazały, iż spadek aerozoli odpowiadał za 69 proc. utraty współczynnika odbicia chmur, a ocieplenie za 31 proc. Nasze symulacje wskazują, iż zmiany w czasie życia chmur w reakcji na większe krople (efekt Albrechta) okazały się bardziej istotne niż zmiana samego rozmiaru kropli chmurowych (efekt Twomeya) — wyjaśnił ponownie w The Conversation Knut von Salzen.

Schematyczny obraz mikrofizycznych procesów chmurowych; orientacyjne rozmiary kropelek chmurowych. Źródło: Hanna Pawłowska, Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski/CC BY-4.0

Czyste powietrze to cieplejsza planeta

Promienie słoneczne docierają teraz masowo na powierzchnię planety, w tym do oceanów, które w ostatnich dwóch latach nagrzały się wyjątkowo silnie. Powstały morskie fale upałów, niszczące życie w powierzchniowych wodach, m.in. w północno-wschodnim Pacyfiku i północnym Atlantyku. Miały one także negatywny wpływ na rybołówstwo.

Emisje związków siarki (zwłaszcza SO₂) spadają w wielu krajach. Na przykład w Chinach od 2003 r. o 16 mln ton metrycznych na dekadę, podobnie w USA i Europie. Czystsze powietrze oznacza mniej aerozoli i mniej odblaskowych chmur. W rejonach oceanicznych objętych badaniem (14 proc. powierzchni Ziemi) odblaskowość chmur zmalała, a nierównowaga energetyczna planety wzrosła o 0,15 W/m² na dekadę. W tym samym czasie poziom CO₂ wzrósł o 0,31 W/m² na dekadę. Oczyszczenie powietrza odpowiadało za niemal połowę dodatkowego ocieplenia w tych rejonach w porównaniu z wpływem samego CO₂.

Satelity pokazują więcej niż superkomputery

Badacze zastosowali aż 24 różne modele systemu ziemskiego, z których większość nie doszacowała wyników z obserwacji satelitarnych zmian chmur w latach 2003–2022. Tylko niektóre modele uwzględniające interakcje aerozoli z chmurami były w miarę zgodne z obserwacjami.

Modele klimatyczne, choć coraz bardziej zaawansowane, wciąż mają trudności z dokładnym odwzorowaniem dynamiki chmur. Problemy te są szczególnie widoczne w regionach oceanicznych i przy zmieniającej się koncentracji aerozoli. Problem wynika m.in. z ograniczonej rozdzielczości przestrzennej. Wyniki te podkreślają trwające trudności w symulowaniu ich dynamiki chmur w systemie ziemskim. Naukowcy postulują, by w przyszłości powtórzyć te badania.

– Długoterminowy monitoring satelitarny okazał się najważniejszy dla wykrycia związku między czystszym powietrzem, ciemniejszymi chmurami i regionalnym ociepleniem — i przez cały czas będzie miał najważniejsze znaczenie dla zrozumienia przyszłego ocieplenia. Nasze wyniki sugerują, iż wiele modeli klimatycznych może nie doszacować krótkoterminowego ocieplenia regionalnego w miarę spadku zanieczyszczenia powietrza pyłami zawieszonymi – podsumował Knut von Salzen.

–

Zdjęcie tytułowe: DaLiu/Shutterstock