Változó éghajlatunk középpontjában egy paradoxon áll. Miközben a Föld felszínéhez közeli levegőtakaró felmelegszik, a felső légkör nagy része drámaian hidegebbé válik. Ugyanazok a gázok, amelyek felmelegítik az alsó néhány mérföldnyi levegőt, lehűtik a sokkal nagyobb területeket is, amelyek felette egészen az űr széléig nyúlnak.
Ezt a paradoxont már régóta megjósolták az éghajlatmodellezők, de csak nemrégiben határozták meg részletesen a műholdas érzékelők. Az új eredmények egy fontos kérdésben végleges megerősítést adnak, ugyanakkor más kérdéseket is felvetnek.
A jó hír a klímatudósok számára, hogy a magaslégköri hűtésre vonatkozó adatok többet tesznek, mint megerősítik azon modellek pontosságát, amelyek a felszíni felmelegedést ember okoztaként azonosítják. Ben Santer, a Woods Hole Oceanographic Institution veterán klímamodellezője által a PNAS folyóiratban ebben a hónapban publikált új tanulmány megállapította, hogy ötszörösére növelte az éghajlatváltozás emberi ujjlenyomata jelének érzékelhető mértékét azáltal, hogy csökkenti a zavaró zajt a háttér természetes változékonysága.
De a magasban történő lehűlés mértékével kapcsolatos új felfedezések új aggodalmakat is okoznak a légkörfizikusoknak – a keringő műholdak biztonságával, az ózonréteg sorsával, valamint azzal kapcsolatban, hogy ezek a magasban történő gyors változások potenciálisan képesek hirtelen és váratlan zűrzavart okozni a lenti időjárásban is.
A Föld légkörének több rétege van. A troposzféra az a régió, amelyet a legjobban ismerünk, mert itt történik az időjárásunk. Ez a sűrű, öt-kilenc mérföld vastag levegőtakaró a légkör tömegének 80 százalékát tartalmazza, de térfogatának csak egy töredékét. Fölötte egyre kevésbé sűrű levegőjű, tágas terek vannak. A körülbelül 30 mérfölddel feljebb végződő sztratoszférát a mezoszféra követi, amely 50 mérföldig terjed, majd a termoszféra, amely több mint 400 mérfölddel feljebb ér.
Alulról ezek a távoli zónák nyugodt és tiszta kék égnek tűnnek. Valójában azonban erős szelek vannak, hatalmas felszálló és leszálló légmozgás zajlik, amely időnként eljut a troposzféránkig is. Ez az amúgy is dinamikus környezet változhat, mivel beszivárog a CO2 és más, az ember által előállított vegyi anyagok, amelyek összezavarják a magas levegő hőmérsékletét, sűrűségét és kémiáját.
A CO2 mennyiségének növekedése most már megnyilvánul az egész érzékelhető atmoszférában
– mondja Martin Mlynczak , a NASA Langley Kutatóközpont légkörfizikusa.
Ezek drámai változásokat okoznak, amelyeket a tudósok csak most kezdenek felfogni. Azok a változások a vad kékben, messze a fejünk fölött, visszacsatolhatják a lenti világunkba.
A légkör minden szinten változó hőmérsékletének története nagyrészt a CO2 története. Túlságosan is jól tudjuk, hogy évente több mint 40 milliárd tonna gázkibocsátásunk felmelegíti a troposzférát. Ez azért történik, mert a gáz elnyeli és újra kibocsátja a napsugárzást, felmelegítve más molekulákat a sűrű levegőben, és általánosságban megemelkedik a hőmérséklet.
De a gáz nem marad a troposzférában. Felfelé is terjed az egész légkörben. Ma már tudjuk, hogy koncentrációjának növekedési üteme a légkör tetején ugyanolyan nagy, mint a légkör alján. De a hőmérsékletre gyakorolt hatása nagyon eltérő. A vékonyabb levegőben a CO2 által kibocsátott hő nagy része nem ütközik más molekulákba. Az űrbe szökik. Az alacsonyabb szinteken történő nagyobb hőlekötéssel együtt az eredmény a környező légkör gyors lehűlése.
Leszakad az ég – szó szerint.
A műholdadatok nemrégiben felfedték, hogy 2002 és 2019 között a mezoszféra és az alsó termoszféra 1,7 °C-kal hűlt le. Mlynczak becslése szerint a CO2-szintnek az évszázad végére valószínűsíthető megduplázódása körülbelül 7,5 fokos lehűlést fog okozni ezekben a zónákban, ami kétszer-háromszor gyorsabb, mint a talajszinten várható átlagos felmelegedés.
A korai klímamodellezők már az 1960-as években azt jósolták, hogy a troposzféra felmelegedésének és az erős lehűlésnek ez a kombinációja a levegőben lévő CO2 növekedésének valószínű hatása. De a közelmúltban, műholdas mérésekkel történő részletes megerősítése nagyban megerősíti a CO2 légköri hőmérsékletre gyakorolt hatásáról alkotott hipotéziseinket
– mondja Santer, aki 30 éve modellezi a klímaváltozást.
Most a középső és felső sztratoszféra hűtésére vonatkozó új adatok segítségével újraszámolta az emberi ujjlenyomat statisztikai jelének erősségét a klímaváltozásban. Megállapította, hogy az emberi befolyás jel-zaj aránya ötszörösére nőtt, ami megkérdőjelezhetetlen bizonyítékot jelent a Föld légkörének hőszerkezetére gyakorolt emberi hatásokra. Alapvetően megváltoztatjuk ezt a hőszerkezetet.
Petr Pisoft, a prágai Károly Egyetem légkörfizikusa a NASA adatainak elemzése szerint a sztratoszféra mélysége körülbelül 1 százalékkal, 1300 lábbal csökkent 1980 óta. Mlynczak úgy találta, hogy a mezoszféra és az alsó termoszféra a sztratoszféra felett 2002 és 2019 között csaknem 4400 lábbal zsugorodott. Ennek a zsugorodásnak egy része a naptevékenység rövid távú csökkenése miatt következett be, amely azóta véget ért, de ebből 1120 láb az a többlet CO2 okozta lehűlés – számítja ki .
Ez a zsugorodás azt jelenti, hogy a felső légkör egyre kevésbé sűrű, ami viszont csökkenti a műholdak és más, alacsony pályán lévő objektumok ellenállását – 2070-re körülbelül harmadával – számolja ki Ingrid Cnossen, a British Antarktic Survey kutatója.
Kapcsolódó bejegyzések
Az Andok folyói jelentős üvegházgáz-termelők
A most kutatott folyamatban kulcsszerepet játszik a folyók üledéke, amelynek erjedése metánt juttathat a légkörbe.
Ez jó hír a műholdas szolgáltatók számára. Rakományuknak hosszabb ideig működőképesnek kell maradniuk, mielőtt visszaesnének a Földre. De az egyre növekvő mennyiségű űrszemét – a pályán hátrahagyott különféle berendezések darabjai – is tovább marad, növelve a jelenleg működő műholdakkal való ütközések kockázatát. Cnossen szerint az ütközések kockázata egyre nagyobb lesz, ahogy a lehűlés és az összehúzódás felgyorsul.
Hogyan érintik a változások a lenti világunkat?
Az egyik nagy gond az alsó sztratoszféra ózonrétegének amúgy is sérülékeny állapota, amely megvéd minket a bőrrákot okozó káros napsugárzástól. A XX. század nagy részében az ózonréteg elvékonyodott az ózonemelő vegyi anyagok, például a klór-fluor-szénhidrogének (CFC-k) ipari kibocsátása miatt. Minden tavasszal nyílt ózonlyukak keletkeztek az Antarktisz felett. Az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv az éves lyukak begyógyítását tűzte ki célul a kibocsátások megszüntetésével. De most már világos, hogy egy másik tényező is aláássa ezt az erőfeszítést: a sztratoszférikus lehűlés.
2020 tavaszán az Északi-sarkvidéken volt az első teljesen kiterjedt ózonlyuk, ahol az ózonréteg több mint fele helyenként elveszett, amit Peter von der Gathen, a németországi potsdami Alfred Wegener Sark- és Tengerkutató Intézet munkatársa a növekvő CO2-koncentrációval indokolt. Ez lehet az első a sok közül. A Nature Communications legutóbbi cikkében arra figyelmeztetett, hogy a folyamatos lehűlés azt jelenti, hogy a jelenlegi várakozások, miszerint az ózonrétegnek a század közepére teljesen meg kell gyógyulnia, szinte biztosan túlzottan optimisták.
Ezt még aggasztóbbá teszi, mert míg a korábbi antarktiszi lyukak alatti régiók nagyrészt néptelenek voltak, a jövőbeli sarkvidéki ózonlyukak alatti régiók potenciálisan a bolygó sűrűbben lakott területei közé tartoznak, beleértve Közép- és Nyugat-Európát is.
De nemcsak a kémia az egyetlen probléma. A légkörfizikusok egyre nagyobb aggodalmukat fejezik ki amiatt is, hogy a lehűlés megváltoztathatja a levegő mozgását a magasban, ami hatással van az időjárásra és az éghajlatra a talajszinten. Az egyik legviharosabb jelenség a sztratoszféra hirtelen felmelegedése . A nyugati szelek a sztratoszférában időszakosan megfordulnak, ami nagy hőmérsékleti ingadozásokat eredményez, amelyek során a sztratoszféra egyes részei néhány nap alatt akár 50 °C-ot is felmelegíthetnek.
Ezt jellemzően a levegő gyors süllyedése kíséri, amely a troposzféra tetején az atlanti sugáráramra* nyomja. A sugáráram, amely széles körben hajtja az időjárási rendszereket az északi féltekén, kígyózni kezd. Ez a zavar sokféle szélsőséges időjárást okozhat, a tartós intenzív esőzésektől a nyári aszályokig és a blokkoló csúcsokig, amelyek hetekig tartó intenzív hideg téli időjárást okozhatnak Észak-Amerika keleti részétől Európáig és Ázsia egyes részein.
Kapcsolódó bejegyzések
Tovább nőtt az üvegházhatású gázok kibocsátása
Az emberi tevékenység által kibocsátott, a globális felmelegedéshez leginkább hozzájáruló üvegházhatású gázok légköri szintje továbbra is gyorsan emelkedik.
A most feltett kérdés az, hogy az extra CO2 és a sztratoszférikus általános lehűlés hogyan befolyásolja e hirtelen felmelegedési események gyakoriságát és intenzitását. Mark Baldwin, az angliai Exeteri Egyetem klímakutatója, aki tanulmányozta a jelenséget, azt állítja, hogy a legtöbb modell egyetért abban, hogy a sztratoszféra hirtelen felmelegedése valóban érzékeny a több CO2-re. De míg egyes modellek sokkal több hirtelen felmelegedési eseményt jósolnak, mások kevesebbet. Baldwin szerint ha többet tudnánk, az a hosszú távú időjárási előrejelzések és az éghajlatváltozási előrejelzések iránti bizalom növekedéséhez vezetne. Vagy ahogyhogy Gary Thomas, a Colorado Boulder Egyetem légkörfizikusa megfogalmazza:
Ha nem alkotunk helyes modelleket arról, mi történik odafenn, aakkor itt lent nagyon elrothatjuk a dolgokat.
De a felső légkör működési modelljeinek javításához – és pontosságuk ellenőrzéséhez – pontos, naprakész adatokra van szükség a valós körülményekről a magasban. És ezeknek az adatoknak a forrásai lassan kimerülnek, figyelmeztet Mlynczak.
A legtöbb műhold, amely az elmúlt három évtizedben információt szolgáltatott a felső légkörből, élete végéhez közeledik. Az ügyben szereplő hat NASA műhold közül egy decemberben meghibásodott , egy másikat márciusban szereltek le , és további három hamarosan leáll. Még nincs tervezett vagy fejlesztés alatt álló új küldetés.
Mlynczak azt reméli, hogy újból felkelti az érdeklődést a megfigyelés iránt egy különleges üléssel, amelyet idén ősszel az Amerikai Geofizikai Unióban szervez, hogy megvitassák a felső légkör, mint az éghajlatváltozás következő jelentős tényezőjének változásait. Folyamatos megfigyelés nélkül félő, hogy hamarosan egyre kevesebbet fogunk tudni olyan jelenségekről, amelyek egyre inkább befolyásolni fogják az életünket.
(Forrás: 360.yale.edu)
*A sugáráramlatok (jet streams) gyorsan áramló, keskeny, kanyargó légáramlatok egyes bolygók, köztük a Föld légkörében. A Földön a fő sugáráramlatok a tropopauza (a légkör troposzféra feletti része) magassága közelében helyezkednek el, és nyugati (nyugat-keleti irányú) szelek. A sugáráramlatok elindulhatnak, megállhatnak, két vagy több részre szakadhatnak, egyesülhetnek egyetlen áramlattá, vagy különböző irányokba áramolhatnak, beleértve a sugár többi részének irányával ellentétes irányt is. (Forrás: wikipedia.org)