Aerozole emitowane z naturalnych źródeł lub w wyniku działalności człowieka mogą mieć bezpośredni wpływ na klimat poprzez odbijanie lub absorpcję promieniowania słonecznego. Małe cząstki wpływają na klimat pośrednio przez gromadzenie się w chmurach i zmianę ich właściwości, np. ich zdolności odbijających.
Nowe badania, prowadzone przez klimatologa Drew Shindell z NASA, wykorzystując model połączonych ośrodków oceanu i atmosfery, pozwalają określić, jak jest czuły klimat różnych regionów na zmiany w poziomie dwutlenku węgla, ozonu i aerozoli.
Naukowcy odkryli, że średnie i wysokie szerokości geograficzne szczególnie reagują na zmiany w poziomie aerozoli. Model sugeruje nawet, że aerozole prawdopodobnie wyjaśniają w 45 procent lub więcej ocieplanie się w Arktyce w ostatnich 3 dekadach. Rezultaty zostały opublikowane w kwietniowym numerze Nature Geoscience.
Naukowcy wskazują na dwa główne rodzaje aerozoli: aerozole siarkowe i sadzę, które odgrywają szczególnie krytyczną rolę w regulowaniu zmian klimatu. Oba są wynikiem działalności człowieka.
Aerozole siarkowe, które pochodzą głównie ze spalania węgla i ropy, rozpraszają promieniowanie słoneczne i mają chłodzący wpływ na klimat. Przez ostatnie trzy dekady, USA i kraje europejskie wprowadziły regulacje, dzięki którym emisje siarkowe spadły do 50%. Kiedy w wyniku spadku ilości aerozoli siarkowych w atmosferze poprawia się jakość powietrza (i zdrowie publiczne), jednocześnie spada ich efekt chłodzący, dotychczas maskujący działanie gazów cieplarnianych.
W tym samym czasie emisja sadzy stale wzrasta, w dużej mierze z powodu wzrostu emisji w Azji. Sadza – małe, czarne cząsteczki węgla produkowane w wyniku procesów przemysłowych oraz spalania ropy i biopaliw – absorbuje promieniowanie słoneczne i wpływa na atmosferę silnie ją ogrzewając.
W eksperymencie na bazie modelu, Shindell i współpracownicy opracowali szczegółowe i ilościowe informacje o relatywnej roli różnych składników systemu klimatycznego, takich jak zmienność nasłonecznienia, wybuchy wulkaniczne i zmiany w koncentracji gazów cieplarnianych. Następnie zamodelowali, różnicując względem regionów świata, możliwe scenariusze, w jaki sposób temperatury mogłyby zmienić poziom ozonu i aerozoli – włączając w to aerozole siarkowe i sadzę. W ten sposób wyliczony został wpływ poszczególnych czynników na zmiany temperatury. Aerozole były znaczącym czynnikiem.
Regiony Ziemi, które prezentowały najsilniejszą odpowiedź na działanie aerozoli, są tymi samymi regionami, które doświadczyły największego wzrostu temperatury od 1976 roku. Temperatura powietrza w obszarach przypowierzchniowych regionu arktycznego wzrosła o 1.5°C od połowy lat 70’. W Antarktyce, gdzie aerozole odgrywają mniejszą rolę, temperatura powietrza w obszarach przypowierzchniowych wzrosła o około 0.35°C.
To ma sens, wyjaśnia Shindell, z powodu bliskiego położenia Arktyki względem Ameryki Północnej i Europy. Te dwa najbardziej uprzemysłowione rejony w ostatnim stuleciu produkowały największą ilość światowej emisji aerozoli. Niektóre z tych aerozoli dryfują w kierunku północnym i gromadzą się na obszarach Arktyki. Opad atmosferyczny, który normalnie wymywa aerozole z atmosfery, jest tam minimalny, więc cząstki pozostają w powietrzu dłużej i mają silniejszy wpływ, niż w innych częściach świata.
Od momentu zmniejszania się ilości aerozoli siarkowych i zwiększania ilości sadzy, oba procesy zwiększają ocieplanie Ziemi, przez co wzrost temperatury może być szczególnie gwałtowny. Nagromadzenie się aerozoli może uwolnić cykl dodatniego sprzężenia zwrotnego, które w przyszłości przyspieszy ogrzewanie powierzchni planety tak samo jak zanikająca śnieżna lub lodowa pokrywa.
Na Antarktydzie – przeciwnie – wpływ ten jest zminimalizowany dzięki nieobecności dużych centrów skupisk populacji i aktywności przemysłowej.
„Istnieje tendencja do sądzenia, iż aerozole grają mało istotną rolę, lecz to nie jest prawda”, powiedział Shindell. „Właśnie teraz, na średnich szerokościach geograficznych półkuli północnej i w Arktyce, wpływ aerozoli jest tak samo silny jak gazów cieplarnianych”.
Wzrastająca świadomość, że aerozole mogą odgrywać większą rolę w klimacie może mieć też znaczenie dla prawodawców.
„Będziemy mieć ograniczony wpływ na zmiany klimatu w następnych dekadach, jeżeli skupimy się tylko na dwutlenku węgla”, powiedział Shindell. „Jeżeli chcemy powstrzymać całkowite roztopienia się lodu arktycznego w okresie letnim w następnych kilku dekadach, musimy znacznie lepiej przyjrzeć się aerozolom i ozonowi”.
Aerozole przebywając w atmosferze tylko przez kilka dni lub tygodni. Gazy cieplarniane zaś, przeciwnie, mogą utrzymywać się przez setki i tysiące lat. Chemicy atmosfery mówią, że system klimatyczny może być bardziej czuły na zmiany w poziomie aerozoli przez następne kilka dekad niż na zmiany poziomu gazów cieplarnianych, które będą miały silniejszy wpływ w kolejnych stuleciach.
„Ten model jest ważną analizą, podnoszącą wiele istotnych pytań, w jakich dziedzinach naukowych potrzebne są badania”, powiedziała Loretta Mickley, chemik atmosfery z Harvard University, która nie uczestniczyła bezpośrednio w tych badaniach.
Wiedza o tym, jak aerozole zachowują się w atmosferze, jest ciągle na etapie prac badawczych, a każdy model musi być rygorystycznie porównany z rzeczywistymi obserwacjami. Lecz naukowcy uważają, że należy poważnie podejść do rezultatów Shindell.
„Okazuje się, że aerozole mają dość silny wpływ na klimat, lecz jest ciągle wiele do rozwiązania w tej kwestii”, powiedział Shindell.
NASA projektuje satelitę Glory, który pomoże poprawić możliwości pomiarowe i pozwoli naukowcom zredukować niepewności dotyczące aerozoli poprzez pomiar mikrofizycznych właściwości i rozchodzenie się tych cząstek.
więcej w sciencedaily
