Jak rosnąca para wodna w atmosferze nasila ocieplenie i pogarsza ekstremalne warunki pogodowe / Kevin Trenberth

Tegoroczny ciąg rekordowych katastrof – od śmiertelnych pożarów i katastrofalnych powodzi po rekordowo wysokie temperatury oceanów i rekordowo niski poziom lodu morskiego na Antarktydzie – wydaje się przyspieszeniem zmian klimatycznych wywołanych działalnością człowieka.

I tak jest. Ale nie tylko dlatego, że emisja gazów cieplarnianych stale rośnie. Obserwujemy również długo przewidywane sprzężenie zwrotne pary wodnej w systemie klimatycznym.

Od końca XIX wieku średnia globalna temperatura powierzchni wzrosła o około 1,1℃, co jest spowodowane działalnością człowieka, w szczególności spalaniem paliw kopalnych, które powoduje wydzielanie się gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla i metanu) do atmosfery.

W miarę ocieplania się atmosfery może ona zatrzymywać więcej wilgoci w postaci pary wodnej, która jest również gazem cieplarnianym. To z kolei wzmacnia ocieplenie spowodowane emisją innych gazów cieplarnianych.

Niektórzy ludzie błędnie uważają, że para wodna jest czynnikiem powodującym obecne ocieplenie Ziemi. Ale jak wyjaśnię poniżej, para wodna jest częścią cyklu hydrologicznego Ziemi i odgrywa ważną rolę w naturalnym efekcie cieplarnianym. Jego wzrost jest konsekwencją ocieplenia atmosfery spowodowanego naszymi emisjami powstającymi zwłaszcza w wyniku spalania paliw kopalnych.

Para wodna: drugi gaz cieplarniany

Każdy stopień ocieplenia w skali Celsjusza zwiększa zdolność atmosfery do zatrzymywania wody o około 7%. Rekordowo wysokie temperatury morza powodują, że w atmosferze jest więcej wilgoci (w postaci pary wodnej) – szacunkowo o 5–15% w porównaniu z sytuacją sprzed lat 70. XX wieku, kiedy globalny wzrost temperatury zaczął się poważnie.

Para wodna jest silnym gazem cieplarnianym. Od lat 70. XX wieku jego wzrost prawdopodobnie spowodował wzrost globalnego ocieplenia w stopniu porównywalnym do wzrostu poziomu dwutlenku węgla. Teraz widzimy tego konsekwencje.

Przeczytaj więcej: Średnie globalne temperatury morza i powietrza gwałtownie wzrosną w 2023 r., zanim El Niño w pełni nadejdzie. Powinniśmy być bardzo zaniepokojeni

Pod wieloma względami para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, dzięki któremu Ziemia nadaje się do zamieszkania. Jednak zmiany klimatyczne wywołane działalnością człowieka są spowodowane przede wszystkim wzrostem emisji długożyciowych gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla, podtlenku azotu, metanu i chlorofluorowęglowodorów (CFC).

Ogólną zasadą jest, że każda cząsteczka posiadająca trzy lub więcej atomów jest gazem cieplarnianym ze względu na sposób, w jaki atomy mogą wibrować i obracać się w cząsteczce. Gaz cieplarniany pochłania i ponownie emituje promieniowanie cieplne (podczerwone) i ma efekt osłonowy.

Chmury mają właściwości pokrywające podobne do gazów cieplarnianych, ale są również jasnymi reflektorami promieniowania słonecznego i chłodzą powierzchnię w ciągu dnia. Szacuje się, że w obecnym klimacie, w przeciętnych warunkach obejmujących całe niebo, para wodna odpowiada za 50% całkowitego efektu cieplarnianego , dwutlenek węgla za 19%, ozon za 4% i inne gazy za 3%. Chmury odpowiadają za około jedną czwartą efektu cieplarnianego.

Dlaczego para wodna jest inna?

Główne gazy cieplarniane – dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu i ozon – nie kondensują i nie wytrącają się. Para wodna tak, co oznacza, że ​​jej czas życia w atmosferze jest o rząd wielkości znacznie krótszy w porównaniu z innymi gazami cieplarnianymi.

Para wodna utrzymuje się średnio tylko przez dziewięć dni, dwutlenek węgla utrzymuje się w atmosferze przez stulecia, a nawet tysiąclecia, metan przez dekadę lub dwie, a podtlenek azotu przez stulecie. Gazy te stanowią podstawę ogrzewania atmosfery, a wynikający z tego wzrost temperatury umożliwia obserwowany wzrost poziomu pary wodnej.

Przeczytaj więcej: Ekstremalne opady atmosferyczne zawsze miały miejsce, ale czy się zmieniają?

Wzrost dwutlenku węgla nie zależy od pogody. Pochodzi ono przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych. Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrosło z poziomu przedindustrialnego wynoszącego 280 ppmv do 420 ppmv (wzrost o 50%), a około połowa tego wzrostu miała miejsce od 1985 r.

Odpowiada to za około 75% antropogenicznego ogrzewania spowodowanego długotrwałymi gazami cieplarnianymi. Pozostała część ocieplenia atmosfery spowodowanego działalnością człowieka pochodzi głównie z metanu i podtlenku azotu, z uzupełnieniami zanieczyszczającymi aerozolami.

Od lat 70. XX wieku dodatkowe ogrzewanie powodowane przez parę wodną jest porównywalne z ogrzewaniem powodowanym przez zwiększoną ilość dwutlenku węgla.

Para wodna i obieg wody

Para wodna jest gazową formą wody i występuje naturalnie w atmosferze. Jest niewidoczna gołym okiem, w przeciwieństwie do chmur, które składają się z maleńkich kropelek wody lub kryształków lodu, wystarczająco dużych, aby rozproszyć światło i stać się widocznymi.

Najczęstszą miarą pary wodnej w atmosferze jest wilgotność względna.

Podczas fal upałów i ciepłych warunków to właśnie wpływa na komfort człowieka. Kiedy się pocimy, wilgoć odparowująca z naszej skóry ma działanie chłodzące. Ale jeśli otoczenie jest zbyt wilgotne, to już nie działa, a ciało staje się lepkie i niewygodne.

Proces ten jest ważny także dla naszej planety, gdyż około 70% powierzchni Ziemi to woda, głównie oceany. Dodatkowe ciepło zwykle jest wykorzystywane do parowania wody. Rośliny uwalniają również parę wodną w procesie zwanym transpiracją (uwalnianie jej przez maleńkie aparaty szparkowe w liściach w ramach fotosyntezy). Połączony proces nazywa się ewapotranspiracją.

Wilgoć unosi się do atmosfery w postaci pary wodnej. Burze gromadzą i koncentrują parę wodną, ​​aby mogła się wytrącić. Ponieważ para wodna ma wykładniczą zależność od temperatury, jej stężenie jest najwyższe w ciepłych regionach, takich jak tropiki i w pobliżu ziemi. Poziomy spadają na zimnych, wyższych szerokościach geograficznych i wysokościach.

Rozszerzanie się i ochładzanie powietrza w miarę jego unoszenia się powoduje powstawanie chmur, deszczu i śniegu. Ten energiczny cykl hydrologiczny oznacza, że ​​cząsteczki pary wodnej przebywają w atmosferze tylko przez kilka dni.

Woda jest klimatyzatorem planety. Nie tylko utrzymuje chłód na powierzchni (aczkolwiek kosztem zwiększenia jej wilgotności), ale deszcz wypłukuje również wiele zanieczyszczeń z atmosfery, co jest korzystne dla wszystkich.

Opady są niezwykle ważne. Odżywia roślinność i wspiera różne ekosystemy, o ile tempo jest umiarkowane. Jednak w miarę ocieplania się klimatu wyższy poziom wilgoci zwiększa ryzyko wystąpienia intensywniejszych opadów i ryzyka powodzi.

Co więcej, utajona energia, która została wykorzystana do parowania, jest zwracana do atmosfery, zwiększając ogrzewanie i powodując wzrost temperatury powietrza, ożywiając burze i sprawiając, że ekstremalne warunki pogodowe stają się większe i łatwiejsze do opanowania.

Zmiany te oznaczają, że tam, gdzie nie pada, wzrasta ryzyko suszy i pożarów, a tam, gdzie pada, leje.