W jaki sposób rosnąca para wodna w atmosferze nasila ocieplenie i pogarsza ekstremalne zjawiska pogodowe / Kevin Trenberth

Chmury powstające w wyniku skroplenia się pary wodnej. By Arun Kulshreshtha – Own work, CC BY 3.0 us, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1902748

Tegoroczna seria rekordowych katastrof – od śmiercionośnych pożarów i katastrofalnych powodzi po rekordowo wysokie temperatury oceanów i rekordowo niski poziom lodu morskiego na Antarktydzie – wydaje się być przyspieszeniem wywołanych przez człowieka zmian klimatycznych.

I tak jest. Ale nie tylko dlatego, że emisje gazów cieplarnianych nadal rosną. Obserwujemy również długo przewidywane sprzężenie zwrotne pary wodnej w systemie klimatycznym.

Od końca XIX wieku średnia temperatura powierzchni Ziemi wzrosła o około 1,1°C. Przyczyną była działalność człowieka, a w szczególności spalanie paliw kopalnych, które powoduje emisję gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla i metanu) do atmosfery.

W miarę jak atmosfera się ociepla, może ona zatrzymać więcej wilgoci w postaci pary wodnej, która jest również gazem cieplarnianym. To z kolei wzmacnia ocieplenie spowodowane przez nasze emisje innych gazów cieplarnianych.

Niektórzy błędnie uważają, że para wodna jest motorem obecnego ocieplenia Ziemi. Ale jak wyjaśnię poniżej, para wodna jest częścią cyklu hydrologicznego Ziemi i odgrywa ważną rolę w naturalnym efekcie cieplarnianym. Jej wzrost jest konsekwencją ocieplenia atmosfery spowodowanego przez nasze emisje, zwłaszcza te pochodzące ze spalania paliw kopalnych.

Para wodna: kolejny gaz cieplarniany

Z każdym stopniem ocieplenia pojemność wodna atmosfery wzrasta o około 7%. Rekordowo wysokie temperatury mórz sprawiają, że w atmosferze jest więcej wilgoci (w postaci pary wodnej), szacunkowo o 5-15% w porównaniu do okresu sprzed lat 70., kiedy globalny wzrost temperatury zaczął się na dobre.

Para wodna jest silnym gazem cieplarnianym. Od lat 70. jej wzrost prawdopodobnie zwiększył globalne ocieplenie o wartość porównywalną do wzrostu dwutlenku węgla. Teraz widzimy tego konsekwencje.

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

Pod wieloma względami para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, ponieważ sprawia, że ​​Ziemia nadaje się do zamieszkania. Jednak zmiany klimatyczne wywołane przez człowieka są spowodowane przede wszystkim przez wzrost długowiecznych gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla, podtlenku azotu, metanu i chlorofluorowęglowodorów (CFC).

Zasadniczo każda cząsteczka z trzema lub większą liczbą 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 kocowy.

Chmury mają efekt przykrywający podobny do gazów cieplarnianych, ale są również jasnymi reflektorami promieniowania słonecznego i działają w celu ochłodzenia powierzchni w ciągu dnia. W obecnym klimacie, przy średnich warunkach całego nieba, szacuje się, że para wodna odpowiada za 50% całkowitego efektu cieplarnianego, dwutlenek węgla za 19%, ozon za 4%, a inne gazy za 3%. Chmury stanowią około jednej czwartej efektu cieplarnianego.

Dlaczego para wodna jest inna?

Główne gazy cieplarniane – dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu i ozon – nie kondensują się i nie wytrącają. Para wodna tak, co oznacza, że ​​jej czas życia w atmosferze jest o wiele krótszy, o rzędy wielkości, w porównaniu do innych gazów cieplarnianych.

Średnio para wodna utrzymuje się w atmosferze przez dziewięć dni, podczas gdy 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.

Dowiedz się więcej: Ekstremalne opady deszczu zdarzały się zawsze, ale czy to się zmienia?

Wzrost dwutlenku węgla nie zależy od pogody. Pochodzi głównie ze spalania paliw kopalnych. Poziom dwutlenku węgla w atmosferze wzrósł z poziomu sprzed epoki przemysłowej 280 ppmv do 420 ppmv (wzrost o 50%), a około połowa tego wzrostu nastąpiła od 1985 r.

Stanowi to około 75% antropogenicznego ogrzewania z długo żyjących gazów cieplarnianych. Reszta wywołanego przez człowieka ocieplenia atmosfery pochodzi głównie z metanu i podtlenku azotu, z kompensacją z aerozoli zanieczyszczeń.

Od lat 70. XX wieku dodatkowe ciepło wytwarzane przez parę wodną jest porównywalne z tym wytwarzanym przez zwiększone stężenie dwutlenku węgla.

Sprzężenie zwrotne pary wodnej: zwiększone ogrzewanie sprzyja zwiększonemu parowaniu i wyższym temperaturom atmosferycznym, co z kolei prowadzi do wyższych poziomów pary wodnej w atmosferze. Autor dostarczył , CC BY-SA

Para wodna i cykl wodny

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.

Najbardziej powszechnym wskaźnikiem zawartości pary wodnej w atmosferze jest wilgotność względna.

Podczas fal upałów i ciepłych warunków, to właśnie wpływa na komfort człowieka. Kiedy się pocimy, parowanie wilgoci z naszej skóry ma efekt chłodzący. Ale jeśli środowisko jest zbyt wilgotne, to już nie działa, a ciało staje się lepkie i niewygodne.

Proces ten jest ważny również dla naszej planety, ponieważ około 70% powierzchni Ziemi to woda, głównie ocean. Dodatkowe ciepło jest zazwyczaj wykorzystywane do parowania wody. Rośliny uwalniają również parę wodną w procesie zwanym transpiracją (uwalniając ją przez maleńkie szparki w liściach jako część fotosyntezy). Ten połączony proces nazywa się ewapotranspiracją.

Wilgoć unosi się do atmosfery jako para wodna. Burze gromadzą i koncentrują parę wodną, ​​tak że może ona wytrącać się. Ponieważ para wodna ma wykładniczą zależność od temperatury, jest najwyższa w ciepłych regionach, takich jak tropiki i blisko ziemi. Poziomy spadają w chłodniejszych, wyższych szerokościach geograficznych i wysokościach.

Rozszerzanie się i chłodzenie powietrza podczas jego wznoszenia tworzy chmury, deszcz i śnieg. Ten intensywny cykl hydrologiczny oznacza, że ​​cząsteczki pary wodnej utrzymują się w atmosferze tylko przez kilka dni.

Woda jest klimatyzatorem planety. Nie tylko utrzymuje powierzchnię chłodniejszą (choć kosztem uczynienia jej bardziej wilgotną), ale deszcz również wypłukuje wiele zanieczyszczeń z atmosfery, co jest korzystne dla wszystkich.

Opady są niezwykle ważne. Odżywiają roślinność i wspierają różne ekosystemy, o ile ich tempo jest umiarkowane. Jednak wraz z ocieplaniem się klimatu wyższe poziomy wilgoci zwiększają prawdopodobieństwo większych opadów deszczu i ryzyko powodzi.

Co więcej, energia utajona, która została zużyta na parowanie, powraca do atmosfery, powodując jej nagrzewanie i unoszenie się, co wzmacnia burze i sprawia, że ​​ekstremalne zjawiska pogodowe stają się poważniejsze i trudniejsze do opanowania.

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

Kevin Trenberth. Opublikowano: 13 września 2023 r. 22:05 CEST