Подними взгляд. Нет, не туда. Посмотри выше.
Далеко за облаками, выше зоны погоды, там, где не летают самолеты, атмосфера становится холоднее. Ровно, неотвратимо и стремительно. А у нас под ногами? Становится жарко. Не просто тепло. Жарко.
Это звучит как противоречие. Почему одна часть Земли охлаждается, пока другая превращается в духовку? Ученые знали об этой тенденции. Десятки лет данных это подтверждали. Однако физика, стоящая за этим процессом, оставалась туманной.
Теперь исследователи из Колумбийского университета, похоже, разгадали этот механизм.
Механизм прост, беспощаден и эффективен
Углекислый газ задерживает тепло. Это главный вывод, который нам хорошо известен. Он действует как одеяло, удерживая инфракрасное излучение у поверхности, сохраняя тропосферу (где мы живем) в тепле.
Но одеяла работают иначе в космосе.
В стратосфере (примерно на высоте от 11 до 50 км) CO₂ не удерживает тепло, а рассеивает его. Он поглощает тепло из нижних слоев и излучает его в пустоту.
Больше CO₂? Больше излучения уходит в космос. Слой остывает.
«Это объясняет явление, являющееся отпечатком климатических изменений… которое до сих пор не было до конца понято». — Роберт Пинкус
Цифры говорят сами за себя. С 1980-х годов температура упала на два градуса Цельсия. Это огромная величина. Природные колебания не могли оказывать такого влияния. Выбросы, вызванные деятельностью человека, усилили это охлаждение в десять раз.
«Золотая середина» потери тепла
Почему мы не могли точно это рассчитать раньше? Старые теории были умными, но качественными догадками. Сюкуро Манабе предсказал это еще в 60-х годах (достойная Нобелевской премии работа, заслуженная им). Но как именно молекулы выполняли этот трюк? Это оставалось размытым.
Шон Коэн и его команда создали математическую модель. Они настраивали её, ломали, чинили и сравнивали свои уравнения с данными реальных датчиков и симуляциями суперкомпьютеров.
Один фактор выскочил на первый план.
Инфракрасный свет.
Не все инфракрасное излучение одинаково. Разные длины волн распространяются по-разному. Команда Коэна нашла определенный диапазон — «зону золотой середины», где CO₂ становится невероятно эффективным в выбросе тепла обратно в космос. По мере роста концентрации CO₂ эта зона расширяется. Улучшается отвод тепла. Небо становится холоднее.
Помогают ли озон и водяной пар? Едва ли. Их роль в охлаждении стратосферы незначительна по сравнению с CO₂.
Охлаждение наверху усиливает жару внизу
Вот поворот сюжета. Или ловушка.
Когда стратосфера сбрасывает тепло, всё земное пространство в целом сохраняет больше тепла. Как это возможно?
Холодный воздух удерживает меньше энергии. Охлажденная стратосфера становится менее мощным излучателем. Она посылает в космос меньше энергии, чем раньше. Эта «потерянная» энергия остается в системе. Она скапливается ближе к поверхности.
Каждый раз, когда количество CO₂ удваивается? На самом верху стратосферы (стратопauze) наблюдается охлаждение примерно на 8 градусов. Но ниже? Ловушка затягивается.
Таким образом, механизм, замораживающий высокие небо, также является частью причины, по которой поверхность горит. Замкнутый цикл обратной связи. Изящный и пугающий.
Связано ли это с доказательством того, что потепление существует?
Нет.
Никто больше не спорит о температурных тенденциях. Эта статья не об этом. Речь идет о точности. Речь идет о понимании механизма.
«Это действительно говорит нам о том, что является сущностным».
Коэн говорит, что модель может применяться и в других местах. Юпитер. Экзопланеты. Мировые пространства с другими газами. Если вы знаете правила света и тепла, вы можете «прочитать» любую атмосферу.
На данный момент правила ясны. CO₂ растет. Верхний воздух остывает. Мы становимся жарче.
Математика сходится.
Что остается неясным? Когда остальные части атмосферы решат следовать тем же правилам.
