ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ Το αίνιγμα των νεφών

Τα σύννεφα καλύπτουν καθημερινά περισσότερο από το 70% του ουρανού της Γης. Στη φωτογραφία νεφοκάλυψη πάνω από τον Ειρηνικό Ωκεανό

Οι επιστήμονες που ασχολούνται με την κλιματική αλλαγή, χρόνια τώρα κατασκευάζουν μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης του κλίματος, προσπαθώντας να εκτιμήσουν ένα πολύ κρίσιμο μέγεθος: Πόσο θα αυξηθεί η μέση θερμοκρασία της ατμόσφαιρας δύο βαθμούς, τρεις ή μήπως τέσσερις; Η απάντηση εξαρτάται κυρίως από τα σύννεφα. Η κλιματική αλλαγή επηρεάζει την κατανομή των νεφών, με τρόπους που θα μπορούσαν είτε να επιβραδύνουν την παγκόσμια υπερθέρμανση είτε να την επιταχύνουν.
Μεγάλες επιστημονικές ομάδες έχουν αναπτύξει πάνω από 20 πολυσύνθετα κλιματικά μοντέλα και τα έχουν δοκιμάσει σε σύγκριση με τα πλούσια σήμερα κλιματολογικά δεδομένα. Ολα τα μοντέλα προβλέπουν τη θέρμανση του πλανήτη με βάση τις συνεχιζόμενες εκλύσεις αερίων του θερμοκηπίου, αλλά παράγουν διαφορετικά αποτελέσματα σε σχέση με την επίδραση των νεφών. Αυτό σταδιακά αλλάζει, καθώς οι προσομοιώσεις αρχίζουν να συγκλίνουν και στον τομέα αυτόν. Ταυτόχρονα, οι παρατηρήσεις και οι μετρήσεις από δορυφόρους αποκαλύπτουν πώς η αλλαγή στα χαρακτηριστικά της νεφοκάλυψης επιδρά στο παγκόσμιο κλίμα.

Επί δύο

Στην αρχή της βιομηχανικής επανάστασης, η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα (βασικού αερίου του θερμοκηπίου) στην ατμόσφαιρα ήταν 280 μέρη στο εκατομμύριο (ppm). Το 2017 ξεπέρασε τα 400 ppm. Ο αέρας πάνω από τις ηπείρους δείχνει να θερμαίνεται πάνω από τη μέση θερμοκρασία που επικρατούσε επί χιλιάδες χρόνια. Το ίδιο και οι πιο ρηχές θάλασσες. Ως αποτέλεσμα, η κυκλοφορία του αέρα και των υδρατμών αρχίζει να αλλάζει. Αν συνεχίσουν οι εκπομπές με τους σημερινούς ρυθμούς, έως το 2050, η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα θα διπλασιαστεί σε σχέση με τα προβιομηχανικά επίπεδα. Θα ακολουθήσει μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας και τελικά μετά από εκατοντάδες χρόνια, ο πλανήτης θα φτάσει σε μια νέα ισορροπία, σε υψηλότερη θερμοκρασία.

Αλλαγές στο γεωγραφικό πλάτος εμφάνισης των νεφών και στο ύψος τους (ή στο μείγμα σταγονιδίων και παγοκρυστάλλων που τα συνθέτουν), μπορούν είτε να θερμάνουν είτε να ψύξουν τη Γη. Μερικές από τις αλλαγές που φαίνονται στις εικόνες αυτές, σύμφωνα με δορυφορικά δεδομένα, βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη. Μέχρι στιγμής κλίνουν προς τη θέρμανση και η τάση αυτή μπορεί να επιταχυνθεί

Η αντίδραση σε πλανητικό επίπεδο στην αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα ονομάζεται Κλιματική Ευαισθησία Ισορροπίας (KEI). Κάθε κλιματικό μοντέλο προβλέπει ότι η ΚΕΙ θα είναι μεγαλύτερη από το μηδέν, δηλαδή θα υπάρξει αύξηση θερμοκρασίας. Η δυσκολία στη σύγκλιση των μοντέλων σχετικά με την επίδραση των νεφών έχει να κάνει αφενός με το γεγονός ότι η θέρμανση επηρεάζει διαφορετικά κάθε είδος νέφους και αφετέρου με το γεγονός ότι οι αλλαγές στα νέφη επιδρούν στη θέρμανση με διαφορετικούς τρόπους. Αυτή η διπλή αλληλεπίδραση είναι ένα κύκλωμα ανατροφοδότησης. Ορισμένες επιμέρους κλιματικές ανατροφοδοτήσεις έχουν κατανοηθεί καλά. Για παράδειγμα, ο επιπλέων στη θάλασσα πάγος είναι ολόλευκος και ανακλά το μεγαλύτερο μέρος των ακτίνων του ήλιου πίσω στο Διάστημα. Καθώς λιώνει όμως, αποκαλύπτει σκούρο μπλε νερό, που ανακλά πολύ λιγότερο μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Ετσι, ο αέρας θερμαίνεται ακόμη περισσότερο, λιώνοντας ακόμη περισσότερο πάγο κ.ο.κ., επιταχύνοντας την παγκόσμια θέρμανση. Τα περισσότερα μοντέλα προβλέπουν με αρκετή ακρίβεια τις συνέπειες αυτής της θετικής (ενισχυτικής) ανατροφοδότησης.

Ψηλά και χαμηλά

Με τα σύννεφα το πράγμα είναι πιο δύσκολο. Τα είδη νεφών είναι πολλά, αλλά δύο είναι οι βασικές τους ιδιότητες που ενδιαφέρουν περισσότερο: Το ύψος τους πάνω από το έδαφος και η διαφάνειά τους. Τα σύννεφα σε μεγάλο ύψος, στα ανώτερα κρύα στρώματα της ατμόσφαιρας, παγιδεύουν τη θερμότητα που εκπέμπεται από την επιφάνεια και επανεκπέμπουν προς αυτή ένα μέρος της. Κατ' αυτόν τον τρόπο τη θερμαίνουν. Αν υπήρχαν λιγότερα, η ατμόσφαιρα θα ήταν πιο κρύα. Αντίθετα, τα «βαριά» χαμηλά νέφη εμποδίζουν το φως του ήλιου να φτάσει έως την επιφάνεια, ψύχοντας τον πλανήτη. Με το κλίμα όπως έχει σήμερα, αυτή η επίδραση είναι ισχυρότερη από τη συμβολή στο φαινόμενο του θερμοκηπίου των μεγαλύτερου ύψους νεφών.
Μικρές αλλαγές στα σύννεφα μπορούν να έχουν μεγάλες επιπτώσεις. Περισσότερα ψηλά νέφη και η Γη θα θερμανθεί. Περισσότερα πυκνά χαμηλά νέφη και η Γη θα ψυχθεί. Αλλά σημασία έχει και η κατανομή τους. Αν τα πυκνά χαμηλά νέφη που τώρα καλύπτουν κυρίως τους τροπικούς (εκεί που υπάρχει η ισχυρότερη ηλιακή ακτινοβολία) μετακινηθούν πιο βόρεια, τότε το ψυκτικό τους αποτέλεσμα θα είναι μικρότερο. Αλλά και η αλλαγή του υψομέτρου των νεφών μεταβάλλει την εικόνα. Αν τα νέφη μεγάλου ύψους μετακινηθούν ακόμη ψηλότερα στην ατμόσφαιρα, η θερμαντική τους επίδραση θα αυξηθεί. Αύξηση της θερμοκρασίας θα αλλάξει και τη σύνθεση των νεφών, έτσι που να περιέχουν μικρότερη αναλογία παγοκρυστάλλων σε σχέση με τα υγρά σταγονίδια. Τα πιο «υγρά» νέφη θα είναι πιο πυκνά και έτσι θα εμποδίζουν με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα το ηλιακό φως να φτάσει έως το έδαφος, ενισχύοντας το ψυκτικό αποτέλεσμα που προκαλούν.

Προσεγγίσεις

Ολες αυτές οι αλληλεπιδράσεις γίνονται ταυτόχρονα. Αλλες έχουν ισχυρή θετική επίπτωση, δηλαδή ενισχύουν σημαντικά το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αλλες έχουν ανατροφοδοτήσεις με ελαφρά αρνητική επίδραση (επιβραδύνουν το φαινόμενο). Απ' αυτό προέρχεται η διακύμανση στην πρόβλεψη θέρμανσης από 2 έως 4,5 βαθμούς Κελσίου. Τα μοντέλα δυσκολεύονται να εκτιμήσουν την επίδραση των νεφών γιατί δεν υπάρχει η απαραίτητη υπολογιστική ισχύς για να προσομοιωθεί η κίνηση κάθε στοιχειώδους συστατικού τους σε παγκόσμια κλίμακα. Τα σύννεφα δημιουργούνται από μικροσκοπικά σταγονίδια και παγοκρυστάλλους, αλλά καλύπτουν καθημερινά περίπου το 70% της επιφάνειας του πλανήτη. Τα μοντέλα για το παγκόσμιο κλίμα προσπαθούν να υπολογίσουν απλές μακροσκοπικές παραμέτρους του, χρησιμοποιώντας τους νόμους της φυσικής της ατμόσφαιρας και βελτιώνονται με συγκρίσεις με τα αποτελέσματα των υψηλότερης ανάλυσης μοντέλων, που «τρέχουν» σε υπερυπολογιστές για μικρές περιοχές της υδρογείου.
Ειδικοί εκτιμούν ότι τα ψηλά νέφη θα ανέβουν ψηλότερα στην ατμόσφαιρα, ενώ τα πυκνά χαμηλά νέφη θα μειωθούν, εξελίξεις που, και οι δύο, οδηγούν σε υπερθέρμανση. Επιπλέον, λόγω του φαινομένου της αρκτικής ενίσχυσης, που αφορά την ταχύτερη θέρμανση των πολικών περιοχών συγκριτικά με τους τροπικούς και δείχνει να αποτυπώνεται στη μείωση των πάγων ιδίως στο Βόρειο Πόλο, η διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στους πόλους και στον ισημερινό θα μειωθεί. Αυτό θα έχει συνέπεια αφενός τη διεύρυνση της τροπικής ζώνης και αφετέρου τη μετακίνηση της ζώνης των ερήμων προς τους πόλους. Η Μεσόγειος, το Σαχέλ (μεταξύ Σαχάρας και σαβάνας) και οι νοτιοδυτικές περιοχές των ΗΠΑ θα γίνουν πιο ξηρές. Τα νέφη που θα μετακινηθούν βορειότερα θα ανακλούν λιγότερη ακτινοβολία. Ηδη η μετακίνηση των ζωνών υετού, που προβλέπεται από τα μοντέλα, αποτυπώνεται στα δεδομένα, που καταγράφουν οι δορυφόροι.

Δορυφορικά δεδομένα

Ιδιαίτερα χρήσιμα αποδεικνύονται τα στοιχεία από τους δορυφόρους «CloudSat» και «CALIPSO». Ο πρώτος χρησιμοποιεί ραδιοκύματα, που διαπερνούν τα λεπτά νέφη μεγάλου υψόμετρου και επιτρέπουν μετρήσεις των χαμηλών πυκνών νεφών, που βρίσκονται από κάτω τους. Ο δεύτερος χρησιμοποιεί ραντάρ (lidar) για να αποκαλύψει την αναλογία παγοκρυστάλλων και σταγονιδίων στα νέφη. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι τα νέφη μεγάλου υψόμετρου τείνουν να ανέβουν ψηλότερα, τροφοδοτώντας θετικά την υπερθέρμανση, ενώ πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι λίγα απ' αυτά έγιναν πιο «υγρά» (περισσότερα σταγονίδια), μειώνοντας τις ελπίδες για περιορισμό της υπερθέρμανσης μέσω αυτής της διαδικασίας.
Μελετώντας δορυφορικά δεδομένα μεταξύ 1984 και 2009, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι νεφοκαλύψεις στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη μετακινούνται προς τους πόλους, όπως προβλέπουν τα μοντέλα. Επιπλέον, «τρέχοντας» τα μοντέλα χωρίς εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από την ανθρώπινη δραστηριότητα, προέκυψε ότι οι φυσικές διακυμάνσεις δεν μπορούν να εξηγήσουν από μόνες τους τις μετρήσεις. Και οι τιμές που μετρήθηκαν ήταν ακόμη μεγαλύτερες από εκείνες που πρόβλεπαν τα μοντέλα. Η επιστημονική κοινότητα αξιολογεί τα δεδομένα αυτά και εξετάζει αν και σε ποιο βαθμό θα μπορούσαν να εξηγηθούν από άλλους παράγοντες, όπως η εκτίναξη μεγάλων ποσοτήτων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα από την έκρηξη του ηφαιστείου Πινατούμπο το 1991, ή συνδυασμό τέτοιων παραγόντων με τις φυσικές διακυμάνσεις. Εκείνο που μοιάζει σίγουρο, είναι ότι τα σύννεφα δε φαίνονται ικανά να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της υπερθέρμανσης.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»