Mások a mai felhők, mint az ipari forradalom előttiek

A felhők nagyon fontos részét alkotják a Föld éghajlati rendszerének

A modern kori légszennyezés olyan mértékben befolyásolja a felhőképződést, ami felboríthatja az eddigi klímaforgatókönyveket. Ám nehéz megmondani, hajdanán milyenek voltak a felhők.

Felhők, mint a klímamodell Achilles-sarkai

Az aeroszoloknak nevezett, levegőben lebegő, mikroszkopikus méretű szilárd vagy cseppfolyós részecskék nagymértékben hatnak a felhőképződésre, de még a számítógépes szimulációval is bajos előrejelezni a hatásukat. Az Amerikai Tudományos Akadémia online folyóiratában megjelent tanulmány ennek okait vizsgálja.

A felhők nagyon fontos részét alkotják a Föld éghajlati rendszerének Forrás: Live Science/Richard H. Hahn

Egyik lehetséges magyarázat az, hogy

a felhőkben zajló folyamatok közül nem mindegyiket veszik figyelembe a számítógépes modellek.

Illetve az is lehetséges, hogy az ipari forradalom óta olyan mennyiségben kerültek a légkörbe aeroszolok, ami megnehezíti, hogy a felhőkre gyakorolt hatásukat önmagában elemezzük.

Nem világos, hogy az ipari forradalom ót egyre növekvő mennyiségben a légkörbe kerülő aeroszoloknak milyen hatásuk van a felhőképződés rendszerére Forrás:U.S. National Science Fundation

Nem rendelkezünk adatokkal az iparosodás, azaz a világméretű légszennyezés előtti korok felhőiről, ezért nincs mivel összehasonlítani a mai helyzetet.

Nehéz rekonstruálni , hogy mennyiben volt más az ipari forradalom előtti időkben a felhőképződés Forrás: Colorado Clouds

A felhők viszont annyira fontos elemét alkotják a Föld éghajlati rendszereinek, hogy a 150 évvel ezelőtti vagy még korábbi felhőképződés megértése segíthetne előrejelezni a globális felmelegedés mértékét.

A felhők túl sokfélék és túl szennyezettek

Az új tanulmány kétféle javaslatot ad arra, miként lehet pontosabban megjeleníteni a felhőket az éghajlatmodellekben. Egyrészt

a szimulációkban nagyobb hangsúlyt kell fektetni a felhők sokféleségére

– míg korábban 10 nagyobb csoportba sorolták a felhőket, ma már – az új ismeretek birtokában – többtucatnyi felhőfajtát különítenek el.

Az altokumuluszok, a bárányfelhők egy típusa a troposzféra felső rétegeiben képződik Forrás: Weather Wiz Kids

Másrészt olyan területeken volna érdemes a felhőképződést tanulmányozni, ahol csekély a légszennyezettség.

A lakott területektől messze kellene felhőket vizsgálnunk"

– mondta a tanulmány szerzője, Steve Ghan, az amerikai energiaügyi minisztérium Pacific Northwest kutatólaboratóriumának munkatársa. – Vannak még makulátlanul tiszta helyek."

A napsugárzást módosítják a felhők

A klímakutatókat foglalkoztató kérdések közül az egyik legfogósabb, hogy vajon mennyire fog felmelegedni a Föld attól a rengeteg üvegházhatású (ÜHG) gáztól, amelyet az emberiség a légkörbe bocsát. A számítógépes modellek lehetőségek egész sorát vázolják föl, és a tudósoknak szűkíteniük kell a kört, ha bizonyosságra szeretnének törekedni.

A felhőzet jelentős mértékben módsosítja a napsugárzást Forrás: U.S. National Weather Service

A kutatók modelleket használnak például az úgynevezett klímaérzékenység kiszámításához: mennyi üvegházgáztól milyen mértékben melegszik a földfelszín.

Elméletileg a számításhoz még egyéb szempontokat is figyelembe vesznek,

mint a napsugárzás intenzitása, illetve a sugarak visszaverődése a felszínről (albedó). Csakhogy a napsugárzást mindkét irányba módosítják a felhők, épp az a tényező, amelyről még hiányosak az ismereteink.

Gomolyfelhők, kumuluszok Forrás: NOAA

A klímakutatók szeretnék a Föld éghajlati rendszereinek minden változóját figyelembe venni a klímaérzékenység megbízható értékének megállapításához. Ghan és munkatársai azt kutatják, hogy az apró aeroszol részecskék miképpen befolyásolják a felhők tulajdonságait.

A cirrokumuluszok a bárányfelhők egyik típusát alkotják Forrás:Weather Wiz Kids

"Nem elég pusztán a részecskekibocsátást és a Napból érkező energia nagyságát figyelembe venni, e két tényezőn túl még számos más folyamat létezik"- mondta Ghan.

A felhőkről nincsenek évezredes minták

Jelenleg az a helyzet, hogy míg a számítógépes modellek az üvegházgáz-szimulációkat jól kezelik, az aeroszolok hatását már kevésbé.

A felhők ugyanis komplex légköri jelenségek, tulajdonságaikat számtalan tényező alakítja.

Ilyenek a kondenzációs magvak: azok az aeroszol részecskék, amelyeken a kicsapódó vízgőzből keletkeznek a vízcseppek.

Szétfoszlóban lévő zivatarfelhő Forrás: Clouds Wallpaper

Minél több aeroszol részecske van a felhőben, annál több lesz a vízcsepp, amelyek befolyásolják a felhő albedóját és élettartamát. A kisebb cseppek ugyanis órákig fent lebegnek, míg a nagyobbak, amennyiben elég nehézzé válnak, csapadékként lehullanak.

A tengerpartot kísérő hegylánc felett összeálló gomolyfelhők Forrás: Weather Wiz Kids

A folyamatot kísérő fizikai és kémiai jelenségek sokasága miatt a szakembereknek sokkal bonyolultabb modellekkel kellene dolgozniuk.

A felhők ráadásul rövid élettartamú meteorológiai jelenségek.

Az évszázadokkal, évezredekkel korábbi üvegházgáz-értékeket a sarki jégtakaróból vett minták pontosan megadják.

Egy kumulonimbusz, azaz zivatarfelhő környéke Forrás: Clouds Wallpaper

Ezzel szemben a generációkkal ezelőtti felhőkről semmiféle információnk sincsen. A jégminták, a kőzetrétegek, a megkövesedett növénymaradványok felfedik a kutatók előtt, hogy a letűnt korokban mennyi szén-dioxid volt az atmoszférában. De azt nem árulják el, hogy a kiásott dinoszaurusz életében hányszor volt felhős az égbolt.

A vizsgált klímamodellek ellentmondtak egymásnak

Ghan és munkatársai a felhők és az aeroszolok mennyiségének kiszámításához összehasonlították, hogy az egyes klímamodellek milyen képet festenek a múltról és a jelenről.

A klímamodellt sokan hasonlítják alagútba futó vonathoz:

az alagút bejáratánál a tudósok adatokat halmoznak a vonatra, az alagút végén pedig valamilyen klímaszcenárióval fut ki a vonat.

Lencseformájú felhőképződmény Kalifornia felett Forrás: U.S. national Weather Service

Egy tökéletes világban a vonat egyenes úton halad az alagútban – a valóság inkább hullámvasútra hasonlít, és "összerázza" az adatokat. A különféle modellek összehasonlításához a kutatók külön-külön átküldték a képzeletbeli alagúton a szimulációs számítás elemeit, például hogy miként változik meg az esőcseppek koncentrációja az aeroszolok eltérő mennyiségének függvényében.

Furcsa, kupolaformájú felhőképződmény Forrás: U.S. National Weather Service

Azt feltételezték, hogy az egyes elemek hajdani és mai értéke hasonlóképpen aránylik majd egymáshoz a kilenc vizsgált klímamodellben.

Szivárványszínben játszó fátyolfelhők, cirruszok Forrás: Live Science/Jackie Hill

Nos, nemhogy nem egyeztek, de bizonyos modellekben még előjeleikben is különböztek: egyikben pozitív érték mutatkozott, másikban negatív. Vagyis képtelenség az iparosodás előtti kor felhőtakaróját a mai, szennyezett légkörre jellemző mutatók alapján meghatározni.

A felhők nehezen adják meg a választ

"Nagyon érdekes helyzet. Ami az üvegházhatású gázokat illeti, a klímaérzékenység semmit nem változott nyolcszázezer év alatt. Miért nem működik ugyanez a felhőknél?", teszi fel a kérdést Ghan.

Az egyik válasz az lehet, hogy a felhők sokkal bonyolultabbak,

mint ami a jelenlegi klímamodellekben szerepel.

A fátyolfelhők, a cirruszok apró jégkristályokból állnak, és általában8-10 000 méter magasban találhatók. gyakoriak az időjárási frontok érkezése előtt, vagy elvonulása után Forrás: NASA

Például eltérő tulajdonságú rétegekből állnak, amelyek különbözőképpen engedik be és ki a napsugárzást. Ebben az esetben a hajdani és mai felhők hasonlóak lennének, de azt is jelentené, hogy a szimulációkból éppen az a komplexitás hiányzik, amely az aeroszolok és a felhők közötti kölcsönhatást jellemzi.

Az Izabella hurrikán műhold felvétele. A ciklonok a természet egyik legössztettebb rendszerét alkotják Forrás: NASA

Másodsorban azokban a régiókban, ahol a vizsgálatokat végzik, a mai felhők már nem olyan tiszták, mint az ipari forradalom előtti időkben.

A troposzféra magasabb régióiban elhelyezkedő fátyolfelhőfélék jégkristályai prizmaszerűen megtörik a napfényt Forrás: National Science Fundation

A kutatók ezt a feltételezést Földünk kevéssé szennyezett részén, a déli féltekén a 40-ik és 50-ik szélességi kör közötti területen vizsgálnák. Harmadsorban elképzelhető, hogy a felhő-aeroszol közötti kölcsönhatást leíró matematikai egyenlet nem helyes, és felülvizsgálatra szorul.

Fejleszteni kell a számítógépes modelleket

"Napjainkban komoly viták vannak az éghajlatváltozás lehetséges okait, illetve a jövőbeli változás mértékét illetően"- mondta az Origo megkeresésére Geresdi István felhőfizikus, a Pécsi Tudományegyetem Földtani és Meteorológiai Tanszékének tanára. Ezt a kérdést elvileg számítógépes modellek segítségével lehetne eldönteni.

Egy zvatarfelhő, kumulonimbusz üllőszerűen szétlapuló teteje Forrás: NOAA

Ezek a modellek azonban még messze nem olyan tökéletesek, hogy megbízhatóan szimulálni tudnák az éghajlat alakulását meghatározó, a légkörben, a felszínen vagy akár az óceán mélyén lejátszódó folyamatokat.

Kumuluszokból összeálló nagy felhőképződmény Forrás: Wikiemdia Commons

"A legnagyobb bizonytalanság a csapadék mennyiségének és területi eloszlásának előrejelzésében mutatkozik", tette hozzá. Ezért komoly erőfeszítések történnek annak érdekében, hogy javítsák a számítógépes modellek azon részét, amely a csapadék- és felhőképződést írják le " - nyilatkozta portálunknak a kutató. A nehézséget az okozza, hogy a vízcseppek és jégkristályok kialakulásához szükséges, 1 mikrométernél kisebb aeroszol részecskék koncentrációja és kémiai összetétele térben is időben nagyon gyorsan változik.

A felhőképződési mechanizmus minél alaposabb feltárása elengedhetetlenül fontos a korrekt klímamodellek kidolgozásához Forrás: Live Science/Jackie Hill

Így a napjainkban mért adatokból csak meglehetősen nagy bizonytalansággal következtethetünk az aeroszol részecskék múltbeli vagy akár jövőbeli jellemzőire", foglalta össze Geresdi István.