Contribuția norilor și a aerosolilor atmosferici la gazele cu efect de seră

Nori

Norii joacă un rol important în echilibrul radiativ global, iar norii cirrus subțiri au unele efecte de seră. Ei pot absorbi și emite radiații infraroșii și astfel pot afecta proprietățile radiative ale atmosferei.[31] Norii includ nori lichizi, nori cu faze mixte și nori de gheață. Norii lichidi sunt nori de nivel jos și au forțare radiativă negativă. Norii cu fază mixtă sunt nori care coexistă atât cu apa lichidă cât și cu gheața solidă la temperaturi de subîngheț, iar proprietățile lor radiative (adâncimea optică sau grosimea optică) sunt influențate substanțial de conținutul de lichid. Norii de gheață sunt nori înalți și forțarea lor radiativă depinde de concentrația numărului de cristale de gheață, de grosimea norilor și de conținutul de gheață.

Proprietățile radiative ale norilor lichizi depind în mare măsură de proprietățile microfizice ale norilor, cum ar fi conținutul de apă lichidă din nori și distribuția dimensiunii picăturii norilor. Norii lichizi cu un conținut mai mare de apă lichidă și picături de apă mai mici vor avea o forță radiativă negativă mai puternică. Conținutul de lichid din nor este de obicei legat de circulațiile de suprafață și atmosferice. Peste oceanul cald, atmosfera este de obicei bogată în vapori de apă și astfel norii lichizi au un conținut mai mare de apă lichidă. Atunci când fluxurile de aer umed converg în nori și generează curenți ascendenți puternici, conținutul de apă poate fi mult mai mare. Aerosolii vor influența distribuția dimensiunii picăturii norilor. De exemplu, în regiunile industriale poluate cu o mulțime de aerosoli, picăturile de apă din norii lichizi sunt adesea mici.

Norii de fază mixtă au forțare radiativă negativă. Forțarea radiativă a norilor în fază mixtă are o incertitudine mai mare decât norii lichizi. Un motiv este că microfizica este mult mai complicată din cauza coexistenței atât a apei lichide, cât și a apei solide. De exemplu, procesul Wegener-Bergeron-Findeisen poate epuiza cantități mari de picături de apă și poate mări cristalele mici de gheață la cristale mari într-o perioadă scurtă de timp. Procesul Hallett-Mossop[32] va spulbera picăturile de lichid în ciocnirea cu cristale mari de gheață și va îngheța într-o mulțime de mici așchii de gheață. Proprietățile radiative ale norilor se pot schimba dramatic în timpul acestor procese, deoarece cristalele mici de gheață pot reflecta mult mai mult lumina solară și pot genera forțare radiativă negativă mai mare, în comparație cu picăturile mari de apă.

Norii  cirrus pot fie îmbunătăți fie reduce efectele de seră, în funcție de grosimea norilor.[33] Norul cirrus subțire este de obicei considerat a avea forțare radiativă pozitivă, iar norul cirrus gros are forțare radiativă negativă.[34] Conținutul de apă cu gheață și distribuția dimensiunii gheții determină, de asemenea, proprietățile radiative ale cirrusului. Cu cât conținutul de apă cu gheață este mai mare, cu atât norii cirrus au mai multe efecte de răcire. Când conținutul de apă de gheață din nori este același, norii cirrus cu mai multe cristale de gheață mai mici au efecte de răcire mai mari, în comparație cu cei cu mai puține cristale de gheață mai mari. Unii oameni de știință sugerează să se facă niște nori cirrus în nori subțiri de cirrus pentru a reduce dimensiunea cristalelor de gheață și, astfel, a reduce efectele lor de seră, dar alte studii se îndoiesc de eficiența acestuia și cred că ar fi inutil să lupți cu încălzirea globală.[35]

Aerosoli

Aerosolii atmosferici sunt definiți în mod obișnuit ca suspensii de particule lichide, solide sau amestecate cu diferite proprietăți chimice și fizice,[36] care joacă un rol foarte important în modularea bugetului energetic al pământului, care vor provoca în continuare schimbările climatice. Există două surse majore de aerosoli atmosferici, una este sursele naturale, iar cealaltă este sursele antropice. De exemplu, praful de deșert, sarea de mare, cenușa vulcanică, compușii organici volatili (COV) din vegetație și fumul de la incendiile de pădure sunt câteva dintre sursele naturale importante de aerosoli. Pentru aerosolii care sunt generați în urma activităților umane, cum ar fi arderea combustibililor fosili, incendiile de defrișare și arderea deșeurilor agricole, sunt considerați aerosoli antropici. Cantitatea de aerosoli antropici a crescut dramatic încă din timpurile preindustriale, ceea ce este considerată o contribuție majoră la poluarea aerului global. Deoarece acești aerosoli au compoziții chimice și proprietăți fizice diferite, ei pot produce efecte diferite de forțare radiativă pentru a încălzi sau răci climatul global.

Impactul aerosolilor atmosferici asupra climei poate fi clasificat ca direct sau indirect în ceea ce privește forțarea radiativă a sistemului climatic. Aerosolii pot împrăștia și absorbi în mod direct radiația solară și infraroșie în atmosferă, prin urmare au o forță radiativă directă către sistemul climatic global. Aerosolii pot acționa, de asemenea, ca nuclee de condensare a norilor (NCN) pentru a forma nori, ceea ce duce la modificarea eficienței formării și precipitațiilor apei lichide, a gheții și a norilor în fază mixtă, provocând astfel o forță radiativă indirectă asociată cu aceste modificări ale proprietăților norilor.[37] [38]

Aerosolii care împrăștie în principal radiația solară pot reflecta radiația solară înapoi în spațiu, ceea ce va provoca un efect de răcire a climei globale. Toți aerosolii atmosferici au o astfel de capacitate de a împrăștia radiația solară. Dar doar câteva tipuri de aerosoli pot absorbi radiația solară, cum ar fi carbonul negru (CN), carbonul organic (CO) și praful mineral, care pot induce un efect de încălzire ne neglijabil în atmosfera Pământului.[39] Emisia de carbon negru este cu adevărat mare în țările în curs de dezvoltare, precum China și India, iar această tendință de creștere este încă de așteptat să continue. Carbonul negru poate fi transportat pe distanțe lungi și amestecat cu alți aerosoli pe parcurs. Eficiența absorbției solare are o corelație pozitivă cu raportul dintre carbonul negru și sulfat, astfel încât oamenii ar trebui să se concentreze atât pe emisiile de carbon negru, cât și pe raportul atmosferic al carbonului și sulfatului.[40] Dimensiunea particulelor și raportul de amestecare nu numai că pot determina eficiența de absorbție a CN, dar pot afecta și durata de viață a CN. Albedo-ul de suprafață al suprafețelor acoperite de zăpadă sau gheață ar putea fi redus datorită depunerii acestor tipuri de aerosoli absorbanți, care vor provoca și efect de încălzire.[41] Efectul de încălzire de la carbonul negru la altitudini înalte este important ca dioxidul de carbon în topirea straturilor de zăpadă și a ghețarilor.[42] Pe lângă acești aerosoli absorbanți, se constată că aerosolul stratosferic poate induce, de asemenea, un puternic efect de încălzire locală prin creșterea radiației cu unde lungi la suprafață și prin reducerea radiației cu unde lungi de ieșire.[43]

Referințe

31. Liou, Kuo-Nan (1 June 1986). “Influence of Cirrus Clouds on Weather and Climate Processes: A Global Perspective”. Monthly Weather Review. 114 (6): 1167–1199. Bibcode:1986MWRv..114.1167L. doi:10.1175/1520-0493(1986)114<1167:IOCCOW>2.0.CO;2. ISSN 1520-0493.
32. Hallett, J.; Mossop, S. C. (1974). “Production of secondary ice particles during the riming process”. Nature. 249 (5452): 26–28. Bibcode:1974Natur.249…26H. doi:10.1038/249026a0. ISSN 1476-4687. S2CID 4152345.
33. Krämer, Martina; Rolf, Christian; Spelten, Nicole; Afchine, Armin; Fahey, David; Jensen, Eric; Khaykin, Sergey; Kuhn, Thomas; Lawson, Paul; Lykov, Alexey; Pan, Laura L. (2 November 2020). “A microphysics guide to cirrus – Part 2: Climatologies of clouds and humidity from observations”. Atmospheric Chemistry and Physics. 20 (21): 12569–12608. Bibcode:2020ACP….2012569K. doi:10.5194/acp-20-12569-2020. ISSN 1680-7316. S2CID 236899586.
34. Joos, H.; Spichtinger, P.; Lohmann, U.; Gayet, J.-F.; Minikin, A. (27 September 2008). “Orographic cirrus in the global climate model ECHAM5”. Journal of Geophysical Research. 113 (D18). Bibcode:2008JGRD..11318205J. doi:10.1029/2007jd009605. ISSN 0148-0227.
35. Penner, Joyce E.; Zhou, Cheng; Liu, Xiaohong (28 October 2015). “Can cirrus cloud seeding be used for geoengineering?: CIRRUS CLOUD SEEDING”. Geophysical Research Letters. 42 (20): 8775–8782. doi:10.1002/2015GL065992. S2CID 130467882.
36. McMurry, P.H. (January 2003). “AEROSOLS | Observations and Measurements”. Elsevier Enhanced Reader. reader.elsevier.com. Academic Press. pp. 20–34. doi:10.1016/B0-12-227090-8/00048-8. ISBN 9780122270901. Retrieved 20 April 2022.
37. Huang, Huilin; Gu, Yu; Xue, Yongkang; Jiang, Jonathan; Zhao, Bin (May 2019). “Assessing aerosol indirect effect on clouds and regional climate of East/South Asia and West Africa using NCEP GFS”. Climate Dynamics. 52 (9–10): 5759–5774. Bibcode:2019ClDy…52.5759H. doi:10.1007/s00382-018-4476-9. ISSN 0930-7575. PMC 6501598. PMID 31073262.
38. Penner, J. E.; Andreae, M. O.; Annegarn, H.; Barrie, L.; Feichter, J.; Hegg, D.; Jayaraman, A.; Leaitch, R.; Murphy, D.; Nganga, J.; Pitari, G. (2001). “Aerosols, their Direct and Indirect Effects”.
39. “Aerosols and their Relation to Global Climate and Climate Sensitivity | Learn Science at Scitable”. www.nature.com. Retrieved 11 January 2022.
40. Ramana, M. V.; Ramanathan, V.; Feng, Y.; Yoon, S.-C.; Kim, S.-W.; Carmichael, G. R.; Schauer, J. J. (August 2010). “Warming influenced by the ratio of black carbon to sulphate and the black-carbon source”. Nature Geoscience. 3 (8): 542–545. Bibcode:2010NatGe…3..542R. doi:10.1038/ngeo918. ISSN 1752-0908.
41. Hansen, James; Nazarenko, Larissa (13 January 2004). “Soot climate forcing via snow and ice albedos”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (2): 423–428. Bibcode:2004PNAS..101..423H. doi:10.1073/pnas.2237157100. ISSN 0027-8424. PMC 327163. PMID 14699053.
42. Ramanathan, V.; Carmichael, G. (April 2008). “Global and regional climate changes due to black carbon”. Nature Geoscience. 1 (4): 221–227. Bibcode:2008NatGe…1..221R. doi:10.1038/ngeo156. ISSN 1752-0908.
43. Zhou, Y. (January 2014). “Elsevier Enhanced Reader”. Atmospheric Research. 135–136: 102–111. doi:10.1016/j.atmosres.2013.08.009. hdl:10138/228853. Retrieved 21 April 2022.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)