Satelity NASA odkrywają ochładzanie i kurczenie się górnych warstw atmosfery z powodu zmian klimatycznych

Ponieważ mezosfera jest znacznie cieńsza niż część atmosfery, w której żyjemy, skutki wzrostu emisji gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, różnią się od ocieplenia odczuwanego na powierzchni. Jeden z badaczy porównał miejsce, w którym żyjemy, troposferę, do grubszej kołdry.

„Atmosfera jest bardzo gęsta w pobliżu powierzchni Ziemi” – powiedział współautor badania James Russell i naukowiec zajmujący się atmosferą z Hampton University w Wirginii. „CO2 zatrzymuje ciepło, tak jak kołdra zatrzymuje ciepło ciała i utrzymuje ciepło”. W niższych warstwach atmosfery wiele molekuł znajduje się bardzo blisko siebie i łatwo wychwytują i przenoszą ciepło Ziemi między sobą, utrzymując ciepło przypominające kołdrę.

Oznacza to, że do górnej warstwy dociera mniej ciepła Ziemi i jest cieńsza niż warstwa środkowa. Tam cząsteczki są bardzo nieliczne. Ponieważ dwutlenek węgla również wydajnie emituje ciepło, każde ciepło, które wychwytuje dwutlenek węgla, ucieka w kosmos szybciej niż znajduje inną cząsteczkę do wchłonięcia. W rezultacie więcej gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, oznacza więcej ciepła traconego w przestrzeni — a górna warstwa atmosfery ulega ochłodzeniu. Gdy powietrze ochładza się, kurczy się, tak samo jak balon po włożeniu go do zamrażarki.

To ochłodzenie i skurcz nie były zaskakujące. „Modele pokazują ten efekt” – powiedziała Brenta Thriaraja, naukowiec zajmujący się atmosferą z Virginia Tech, który przez lata uczestniczył w badaniach. „Byłoby jeszcze dziwniejsze, gdyby nasza analiza danych tego nie wykazała”.

Podczas gdy poprzednie badania obserwowały to ochłodzenie, żadne z nich nie wykorzystywało rekordu danych o takiej długości ani nie wykazało kurczenia się górnych warstw atmosfery. Naukowcy twierdzą, że te nowe odkrycia wzmacniają ich wiarę w naszą zdolność do modelowania złożonych zmian w górnych warstwach atmosfery.

Zespół przeanalizował zmiany temperatury i ciśnienia w ciągu 29 lat, korzystając z trzech zestawów danych obejmujących letnie niebo na biegunach północnym i południowym. Zbadali zasięg nieba od 30 do 60 mil nad powierzchnią. Na większości wysokości atmosfera ochładza się wraz ze wzrostem stężenia dwutlenku węgla. Efekt ten oznacza, że ​​wysokość ciśnienia atmosferycznego zmniejsza się wraz ze schładzaniem powietrza. Innymi słowy, atmosfera się kurczyła.

Środkowa atmosfera Ziemi

Chociaż to, co dzieje się w atmosferze, nie wpływa bezpośrednio na ludzi, obszar jest ważny. Górna granica atmosfery, 50 mil nad Ziemią, to miejsce, w którym znajdują się najzimniejsze temperatury atmosferyczne. Jest to również miejsce, w którym neutralna atmosfera zaczyna przechodzić w słabe, naładowane elektrycznie gazy w jonosferze.

Jeszcze wyżej, 150 mil nad powierzchnią, gazy atmosferyczne powodują opór satelitów, tarcie, które wyrywa satelity z orbity. Chmury satelitarne pomagają również pozbyć się kosmicznych śmieci. Gdy mezosfera się kurczy, wraz z nią opada reszta górnej atmosfery. W miarę kurczenia się atmosfery opór satelitów może się zmniejszyć – mniej przeszkadza w pracy satelitów, ale także pozostawia więcej śmieci kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Ten wykres przedstawia warstwy atmosfery ziemskiej. Kliknij, aby przeglądać w pełnym rozmiarze. źródło: NASA

Atmosfera jest również znana jako jasnoniebieskie chmury lodu. Nazywane są chmurami nocnymi lub chmurami polarnymi, ponieważ żyją w atmosferze i mają tendencję do gromadzenia się wokół bieguna północnego i południowego. Chmury tworzą się latem, kiedy atmosfera składa się z trzech składników tworzących chmury: pary wodnej, ekstremalnie niskich temperatur i pyłu z meteorytów płonących w tej części atmosfery. 20 maja nad północną Kanadą zaobserwowano oświetlone chmury nocne, rozpoczynając nocną porę chmur na półkuli północnej.

Ponieważ chmury są wrażliwe na temperaturę i parę wodną, ​​są użytecznym sygnałem zmian w atmosferze. „Rozumiemy fizykę tych chmur” – powiedział Bailey. W ostatnich dziesięcioleciach chmury przyciągnęły uwagę naukowców, ponieważ zachowują się dziwnie. Stają się jaśniejsze, odchylając się od biegunów, pojawiając się wcześniej niż zwykle. I Wygląda na to, że jest ich więcej niż w poprzednich latach.

„Jedynym sposobem, w jaki można się spodziewać, że zmieni się w ten sposób, jest obniżenie temperatury i wzrost pary wodnej” – powiedział Russell. Niskie temperatury i obfitość pary wodnej są związane ze zmianą klimatu w górnych warstwach atmosfery.

Russell jest obecnie głównym badaczem AIM, co jest skrótem od Aeronomy of Ice in the Mesosphere, najnowszego z trzech satelitów, które dostarczyły dane do badań. Russell służył jako dowódca we wszystkich trzech misjach NASA: AIM, instrument SABRE na TIMED (Atmosphere, Ionosphere, Mesosphere Energetics and Dynamics) oraz instrument HALOE na dawnym satelicie badawczym UARS (Upper Atmosphere Research Satellite).

TIMED i AIM zostały uruchomione odpowiednio w 2001 i 2007 roku i oba nadal działają. Misja UARS trwała od 1991 do 2005 roku. „Zawsze myślałem, że będziemy w stanie połączyć je w długofalowe badanie zmian” – powiedział Russell. Powiedział, że badanie pokazuje znaczenie długoterminowych obserwacji kosmosu na całym świecie.

W przyszłości naukowcy spodziewają się bardziej oszałamiających pokazów nocnych chmur oddalających się od biegunów. Ponieważ analiza ta skupiała się na biegunach latem, Bailey powiedział, że planuje zbadać te efekty w dłuższych okresach czasu i – po chmurach – zbadać szerszy odcinek atmosfery.