Ο ρόλος των υδρατμών στο κλίμα της Γης στην υπερθέρμανση και στις καταιγίδες.
Πώς η άνοδος των υδρατμών στην ατμόσφαιρα ενισχύει την αύξηση της θερμοκρασίας και επιδεινώνει τα ακραία καιρικά φαινόμενα
Η φετινή σειρά καταστροφών ρεκόρ - από θανατηφόρες πυρκαγιές και καταστροφικές πλημμύρες έως ρεκόρ υψηλών θερμοκρασιών των ωκεανών και ρεκόρ χαμηλού θαλάσσιου πάγου στην Ανταρκτική - φαίνεται σαν επιτάχυνση της κλιματικής αλλαγής που προκαλείται από τον άνθρωπο.
Και είναι. Αλλά όχι μόνο επειδή οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου συνεχίζουν να αυξάνονται. Αυτό που παρατηρούμε επίσης είναι η μακροχρόνια προβλεπόμενη ανάδραση υδρατμών εντός του κλιματικού συστήματος.
Από τα τέλη του 1800, οι παγκόσμιες μέσες επιφανειακές θερμοκρασίες έχουν αυξηθεί κατά περίπου 1,1°C, λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, κυρίως της καύσης ορυκτών καυσίμων που προσθέτουν αέρια θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο) στην ατμόσφαιρα.
Καθώς η ατμόσφαιρα θερμαίνεται, μπορεί να κρατήσει περισσότερη υγρασία με τη μορφή υδρατμών, που είναι επίσης αέριο θερμοκηπίου. Αυτό με τη σειρά του ενισχύει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από τις εκπομπές άλλων αερίων του θερμοκηπίου.
Οι υδρατμοί είναι μέρος του υδρολογικού κύκλου της Γης και παίζουν σημαντικό ρόλο στο φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου[i]. Η άνοδός του είναι συνέπεια της υπερθέρμανσης της ατμόσφαιρας που προκαλείται από τις εκπομπές μας που προκύπτουν ιδίως από την καύση ορυκτών καυσίμων
Υδρατμοί: το άλλο αέριο θερμοκηπίου
Για κάθε βαθμό Κελσίου στην αύξηση της θερμοκρασίας, η ικανότητα συγκράτησης νερού της ατμόσφαιρας αυξάνεται κατά περίπου 7%. Οι υψηλές θερμοκρασίες ρεκόρ της θάλασσας εξασφαλίζουν ότι υπάρχει περισσότερη υγρασία (με τη μορφή υδρατμών) στην ατμόσφαιρα, κατά περίπου 5-15% σε σύγκριση με πριν από τη δεκαετία του 1970, όταν άρχισε σοβαρά η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας.
Οι υδρατμοί είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου. Από τη δεκαετία του 1970, η άνοδός του πιθανότατα αύξησε την υπερθέρμανση του πλανήτη κατά ποσότητα συγκρίσιμη με εκείνη από την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα. Τώρα βλέπουμε τις συνέπειες.
Από πολλές απόψεις, οι υδρατμοί είναι το πιο σημαντικό αέριο του θερμοκηπίου, καθώς καθιστούν τη Γη κατοικήσιμη. Ωστόσο, η ανθρωπογενής κλιματική αλλαγή προκαλείται κυρίως από την αύξηση των μακρόβιων αερίων του θερμοκηπίου διοξειδίου του άνθρακα, υποξειδίου του αζώτου, μεθανίου και χλωροφθορανθράκων (CFC).
Κατά γενικό κανόνα, κάθε μόριο με τρία ή περισσότερα άτομα είναι αέριο θερμοκηπίου, λόγω του τρόπου με τον οποίο τα άτομα μπορούν να δονούνται και να περιστρέφονται μέσα στο μόριο. Ένα αέριο θερμοκηπίου απορροφά και επανεκπέμπει θερμική (υπέρυθρη) ακτινοβολία και έχει ένα αποτέλεσμα επικάλυψης.
Τα σύννεφα έχουν ένα φαινόμενο κάλυψης παρόμοιο με αυτό των αερίων του θερμοκηπίου, αλλά είναι επίσης φωτεινοί ανακλαστήρες της ηλιακής ακτινοβολίας και δρουν για να ψύξουν την επιφάνεια την ημέρα. Στο σημερινό κλίμα, για τις μέσες συνθήκες σε όλο τον ουρανό, οι υδρατμοί εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύουν το 50% του συνολικού φαινομένου του θερμοκηπίου, το διοξείδιο του άνθρακα το 19%, το όζον το 4% και άλλα αέρια το 3%. Τα σύννεφα αποτελούν περίπου το ένα τέταρτο του φαινομένου του θερμοκηπίου.
Γιατί είναι διαφορετικοί οι υδρατμοί;
Τα κύρια αέρια του θερμοκηπίου – διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, υποξείδιο του αζώτου και όζον – δεν συμπυκνώνονται και δεν καθιζάνουν. Οι υδρατμοί το κάνουν, πράγμα που σημαίνει ότι η διάρκεια ζωής τους στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρότερη, κατά τάξεις μεγέθους, σε σύγκριση με άλλα αέρια θερμοκηπίου.
Κατά μέσο όρο, οι υδρατμοί διαρκούν μόνο εννέα ημέρες, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα παραμένει στην ατμόσφαιρα για αιώνες ή ακόμα και χιλιετίες, το μεθάνιο διαρκεί μια δεκαετία ή δύο και το υποξείδιο του αζώτου έναν αιώνα. Αυτά τα αέρια χρησιμεύουν ως η ραχοκοκαλιά της ατμοσφαιρικής θέρμανσης και η προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας είναι αυτό που επιτρέπει την παρατηρούμενη αύξηση των επιπέδων υδρατμών.
Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα δεν εξαρτάται από τον καιρό. Προέρχεται κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων. Το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα έχει αυξηθεί από τα προβιομηχανικά επίπεδα των 280ppmv στα 420ppmv (αύξηση 50%) και περίπου το ήμισυ αυτής της αύξησης έχει συμβεί από το 1985.
Αυτό αντιπροσωπεύει περίπου το 75% της ανθρωπογενούς θέρμανσης από μακρόβια αέρια θερμοκηπίου. Το υπόλοιπο της ανθρωπογενούς υπερθέρμανσης της ατμόσφαιρας προέρχεται κυρίως από το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου, με αντισταθμίσεις από αερολύματα ρύπανσης.
Η επιπλέον θέρμανση από υδρατμούς είναι στο ίδιο επίπεδο με εκείνη από το αυξημένο διοξείδιο του άνθρακα από τη δεκαετία του 1970.
Υδρατμοί και ο κύκλος του νερού
Οι υδρατμοί είναι η αέρια μορφή του νερού και υπάρχει φυσικά στην ατμόσφαιρα. Είναι αόρατο με γυμνό μάτι, σε αντίθεση με τα σύννεφα, τα οποία αποτελούνται από μικροσκοπικά σταγονίδια νερού ή κρυστάλλους πάγου αρκετά μεγάλους ώστε να διασκορπίζουν το φως και να γίνονται ορατοί.
Το πιο κοινό μέτρο των υδρατμών στην ατμόσφαιρα είναι η σχετική υγρασία.
Κατά τη διάρκεια των κυμάτων καύσωνα και των θερμών συνθηκών, αυτό είναι που επηρεάζει την ανθρώπινη άνεση. Όταν ιδρώνουμε, η εξάτμιση της υγρασίας από το δέρμα μας έχει ψυκτικό αποτέλεσμα. Αλλά αν το περιβάλλον είναι πολύ υγρό, τότε αυτό δεν λειτουργεί πλέον και το σώμα γίνεται κολλώδες και άβολο.
 |
Η υγρασία ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα ως υδρατμοί. Οι καταιγίδες συλλέγουν και συγκεντρώνουν τους υδρατμούς έτσι ώστε να μπορούν να κατακρημνιστούν. Καθώς οι υδρατμοί έχουν εκθετική εξάρτηση από τη θερμοκρασία, είναι υψηλότεροι σε θερμές περιοχές, όπως οι τροπικές περιοχές και κοντά στο έδαφος. Τα επίπεδα μειώνονται σε ψυχρά υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη και υψόμετρα.
Η διαστολή και η ψύξη του αέρα καθώς ανεβαίνει δημιουργεί σύννεφα, βροχή και χιόνι. Αυτός ο έντονος υδρολογικός κύκλος σημαίνει ότι τα μόρια υδρατμών διαρκούν μόνο λίγες ημέρες στην ατμόσφαιρα.
Το νερό είναι το κλιματιστικό του πλανήτη. Όχι μόνο διατηρεί την επιφάνεια πιο δροσερή (αν και σε βάρος της υγρασίας), αλλά η βροχή ξεπλένει επίσης πολλή ρύπανση από την ατμόσφαιρα προς όφελος όλων.
Οι βροχοπτώσεις είναι ζωτικής σημασίας. Τρέφουν τη βλάστηση και υποστηρίζουν διάφορα οικοσυστήματα αρκεί ο ρυθμός να είναι μέτριος. Αλλά καθώς το κλίμα θερμαίνεται, τα υψηλότερα επίπεδα υγρασίας αυξάνουν την πιθανότητα για ισχυρότερες βροχοπτώσεις και τον κίνδυνο πλημμύρας.
Επιπλέον, η λανθάνουσα ενέργεια που εξατμίστηκε επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, προσθέτοντας θέρμανση και προκαλώντας άνοδο του αέρα, αναζωογονώντας τις καταιγίδες και καθιστώντας τα ακραία καιρικά φαινόμενα μεγαλύτερα και λιγότερο διαχειρίσιμα.
Αυτές οι αλλαγές σημαίνουν ότι όπου δεν βρέχει, αυξάνεται ο κίνδυνος ξηρασίας και πυρκαγιάς, αλλά όπου βρέχει, βρέχει.
Kevin Trenberth Διακεκριμένος υπότροφος, NCAR- συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ, Πανεπιστήμιο του Όκλαντ
[i] Αλλά υπάρχουν ενισχυτικές ανατροφοδοτήσεις, και το πιο σημαντικό είναι η ανατροφοδότηση υδρατμών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υδρατμοί, όπως το CO₂, είναι αέριο θερμοκηπίου. Υψηλότερη θερμοκρασία σημαίνει περισσότερους υδρατμούς στον αέρα, όπως απαιτείται από το νόμο CC( (Νόμος Clausius-Clapeyron) και όπως επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα μέτρησης, και αυτό στη συνέχεια αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία. Αυτό διπλασιάζει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από το CO₂ από έναν σε δύο βαθμούς Κελσίου. Μέσω περαιτέρω ανατροφοδότησης, αυτό ενισχύεται κατά ένα επιπλέον 50%, σε συνολικά περίπου τρεις βαθμούς Κελσίου μετά από διπλασιασμό του CO₂. Βλέπε και Η εξίσωση της 'καταστροφής' (Νόμος Clausius-Clapeyron).
