Forrás: [origo] | 2018.09.30.

Amerikai kutatók a Föld hőháztartását tanulmányozva felvázoltak egy olyan forgatókönyvet, amelyben melegedő bolygónk egyre inkább a Vénuszhoz válik hasonlatossá.

Ahogy a belül felforrósodó sütő is egyre jobban melegíti a konyhát, a Föld is egyre több hőt ad le az űrbe, amint a felszíni hőmérséklete emelkedik. Az 1950-es évek óta végzett megfigyelések meglepően egyszerű, lineáris összefüggést tártak fel a földfelszín hőmérséklete és a bolygó leadott hőmennyisége között.

Azonban a Föld rendkívül kusza rendszer, ahol számos, egymással bonyolult kölcsönhatásban álló tényező befolyásolhatja ezt a folyamatot, ezért a tudósok nemigen találtak rá magyarázatot, hogyhogy a felszíni hőmérséklet és a kimenő hő közötti összefüggés ennyire szimplának és lineárisnak adódik. Pedig a klímaváltozás hatásainak megbízható modellezéséhez szükség volna a jelenség pontos megértésére.

Vízgőz-visszacsatolás

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének kutatói most megtalálták a választ, s egyben azt is megjósolják, melyik ponton veszti érvényét ez a lineáris képlet. Elmagyarázzák: a Föld a bolygó felszínéről és a légkörből egyaránt lead hőt a világűrbe. Ahogy mindkettő felmelegszik – például mert több szén-dioxid kerül a légkörbe –, a levegő több vízgőzt vesz fel, ami tovább fokozza a légkör hővisszatartó képességét.

Ezt az ördögi kört, amelyben az üvegházhatás saját magát gerjeszti, vízgőz-visszacsatolásként ismerik a klímatudósok.

Az MIT csoportjának kulcsfontosságú felismerése értelmében a vízgőz-visszacsatolás hatása pontosan elegendő ahhoz, hogy ellentételezze a felmelegedő légkör nagyobb hőleadását az űr felé. Az USA Tudományos Akadémiájának folyóiratában, a Proceedings of the National Academy of Sciencesben megjelentetett tanulmány azt is segít megmagyarázni, miként bontakoztak ki a földtörténeti múltban az extrém felmelegedési epizódok.

Forrás: NASA/ISS Crew/Johnson Space Center

A földi hőháztartás miértjeit megválaszolandó a csoport számítógépes modell segítségével szimulálta a Föld hőleadását – vagyis infravörös sugárzását – a világűr felé. A leegyszerűsített modellben a Földet egy függőleges oszlop reprezentálja, amely a földfelszíntől egészen az űrig nyúlik. Ha megadnak egy felszíni hőmérsékletet, a program kiszámítja a teljes oszlop által kibocsátott, illetve az űrbe elszökő hőmennyiséget. A betáplált hőmérséklet változtatásával mód nyílik annak megfigyelésére, miként változik a kimenő hő a felszíni hőmérséklet függvényében.

Sok korábbi tanulmánnyal egybecsengő módon az adatok ábrázolása szép egyenest, vagyis lineáris összefüggést ad a hőmérsékletek széles, mintegy 60 Kelvin-fokos tartományában. „Szóval a sugárzási modell visszaadta azt, ahogy a Föld ténylegesen viselkedik – nyugtázta Daniel Koll, az MIT posztdoktor munkatársa és a közlemény szerzője. – Úgyhogy elkezdtem bányászni a modell kódjában, ami nem más, mint egy nagy halom fizikai képlet, hogy megértsem, melyik fizikai törvényszerűség felelős ezért az összefüggésért.” A különböző légköri mutatókat – például a keveredéses áramlást és a légnedvességet – a modellben ide-oda tologatva Koll és munkatársai azt figyelték, hogyan reagál a változtatásra a Földet elhagyó infravörös sugárzás mennyisége. „Az infravörös spektrumot körülbelül 350 ezer szegmensre osztottuk fel, mert nem mindegy, milyen infravörösről beszélünk” – tette hozzá a kutató.

Koll elmagyarázta:

bár a vízgőz csakugyan felveszi a hőt, vagyis az infravörös sugárzást, ezt nem minden megkülönböztetés nélkül teszi, hanem csak rendkívül specifikus hullámhosszakon.

Azért kellett az infravörös tartományt 350 ezer részre szabdalni, hogy kiderüljön, pontosan melyik hullámhosszakat nyeli el a vízgőz.

Forrás: leemage/©P.Carril/Novapix/Leemage/P.Carril

Vigyázó szemetek a Vénuszra vessétek!

Összességében a kutatócsoport azt állapította meg, hogy a felmelegedő földfelszín egyre több hőt próbál leadni az űrbe, viszont ezzel egy időben a vízgőz mennyisége is nő a légkörben, ami elnyeli és csapdába ejti az infravörös tartomány bizonyos hullámhosszait. A vízgőz ezzel üvegházhatást kelt, vagyis megakadályozza a hő egy részének távozását.

Olyan ez, mintha lenne egy ablak, amelyen keresztül a sugárzás folyama kiléphet az űrbe

– érzékelteti Koll. – A folyó egyre gyorsabban és gyorsabban folyik, ahogy a felszín melegszik, ugyanakkor az ablak egyre szűkebbre záródik, mert az üvegházhatás a sugárzás jelentős részét elfogja és nem engedi kiszökni az űrbe.”

A fentiek értelmében a vízgőz üvegházhatása nyújt magyarázatot arra, miért áll egyenes arányban az űrbe elszökő hőmennyiség a felszíni hőmérséklettel: a légkör által kisugárzott hőtöbbletet pont ellensúlyozza a vízgőz fokozott hőelnyelése.

A csoport számításai szerint ez a lineáris összefüggés akkor borulna fel, ha a Föld átlagos felszíni hőmérséklete 27°C fölé emelkednék.

Ilyen viszonyok mellett a Föld hőleadása már nem tudna lépést tartani a felszín felmelegedésével.

A felszíni átlaghőmérséklet jelenleg 12°C körül mozog. „Ez azt jelenti, hogy most még nyugodtak lehetünk, de ha a Föld elkezdene jelentősen felmelegedni, belépnénk a nemlineáris tartományba, ahol a dolgok jóval komplikáltabbá válnak” – kommentálta Koll.

Hogy elképzeljük, mégis hogy nézne ki egy ilyen nemlineáris világ, nem is kell olyan messzire mennünk:

rögtön itt van példának bolygószomszédunk, a Vénusz.

A tudósok szerint valaha a Vénusz is valamiféle Föld-szerű állapotból indult ki, bár nyilvánvalóan akkor is sokkal közelebb volt a Naphoz. „Úgy gondoljuk, hogy valamikor a múltban a Vénusz légköre is sok vízgőzt tartalmazott, és az üvegházhatás annyira felerősödött, hogy a hő szökési ablaka bezáródott. Innentől fogva semmi nem tudott távozni, és beindult egy őrült felmelegedési spirál – magyarázza a tudós. –

Ha ez bekövetkezik, az egész bolygó annyira felforrósodik, hogy elpárolognak az óceánok, és akkor már elég csúnya dolgok tudnak történni. Végül a Földhöz hasonló világ olyanná alakul, amilyennek a Vénuszt látjuk ma.

Illusztráció a Vénusz felszínéről Forrás: leemage/©Joe Bergeron/Novapix/Leemage/Joe Bergeron

A ma emberének még nem kell aggódnia

Koll úgy kalkulálja, hogy a Földön ez a fajta megszaladás csak akkor indulna el, ha a globális átlaghőmérséklet elérné a 67 fokot.

A mai léptékű globális felmelegedés sosem vezethet el ebbe az állapotba; ide csak az a klímaváltozás juttathatja a Földet, amely évmilliárdok alatt, a Nap természetes evolúciójából adódóan következik majd be.

Ezen izgulnunk tehát nem igazán időszerű – viszont az MIT kutatócsoportjának eredményei a ma aktuális klímamodellek jóslatait is pontosíthatják, és segíthetnek megmagyarázni a földtörténeti múlt forró epizódjainak kialakulását.

„Ha a 60 millió évvel ezelőtti Földön körül tudtunk volna nézni, sokkal forróbb és nagyon fura világot tapasztalunk, ahol nincsenek sarki jégsapkák, és a Yellowstone Park földrajzi szélességén pálmák és krokodilok élnek – vázolja Koll. – Az egyik üzenetünk az, hogy amint az ehhez hasonlóan forró klíma felé haladunk – és tudjuk, hogy a múltban ez megtörtént –, a dolgok jóval bonyolultabbakká válnak.”