Jaki będzie efekt chłodzący czy ogrzewający klimat to zależy od rodzaju chmury i jej wysokości od powierzchni Ziemi oraz od ilości i jakości aerozolu w atmosferze jako jąder kondensacji inicjujących powstawanie nie tylko wspomnianych chmur, ale różnej wielkości kropelek wody i kryształków lodu, z których są opady deszczu oraz śniegu i gradu.
Najwięcej chmur, takich jak cumulusy i stratocumulusy, i opadów atmosferycznych, zwłaszcza deszczu, powstaje nad oceanami (Kevin M. Smalley & Anita D. Rapp, 2020). Tam właśnie najwięcej występuje pary wodnej, która obficie paruje z największych zbiorników wodnych na Ziemi. Tam też jest największe zachmurzenie dzięki również obfitej ilości aerozoli takich kryształki soli z rozbryzgów fal morskich, dimetylek siarczku (DMS) z emisji glonów (Wei-Lei Wang i in., 2020) czy nawet rozprzestrzeniająca się międzykontynentalnie krzemionka, czyli kwarc z ziarenek piasku i pyłu pustynnego, a nawet pyłki roślin.Te wszystkie aerozole są jądrami kondensacji do powstawania różnorodnych chmur. To właśnie tam przeważają jeszcze chmury niskie nad wysokimi.
Choć w strefach wysokiego ciśnienia atmosferycznego i wiejących antypasatów na szerokościach geograficznych zwrotnika raka i koziorożca niebo jest z reguły czyste . Inaczej jest na szerokościach okołorównikowych, w strefie niskiego ciśnienia atmosferycznego, gdzie wieją pasaty, w tak zwanej strefie konwergencji międzytropikalnej, czyli największej konwekcji burzowo-deszczowej na Ziemi, gdzie jest najwięcej pary wodnej skraplającej się w niskich chmurach cumulonimbusach, przynoszących tam obfite deszcze zenitalne (Jessica Vial i in., 2019).
W ocieplającym się świecie znacznie mniej powstaje chmur i opadów atmosferycznych nad lądami i dużymi wyspami, zwłaszcza wewnątrz ich z dala od wybrzeży oceanicznych i morskich oraz dużych rzek i jezior. Ale jednak i tam jest dużo pary wodnej w atmosferze, która koncentruje się przede wszystkim tuż przy powierzchni Ziemi. Im większe ocieplenie klimatu powoduje wzrost koncentracji gazów cieplarnianych takich jak dwutlenek węgla i metan, tym większa staje się też koncentracja wspomnianej pary wodnej.
Rys. Sprzężenie zwrotne chmur (albedo).
Jednak coraz cieplejsza atmosfera nad lądami i dużymi wyspami sprawia, że nad nimi powstaje coraz mniej chmur niskich, z jednej strony typowo opadowych, a z drugiej strony ochładzających klimat Ziemi poprzez większe odbijanie promieni słonecznych od jasnych wierzchołków chmur niskich (ujemne sprzężenie zwrotne chmury) niż ich pochłanianie czy też przepuszczanie ku powierzchni Ziemi. Za to coraz więcej powstaje chmur wysokich, które więcej przepuszczają promieni słonecznych ku powierzchni naszej planety, a mniej ich pochłaniają czy też odbijają z powrotem w kosmos (dodatnie sprzężenie zwrotne chmury) (Joel Norris i in. 2016).
Duży udział wzmacniający ocieplenie klimatu nad lądami mają fale promieniowania podczerwonego emitowane przez powierzchnię naszej Ziemi i skutecznie wychwytywaną nie tylko przez gazy cieplarniane, ale i też przez chmury wysokie. W pewnym sensie chmury wysokie jak cirrusy powstają też w sztuczny sposób ze smug kondensacyjnych, które tworzą się w wyniku wydzielania z dysz samolotowych spalin wymieszanych z para wodną, która na wysokości granicznej troposfery ze stratosferą sublimuje w kryształki lodu (Ulrike Burkhardt & Bernd Karcher, 2011).
Jednak pomimo tego, że zmniejsza się liczba chmur niskich kosztem wysokich i w ogóle pod wpływem dalszego wzrostu średniej temperatury powierzchni Ziemi zmniejsza się liczba chmur, to póki co na razie chmury niskie wywierają duży większy wpływ niż wysokie i w większym zakresie przyczyniają się sumarycznie do większego ochłodzenia klimatu. A całościowo planeta jest pokryta 2/3 chmurami. Ale to nie będzie trwało wiecznie. Wraz z coraz wyższym wzrostem temperatury globalnej zacznie ubywać chmur w atmosferze Ziemi.
Efekt chłodzący nad lądami i wyspami zawdzięczamy w dużej mierze aerozolom antropogenicznym jak związki siarki czy azotu, i to znacznie większy od aerozoli naturalnych tych samych związków wydobywanych ze sporadycznie wybuchających wulkanów. Ale w obu przypadkach efekt ocieplający dają cząstki niespalonego węgla jak sadza. Podobnie wraz dwutlenkiem węgla sadza intensywnie zalega nad obszarami gdzie powstają pożary, zarówno powstałe naturalne (Rajan K. Chakrabarty i in., 2014), jak i wywołane przez człowieka, celowo lub nieświadomie. I to jednak jest znacznie większy efekt ocieplający.
Nie tylko nad oceanami, ale i również nad lądami i wyspami występują aerozole jak piasek czy pył pustynny oraz pyłki roślin. Być może też rozprzestrzeniają się aerozole typowo morskie jak wspomniane wcześniej kryształki soli z rozbryzgów fal morskich czy też DMS z emisji glonów tworzących plankton oceaniczny. Ale mimo wszystko aerozole antropogeniczne mają bardzo znaczący wpływ w ochładzaniu klimatu. Gdybyśmy dziś hipotetycznie wyzerowali emisje gazów cieplarnianych, to jednocześnie wyeliminowalibyśmy aerozole, co zwiększyłoby wzrost temperatury globalnej o około 0,5 stopnia Celsjusza (Bjørn Hallvard Samset i in., 2018) Tak więc, mamy problem. Badania nad symulacjami modeli klimatycznych trwają. Czy przełożyłoby się to na rzeczywistość? Trudno powiedzieć.
W każdym razie, generalnie aerozole, czy to naturalne czy to antropogeniczne są tak zwanymi jądrami kondensacji, na których powstają mniejsze czy większe kropelki deszczowe czy też kryształki lodu, z których są opady śniegu czy gradu. Aerozole te wzmacniają powstawanie chmur, które bez nich znacznie wolniej by powstawały. Jest to tak zwany efekt aerozolowy pośredni (Huiling Huang i in., 2020). Ale również aerozole mają swoje właściwości chłodzące klimat (oprócz sadzy) bez inicjacji chmur. Jest to tak zwany efekt aerozolowy bezpośredni (Jia Jung i in., 2020).
Wracając jednak do chmur, mniejsze kropelki deszczu w dużej ilości mają tendencje do większego odbijania promieni słonecznych w efekcie albedo a zarazem wydłużenia życia danej chmury, ponieważ mają bardzo jasną powierzchnię. Z kolei większe kropelki w małej ilości mniej odbijają promieni słonecznych i gdy łączą się one w coraz większe krople, stają się one coraz cięższe i pokonują grawitację i opór powietrza, a następnie opadają z chmur w kierunku powierzchni Ziemi. Im silniejszy jest ten proces, tym życie chmury staje się coraz krótsze (Steven C. Sherwood i in., 2014).
No i tu zachodzi dziwny paradoks. Małe kropelki deszczu, które słabo się łączą z sobą wydłużając życie chmury i powodując większe albedo, przyczyniają się z jednej strony do ochłodzenia klimatu, a z drugiej strony do zmniejszenia opadów deszczu czy śniegu przynoszących wpływ na wiele regionalnych stref klimatycznych w postaci występowania większych susz, upałów czy nawet pożarów. Ale duże kropelki, które silniej się łączą z sobą skracając życie chmury i powodując mniejsze albedo, przyczyniają się z jednej strony do ocieplenia klimatu, a z drugiej strony do zwiększenia opadów deszczu czy śniegu przynoszących wpływ na wiele regionalnych stref klimatycznych w postaci występowania większych powodzi czy też burz takich jak huragany, tajfuny i cyklony (Thomas Wahl i in., 2015).
To wszystko jest naprawdę bardzo skomplikowane. Przy kontynuacji scenariusza emisji biznes jak zwykle, do końca wieku wraz większym wzrostem temperatury globalnej jest przewidywany większy wzrost pary wodnej w atmosferze, oczywiście z wyższymi koncentracjami dwutlenku węgla, metanu czy podtlenku azotu, w którym modele klimatyczne wskazują wyraźnie, że nad oceanami będzie jeszcze więcej opadów deszczu, a nad lądami i wyspami będzie mniej. Sumarycznie na Ziemi jednak, ponieważ oceany zawierają 71 % powierzchni, będzie więcej dni deszczowych niż bezdeszczowych pod koniec wieku.
—
Referencje: