Co wiemy o albedo Ziemi?

Wielkość albedo jest zależna od stopnia jasności powierzchni planet

Powszechnym parametrem buforującym, a także blokującym napływ ciepła prosto od Słońca do Ziemi jest współczynnik zwany albedo . Albedo jest to stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego. Jest mierzone w skali od 0, co odpowiada czarnemu ciału, które pochłania całe padające promieniowanie, do 1, odpowiadające ciału białemu, które odbija całe padające promieniowanie (cytat z Wikipedii). Występuje zarówno w chmurach, jak i na powierzchni planet typu ziemskiego. Jest to też wielkość uśredniona dla całej powierzchni i czasu. Ogólnie albedo jest najwyższe, gdy promienie słoneczne odbijają się od jak największej liczby powierzchni jaśniejszych niż ciemniejszych (Graeme L. Stephens i in., 2015). W taki sposób jeszcze 20 tysięcy lat temu świat był pogrążony w ostatnim glacjale. Konkretnie w wurmie (zlodowaceniu północnopolskim). Wówczas albedo było wielokrotnie wyższe od obecnego przy zamarzniętych pokrywach lodowych, a Słońce miało o wiele niższą jasność. Również nachylenie ekliptyki względem orbity ziemskiej było wtedy mniej skierowane ku Słońcu (Anthony J. Broccoli & Sukuro Manabe, 1987). Dopiero 12 tysięcy lat temu wszystko zaczęło ulegać zmianie gdy Słońce stawało się jaśniejsze, a wspomniana ekliptyka względem orbity naszej planety bardziej skierowana ku naszej gwieździe. Intensyfikacja promieni słonecznych wpłynęła na topnienie pokryw lodowych i odkrywanie coraz większej liczby ciemniejszych powierzchni (lądów i wód oceanicznych i morskich). Aż w środkowym holocenie zrobiło się na tyle ciepło, że albedo stawało się coraz niższe (J. Otto i in., 2011). Taki cykl jednak został dziś przez nas mocno zaburzony, dzięki powstałej nadwyżce gazów cieplarnianych antropogenicznego pochodzenia.

Rysunek. Porównanie intensywnego pochłaniania energii promieni słonecznych przez odsłoniętą wodę i ziemię z odbijaniem energii przez lód i śnieg. (źródło)

Porównanie albedo na Ziemi z występującym na Wenus, na Marsie i na Merkurym

Albedo dla Ziemi względem pozostałych planet skalistych w Układzie Słonecznym wynosi 0,37. Jest to planeta koloru błękitnego, na której w jej atmosferze najwięcej jest azotu (78 %) i tlenu (21 %). Występuje też w małej ilości neutralny argon (1 %). Chmury są o zabarwieniu jaśniejszym i odbijają promienie słoneczne skuteczniej niż w kolorze ciemniejszym. Względem planet Wenus, Marsa i Merkurego, występuje tu albedo pośrednie i pokrycie chmur niezbyt duże, ale skutecznie buforujące dopływ ciepła (Ronald G. Prinn & Jr B. Fegley, 2003). Energia cieplna ze Słońca, która trafia obecnie do układu klimatycznego Ziemi, zamieniona w energię promieniowania podczerwonego, jest jeszcze skuteczniej blokowana przez gazy cieplarniane, tak, że trudno znajduje odpływ z tego układu w kosmos.

Albedo w stosunku do powierzchni Ziemi i w stosunku do powierzchni chmur

Albedo na naszej planecie w tej chwili jest najsilniejsze na obu białych powierzchniach biegunów polarnych. Słabsze jest w biomach o charakterze pustynnym i stepowym. a jeszcze słabsze jest w ekosystemach otwartych w dużym stopniu przekształconych przez człowieka, takie jak murawy kserotermiczne i napiaskowe, łąki różnego rodzaju oraz ubogie i suche zarośla. A nad powierzchnią planety, albedo jest najskuteczniejsze w białych powierzchniach warstw chmur (Stephen E Schwartz i in., 2002). Podobne albedo nad Ziemią tworzą aerozole naturalne. Pochodzące z oceanów i mórz – sól morska, z piasków pustyń i stepów – jasne pyły i inne substancje mineralne oraz z wulkanów – jasne cząsteczki dwutlenku siarki. W wielu częściach świata dodatkowym czynnikiem są także aerozole, ale antropogeniczne (David A. Noever i in., 2011). W szczególności do nich są zaliczane wspomniane wcześniej cząsteczki dwutlenku siarki. I co ciekawe, te aerozole najskuteczniej przyczyniały się do tego, że promieniowanie słoneczne zamiast dochodzić do Ziemi rozpraszało się w chmurach albo odbijało z powrotem w kosmos.

W latach 50-80, gdy intensywnie na skalę globu spalano paliwa kopalne powodujące zanieczyszczenia przemysłowe, jak chociażby wspomniany już dwutlenek siarki, czyli SO2. Ponadto jądra kondensacji z tych zanieczyszczeń przyczyniały się do powstawania dodatkowych chmur (Olivier Boucher & Ulrike Lohmann, 1994). W ten sposób powstało w tamtych latach tzw. globalne zapylenie atmosfery skutecznie maskujące wzmocnienie efektu cieplarnianego, czyli antropogeniczne globalne ocieplenie. Od początku XXI wieku w państwach azjatyckich (zwłaszcza w Chinach i w Indiach) spala się na potęgę zarówno węgiel, jak i ropę naftową oraz gaz ziemny. Jednak dziś czas jest inny. Dwutlenek siarki już nie wywiera takiej presji ochładzającej na układ klimatyczny Ziemi (Gunnar Myhre i in. 2013).

Po 30 latach efekt cieplarniany dostał wielokrotnego wzmocnienia. A więc, i albedo jest słabsze niż wtedy. Ekosystemy na planecie są wielokrotnie przetrzebione, w taki sposób, że też w jakimś stopniu wpłynęło to na zaburzenie systemu klimatycznego i znacznie silniejsze wzmocnienie antropogenicznego globalnego ocieplenia. Dziś albedo odgrywa coraz słabszą rolę min. w Arktyce i w Grenlandii oraz na Antarktydzie Zachodniej. Zaczynają już te procesy powstawać na Antarktydzie Wschodniej. Przykładem takim jest chociażby topnienie lodowca Totten. Przyprószone sadzą przemysłową pokrywy lodowe szybciej topnieją z wierzchu, nawet w zimniejszych rejonach Arktyki (James Hansen & Larissa Nazarenko, 2004). A od spodu szybciej topnieją od ogrzewających się wód oceanicznych (wówczas białe powierzchnie pokryw lodowych odkrywają się odsłaniając ciemny grunt) (Michon Scott & Kathryn Hansen, 2016). Ogromna ilość energii cieplnej skumulowanej w atmosferze naszej planety trafia coraz więcej prosto do oceanów i w ich głębiny. Właśnie to najbardziej niepokoi naukowców. Coraz słabsze albedo w Arktyce i w Grenlandii oraz na Antarktydzie (Jianjun Yin i in., 2011).

Przykładowe albedo (odbicia słonecznego): (Wikipedia)
np. świeży asfalt – 4 %; świeży śnieg – 80 %  
Powierzchnia Typowe albedo
Świeży asfalt 0,04 [5]
Otwarty ocean 0,06 [6]
Zużyty asfalt 0,12 [5]
Las iglasty
(lato)
0, 08 [7] 0, 09 do 0, 15 [8]
Las liściasty 0,15 do 0,18 [8]
Goła gleba 0,17 [9]
Zielona trawa 0,25 [9]
Pustynny piasek 0,40 [10]
Nowy beton 0,55 [9]
Lód oceaniczny 0,50 do 0,70 [9]
Świeży śnieg 0,80 [9]

Im wyższe albedo, tym wolniejsze ocieplanie się klimatu

Klucz do względnej stabilizacji klimatu tkwi właśnie w pokrywach lodowych, zarówno wokół Arktyki, jak i Antarktyki, ale i też w chmurach niskich, zwłaszcza stratocumulusach nad rozległymi powierzchniami oceanów na naszej Ziemi. Im większe albedo będzie tym lepiej dla planety i dla wszelkich form życia na niej. Tylko niestety to albedo ziemskie staje się coraz mniejsze na niekorzyść życia ziemskiego. Dobrze chociaż, że przychodzące od Słońca krótkofalowe widzialne promieniowanie nie jest w żaden sposób zatrzymywane przez chmury czy gazy cieplarniane, zarówno przed dotarciem do powierzchni naszego globu, jak i po jego odbiciu od jej powierzchni. Dopiero mielibyśmy poważny problem globalny. Faktem niezbitym jednak jest to, że kłopot największy nam sprawia nasze ziemskie długofalowe podczerwone promieniowanie. Gdyż to ono jest skutecznie blokowane przez rosnącą nadwyżkę antropogenicznych gazów, a w szczególności dwutlenku węgla. Tak więc w obecnej sytuacji albedo chmur czy lodu jest dla nas zbawieniem. Im będzie go więcej, tym lepiej dla nas ludzi i dla wszystkich gatunków na Ziemi.

http://ziemianarozdrozu.pl/encyklopedia/87/topnienie-lodow-arktyki

https://en.wikipedia.org/wiki/Albedo

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2014RG000449

https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01054478

https://cp.copernicus.org/articles/7/1027/2011/

https://www.researchgate.net/publication/234148842_The_Atmospheres_of_Venus_Earth_and_Mars_A_Critical_Comparison

https://www.pnas.org/content/99/4/1784.full

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0303264796016115

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3402/tellusb.v47i3.16048

https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/aerosols-and-their-relation-to-global-climate-102215345/

https://www.pnas.org/content/101/2/423

https://earthobservatory.nasa.gov/features/SeaIce

https://www.nature.com/articles/ngeo1189?page=3

 

2 thoughts on “Co wiemy o albedo Ziemi?”

  1. Czy szanowny autor wziął pod uwagę jakie obecnie jest stężenie procentowe CO2 w atmosferze i o ile procent zwiększyło się od 1950 roku? Oraz jaki był udział człowieka w tym procentowym zwiększeniu ziemskiego CO2? A jaki był w tym czasie procentowy wzrost średniej temperatury? Jak to jest możliwe, że odbite promieniowanie podczerwone od gazów cieplarnianych w wyższych warstwach atmosfery o temperaturach ujemnych “ogrzewa” niskie warstwy o średniej temperaturze np. +5 stopni C?

    1. Od 1959 r. o około 30 % wzrosło stężenie dwutlenku węgla z 316 ppm do 410 ppm dziś. W drugiej połowie XX w. i obecnych dwóch dekadach XXI w. antropogeniczne ocieplenie ma wielokrotnie większy wpływ niż naturalne, które wyjątkowo było silne w pierwszej połowie XX w., ale już był wyraźniejszy wpływ antropogenicznego ocieplenia niż w latach 1850-1900, który jest okresem bazowym, w którym jest mierzona anomalia temperatury Ziemi.

      Promieniowanie podczerwone nie jest odbijane od gazów cieplarnianych w atmosferze, tylko jest przez nie wypromieniowywane we wszystkich kierunkach, a w szczególności ku powierzchni Ziemi, intensywniej z niższych warstw troposfery powodując silniejsze nagrzewanie naszej planety. Jest to tak zwane zjawisko reemisji promieniowania zwrotnego atmosfery.

      Arktyka ociepla się dwukrotnie szybciej niż średnie szerokości geograficzne i trzy razy szybciej niż tropiki.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *