Aerozole – problematyczne zanieczyszczenia chłodzące Ziemię

Ten materiał prezentujemy w ramach współpracy z Patronite.pl. Jacek Baraniak jest założycielem grupy Antropogeniczne Zmiany Klimatu i środowiska naturalnego, oraz twórcą blog klimatziemi.pl, popularyzator wiedzę o zmianach klimatu. Możesz wspierać autora bezpośrednio na jego profilu na Patronite.

W szczególności wpływ tych składników chemicznych mocno był zaznaczony po drugiej wojnie światowej, zwłaszcza w latach 1951-1980 (Gabriele C. Hegerl i inni, 2019). W tamtym okresie czasu na globie ziemskim istniało zapylenie atmosfery związkami siarki, z jednej strony szkodliwymi dla środowiska naturalnego oraz ludzi, a z drugiej strony silnie ochładzającymi planetę. W tamtym okresie gospodarka krajów zachodnioeuropejskich, amerykańskich oraz Związku Radzieckiego i jego krajów satelickich w Europie Wschodniej, była oparta na ciężkim przemyśle, w tym zbrojeniowym, który przynosił z sobą ogromne emisje dwutlenku siarki (SO2).

Niemiecka klimatolog Beate Liepert z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty w Columbii, w Nowym Jorku, badała redukcję powierzchniowego promieniowania słonecznego z powodu większego zachmurzenia spowodowaną przez bardzo duże emisje aerozoli siarczanowych przemysłowego pochodzenia przyczyniających się do spadku globalnej temperatury i ochłodzenia klimatu

Badanie Liepert obejmowało 252 zapisy z całego okresu zapylenia globalnego 1961-1990 oraz dodatkowe 43 serie czasowe z amerykańskiej Narodowej Bazy Danych Promieniowania Słonecznego (NSRD – National Solar Radiation Database) (E. I. Maxwell i inni, 1995).

Dla każdej stacji naukowczyni obliczyła średnie miesięczne dla następujących trzech dekad: 1961 do 1970, 1971 do 1980 i 1981 do 1990.

Średnie powierzchniowe promieniowanie słoneczne w latach 1981-1990 wyniosło 182 W m-2. Należy zwrócić uwagę, że ta średnia nie reprezentowała wcale średniej globalnej. Zmienność czasowa tych szeregów czasowych pokazał uśredniony spadek o 4 W m-2 w okresie 1970-1980 i o 7 W m-2 w latach 1960-1980.

W sumie, te zapylenie globalne skutecznie maskowało postępujący wzrost koncentracji gazów cieplarnianych, zwłaszcza dwutlenku węgla, o czym już w drugiej połowie lat 50 wiedzieli tylko nieliczni naukowcy.

Bjørn Hallvard Samset, z Centrum Międzynarodowych Badań Klimatu i Środowiska (CICERO – Center for International Climate and Environmental Research) w Oslo, wraz ze swoim zespołem naukowym, zauważył, że zgodnie z polityką neutralności klimatycznej, znacząca redukcja emisji gazów cieplarnianych w fuzji z taką samą redukcją aerozoli spowoduje globalne średnie ogrzewanie powierzchni Ziemi o 0,5–1,1°C, a także doprowadzi do zwiększenia pary wodnej i wzrostu opadów deszczu na planecie o 2,0–4,6%. Również wpłynie to na zwiększenie częstotliwości i intensywności indeksów ekstremalnych warunków pogodowych 2.

Jednakże jest to pilna potrzeba narodów świata, aby zmniejszyć ujemny wpływ zanieczyszczeń na zdrowie ludzi, zwierząt i roślin. Dlatego eksperci zdają sobie sprawę, że może to też wpłynąć na zmianę wielu wzorców zjawisk pogodowych na całym świecie.

Aerozole oddziałując na globalne opady atmosferyczne, wpływają również na międzytropikalną strefę konwergencji (ITCZ – Intertropical Convergence Zone). W szczególny sposób mają one znaczący wpływ na klimaty regionalne (np. Indie, Chiny, Azja południowo-wschodnia), tam gdzie są źródła emisji antropogenicznych. Aerozole wpływają również na intensyfikację monsunów, w szczególności na południu Azji. Ponadto powodują znaczące wysuszanie regionu śródziemnomorskiego oraz na południu Afryki.

Związki siarki (SO2) dominują we wzorcach interakcji: klimat-aerozol, wpływając na wolniejszy wzrost temperatury globalnej z powodu znaczących globalnych emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. Stanowią one wysokie źródło niepewności w prognozach przyszłego klimatu Ziemi, ze względu na nieprzewidzianą politykę klimatyczną do końca 2100 roku.

Sadza (czarny węgiel), jak wynika z badań, ma jednak znacznie mniejszy wpływ na klimat i wymuszanie radiacyjne. Również i źródła emisji tego produktu chemicznego są niepewne. Wiadomo tylko, że ma on właściwości ogrzewające klimat.

Gdy w czerwcu 2022 roku doszło do tragicznej w skutkach powodzi w Pakistanie, większość naukowców była skupiona tylko i wyłącznie na przyczynie dalszego wzrostu emisji gazów cieplarnianych. Okazało się jednak, że nie do końca jest to prawda. Dużą rolę w tym katastroficznym zdarzeniu, przynoszącym śmierć ponad 1600 ludzi oraz wielu zwierząt, odegrały również emisje aerozoli.

Geeta Persad, adiunkt ze Szkoły Geonauk im. Jacksona na Uniwersytecie Teksaskim w Austin, Laura J. Wilcox, profesor nadzwyczajna w Narodowym Centrum Nauk atmosferycznych na Uniwersytecie w Reading, oraz wspomniany wcześniej Bjørn H. Samset, zwrócili uwagę, że większość ocen krótkoterminowego ryzyka klimatycznego, z powodu emisji aerozoli, jest albo ignorowana albo sprowadzana do uśrednionej globalnie kompensacji ocieplenia powodowanego przez emisje gazów cieplarnianych. 3

Na temat gazów cieplarnianych mówią wszyscy, nawet tak ważne instytucje jak IPCC w swoim ostatnim 6 Raporcie Oceny czy naukowcy World Weather Attribution, zajmujący się atrybucją zmian klimatu. Ale aerozole nadal nie przez wszystkich są brane bardzo poważnie pod uwagę.

Na podstawie wcześniejszych badań, naukowcy zauważyli, że przy usunięciu emisji aerozoli, ogrzanie świata spowodować może więcej wyjątkowo gorących dni, więcej ekstremalnych opadów i więcej następujących po sobie suchych dni w gęsto zaludnionych regionach, w przeciwieństwie do tego, gdyby świat ocieplił się o tę samą ilość poprzez dodanie emisji gazów cieplarnianych (Bjørn. H. Samset i inni., 2018).

Istnieje tak zwana "drastyczna niepewność" (rysunek powyżej) co do poziomów aerozoli do połowy XXI wieku. Nie wiadomo czy one wzrosną, spadną czy ustabilizują się. Wszystko też zależy od tego jakie kroki ludzkośc podejmie w redukcji gazów cieplarnianych, i zarazem, aerozoli. Oczywiście będzie wówczas wiadomo, w jakim stopniu wystąpią wszelkie ekstremalne zjawiska pogodowe w poszczególnych regionach Ziemi. Czy także wzrosną, spadną czy ustabilizują się.

Większość regionalnych modeli klimatycznych dotychczas nie zajmowała się śledzeniem procesów aerozolowych w interakcji z klimatem. Również nadal nie są do końca pewne procesy dynamiczne chmur, które z reguły powstają dzięki aerozolom pochodzenia naturalnego (pyły pustynne, kryształki soli morskiej) bądź antropogenicznego (zanieczyszczenia przemysłowe).

Naukowcy w swoim badaniu zastosowali w nowatorski sposób system modeli regionalnych. Zaproponowali projekt porównania regionalnych modeli aerozoli (RAMIP – Regional Aerosol Model Intercomparison Project). Ten system modeli posłużył wdrożeniu zwiększenia informacji potrzebnych do obsługi emulatorów (programów komputerowych), w pewnym sensie będących "świadomymi obecności aerozoli".

Dotychczas poprzedni badacze klimatu nie brali dokładnie pod uwagę regionalnych efektów aerozoli, na co zwrócili uwagę wspomniani eksperci od badań interakcji: aerozol-klimat.

Podsumowując ten temat, warto też podkreślić, że szybka redukcja aerozoli tylko zwiększyłaby obecne globalne ocieplenie. I byłoby ono nawet o 30–50% większe.

Ten materiał prezentujemy w ramach współpracy z Patronite.pl. Jacek Baraniak jest założycielem grupy Antropogeniczne Zmiany Klimatu i środowiska naturalnego, oraz twórcą blog klimatziemi.pl, popularyzator wiedzę o zmianach klimatu. Możesz wspierać autora bezpośrednio na jego profilu na Patronite.

Referencje:

1. Liepert B. G. , 2012 ; Observed reductions of surface solar radiation at sites in the United States and worldwide from 1961 to 1990 ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2002GL014910
2. Samset B. H. et al., 2018 ; Climate Impacts From a Removal of Anthropogenic Aerosol Emissions ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2017GL076079
3. Persad G. G. et al., 2022 ; Aerosols must be included in climate risk assessments ; Nature ; https://www.nature.com/articles/d41586-022-03763-9