Uma explicação para a diminuição do equador ao pólo de diferença de temperatura (EPTD) durante equable climas analisa a influência das nuvens polares estratosféricas (Psc) na radiação de onda comprida, deixando a Terra em altas latitudes e, como resultado,em temperaturas próximas dos pólos. Em contraste com as teorias que explicam formas de transporte de calor para os pólos, este conceito centra-se na captura de calor nas altas latitudes. Nuvens estratosféricas polares podem formar – se na estratosfera polar durante a noite polar. (Picture by Lamont Poole)
As a starting point, an important fact to note is that the high-latitudes receive the most solar radiation in the world during the summer. Esta grande quantidade de radiação pode aumentar substancialmente as temperaturas polares, por isso um mecanismo de aquecimento polar só precisa de aumentar as temperaturas durante o inverno para explicar climas iguais. Este fato faz do PSCs uma explicação plausível para climas iguais. PSCs são nuvens que se formam quando o vapor de água entra na estratosfera e quando as temperaturas são Frias o suficiente para condensar o vapor de água lá. Durante o inverno, as altas latitudes recebem muito pouca ou nenhuma radiação solar,de modo que as temperaturas caem significativamente durante este período, conhecido como noite polar. Nestas condições, o PSCs pode desenvolver-se. Eles capturam a radiação de onda longa (OLR) e emitem parte dela de volta para a superfície da Terra, então eles impedem o resfriamento atmosférico. No entanto, sob diferentes condições atmosféricas que permitiriam que mais vapor de água entrasse na estratosfera, os PSCs poderiam desenvolver-se com mais frequência. Esta mudança causaria o aquecimento nas altas latitudes, já que a radiação de ondas longas não seria capaz de escapar da atmosfera da terra tão facilmente.
os altos lattidues recebem a maior radiação solar no verão(Pidwirny, 2006)
a ideia de que os PSCs poderiam ter causado os climas iguais apareceu em 1992 quando Sloan et al. apresentou a ideia de que níveis mais elevados de metano na atmosfera durante o Eoceno poderiam ter causado o aumento substancial da frequência e da espessura óptica do PSCs. De acordo com o jornal, este desenvolvimento teria causado o aquecimento das regiões polares e poderia ter criado o clima igual durante o Eoceno e o Cretáceo. Os autores basearam seu argumento no fato de que quantidades muito maiores de terras húmidas, que são fontes de metano, existiram durante o Paleoceno e o Eoceno do que atualmente. Eles afirmam que a ” área de terras húmidas possível no Paleoceno-Eoceno teria sido pelo menos 5,6 x 106 km2, em comparação com 2×106 km2 para o presente. Assim, durante o Paleoceno-Eoceno, haveria o potencial de triplicar a produção moderna de metano a partir dos ecossistemas das terras húmidas” (Sloan et al., 1992). Embora estes números sejam apenas estimativas, uma quantidade de terras húmidas do Paleoceno-Eoceno em qualquer lugar perto desta escala poderia ter tido um impacto significativo no ambiente, produzindo grandes quantidades de metano. O metano oxida para formar watervapor na atmosfera, de modo que a quantidade de vapor de água que entra na estratosfera teria aumentado se a quantidade de metano na atmosfera tivesse sido maior. Como resultado do vapor de água mais estratosférico, o PSCs teria sido capaz de se formar mais frequentemente e teria sido opticamente mais espesso. Os PSCs mais grossos captam mais radiação de ondas longas, de modo que o desenvolvimento de PSC mais, opticamente mais grossas teria aquecido as altas latitudes, sem influenciar as baixas latitudes.
para testar esta hipótese, Sloan e Pollard em 1998 criaram um experimento para analisar a influência de PSCs nas altas latitudes. Eles realizaram um experimento modelo com duas situações diferentes. O primeiro cenário não tinha PSCs, enquanto o segundo caso tinha PSCs. Caso contrário, as corridas eram as mesmas e tinham condições definidas para uma terra semelhante ao Eoceno, e eles tinham níveis de dióxido de carbono de 560 ppm e níveis de metano de 0,700 ppm. Sloan e Pollard prescreveram o PSCs para que só existissem durante a metade de inverno do ano acima de 66,5° latitude, onde as temperaturas seriam Frias o suficiente para que os PSCs se formassem. O experimento revelou que o PSCs poderia aquecer as altas latitudes até 20°C a mais do que se elas não estivessem presentes e que o PSCs impede que o gelo marinho se desenvolva durante o inverno, de modo que os níveis de gelo do mar diminuíram significativamente no caso PSC (Sloan e Pollard, 1998). Apesar destes resultados, o experimento com PSCs ainda produziu temperaturas que eram muito baixas em comparação com dados de proxy do Paleoceno-Eoceno.
(Sloan e Pollard, De 1998)
além disso, o presente estudo investigou a influência do Psc na climateand não examinar os efeitos de altas emissões de gases de efeito de níveis de gás e Esp em conjunto. Por isso,Peters e Sloan em 2000 apresentaram outro artigo que investigou o impacto de grandes quantidades de gases de efeito estufa combinados com PSCs. Neste estudo, eles realizaram dois modelos de experimentos, assim como Sloan e Pollard fizeram. Ambos os cenários tinham níveis de dióxido de carbono fixados em 560 ppm, o que é duas vezes o Nível pré-industrial. A primeira situação, ECONTROL, tinha uma concentração atmosférica de metano de 0,700 ppm, a quantidade pré-industrial, e não tinha nenhum PSCs. No segundo caso, chamado PCLOUD, os níveis de metano eram de 10 ppm, o que é 14 vezes a quantidade de níveis pré-industriais, e os PSCs foram prescritos como no estudo Sloan e Pollard. Os resultados mostraram um aumento médio da temperatura média anual (MAT)global de 3,4°C, e MATs em PCLOUD eram mais quentes do que o ECONTROL por 12°C no hemisfério norte e por 9°C no Hemisfério Sul. No entanto, nos trópicos, as esteiras de PCLOUD eram apenas mais quentes do que a do ECONTROL em 2°C. adicionalmente, a temperatura média do mês frio aumentou em 25°C no hemisfério norte e em 18°C no Hemisfério Sul. Como resultado, o estudo mostra que os efeitos combinados de PSCs e níveis mais elevados de gases de efeito estufa poderiam aumentar as características polartemperaturas, sem afetar substancialmente os trópicos. Mais especificamente, revela o impacto de mais metano e de mais PSCs no clima e demonstra que estes dois fatores poderiam ter causado climas iguais.
(Peters e Sloan, De 2000)
Embora o estudo produziu resultados que apoiam a ideia de que a maior concentração de metano e mais Psc pode ter causado equable climas, há dois problemas principais com esta ideia. Em primeiro lugar, na atmosfera moderna, o metano tem uma vida útil de cerca de 7 anos, enquanto o calor polar do Eoceno existiu por cerca de 10 milhões de anos (Kirk-Davidoff, Schrag e Anderson, 2002). Este fato faz parecer improvável que o metano poderia ter persistido por tempo suficiente para ter causado um clima igual. Mesmo que o tempo de vida do metano tenha aumentado durante o Eoceno, é duvidoso que os níveis de metano tenham sido mantidos em concentrações sugeridas no estudo Peters e Sloan ao longo da duração do Eoceno. Além disso, Peters e Sloan não separam os impactos do metano do PSCs. Assume que as concentrações de metano e a quantidade de PSCs estão diretamente correlacionadas e não examina se mais PSCs se formam por causa do metano. Portanto, não se pode ter a certeza de que retrata com precisão a dinâmica atmosférica. À semelhança do cenário do estudo Sloan e Pollard, é possível que apenas níveis mais elevados de dióxido de carbono sejam necessários para causar mais CSP e um clima equitativo. Como resultado, o metano pode não ser tão importante para a criação de PSCs e de climas iguais como Sloan et al. originalmente postulado.
seguindo este comboio do pensamento, David B. Kirk-Davidoff, Daniel P. Schrag, e James G. Anderson decidiu investigar a importância do dióxido de carbono na formação do PSC e argumentou que apenas níveis mais elevados de dióxido de carbono são necessários para causar climas iguais (2002). Numa forma simplificada, afirmam que concentrações mais elevadas de gases de efeito estufa reduziram a quantidade de gelo nas altas latitudes, e esta mudança reduziu a EPTD. Quando o EPTDdecreased, a energia das ondas, propagando-se para a estratosfera da troposfera, também diminuiu, de modo que a circulação Estratosférica derrubando abrandou. Portanto, a estratosfera extratropical aqueceu enquanto a estratosfera polar arrefecia porque a circulação não dispersava tanto calor. Como resultado, o PSCs poderia formar e fazer com que os polos aquecessem mais.
mergulhando em mais profundidade, a teoria começa com a ideia de que a concentração de dióxido de carbono aumentou durante o Eoceno. Como o dióxido de carbono é um gás de efeito estufa, níveis mais elevados de dióxido de carbono fortaleceram a capacidade da atmosfera de radiação de ondas de traplong sendo emitida pela Terra. Assim, o calor não poderia escapar da atmosfera da terra também, assim com o tempo, a Terra aqueceu. Esta mudança causou o derretimento do gelo nas latitudes altas, de modo que o albedo nas latitudes altas diminuiu. O albedo é a fletividade de uma superfície, e superfícies coloridas mais claras têm albedos mais altos porque refletem mais luz do que superfícies escuras. Assim, quando o gelo derreteu nas latitudes altas, o oceano e os continentes reflectiram menos luz do que o gelo que cobria anteriormente. Como resultado, as regiões polares absorveram mais radiação solar e consequentemente aqueceram mais. Os trópicos, no entanto, não sofreram grandes mudanças de albedo, de modo que os níveis de dióxido de carbono onlycarbon teve um efeito na região. Apenas com um nível mais elevado de dióxido de carbono, as temperaturas globais aumentariam igualmente em todas as latitudes, mas o efeito adicional da reacção de albedo-gelo nas altas latitudes teria aumentado as temperaturas mais lá. Este facto explica por que razão níveis mais elevados de gases com efeito de estufa poderiam ter causado um EPTD mais baixo.
porque tem um alto albedo, o gelo reflecte a maior parte da radiação solar que entra nas altas latitudes. (Imagem da NASA)
A teoria, em seguida, torna a suposição de que uma diminuição na EPTDcaused “a energia da gravidade planetária e ondas de propagação da troposfera intothe estratosfera ser reduzida” (Kirk-Davidoff, Schrag, e Anderson, 2002). Este ideacoma do fato de que as tempestades nas latitudes médias se formam por causa do gradiente de temperatura meridialtemperatura e que essas tempestades criam ondas na troposfera. Se o gradiente de temperatura diminuísse, menos tempestades se desenvolveriam porque a atmosfera estaria em um estado mais estável, e como resultado, menos ondas menos intensas se formariam. Portanto, um EPTD mais baixo teria causado uma redução na quantidade de energia que entra na estratosfera. Este conceito não é rebuscado como alguns estudos (Lindzen e Farrell, 1980; Rind, 1998; Shindell et al. 1998; e Fusco e Salby, 1999) sustentam a ideia de que, em decorrência de uma diminuição da EPTD, a atividade de onda atmosférica e a propagação diminuem. Assumindo que um EPTD menor tem este efeito, esta queda na energia das ondas teria diminuído o momento transferido para a estratosfera por essas ondas.
esta redução do momentum teria alterado a taxa de inversão Estratosférica porque este momentum impulsiona a circulação Brewer-Dobson, a circunferência de derrubamento na estratosfera. A circulação Brewer-Dobson é caracterizada pelo ar quente subindo nas baixas latitudes e pelo ar frio afundando nas altas latitudes. Como o momento das ondas planetárias e gravitacionais impulsiona a circulação, se o momento transferido para a estratosfera tivesse diminuído, a circulação teria abrandado. Portanto, as baixas latitudes teriam se tornado mais quentes, enquanto as altas latitudes teriam arrefecido.
Geralmente, o topo da troposfera é muito frio para permitir que o vapor d’água entre na estratosfera. As nuvens normalmente sobem na troposfera devido à convecção, mas em um determinado ponto, a atmosfera torna-se muito fria para que as nuvens subam mais porque todo o vapor d’água nelas precipita. Este ponto geralmente ocorre pelo topo da troposfera, então muito pouco vapor de água entra na estratosfera. No entanto, se o overturningcirculation retardado e se a baixa latitude estratosfera aquecido para baixo para o tropopause, o topo da troposfera poderia ter aquecido o suficiente para permitir que a quantidade de água vaporentering estratosfera ter aumentado. Este vapor de água, então, teria sido desviado para as altas latitudes, e PSCs teria sido capaz de formar mais freqüente e teria sido opticamente mais espessa.
como PSCs desenvolvidos sob estas condições, a janela através da qual a radiação de ondas longas poderia ter escapado da atmosfera teria diminuído, e a atmosfera de alta latitude teria aquecido. De acordo com Kirk-Davidoff, Schrag, andAnderson, o aquecimento devido ao Psc no modelo do Eoceno condições caso é de 15 W/m2 nos pólos, e o aquecimento nas regiões polares, devido a Psc é de 7 K. Estes resultados revelam que a Psc pode ter tido um impacto significativo nas latitudes elevadas temperaturas. Como resultado, a teoria fornece uma explicação razoável para a razão pela qual as póles teriam aquecido durante os climas iguais.
