o explicație pentru scăderea ecuatorului la diferența de temperatură polară (eptd) în timpul climelor egale examinează influența norilor stratosferici polari (PSCs) asupra radiațiilor cu unde lungi care părăsesc Pământul în latitudini mari și, ca urmare,asupra temperaturilor din apropierea polilor. Spre deosebire de teoriile care explică modalitățile de a transporta mai multcăldură la poli, acest concept se concentrează pe captarea căldurii în latitudini mari.
norii se pot forma în stratosfera polară în timpul nopții polare. (Imagine de Lamont Poole)
ca punct de plecare, un fapt important de remarcat este faptul că latitudinile ridicateprimesc cea mai mare radiație solară din lume în timpul verii. Această cantitate mare de radiații poate crește substanțial temperaturile polare, astfel încât un mecanism de încălzire polară trebuie doar să crească temperaturile în timpul iernii pentru a explica climatele egale. Acest fapt face ca PSC-urile să fie o explicație plauzibilă pentru climatele egale. PSC-urile sunt nori care se formează atunci când vaporii de apă intră în stratosferă și când temperaturile sunt suficient de reci pentru vaporii de apăpentru a condensa acolo. În timpul iernii, latitudinile mari primesc foarte puțin sau deloc radiații solare, astfel încât temperaturile scad semnificativ în această perioadă, cunoscută sub numele de noapte polară. În aceste condiții, PSC-urile se pot dezvolta. Acestea captează radiația de undă lungă (OLR) și emit o parte din ea înapoi spre suprafața Pământului, astfel încât împiedică răcirea atmosferică. PSC-urile sunt în prezent relativ neobișnuite; cu toate acestea, în condiții atmosferice diferite care ar permite mai multor vapori de apă să intre în stratosferă, PSC-urile s-ar putea dezvolta mai frecvent. Această schimbare ar provoca încălzirea latitudinilor înalte, deoarece radiațiile cu unde lungi nu ar putea scăpa de atmosfera Pământului la fel de ușor.
latidele înalte primesc cea mai mare radiație solară vara (Pidwirny, 2006)
ideea că PSC-urile ar fi putut provoca climatele egale a apărut în 1992 când Sloan și colab. a prezentat ideea că niveluri mai ridicate de metan în atmosferă în timpul Eocenului ar fi putut determina frecvența și grosimea optică a PSC-urilor să crească substanțial. Potrivit lucrării, această dezvoltare ar fi făcut ca regiunile polare să se încălzească și ar fi putut crea climatul egal în timpul Eocenului și Cretacicului. Autorii și-au bazat argumentul pe faptul că cantități mult mai mari de zone umede, care sunt surse de metan, au existat în timpul Paleocenului și Eocenului decât în prezent. Aceștia susțin că ” zona zonelor umede posibile în Paleocen-Eocen ar fi fost de cel puțin 5, 6×106 km2, comparativ cu 2×106 km2 în prezent. Astfel, în timpul Paleocenului-Eocenului, ar exista potențialul de a tripla producția modernă de metan doar din ecosistemele zonelor umede” (Sloan și colab., 1992). În timp ce aceste numere sunt doar estimări, o cantitate de zone umede Paleocen-Eocen oriunde în apropierea acestei scări ar fi putut avea un impact semnificativ asupra mediului prin producerea unor cantități mari de metan. Metanul se oxidează pentru a forma watervapor în atmosferă, astfel încât cantitatea de vapori de apă care intră în stratosferă ar fi crescut dacă cantitatea de metan din atmosferă ar fi fost mai mare. Ca urmare a vaporilor de apă mai stratosferici, PSC-urile ar fi putut să se formeze mai frecvent și ar fi fost optic mai groase. PSC-urile mai groase captează radiații cu unde mai lungi, astfel încât dezvoltarea PSC-urilor mai groase optic ar fi încălzit latitudinile înalte, fără a influența latitudinile joase.
pentru a testa această ipoteză, Sloan și Pollard în 1998 au creat un experiment pentru a examina influența PSC-urilor asupra latitudinilor mari. Ei au efectuat un experiment model cudouă situații diferite. Primul scenariu nu a avut CSP, în timp ce al doilea caz a avut CSP. În caz contrar, alergările erau aceleași și aveau condiții stabilite pentru un pământ asemănător Eocenului și aveau niveluri de dioxid de carbon de 560 ppm și niveluri de metan de 0,700 ppm. Sloan și Pollard au prescris PSC-urile astfel încât acestea să existe doar în timpul jumătății de iarnă a anului peste 66,5 latitudine de centimi, unde temperaturile ar fi suficient de reci pentru a se forma PSC-uri. Experimentul a arătat că PSC-urile ar putea încălzi latitudinile înalte cu până la 20 de centimetrii C mai mult decât dacă nu ar fi prezente și că PSC-urile împiedică dezvoltarea gheții marine în timpul iernii, astfel încât nivelul gheții marine a scăzut semnificativ în cazul PSC (Sloan și Pollard, 1998). În ciuda acestor rezultate, experimentul cu PSC-uri a produs încă temperaturi prea scăzute în comparație cu datele proxy din Paleocen-Eocen.
(Sloan și Pollard, 1998)
în plus, acest studiu a investigat doar influența PSC asupra climatuluiși nu a examinat efectele nivelurilor ridicate de gaze cu efect de seră și PSC împreună. Prin urmare, Peters și Sloan în 2000 au prezentat o altă lucrare care a investigat impactul unor cantități mari de gaze cu efect de seră combinate cu PSC. În acest studiu, au efectuat două experimente model, la fel ca Sloan și Pollard. Ambele scenarii au avut niveluri de dioxid de carbon stabilite la 560 ppm, care este de 2 ori nivelul preindustrial. Prima situație, ECONTROL, a avut o concentrație atmosferică de metan de 0,700 ppm, cantitatea preindustrială, și nu a avut niciun PSC. În cel de-al doilea caz, numit PCLOUD, nivelurile de metan au fost de 10 ppm, ceea ce este de 14 ori mai mare decât nivelul preindustrial, iar PSC-urile au fost prescrise ca în studiul Sloan și Pollard. Rezultatele au arătat o creștere medie anuală a temperaturii medii (MAT)la nivel global de 3,4%, iar MATs în PCLOUD au fost mai calde decât ECONTROL cu 12% C în emisfera nordică și cu 9% C în emisfera sudică. Cu toate acestea, la tropice, covorașele PCLOUD au fost doar mai calde decât cele ale ECONTROL cu 2% C. În plus, temperatura medie a lunii reci a crescut cu 25% C în emisfera nordică și cu 18% C în emisfera sudică. Ca rezultat, studiul arată că efectele combinate ale PSC-urilor și nivelurile mai ridicate de gaze cu efect de seră ar putea crește polartemperaturile, fără a afecta substanțial tropicele. Mai exact, dezvăluie impactul mai multor metan și mai multe CSP asupra climei și demonstrează că acești doi factori ar fi putut provoca climate egale.
(Peters și Sloan, 2000)
deși studiul a produs rezultate care susțin ideea că concentrațiile mai mari de metan și mai multe PSC ar fi putut provoca climate egale, există două probleme majore cu această idee. În primul rând, în atmosfera modernă, metanul are o durată de viață de aproximativ 7 ani, în timp ce căldura polară Eocenă a existat timp de aproximativ 10 milioane de ani (Kirk-Davidoff, Schrag, and Anderson, 2002). Acest fapt face să pară puțin probabil ca metanul să fi persistat suficient de mult pentru a provoca un climat egal. Chiar dacă durata de viață a metanului a crescut în timpul Eocenului, este îndoielnic că nivelurile de metan au fost susținute la concentrații sugerate în studiul Peters și Sloan pe toată durata Eocenului. În plus, Peters și Sloan nu separă impactul metanului de cel al PSC-urilor. Se presupune că concentrațiile de metan și cantitatea de CSP sunt direct corelate și nu examinează dacă se formează mai multe CSP din cauza metanului. Prin urmare, nu putem fi siguri că descrie cu exactitate dinamica atmosferică. Similar scenariului din studiul Sloan și Pollard, este posibil să fie necesare doar niveluri mai ridicate de dioxid de carbon pentru a provoca mai multe CSP și un climat egal. Ca urmare, metanul poate să nu fie la fel de important pentru crearea PSC-urilor și a climatelor egale ca Sloan și colab. inițial postulat.
urmând acest tren de gândire, David B. Kirk-Davidoff, Daniel P. Schrag și James G. Anderson a decis să investigheze importanța dioxidului de carbon asupra formării PSC și a susținut că sunt necesare doar niveluri mai ridicate de dioxid de carbon pentru a provoca climate egale (2002). Într-o formă simplificată, ei afirmă că concentrațiile mai mari de gaze cu efect de seră au reduscantitatea de gheață în latitudinile mari, iar această schimbare a redus EPTD. Când Eptdaa scăzut, energia din valuri, care se propagă în stratosferă din troposferă, a scăzut, de asemenea, astfel încât circulația de răsturnare stratosferică a încetinit. Prin urmare, stratosfera tropicală s-a încălzit în timp ce stratosfera polară s-a răcit, deoarece circulația nu a dispersat căldura la fel de mult. Ca urmare, PSC-urile s-ar putea forma și au făcut ca polonezii să se încălzeascăchiar mai mult.
scufundându-se în profunzime, teoria începe cu ideea că concentrația de dioxid de carbon a crescut în timpul Eocenului. Deoarece dioxidul de carbon este un gaz cu efect de seră, nivelurile mai ridicate de dioxid de carbon au întărit capacitatea atmosferei de a trage radiații de undă lungă emise de pământ. Astfel, căldura nu a putut scăpa și de atmosfera Pământului, așa că, în timp, pământul s-a încălzit. Această schimbare a făcut ca gheața din latitudinile mari să se topească, astfel încât albedo-ul din latitudinile mari a scăzut. Albedo este thereflectivity de o suprafață, și suprafețe mai deschise colorate au albedos mai mare, deoarece acestea reflectă mai multă lumină decât suprafețele întunecate. Astfel, când gheața s-a topit în latitudinile înalte, oceanul și continentele reflectau mai puțină lumină decât gheața care acoperea anteriorau făcut-o. Drept urmare, regiunile polare au absorbit mai multă radiație solară și, prin urmare, s-au încălzit mai mult. Cu toate acestea, tropicele nu au suferit modificări majore ale albedo-ului, așa că numainivelurile de dioxid de carbon au avut un efect asupra regiunii. Numai cu niveluri mai ridicate de dioxid de carbonar fi crescut temperaturile globale în mod egal la toate latitudinile, dar efectul suplimentar al feedback-ului ice-albedo în latitudinile înalte ar fi crescut temperaturile mai mult acolo. Acest fapt explică de ce nivelurile mai ridicate de gaze cu efect de seră ar fi putut provoca o EPTD mai mică.
deoarece are un albedo înalt, gheața reflectă cea mai mare parte a radiației solare care vine în latitudinile înalte. (Imagine de NASA)
teoria face apoi presupunerea că scăderea Eptdcauzată „energia gravitației și a undelor planetare care se propagă din troposferă în stratosferă să fie redusă” (Kirk-Davidoff, Schrag, and Anderson, 2002). Această ideecurge din faptul că furtunile din latitudinile medii se formează din cauza gradientului de temperatură meridională și că aceste furtuni creează valuri în troposferă. Dacă gradientul de temperatură ar scădea, s-ar dezvolta mai puține furtuni, deoarece atmosfera ar fi într-o stare mai stabilă și, ca urmare, s-ar forma mai puține valuri mai puțin intense. Prin urmare, un EPTD mai mic ar fi determinat o reducere a cantității de energie care intră în stratosferă. Acest concept nu este exagerat ca unele studii (Lindzen și Farrell, 1980; Rind, 1998; Shindell și colab. 1998; și Fusco și Salby, 1999) susțin ideea căsub o scădere a EPTD, activitatea undelor atmosferice și propagarea scade. Presupunând că un EPTD mai mic are acest efect, această scădere a energiei valurilor ar fi diminuat impulsul transferat stratosferei de aceste valuri.
această reducere a impulsului ar fi modificat rata de răsturnare stratosferică, deoarece acest impuls conduce circulația Brewer-Dobson, circulația de răsturnare în stratosferă. Circulația Brewer-Dobson se caracterizează prin creșterea aerului cald în latitudinile joase și scufundarea aerului rece în latitudinile mari. Deoarece impulsul de la undele planetare și gravitaționale conduce circulația, dacă impulsul transferat în stratosferă ar fi scăzut, circulația ar fi încetinit. Prin urmare, latitudinile joase ar fi devenit mai fierbinți, în timp ce latitudinile înalte s-ar fi răcit.
în general, partea superioară a troposferei este prea rece pentru a permite vaporilor de apă să intre în stratosferă. Norii se ridică de obicei în troposferă datorită convecției, dar într-un anumit punct, atmosfera devine prea rece pentru ca norii să se mai ridice, deoarece toți vaporii de apă din ei precipită. Acest punct apare de obicei în partea de sus a troposferei, astfel încât foarte puțini vapori de apă intră în stratosferă. Cu toate acestea, dacă circulația de răsturnare a încetinit și dacă stratosfera cu latitudine joasă s-a încălzit până la tropopauză, partea superioară a troposferei s-ar fi putut încălzi suficient pentru a permite creșterea cantității de apă care vaporizează stratosfera. Acești vapori de apă ar fi fost apoi transportați la latitudini mari, iar PSC-urile ar fi putut să se formeze mai frecvent și ar fi fost optic mai groase.
pe măsură ce PSC-urile s-au dezvoltat în aceste condiții, fereastra prin care radiațiile cu unde lungi ar fi putut scăpa din atmosferă ar fi scăzut, iar atmosfera cu latitudine mare s-ar fi încălzit. Potrivit lui Kirk-Davidoff, Schrag, andAnderson, încălzirea datorată PSC-urilor în cazul condițiilor Eocene ale modelului lor este de 15 W/m2 în poli, iar încălzirea în regiunile polare din cauza PSC-urilor este de 7 K. Aceste rezultate arată că PSC-urile ar fi putut avea un impact semnificativ asupra temperaturilor cu latitudine ridicată. Drept urmare, teoria oferă o explicație rezonabilă pentru motivul pentru care poliiar fi încălzit în timpul climatului egal.
