À medida que a superfície da Terra e a baixa atmosfera continuam a aquecer, outra parte da atmosfera da Terra faz o oposto. Longe do solo, a atmosfera superior tem esfriado significativamente há décadas. Os cientistas há muito que reconhecem este contraste invulgar como um dos sinais mais claros das alterações climáticas induzidas pelo homem, mas a física exacta por detrás dele permanece incerta.
Agora, pesquisadores da Universidade de Columbia afirmam ter finalmente descoberto o mecanismo responsável por esse fenômeno. Sua nova pesquisa explica como o dióxido de carbono (CO2) interage com diferentes comprimentos de onda de luz, resfriando a atmosfera superior enquanto aquece o planeta abaixo.
“Isso explica uma impressão digital das mudanças climáticas que vem ocorrendo há décadas, mas não foi compreendida”, disse Robert Pincus, professor pesquisador de física oceânica e climática no Observatório Terrestre Lamont-Doherty. geociências naturais.
Por que escolher o dióxido de carbono2 estratosfera de resfriamento
Perto da superfície da Terra, CO2 Capturar calor que de outra forma escaparia para o espaço e contribuiria para o aquecimento global. Mas a situação na alta atmosfera é completamente diferente.
Na estratosfera, a atmosfera aproximadamente 11 km a 50 km acima da superfície da Terra, CO2 Ele se comporta mais como um sistema de refrigeração. Essas moléculas absorvem a energia infravermelha que vem de baixo e depois liberam parte da energia de volta ao espaço. Como CO atmosférico2 À medida que os níveis aumentam, a dissipação de calor na estratosfera torna-se mais eficiente, fazendo com que as temperaturas caiam.
Os cientistas previram este efeito pela primeira vez na década de 1960 através de modelos climáticos desenvolvidos pelo climatologista Syukuro Manabe, cujo trabalho mais tarde ganharia o Prémio Nobel. Desde meados da década de 1980, a estratosfera esfriou cerca de 2 graus Celsius. Os pesquisadores estimam que esse efeito de resfriamento é mais de 10 vezes maior do que sem a produção humana de dióxido de carbono2 emissão.
Embora os cientistas compreendam os conceitos gerais por trás do resfriamento estratosférico, muitos dos processos detalhados permanecem sem solução.
“As teorias existentes são muito esclarecedoras, mas atualmente falta-nos uma teoria quantitativa do dióxido de carbono2-resfriamento estratosférico induzido”, disse Sean Cohen, pesquisador de pós-doutorado no Observatório Terrestre Lamont-Doherty, parte do Instituto Climatológico de Columbia e principal autor do estudo.
A “zona loira” da luz infravermelha
Para resolver o quebra-cabeça, Cohen se uniu a Pincus e ao geofísico Lorenzo Polvani, do Departamento de Física Aplicada e Matemática Aplicada da Columbia Engineering. A equipe construiu modelos matemáticos que identificaram os principais processos que impulsionam o resfriamento estratosférico. Eles compararam repetidamente os seus cálculos com simulações climáticas e dados observacionais, refinando as equações ao longo de vários meses até que os modelos correspondessem à realidade.
A sua investigação aponta para um factor-chave: a forma como o dióxido de carbono2 As moléculas interagem com a luz infravermelha, também conhecida como radiação de ondas longas.
Nem todos os comprimentos de onda infravermelhos se comportam da mesma forma na atmosfera. Os pesquisadores descobriram que certos comprimentos de onda são particularmente eficazes na promoção do resfriamento. Eles descrevem essa faixa eficiente como a “Zona Cachinhos Dourados”. como CO2 À medida que a concentração aumenta, a área aumenta, aumentando a eficiência de resfriamento da atmosfera.
“Essas mudanças na eficiência acabarão por impulsionar o resfriamento estratosférico”, disse Cohen.
Os pesquisadores também estudaram os efeitos do ozônio e do vapor de água. Embora ambos afectem os processos de aquecimento e arrefecimento na atmosfera, o seu impacto no arrefecimento estratosférico é relativamente pequeno em comparação com o dióxido de carbono.2.
Como o resfriamento estratosférico agrava o aquecimento abaixo
A equação da equipe reproduz com sucesso várias características conhecidas da atmosfera. As suas observações correspondentes mostram que o arrefecimento se torna mais forte com o aumento da altitude, com o maior arrefecimento a ocorrer perto do topo da estratosfera. Os cálculos também confirmam que sempre que o dióxido de carbono duplica2 Isto resulta numa queda de temperatura de cerca de 8 graus Celsius na estratopausa (o limite superior da estratosfera).
O estudo também destaca importantes comentários climáticos. Embora o CO aumente2 Ajudando a estratosfera a irradiar calor de forma mais eficiente, as temperaturas mais baixas resultantes significam que o sistema terrestre em última análise emite menos energia infravermelha em todo o espaço. Isto aumenta a retenção de calor perto da superfície, exacerbando o aquecimento na baixa atmosfera.
“Conhecemos esse processo há mais de 50 anos e temos uma compreensão qualitativa muito boa de como ele funciona. No entanto, não entendemos os detalhes que realmente orientam o processo”, disse Cohen.
Cohen e Pincus disseram que o estudo não se destina a provar a existência de alterações climáticas, mas a melhorar a compreensão científica de como funciona a atmosfera.
“Isso realmente nos diz o que é importante”, disse Pincus.
Estas descobertas também podem ter aplicações fora da Terra. Os investigadores dizem que o mesmo princípio pode ajudar os cientistas a compreender melhor as atmosferas de outros planetas e exoplanetas distantes.
“Talvez possamos entender melhor o que está acontecendo nas estratosferas de outros planetas ou exoplanetas do nosso sistema solar”, disse Cohen.
