Ученые Колумбийского университета раскрыли физический механизм давно наблюдаемого климатического парадокса: пока поверхность Земли нагревается, верхние слои атмосферы охлаждаются. Оказалось, что углекислый газ по-разному взаимодействует с инфракрасным излучением на разной высоте. В стратосфере он работает как система охлаждения — поглощает тепло, поднимающееся снизу, и рассеивает часть его в космос. Этот эффект десятилетиями считался ключевым признаком антропогенного изменения климата, но точная физика процесса оставалась загадкой.
В 1960-х годах ученые впервые предсказали охлаждение стратосферы, а с 1980-х годов ее температура снизилась примерно на 2 градуса Цельсия. Ведущий автор исследования Шон Коэн из Колумбийского университета отметил, что существовавшая теория была крайне проницательной, но количественного описания процесса не хватало. Его команда построила математические модели, сравнивая расчеты с климатическими симуляциями и наблюдательными данными, и уточняла уравнения несколько месяцев, пока они не совпали с реальностью.
Исследователи выявили так называемую «зону Златовласки» — диапазон длин волн инфракрасного излучения, которые особенно эффективно способствуют охлаждению стратосферы. С ростом концентрации CO2 эта зона расширяется, повышая эффективность охлаждения. Расчеты показали, что каждое удвоение концентрации углекислого газа приводит к охлаждению стратопаузы примерно на 8 градусов Цельсия. Влияние озона и водяного пара на этот процесс оказалось незначительным по сравнению с CO2.
Это открытие важно не только для понимания земного климата — оно показывает, что охлаждение стратосферы усиливает удержание тепла в нижних слоях атмосферы, создавая положительную обратную связь. Кроме того, новая количественная теория может помочь астрономам лучше понять атмосферы других планет и экзопланет. Как подчеркивает соавтор исследования Роберт Пинкус, работа закрывает давний пробел в климатологии, давая точное физическое объяснение давно известному явлению.
Источник: Scientists discover the strange way CO2 cools part of Earth’s atmosphere