À medida que a superfície da Terra e a baixa atmosfera aquecem, outra parte da atmosfera do planeta faz o oposto. Muito acima do solo, a atmosfera superior tem esfriado significativamente ao longo das décadas. Os cientistas há muito que reconhecem este contraste invulgar como um dos sinais mais claros das alterações climáticas provocadas pelo homem, mas a física exacta por detrás disso permanece incerta.
Agora, pesquisadores da Universidade de Columbia dizem que finalmente descobriram o mecanismo responsável. Sua nova pesquisa explica como o dióxido de carbono (CO2) interage com diferentes comprimentos de onda de luz de uma forma que esfria a atmosfera superior enquanto aquece o planeta abaixo.
“Isto ilustra um fenómeno que é uma impressão digital das alterações climáticas, cuja ocorrência é conhecida há décadas e que não foi compreendida”, disse Robert Pincus, professor investigador de física oceânica e climática no Observatório Terrestre Lamont-Doherty, que faz parte da Escola Climática de Columbia e co-autor do estudo. Natureza e Geografia.
Por que CO2 Resfria a estratosfera
Perto da superfície da Terra, CO2 Retém o calor que, de outra forma, escaparia para o espaço, contribuindo para o aquecimento global. Mas no alto da atmosfera a situação é muito diferente.
Na estratosfera, a camada atmosférica que se estende de cerca de 11 km a 50 km acima da superfície da Terra, CO2 Comporta-se mais como um sistema de refrigeração. As moléculas absorvem a energia infravermelha de baixo e depois liberam parte dessa energia para o espaço. Como CO atmosférico2 À medida que os níveis aumentam, a estratosfera torna-se mais eficaz na redução do calor, diminuindo assim as temperaturas.
Os cientistas previram este efeito pela primeira vez na década de 1960 através de modelos climáticos desenvolvidos pelo climatologista Syukuro Manabe, cujo trabalho lhe valeu mais tarde um Prémio Nobel. Desde meados da década de 1980, a estratosfera esfriou cerca de 2°C. Os pesquisadores estimam que esse resfriamento é 10 vezes maior do que seria sem o CO produzido pelo homem.2 emissões
Embora os cientistas entendessem o amplo conceito por trás do resfriamento estratosférico, muitos mecanismos detalhados permaneceram sem solução.
“A teoria existente tem sido incrivelmente esclarecedora, mas neste momento falta-nos uma teoria quantitativa para o CO.2-resfriamento estratosférico induzido”, disse Sean Cohen, pesquisador de pós-doutorado no Observatório Terrestre Lemont-Doherty, parte da Escola Climática de Columbia e principal autor do estudo.
A “Zona Cachinhos Dourados” da Luz Infravermelha
Para resolver o quebra-cabeça, Cohen trabalhou com Pincus e Lorenzo Polvani, geofísico do Departamento de Física Aplicada e Matemática Aplicada da Columbia Engineering. A equipe desenvolveu modelos matemáticos que caracterizam os principais processos de 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 se ajustassem à realidade.
A sua investigação aponta para um factor-chave: a forma como o CO2 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 maneira na atmosfera. Os pesquisadores descobriram que certos comprimentos de onda são particularmente eficazes na promoção do resfriamento. Eles descrevem esta faixa altamente eficiente como a “Zona Cachinhos Dourados”. Como CO2 À medida que a densidade aumenta, esta região se alarga, aumentando a eficiência de resfriamento da atmosfera.
“São essas mudanças na eficiência que irão impulsionar o resfriamento estratosférico”, disse Cohen.
Os pesquisadores também examinaram os efeitos do ozônio e do vapor d’água. Embora ambos possam afetar os processos de aquecimento e resfriamento na atmosfera, seus efeitos no resfriamento estratosférico demonstraram ser relativamente pequenos em comparação com o CO.2.
Como o resfriamento estratosférico reforça o aquecimento abaixo
As equações da equipe reproduziram com sucesso várias propriedades conhecidas da atmosfera. São consistentes com observações que mostram que o arrefecimento aumenta com a altura, com o maior arrefecimento a ocorrer perto do topo da estratosfera. Os cálculos também confirmaram que cada um é o dobro do CO2 A estratopausa leva a um resfriamento de cerca de 8 °C no limite superior da estratosfera.
O estudo destaca uma importante resposta climática. Embora o aumento de CO2 Ao ajudar a estratosfera a irradiar calor de forma mais eficaz, as temperaturas mais frias resultantes significam que o sistema terrestre em última análise emite menos energia infravermelha para o espaço em geral. Isto fortalece a retenção de calor perto da superfície, intensificando o aquecimento na baixa atmosfera.
“Aqui está este processo que conhecemos há mais de 50 anos, e tínhamos uma compreensão qualitativa bastante decente de como funcionava. No entanto, não entendíamos os detalhes do que realmente impulsionava o processo mecanicamente”, disse Cohen.
De acordo com Cohen e Pincus, a investigação tem menos a ver com provar a existência das alterações climáticas e mais com a melhoria da compreensão científica de como funciona a atmosfera.
“Isso realmente nos diz o que é essencial”, disse Pincus.
As descobertas podem ter aplicações fora da Terra. Os investigadores dizem que os mesmos princípios podem ajudar os cientistas a compreender melhor as atmosferas de outros planetas e exoplanetas distantes.
“Talvez possamos entender melhor o que está acontecendo na estratosfera de outros planetas do nosso sistema solar ou exoplanetas”, disse Cohen.
