Менше хмар через більше вуглекислого газу Макс-Планка-Гезельшафта
Раніше невідомий механізм зворотного зв'язку між рослинністю та утворенням хмар може посилити зміну клімату
Чим тепліше повітря, тим більше води може випаровуватися: простий зв’язок, який ми знаємо зі свого повсякденного життя. Однак це не завжди так, як зараз виявили дослідники з Німеччини та Нідерландів: Збільшення парникового газу CO2 створює більш теплий клімат, але дозволяє меншій кількості води випаровуватися. Ця очевидна суперечність спричинена рослинами, які своїми мільярдами крихітних листяних пір впливають на вміст газу та вологи в навколишньому повітрі. Це, в свою чергу, викликає каскад наступних процесів, так що глобальний клімат в кінцевому підсумку буде продовжувати тепліти, як з'ясували дослідники на основі нових розрахунків за допомогою моделі атмосфери.
У майбутньому над травою може зростати менше хмар: Зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері призводить до зменшення випаровування з рослин, завдяки чому утворюється менше купчастих хмар. Це означає, що до землі потрапляє більше сонячного світла - зміна клімату посилюється.
"Ми хотіли знати, як передбачуване збільшення СО2 вплине на утворення хмар у помірному кліматі і яку роль у цьому буде відігравати рослинність", - сказав Хорді Віла-Герау де Арельяно з Університету Вагенінгена в Нідерландах. Разом зі своїми колегами з Інституту хімії та метеорології імені Макса Планка геофізик вперше використав комп’ютерну модель, яка враховує ґрунт, водний цикл, атмосферу та процеси росту рослин. Результати моделі підкреслюють, що локальні та добові змінні процеси можуть впливати на атмосферу через турбулентність у великих масштабах.
Для свого аналізу вчені змоделювали три сценарії: подвоєння вмісту СО2 в атмосфері з сьогоднішніх 0,038 відсотка до 0,075 відсотка, підвищення середньої глобальної температури на два градуси Цельсія та їх поєднання. Усі три сценарії ґрунтуються на прогнозах Міжурядової групи з питань зміни клімату (МГЕЗК) і були визначені для умов, які можна очікувати в 2100 році, і порівняно зі значеннями з 2003 року.
Дослідницька група виявила, що деякі процеси обміну між рослинністю, грунтом та атмосферою взаємодіють сильніше із збільшенням CO2 та зміною клімату, ніж очікувалося. Подвоєння вмісту CO2 в атмосфері починає каскад процесів, на початку яких відбувається реакція метаболізму рослин на вищу концентрацію CO2. Причиною ланцюгової реакції є те, що рослини регулюють, скільки водяної пари та вуглекислого газу вони обмінюються з атмосферою, відкриваючи та закриваючи продихи.
Рослини закривають пори раніше, коли є більший запас СО2
Каскад починається нешкідливо: за сценарію подвоєного вмісту СО2 крихітні пори, розташовані мільярди разів на нижній стороні листя рослини, закриваються раніше, оскільки рослини швидше поглинають достатню кількість діоксиду вуглецю для фотосинтезу. Однак це має наслідком, що рослини також випускають менше вологи назовні, і загалом менше водяної пари потрапляє в атмосферу.
Це, в свою чергу, створює менше купчастих хмар, завдяки чому земна поверхня більше прогрівається, оскільки більше сонячного світла потрапляє безпосередньо на поверхню і не розсіюється хмарами. Зараз тепліше повітря створює більше турбулентності в атмосфері, близькій до землі, а це означає, що транспортується більше тепла, але менше вологи. Земля та атмосфера додатково нагріваються завдяки реакції рослин на підвищений вміст СО2.
Роблячи це, дослідники виявили ще один зворотний зв'язок в кліматичній системі - процес самозміцнення. У другому сценарії, коли атмосфера нагрівається на два градуси Цельсія, не збільшуючи концентрацію CO2, цей зворотний зв'язок не виникає.
Випаровування зменшиться на 15 відсотків
Далі дослідники змоделювали третій сценарій, коли вони підвищували як рівень СО2, так і температуру. "Ефекти, які позитивно впливають на утворення хмар, такі як здатність теплішої атмосфери поглинати більше води або збільшення біомаси, можуть лише частково компенсувати зменшення утворення хмар", - сказав Хорді Віла-Герау де Арельяно. «Випаровування зменшиться на 15 відсотків. Атмосферний прикордонний шар висихає, а це означає, що може утворюватися менше хмар », - додає Джос Леліелд, директор Інституту хімії Макса Планка в Майнці.
Дослідження показує, що зменшене випаровування з рослин безпосередньо впливає на процеси турбулентного обміну між прикордонним шаром атмосфери, близьким до землі, і шаром вільної атмосфери, що лежить вище, і, таким чином, змінює хмарність.
Chiel van Heerwaarden з Інституту метеорології імені Макса Планка каже: "Розрахунки показують, що рослинність пов'язана з фізичними кліматичними процесами". Впливають на регіони.