Η μεσόσφαιρα ψύχεται και συστέλλεται λόγω της κλιματικής αλλαγής

Εισαγωγή – Σύσταση της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα της Γης δεν είναι ομοιόμορφη, αλλά αποτελείται από στρώματα τα οποία διακρίνονται ανάλογη με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος. Η μεταβολή αυτή θα ήταν μονότονα ελαττούμενη, αν δε συνέβαιναν αλλαγές στη σύστηση της ατμόσφαιρας και αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα συστατικά της και στην ηλιακή και γήινη ακτινοβολία.  Διακρίνουμε τις εξείς περιοχές της ατμόσφαιρας:

• Τροπόσφαιρα: Είναι η κατώτερη περιοχή της ατμόσφαιρας και εκτείνεται από το έδαφος μέχρι το ύψος των 12±4 km, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή του χρόνου. Στην τροπόσφαιρα λαμβάνουν χώρα όλα τα καιρικά φαινόμενα και η θερμοκρασία μειώνεται με μέσο ρυθμό 6,5 ^οC/km. Η πηγή ενέργειας της τροπόσφαιρας είναι φυσικά η ηλιακή ακτινοβολία η οποία απορροφάται από την επιφάνεια της Γης και με τη σειρά της θερμαίνει την τροπόσφαιρα από κάτω. Η κατακόρυφη μεταφορά θερμότητας είναι υπεύθυνη για την ψύξη της τροπόσφαιρας και την ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος.
• Στρατόσφαιρα: Πάνω από την τροπόπαυση (ανώτατο όριο της τροπόσφαιρας), η θερμοκρασία παραμένει σχεδόν σταθερή για λίγα χιλιόμετρα και μετά αυξάνει μέχρι περίπου τα 50 χιλιόμετρα, όπου η περιοχή γίνεται σχεδόν ισόθερμη και ονομάζεται στρατόπαυση. Η αύξηση της θερμοκρασίας της στρατόσφαιρας με το ύψος οφείλεται στο στρώμα του όζοντος που απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία.
• Μεσόσφαιρα: Χαρακτηρίζεται από δραματική πτώση της θερμοκρασίας με το ύψος και εκτείνεται από τη στρατόπαυση μέχρι περίπου τα 80 χιλιόμετρα, όπου βρίσκεται η μεσόπαυση, η οποία αποτελεί και την πιο ψυχρή περιοχή της ατμόσφαιρας. Οι κύριοι μηχανισμοί ψύξης της μεσόπαυσης είναι η κατακόρυφη μεταφορά και η ακτινοβολία των αερίων CO₂ και O₃.
• Θερμόσφαιρα: Εκτείνεται από τη μεσόπαυση μέχρι περίπου τα 400 χιλιόμετρα και η θερμοκρασία της αυξάνεται μονότονα με το ύψος φτάνοντας ή και ξεπερνώντας ορισμένες φορές (κινητική θερμοκρασία) 1000^οΚ. Οι παράγοντες που είναι υπεύθυνοι για την σημαντική αυτή αύξηση της θερμοκρασίας καθ’ ύψος έιναι η μεγάλη αραίωση του αέρα, η έλλειψη τριατομικών μορίων, η ηλιακή ακτινοβολία σε μικρά μήκη κύματος (λ<175nm) και η ενέργεια από διάφορες εξώθερμες αντιδράσεις.

Έρευνα – Ψύξη και συστολή μεσόσφαιρας

Συνδυάζοντας δεδομένα από τρεις δορυφόρους της NASA, επιστήμονες δημιούργησαν ένα μακροχρόνιο αρχείο, που αποκαλύπτει ότι η μεσόσφαιρα ψύχεται και συστέλλεται, ως αποτέλεσμα της κλιματικής αλλαγής λόγω των ολοένα και αυξανόμενων εκπομπών θερμοκηπικών αερίων.

Χρειάζονται αρκετές δεκαετίες για να παρατηρηθούν αυτές οι τάσεις και να απομονώθεί τι συμβαίνει λόγω των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, των αλλαγών του ηλιακού κύκλου και άλλων επιπτώσεων. Για αυτό και επιστρατεύτηκαν δεδομένα από τρεις δορυφόρους.

Μαζί, οι δορυφόροι παρείχαν περίπου 30 χρόνια παρατηρήσεων, υποδεικνύοντας ότι η θερινή μεσόσφαιρα πάνω από τους πόλους της Γης ψύχεται τέσσερις έως πέντε βαθμούς Φαρενάιτ και συστέλλεται από 500 έως 650 πόδια ανά δεκαετία. Χωρίς αλλαγές στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στον άνθρωπο, οι ερευνητές αναμένουν ότι αυτά τα ποσοστά θα συνεχιστούν.

Δεδομένου ότι η μεσόσφαιρα είναι πολύ πιο αραιή από το μέρος της ατμόσφαιρας που ζούμε, οι επιπτώσεις της αύξησης των αερίων του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, διαφέρουν από τη θέρμανση που βιώνουμε στην κοντά στην επιφάνεια.

Πιο συγκεκριμένα, στην τροπόσφαιρα, υπάρχουν πολλά μόρια σε κοντινή απόσταση και παγιδεύουν και μεταφέρουν εύκολα τη θερμότητα της Γης μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι λίγη από τη θερμότητα της Γης φτάνει ψηλά στη μεσόσφαιρα. Εκεί, τα μόρια είναι λίγα και πολύ μακριά το ένα από το άλλο. Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα εκπέμπει επίσης θερμότητα, η θερμότητα που θα απορροφήσει, θα διαφεύγει νωρίτερα στο διάστημα από ότι αν απορροφούταν από κάποιο άλλο αέριο. Ως αποτέλεσμα, η αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου όπως το διοξείδιο του άνθρακα σημαίνει ότι χάνεται περισσότερη θερμότητα στο διάστημα – και η ανώτερη ατμόσφαιρα ψύχεται. Όταν ο αέρας κρυώνει, συστέλλεται, όπως συρρικνώνεται ένα μπαλόνι όταν ψύχεται.

Η ομάδα ερευνητών ανέλυσε την αλλαγή της θερμοκρασίας και της πίεσης για ένα χρονικό διάστημα 29 ετών χρησιμοποιώντας και τα τρία σετ δεδομένων που καλύπτουν τον θερινό ουρανό του Βόρειου και του Νότιου Πόλου. Εξετάσαν την έκταση του ουρανού από 30 έως 60 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης. Στα περισσότερα υψόμετρα, η μεσόσφαιρα ψύχεται καθώς αυξάνεται το διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό το αποτέλεσμα σημαίνει ότι το ύψος οποιασδήποτε ατμοσφαιρικής πίεσης πέφτει καθώς ο αέρας ψύχεται. Με άλλα λόγια, η μεσόσφαιρα συστέλλεται.

Πολικά Μεσοσφαιρικά Νέφη

Η μεσόσφαιρα είναι επίσης γνωστή, για τα μπλε, φωτεινά νέφη από παγοκρυστάλλους ή αλλιώς πολικά μεσοσφαιρικά νέφη. Τα σύννεφα αυτά σχηματίζονται το καλοκαίρι όταν η μεσόσφαιρα έχει και τα τρία συστατικά που απαιτούνται για να τα δημιουργήσει: υδρατμούς, πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και σκόνη από μετεωρίτες που καίγονται σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας. Επειδή τα νέφη είναι ευαίσθητα στις θερμοκρασιακές και υγρασιακές μεταβολές, είναι μια σημαντική ένδειξη των αλλαγών στη μεσόσφαιρα.

Τα φωτεινά νέφη συμπεριφέρονται περίεργα. Γίνονται πιο φωτεινά, απομακρύνονται πιο μακριά από τους πόλους και εμφανίζονται νωρίτερα από το συνηθισμένο. Και φαίνεται ότι υπάρχουν περισσότερα από ότι υπήρχαν τα προηγούμενα χρόνια.

Ο μόνος τρόπος που θα περέμενε κανείς να αλλάξουν τα νέφη με αυτόν τον τρόπο είναι εάν η θερμοκρασία γίνεται πιο ψυχρότερη και οι υδρατμοί αυξάνονται. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες και οι άφθονοι υδρατμοί συνδέονται και οι δύο με την κλιματική αλλαγή στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Τα επόμενα χρόνια, η ομάδα ερευνητών σχεδιάζει να εξετάσει αυτές τις επιδράσεις για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα και, ακολουθώντας τα σύννεφα, να μελετήσει ένα ευρύτερο τμήμα της ατμόσφαιρας.

Πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για το άρθρο:

Διαδίκτυο

• News and Articles on Science and Technology, ανακτήθηκε από https://phys.org/, τελευταία επίσκεψη 06/08/2021.
• NASA, ανακτήθηκε από https://www.nasa.gov/, τελευταία επίσκεψη 06/08/2021.
• Science News, ανακτήθηκε από https://www.sciencenews.org/, τελευταία επίσκεψη 06/08/2021

Βιβλιογραφία

•  Ζερεφός Χ. Εισαγωγικά μαθήματα στη Φυσική της Ατμόσφαιρας, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα 2009.