Mielipiteet mm. hiilidioksidin, veden ja vesihöyryn efektiivisistä vaikutuksista rönsyilevät – takaisinkytkentöjä

Mielipiteet mm. hiilidioksidin, veden ja vesihöyryn efektiivisistä vaikutuksista rönsyilevät – takaisnkytkentöjä

Lyhyt yhteenveto ja oppimäärä

Elämä perustuu neljään alkuaineeseen: Hiileen, vetyyn, typpeen ja happeen. Kaikki orgaaniset aineet sisältävät hiiltä. Eli periaatteessa kaikki perustuu hiileen. Jotta elämä olisi mahdollinen, on myös oltava nestemäistä vettä. Elämän syntymiseen en sen enempää kuitenkaan puutu, se on biologiaa. Mutta jo näistä alkuaineista pääsee jyvälle siitä, miten merkittävää hiili on. Eli hiiltä esiintyy kaikkialla missä on elämää ja orgaanisia yhdisteitä. Hiilen kiertokulku on myös elämän keskeinen osa luonnon kiertokulkua. 

Hiilen ja vedyn yhdisteitä ovat hiilivedyt (mm. fossiiliset polttoaineet, maaöljy ja maakaasu). Kun hiili palaessaan yhdistyy happeen syntyy hiilidioksidia. Kasvit tarvitsevat sitä ravinnokseen. Jos hiili ei pala täydellisesti (riittävä määrä happea), siitä muodostuu hiilimonoksidia eli häkää.

Näin ollen hiilivedyt ja happi muodostavat hiilidioksidia, jota tällä hetkellä vapautuu suuria määriä ilmakehään. Esihistoriassa hiilidioksidin vapautuminen on ollut luonnollinen prosessi, jota on ohjannut lämpötilan muutos. Kun esihistoriassa lämpötila on ohjannut hiilidioksidin vapautumista, hiilidioksidi on itsessään lisännyt lämpötilan vaikutusta (muiden kasvihuonekaasujen lisäksi), ja se on johtanut maapallon nykyiseen lämpenemiseen (n. 1.2°C keskimääräistä lämpötila-anomaliaa / esiteollinen aika vs. nykyisyys).

Taustaa takaisinkytkennöistä

Ilmastopalaute on sisäinen ilmastoprosessi, joka vahvistaa tai vaimentaa alkuperäistä ilmastovastetta tiettyyn pakottamiseen (esimerkki: ilmakehän vesihöyryn lisääntyminen, joka laukaistaan ​​hiilidioksidin nousun aiheuttaman alkuperäisen lämpenemisen seurauksena, joka sitten vahvistaa lämpenemistä ilmakehän läpi). Jos prosessi vahvistaa ilmastovastetta, se on positiivinen palaute. Jos se vaimentaa vastetta, se on negatiivinen palaute.

Suorat vasteet

Lisääntyneen säteilyn vaimentamiseksi, kohteen suora vaste lisääntyneelle säteilylle on, että se lämmittää ja säteilee tehokkaasti energiaa takaisin. Tämä saadaan melko tehokkaasti määriteltyä, kun säteilyn määrä kasvaa lämpötilan neljänteen potenssiin. Tätä kutsutaan Stefan ‐ Boltzmannin laiksi. Tämä voimakas vaste säteilevässä tehossa antaa melko vakaan säteilyvoiman muutoksille.

Vesi ja vesihöyry 

Vesihöyryn takaisinkytkentä on vesihöyryn ja ilmakehän pinnan lämpötilan välinen kytkentä, jossa säteilyvoiman muutos häiritsee ilmakehän pintalämpötilaa, mikä johtaa vesihöyryn muutokseen, joka voi sitten vahvistaa tai heikentää alkuperäistä lämpötilan muutosta. 

Vesihöyry on hallitseva kasvihuonekaasu ja tärkein syy siihen, miksi lämpötila on niin herkkä säteilyvoiman muutoksille. Vesihöyryä muodostuu ilmakehään haihduttamalla. Ilmakehän veden pitokyky (vesihöyryn määrä, jonka ilmakehä voi pitää ennen tiivistymistä ja putoamista sateena tai lumena) saadaan lämpötilan funktiona – Clausius-Clapeyron-suheella, jonka mukaan 1°C:een nousu lisää ilmakehän veden pitokykyä 6 – 7%. Suurin osa ilmakehästä on kuitenkin liian kyllästynyt veteen nähden, joten paikallinen vedenpitokyky ei ole rajoittava tekijä, joka määrittää ilmakehän höyryn. 

Todellinen vesimäärä ilmakehässä saadaan vedenpitokapasiteetista, kerrottuna ilmakehän suhteellisella kosteudella (alue 0 – 1 00%, missä 100% osoittaa, että todellinen vesimäärä on yhtä suuri kuin vedenpitokyky). Täten vesihöyryn takaisinkytkentävoimakkuuden antavat sekä vedenpitokyvyn muutokset, että ilmakehän suhteellinen kosteus.

Ilmastojärjestelmässä, vesihöyry aiheuttaa voimakasta positiivista palautetta. Huipputason ilmastomallit osoittavat, että pelkästään vesihöyryn palaute kaksinkertaistaa lämpenemisen verrattuna kiinteän vesihöyryn lämpötilaan.

”Lapse Rate” takaisinkytkentä

Lapse Rate takaisinkytkentä on kytkentä ilmakehän pinnan lämpötilan muutosten ja avaruuteen (ylemmän troposfäärin) säteilevien muutosten välillä, mikä johtaa muutokseen, kuinka paljon ilmakehä jäähtyy korkeuden funktiona, mikä taas vaikuttaa kasvihuoneilmiön tehokkuuteen.

Jotta kasvihuoneilmiö toimisi, ilman lämpötilan on oltava kylmempi avaruuteen säteilevällä alueella kuin pinnalla. Jos tätä lämpötilaeroa muutetaan, se muuttaa kasvihuoneilmiötä. 

Kierrosnopeuden palaute on kytketty vesihöyryn takaisinkytkentään. Vesihöyryn säteilyvaikutus on suunnilleen verrannollinen sen pitoisuuden logaritmiin, joten vesihöyrypitoisuuden nousun vaikutus on suurempi paikoissa, jotka ovat kuivia, kuten trooppisen ylemmän troposfäärin (10 – 20 km maanpinnan yläpuolella). 

Tämä tarkoittaa, että lämpeneminen tällä korkeudella on korkeampi kuin lähellä pintaa. Tämän vuoksi lämpötilaero pinnan ja ylemmän troposfäärin välillä pienenee ja kasvihuoneilmiö heikkenee, mikä antaa negatiivista palautetta. 

Vesihöyryn takaisinkytkentä ja kierrosnopeuden takaisinkytkentä ovat vahvasti yhteydessä toisiinsa, koska ne molemmat liittyvät vesihöyryn muutoksiin. Niillä on taipumus kompensoida sekä yhdistää toinen toisiaan.

Pilvien takaisinkytkentä 

Pilvipalaute on pilvien ja pinta-ilmakehän lämpötilan kytkentä, jossa ilmakehän pinnan lämpötilan muutos johtaa muutokseen pilvien lämpötilassa ja optisissa ominaisuuksissa, mikä voi sitten vahvistaa tai heikentää pinnan lämpötilan muutosta. 

Pilvipalautteet ovat monimutkaisia. Palautteet voidaan ryhmitellä kahteen osaan: Pilvet absorboivat hyvin maanpäällistä säteilyä ja vähentävät takaisin avaruuteen säteilevän säteilyn määrää. Tällä on lämmittävä vaikutus. Samalla pilvet heijastavat auringon säteilyä ja jäähdyttävät siten maata. Huipputason ilmastomallien mukaan pilvipalaute on kokonaisuudessaan hieman positiivinen.

Albedo takaisinkytkentä 

Albedo-palaute on pinnan heijastuvuuden ja pinnan ilman lämpötilan muutosten välinen kytkentä, jossa ilmakehän pinnan lämpötilan muutos voi johtaa pinnan heijastavuuden muutokseen (muutokset lumipeitteessä, merijään laajuudessa, kasvillisuudessa), mikä voi sitten vahvistaa tai heikentää pinnan lämpötilan muutosta. 

Huipputason ilmastomallien mukaan albedon palaute on positiivista johtuen lämpötilan muutosten vaikutuksesta lumeen ja merijäähän. On huomattava, että albedo-palautteen voimakkuus riippuu pintaan saapuvan auringon säteilyn voimakkuudesta. Esimerkiksi sama muutos lumipeitteessä alueella, jolla on voimakas auringon säteily (esimerkiksi paikka, jossa on paljon kirkasta taivasta, tai lähellä päiväntasaajaa) antaisi vahvemman palautteen kuin muutos lumipeitteessä alueella, jolla on vähemmän auringonsäteilyä.

Tässä lyhyehkö pläjäys!

0
HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(el. vanh. tut. / FMI)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu