В эпоху глобального потепления, обусловленного ростом содержания парниковых газов в атмосфере, могут возникать и обратные явления, когда происходит эффект охлаждения или антипарниковый эффект. Например, его наблюдали в Антарктиде. Это означает, что ситуация с региональными последствиями глобального потепления может оказаться менее однозначной, чем ожидалось — и то, что повышает температуры в одном месте, способно снижать в другом.
Парниковые газы, такие как двуокись углерода (CO2) и метан (CH4), пропускают солнечное излучение, которое достигает поверхности Земли, но задерживают инфракрасное (тепловое), испускаемое нашей планетой. В итоге повышается температура и нагревается поверхность — возникает парниковый эффект.
Однако в некоторых случаях эти газы оказывают охлаждающее действие, противоположное «парниковому», когда атмосфера начинает хуже пропускать солнечные лучи, что снижает количество энергии, получаемое поверхностью планеты. Например, такая ситуация типична для верхних слоев атмосферы Титана или Земли сразу после крупных извержений вулканов. Величина антипарникового эффекта зависит от наличия слоев аэрозоля, расположенных на различных высотах и состоящих из частиц с различными микрофизическими и оптическими свойствами.
Двуокись углерода и метан попадают в атмосферу по самым разным причинам, но в последние десятки лет в основном из-за деятельности человека — сжигания ископаемого топлива. На протяжении последних десятилетий выбросы парниковых газов только увеличиваются. Это, например, привело к сильному потеплению в Арктике. Там оно происходит в три-четыре раза быстрее, чем в среднем по миру. Как следствие — быстро сокращаются площади и толщина морских льдов в бассейне Северного Ледовитого океана.
В то же время в Антарктиде потепление не такое выраженное. Ледяной покров Южного океана, представленного в основном сезонными льдами, образующимися в холодный период у берегов Антарктиды, остается относительно стабильным.
Ученые давно задаются вопросом, почему Арктика тает быстрее Антарктики (включает Антарктиду и прилегающие к ней острова и участки Атлантического, Индийского и Тихого океанов). На него есть несколько ответов, но пока это гипотезы.
Как полагают одни специалисты, причина в том, что талая вода из Антарктиды стабилизирует толщу воды и лед, защищая холодные поверхностные воды от теплых глубинных вод. Другие считают, что западные ветры, дующие вокруг Антарктики, усиливаются из-за изменения климата и «растягивают» лед на большую площадь. Есть еще одна точка зрения: согласно ей дело в циркуляции океана, из-за чего лишнее тепло, полученное из атмосферы, «отводится» от Антарктиды, переносится на север, к экватору.
Группа ученых из Бременского университета (Германия) предложила еще одно объяснение — «антипарниковый эффект». Результаты работы опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Примерно десять лет назад климатолог Юстус Нотхольт (Justus Notholt) и его коллеги впервые выявили антипарниковый эффект над высокогорными частями Антарктиды, где воздух особенно холодный и сухой. Это охлаждающее явление наблюдали в атмосфере (на небольшой высоте) в течение нескольких месяцев в году, когда там увеличивалась концентрация двуокиси углерода.
Тогда климатологи предположили, что антипарниковый эффект может частично объяснить, почему температура в Антарктиде поднимается не так быстро, как в более влажной Арктике, где этот эффект, по-видимому, редкость.
В новом исследовании команда Нотхольта попыталась узнать, как водяной пар в атмосфере над Антарктидой и Арктикой влияет на потепление и охлаждение, связанные с ростом концентрации метана и двуокиси углерода в разных слоях атмосферы.
Ученые провели два компьютерных моделирования. В первом количество водяного пара в воздухе Антарктиды соответствовало уровням, наблюдаемым над Арктикой. Они обнаружили, что двуокись углерода и метан оказывают такое же влияние на температуру в Антарктиде, как на температуру в Арктике, то есть произошло ее повышение.
Вторая модель предполагала текущие уровни водяного пара в атмосфере над этими двумя областями. Климатологи смоделировали сезонные изменения температуры при двух сценариях: настоящем уровне концентрации двуокиси углерода и метана, а также удвоенном. Выяснилось, что увеличение концентрации этих парниковых газов в атмосфере Антарктиды привело к охлаждению почти всей тропосферы (высота 10-18 километров) и к потеплению в тропосфере Арктики.
Так при удвоенной концентрации CO2 и СН4 происходило потепление на 0,42 кельвина в тропосфере Арктики и небольшое похолодание на 0,01 кельвина в тропосфере Антарктиды.
На высоте до семи тысяч метров от поверхности при удвоенной концентрации CO2 средняя температура в Арктики увеличивалась на 0,81 кельвина, а в Антарктиде — на 0,16 кельвина. Однако при том же количестве СН4 в Антарктиде наблюдалось похолодание на 0,06 кельвина и потепление в Арктике на 0,07 кельвина.
Водяной пар, как и парниковые газы, влияет на возникновение парникового эффекта. Количество водяного пара в воздухе зависит от температуры — чем выше температура, тем больше влаги может в нем находиться. Иными словами, более холодная и сухая атмосфера Антарктиды иначе реагирует на увеличение выбросов парниковых газов, чем влажная и теплая атмосфера Арктики.
«Поскольку влажность растет с повышением температуры, а в Антарктиде с каждым годом становится теплее, антипарниковый эффект может со временем смениться на парниковый», — отметил Нотхольт.
Авторы уверены, что результаты их исследования помогут объяснить, почему в Антарктиде на протяжении десятилетий наблюдается менее выраженный эффект потепления, чем в Арктике.