Czystsze powietrze, cieplejsza planeta. Paradoks polityki klimatycznej

Oczyszczanie atmosfery to jeden z największych sukcesów polityki środowiskowej ostatnich dekad – uratowało miliony istnień ludzkich. Jednak wraz ze spadkiem poziomu zanieczyszczeń znika też ich uboczny, chłodzący efekt – wpływ drobnych cząstek na właściwości chmur. Najnowsze badania pokazują, że im czystsze powietrze, tym mniej odbijających chmur i… tym szybciej ogrzewa się planeta

Na półkuli północnej nadchodzi zima, a wraz z nią zimne i pochmurne dni. Chmury przynoszą deszcz, ale także odbijają część światła słonecznego, zanim dotrze do powierzchni Ziemi. Jednak w latach 2003-2022 chmury nad północnym Atlantykiem i północno-wschodnim Pacyfikiem stały się mniej refleksyjne, przepuszczając więcej światła słonecznego do powierzchni oceanu i powodując wzrost temperatury wód.

Moi współpracownicy i ja niedawno przeprowadziliśmy badania, które pokazują, że globalne działania na rzecz poprawy jakości powietrza niezamierzenie przyspieszyły ocieplenie klimatu poprzez zmianę właściwości chmur. Choć czystsze powietrze przynosi ogromne korzyści zdrowotne, zmniejszenie ilości zanieczyszczających cząsteczek osłabiło również chłodzący efekt chmur, co przyspieszyło globalne ocieplenie.

Ściemnianie chmur i rosnące temperatury

Nasze badanie oparliśmy na dwóch dekadach danych satelitarnych, analizując jaki wpływ na chmur mają zmiana zanieczyszczeń cząstkami stałymi i ocieplenie klimatu. Dane wskazują, że niskie chmury na półkuli północnej gwałtownie ściemniały od 2003 r. W szczególności refleksyjność chmur nad północnym Atlantykiem i północno-wschodnim Pacyfikiem spadała o niemal trzy procent na dekadę. W tym samym czasie temperatury powierzchni oceanu wzrosły o około 0,4 st. C., wzmacniając morskie fale upałów, które uszkodziły ekosystemy i rybołówstwo.

Spodziewaliśmy się, że ocieplenie klimatu wynikające ze wzrostu stężenia gazów cieplarnianych doprowadzi do spadku liczby niskich chmur nad oceanami. Jednak obserwowane zmiany były zbyt duże, by można je było wyjaśnić tym procesem albo naturalną zmiennością klimatu, co wskazuje na dodatkowy czynnik ocieplający, którego wiele modeli klimatycznych nie doszacowuje.

Kluczowym elementem okazały się aerozole, czyli maleńkie cząsteczki, które działają jako jądra kondensacji dla kropelek chmurowych. Gdy aerozoli jest mniej, chmury zawierają mniej większych kropli. Odbijają one mniej światła słonecznego i szybciej wypadają z chmury jako deszcz, co prowadzi do krótszego życia chmur i ich ciemnienia. Osłabia to chłodzący wpływ, jaki niskie chmury mają nad obszarami morskimi.

Efekt ten wynika z dwóch znanych mechanizmów: efektu Twomeya, w którym mniejsza liczba aerozoli sprawia, że chmury odbijają mniej światła, oraz efektu Albrechta, gdzie większe krople skracają czas życia chmur. Łącznie mechanizmy te zmniejszają ogólną refleksyjność planety.

Czystsza atmosfera – cieplejsza planeta

Nasze badanie ujawnia paradoks: czystsze powietrze poprawia zdrowie ludzi, ale jednocześnie odsłania pełną siłę ocieplenia wywołanego przez gazy cieplarniane, które dotąd były częściowo „maskowane” przez chłodzące działanie zanieczyszczeń.

Emisje dwutlenku siarki (SO₂), głównego źródła aerozoli siarczanowych, gwałtownie spadły, ponieważ państwa wprowadziły surowsze normy jakości powietrza. Same emisje SO₂ w Chinach zmalały o około 16 mln ton metrycznych na dekadę od 2003 r., przy podobnych redukcjach w Stanach Zjednoczonych i Europie. Czystsze powietrze oznacza zatem mniej cząstek aerozolu dostępnych do tworzenia jasnych, odbijających chmur.

Nasze analizy wykazały spadki koncentracji kropelek chmurowych o 5-10 proc., zwłaszcza w regionach, gdzie zaobserwowano największe ściemnienie chmur. Ścisła korelacja między redukcją aerozoli, większym rozmiarem kropli a ciemnieniem chmur potwierdziła, że to właśnie czystsze powietrze napędza regionalne ocieplenie.

Przeanalizowaliśmy 24 modele systemu Ziemi i odkryliśmy, że większość z nich nie docenia skali i rozmiaru obserwowanych zmian w chmurach. Tylko modele, które prawidłowo odwzorowywały wpływ aerozoli na chmury, były zgodne z obserwacjami, co ujawnia poważną słabość modelowania klimatu.

W badaniu oddzieliliśmy wpływ redukcji zanieczyszczeń powietrza od zmian chmur powodowanych ogólnym ociepleniem. Wyniki pokazały, że spadek aerozoli odpowiada za 69 proc. utraty refleksyjności chmur, podczas gdy ocieplenie wyjaśniało 31 proc. Nasze symulacje wskazują, że zmiany czasu życia chmur wynikające z większych kropli (efekt Albrechta) miały większy wpływ niż sama zmiana wielkości kropli (efekt Twomeya).

Zmniejszona jasność chmur w tych regionach oceanicznych dodała około 0,15 W/m² na dekadę do globalnego bilansu energetycznego Ziemi, mimo że obszary te obejmują tylko 14 proc. powierzchni planety. Rosnące globalne stężenia CO₂ dodały w tym czasie około 0,31 W/m² na dekadę, co oznacza, że czystsze powietrze wywołało niemal połowę dodatkowego ocieplenia w tych miejscach w porównaniu z CO₂.

To odkrycie stawia przed polityką poważne wyzwanie: działania ratujące życie poprzez poprawę jakości powietrza jednocześnie usuwają chłodzącą osłonę, która dotąd maskowała istotną część ocieplenia powodowanego przez gazy cieplarniane. Ponieważ emisje aerozoli mają spadać aż do połowy stulecia, to „odsłanianie” może w dalszym ciągu przyczyniać się do przyspieszenia globalnego ocieplenia.

Dlaczego ważna jest ciągła obserwacja chmur?

Satelity monitorujące chmury i aerozole zbliżają się do końca swojej misji – ich wyłączenie planowane jest na 2026 r. Długoterminowy monitoring satelitarny okazał się kluczowy w ujawnieniu związku między czystszym powietrzem, ciemniejszymi chmurami i regionalnym ociepleniem, i będzie niezbędny, by zrozumieć przyszłe zmiany klimatu.

Nasze wyniki sugerują, że wiele modeli klimatycznych może niedoszacowywać krótkoterminowego regionalnego ocieplenia wynikającego ze spadku zanieczyszczeń pyłowych. Ulepszenie sposobu odwzorowywania wpływu aerozoli na chmury oraz kontynuowanie globalnych obserwacji będzie kluczowe dla dokładniejszych prognoz.

Rozwiązanie paradoksu, w którym czystsze powietrze odsłania ukryte ocieplenie, wymaga integracji polityki jakości powietrza i klimatu oraz przyspieszenia redukcji gazów cieplarnianych, jedynego trwałego sposobu na ochłodzenie planety.

Artykuł ukazał się w serwisie The Conversation pod tytułem: Reduced air pollution is making clouds reflect less sunlight”
DOI: 10.64628/AAM.vnwvgnjfn

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi