آسمان بدون ابر؛ پیامد فاجعه‌بار تغییرات اقلیمی

نتایج یکی از شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد حلقه‌ی بازخورد بین گرمایش زمین و ازبین‌رفتن ابرها ممکن است اقلیم زمین را با فاجعه‌ای بزرگ رو‌به‌رو کند.

جیمز کنت و همکارانش در دریای ودل، بخشی از اقیانوس منجمدجنوبی، لنگر انداختند و با حفاری در بستر دریا، استوانه‌ای عمودی از رسوبات کف دریا را جمع‌آوری کردند. آن‌ها در لایه‌ای به ضخامت یک اینچی از فسیل‌ پلانکتون‌ها و دیگر بقایای کف دریا در عمق بیش از ۱۵۰ متری بستر دریا، نشانه‌های نگران‌کننده‌ای از گذشته‌ی زمین پیدا کردند که پیش‌گوی فاجعه‌ای است که در آینده اتفاق می‌افتد. در قسمت‌های پایین‌تر از هسته‌ی رسوبات، فسیل‌ مربوط‌به ۶۰ گونه پلانکتون فراوان بود؛ اما در برش عرضی نازکی از حدود ۵۶ میلیون سال پیش، تعداد گونه‌ها به ۱۷ گونه کاهش پیدا کرده بود و در آن دوره، ترکیبات ایزوتوپ اکسیژن و کربن پلانکتون‌ها نیز به‌طور چشم‌گیری تغییر کرده بود.

کنت و لول استات، دانشجوی وی، از روی ایزوتوپ‌های غیرعادی نتیجه گرفتند ظاهرا در آن دوره، کربن‌دی‌اکسید اتمسفر را فراگرفته و موجب شده اقیانوس به‌سرعت اسیدی و گرم شود. این فرایندی نظیر فرایندی است که امروز، شاهدش هستیم. درحالی‌که آن ۱۷ نوع پلانکتون در آب‌های در‌حال‌گرم‌شدن فرورفته و در بستر دریای قطب جنوب قرار گرفته بودند، حوالی فلات بیگ‌هورن فسیل دندان موجودی تاپیرمانند در سنگ‌های رسوبی محلی به‌نام وایومینگ پیدا شد. در سال ۱۹۹۲، یابندگان این فسیل دندانی، یعنی فیل جینجریچ و جیم زاکوز و پائول کاک، همین وضعیت غیرعادی ایزوتوپی را در فسیلی مکشوفه‌شان نشان دادند. این پستاندار ماقبل تاریخ نیز هوای سرشار از کربن‌دی‌اکسید تنفس کرده بود. در این زمینه، شواهد بیشتری در چین و اروپا و سایر نقاط جهان نیز پیدا شده است. بنابراین طبق شواهد، دوره‌ی کوتاه و فاجعه‌بار گرما درحدود ۵۶ میلیون سال پیش وجود داشته که به‌عنوان «دوره‌ی حداکثر گرمای پالئوسن- ائوسن» یا PETM نام‌گذاری شده است.

بعد از اینکه کربن از منبع ناشناخته‌ای به آسمان رخنه کرد، این سیاره که درمقایسه‌با زمان کنونی چند درجه‌ی سانتی‌گراد گرم‌تر بود، ۶ درجه‌ی دیگر نیز گرم شد. اقیانوس‌های نزدیک استوا به‌شدت گرم شدند و انقراض‌های جمعی بزرگی در سرتاسر جهان رخ دادند. روی زمین میمون‌های اولیه و اسب‌ها و دیگر پستانداران اولیه به‌دنبال پوشش گیاهی به‌سوی شمال و عرض‌های جغرافیایی بالاتر پیشروی کردند. این پستانداران در طول زمان و هم‌گام با کاهش مقدار موادمغذی برگ‌های گیاهان در هوای پر از کربن کوچک‌تر شدند. طوفان‌های سهمگین سیاره را ویران کردند و سیلاب‌های ناگهانی و خشک‌سالی‌های طولانی را به‌وجود آوردند.

فلات بیگهورن

فسیل‌ کشف‌شده در لایه‌ی سنگ‌های رسوبی زمین‌های سنگلاخی فلات بیگ‌هورن، نخستین مدرک فسیلی گرمایش عظیم زمین در ۵۶ میلیون سال پیش است

PETM فقط مثالی قدیمی درباره‌ی تغییرات اقلیمی ناشی از افزایش کربن‌دی‌اکسید نیست. دانشمندان می‌گویند این امر به عامل ناشناخته‌ای اشاره می‌کند که تأثیر بزرگی بر اقلیم زمین دارد. در آن دوره، زمین واقعا داغ شد. رویدادهای گرمایش باستانی مانند PETM همیشه چیزی فراتر از پیش‌بینی‌های مدل‌های تئوریکی اقلیمی بوده‌اند. دانشمندان حتی پس از به‌حساب‌آوردن تفاوت در جغرافیا و جریان‌های اقیانوسی و پوشش گیاهی در این رویدادهای گذشته، متوجه شدند احتمالا عامل مهم تأثیرگذار دیگری وجود داشته که ردی از آن در رکوردهای فسیلی برجای نمانده است. آن‌ها این عامل را «عامل X» نامیدند.

شواهد در حمایت از پاسخی است که کارشناسان برای مدت‌ها به آن مشکوک بودند؛ ولی به‌تازگی توانسته‌اند آن را دقیقا بررسی کردند. مت هوبر، دانشمند فعال درزمینه‌ی مدل‌سازی تغییرات اقلیمی گذشته می‌گوید:

در این نقطه، این مسئله کاملا آشکار است که پاسخ، ابرها هستند.

ابرها

در‌حال‌حاضر، ابرها در هر لحظه حدود دوسوم از سیاره را می‌پوشانند. نتایج شبیه‌سازی‌های کامیپوتری نشان می‌دهند با گرمایش زمین، از میزان پوشش ابرها نیز کاسته می‌شود. وقتی این سطح سفید که نور خورشید را به فضا برمی‌گرداند، کمتر شود، زمین بازهم گرم‌تر و این امر خود موجب کاهش پوشش ابر می‌شود. این حلقه‌ی بازخورد موجب می‌شود روند گرمایش زمین از کنترل خارج شود.

برای چند دهه، برخی محاسبات نشان می‌دادند کاهش یا فقدان ابرها تأثیر چشمگیری بر اقلیم می‌گذارد؛ اما تا همین چند سال پیش، این نگرانی فقط درحد گمان مانده بود تا اینکه بالاخره مشاهده‌ها و شبیه‌سازی ابرها تا جایی بهبود پیدا کرد که پژوهشگران توانستند شواهد متقاعدکننده‌ای جمع‌آوری کنند. اکنون، یافته‌های جدید منتشرشده در مجله‌ی Nature Geoscience نشان می‌دهند اثرهای از‌دست‌دادن ابرها ممکن است به‌اندازه‌ای بزرگ باشد که بتواند رویدادهای گرم‌شدن باستانی نظیر PETM را توضیح و نیز از فاجعه‌ای در آینده خبر دهد.

فیزیک‌دانان اقلیمی در مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا شبیه‌سازی پیشرفته‌ای از ابرهای استراتوکومولوس انجام دادند. ابرهای استراتوکومولوس، ابرهای تیره‌رنگی هستند که نزدیک سطح زمین تشکیل می‌شوند و در خنک‌شدن زمین بیشترین نقش را ایفا می‌کنند. در شبیه‌سازی، یک نقطه‌ی سرازیری نشان داده شد؛ نقطه‌ای از گرمایش زمین که در آن ابرهای استراتوکومولوس به‌کلی درهم می‌شکنند. این وضعیت زمانی اتفاق می‌افتد که غلظت کربن‌دی‌اکسید در اتمسفر شبیه‌سازی‌شده به ۱,۲۰۰ پی‌پی‌ام می‌رسد. در این وضعیت، اگر انتشار گازهای گلخانه‌ای و مصرف سوخت‌های فسیلی به‌شیوه‌ی «تجارت به روال معمول» ادامه داشته باشد، در یک قرن آینده، این اتفاق برای زمین خواهد افتاد. در این شبیه‌سازی، نشان داده شد وقتی زمین از این نقطه‌ی سرازیری عبور کند، علاوه‌بر ۴ درجه‌ای که کربن‌دی‌اکسید آن را گرم می‌کند، ۸ درجه‌ی دیگر نیز گرم‌تر خواهد شد. کری امانوئل، دانشمند اقلیم‌شناس مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست می‌گوید:

با ناپدیدشدن ابرها، اقلیم شبیه‌سازی‌شده بسیار فراتر از حدانتظار پیش می‌رود.

امانوئل این یافته‌ها را بسیار محتمل خواند؛ ولی در‌عین‌حال، خاطرنشان کرد دانشمندان باید سعی کنند این کار را جداگانه انجام دهند. برای تصور ۱۲ درجه گرمایش، مجسم کنید تمساح‌ها در قطب شمال درحال‌شنا و مناطق استوایی نیز عمدتا سوخته و عاری از حیات هستند.

به‌گفته‌ی تاپیو اشنایدر و کولین کائول و کایل پرسل، پژوهشگرانی که این شبیه‌سازی را انجام داده‌اند، اگر سریعا و به‌اندازه‌ی کافی از میزان انتشارات کربنی کم نشود و از نقطه‌ی سرازیری عبور کنیم، تغییر اقلیمی فاجعه‌باری اتفاق خواهد افتاد. نقطه‌ی سرازیری ابرهای استراتوکومولوس به توضیح نوساناتی کمک می‌کند که در رکوردهای اقلیمی باستانی مشاهده شده است. این امر ممکن است یکی از ناپایداری‌های ناشناخته در اقلیم زمین باشد. هوبر می‌گوید:

اشنایدر و همکارانش درِ جعبه‌ی پاندورای شگفتی‌های احتمالی اقلیمی را گشوده‌اند. مکانیسم‌های پشت‌صحنه‌ی ناپدیدشدن ابرها درحال آشکارشدن هستند و این فقط موضوعی مربوط‌به گذشته نیست؛ بلکه چشم‌اندازی از آینده است.

ابرها انواع مختلفی دارند: استراتوس‌های آسمان‌مانند، کومولوس‌های شبیه ذرت بوداده، سیروس‌های پَرمانند و نازک، نیمبوس‌های توده‌ای عظیم و ترکیبات مختلفی از آن‌ها. این ابرها که از قطرات ریز میکروسکوپی ساخته شده‌اند، با کیلومترها وسعت بیشتر اتمسفر زمین را می‌پوشانند. ابرها با ممانعت از رسیدن نور خورشید به سطح زمین، موجب می‌شوند دمای زمین چند درجه خنک‌تر شود.

این ابرها را فیزیک پیچیده‌ و در حجم‌های عظیمی درهم بافته‌ است. اگر این تکه‌های سفید ابر از آسمان به زمین بیایند، لایه‌ی شفاف آبکی تشکیل می‌شود که ضخامتی بیش از یک تار مو ندارد. ابرها در ابتدا ساده به‌نظر می‌آیند. آن‌ها وقتی تشکیل می‌شوند که هوای گرم و مرطوب بالا برود و سرد شود. بخارآب موجود در هوا در اطراف ذرات گرد‌و‌غبار یا نمک دریا یا دیگر ذرات متراکم می‌شود و قطرات آب مایع (یخ)، یعنی همان قطرات ابر را تشکیل می‌دهد. اگرچه وقتی عواملی نظیر گرما، تبخیر، تلاطم، تابش، باد، جغرافیا و دیگر عوامل بی‌شمار مؤثر در این فرایند در نظر گرفته شوند، این تصویر بسیار پیچیده‌تر خواهد شد.

قطرات ابر

تصویری از قطرات ابر تشکیل‌شده از یخ (سمت چپ) و قطرات ابر کُروی تشکیل‌شده از آب مایعِ فوق‌العاده سرد از ابرهای استراتوکومولوس آسمان اقیانوس‌جنوبی

از دهه‌ی ۱۹۶۰، فیزیک‌دانان برای درک تأثیر متقابل بین گرمایش زمین و تشکیل ابرها تلاش کرده‌اند. برای چند دهه، موضوع ابرها بزرگ‌ترین منبع بی‌اعتمادی درزمینه‌ی میزان گرمایش زمین بوده است. کیت مارول، از مؤسسه‌ی مطالعات فضایی گودارد ناسا در نیویورک، به مسئله‌ی ابرها می‌اندیشد. بهار گذشته، او در دفتر خود به نموداری اشاره کرد که در آن، دامنه‌ی وسیع پیش‌بینی‌های مدل‌های اقلیمی مختلف نشان داده شده بود. تقریبا ۳۰ مدل اقلیمی جهانی مختلف که در آن‌ها، تمام عوامل شناخته‌شده برای پیش‌بینی چگونگی افزایش در دمای زمین و رسیدن آن به نقطه‌ی سرازیری براساس میزان افزایش در انتشار کربن‌دی‌اکسید در نظر گرفته شده بود.

در هر مدل اقلیمی، مجموعه‌ای از معادلات به‌شکل صفحه‌ی کُروی مشبکی از اتمسفر زمین اجرا و به‌نمایش گذاشته می‌شوند. برای دنبال‌کردن تغییرات در طول زمان، از ابررایانه‌ای استفاده می‌شود که بتواند نشان دهد چگونه تغییر در هرکدام از سلول‌های شبکه به کل سیاره منتقل می‌شود. دانشمندان با اضافه‌کردن کربن‌دی‌اکسید و دیگر گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر شبیه‌سازی‌شده و تاثیرات حاصل از آن، می‌توانند پاسخ‌های اقلیمی زمین را پیش‌بینی کنند. در تمام مدل‌های اقلیمی، جریان‌های اقیانوسی و باد درنظر گرفته می‌شود و اکثر آن‌ها حلقه‌های بازخورد مهمی مانند ذوب‌شدن کلاهک‌های یخی در قطب و افزایش رطوبت را در نظر می‌گیرند که هر دو موجب تسریع روند گرمایش زمین می‌شوند. این مدل‌ها درزمینه‌ی بیشتر عوامل توافق دارند؛ اما در نحوه‌ی نشان‌دادن ابرها، اختلاف زیادی باهم دارند.

در مدل‌های اقلیمی که کمترین حساسیت را دارند و واکنش ملایمی را دربرابر افزایش غلظت کربن‌دی‌اکسید پیش‌بینی می‌کنند، نشان داده شده که اگر غلظت کربن‌دی‌اکسید درمقایسه‌با زمان پیش از صنعتی‌شدن دوبرابر شود، زمین ۲ درجه گرم‌تر خواهد شد. قبل از آغاز استفاده از سوخت‌های فسیلی، غلظت کربن‌دی‌اکسید ۲۸۰ پی‌پی‌ام بود و اکنون به بیش از ۴۱۰ پی‌پی‌ام رسیده است.در همین حال، متوسط دمای زمین نیز یک درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یافته است. بااین‌حال، این پیش‌بینی ۲ درجه‌ای به بهترین سناریو مربوط‌ است. درحقیقت، آنچه موجب ترس مردم می‌شود، پیش‌بینی‌هایی است که نشان می‌دهند درنتیجه‌ی دوبرابرشدن کربن‌دی‌اکسید در اتمسفر، دما ۴ یا ۵ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش خواهد یافت. برای درک این موضوع، در نظر بگیرید تفاوت بین زمان حال و آخرین عصر یخبندان ۴.۵ درجه‌ی سانتی‌گراد بوده است.

دلیل تفاوت در پیش‌بینی‌های مدل‌های اقلیمی عمدتا به نوع درنظرگرفتن ابرها مربوط‌ است. مارول می‌گوید مطمئن باشید مدلی که حساس‌تر مدلی است که در آن، مسئله‌ی ابرها در نظر گرفته شده است.

مدل اقلیمی

یکی از مشکل‌های موجود این است که در شبیه‌سازی‌های اقلیم جهانی، ابررایانه‌های فعلی نمی‌توانند سلول‌های شبکه‌ای دارای ابعاد کمتر از ۱۰۰ در ۱۰۰ کیلومتر را تفکیک کنند. به‌همین‌دلیل، فیزیک‌دانان مجبورند در مدل‌های خود، ابرها را ساده کنند و براساس ویژگی‌هایی نظیر دما و رطوبت، سطحی کلی از ابر برای هر سلول شبکه در نظر بگیرند.

باوجوداین، ابرها درگیر فعل‌و‌انفعالات حاصل از مکانیسم‌های زیادی هستند و مشخص نیست بهترین روش برای تعریف آن‌ها در مدل چگونه است. گرمایش زمین و آسمان موجب تقویت برخی از مکانیسم‌های درگیر در تشکیل ابر می‌شود؛ ولی درمقابل، نیروهایی را نیز تقویت می‌کند که موجب ازبین‌رفتن ابرها می‌شوند.

در مدل‌های اقلیمی جهانی که پیش‌بینی می‌شود با دوبرابرشدن غلظت کربن‌دی‌اکسید اتمسفر، دمای هوا ۲ درجه گرم‌تر شود، تغییرات مرتبط با پوشش ابر در نظر گرفته نمی‌شود. در مدل‌هایی که پیش‌بینی می‌شود دمای زمین ۴ درجه افزایش پیدا کند، فرض می‌شود با گرم‌شدن زمین از میزان پوشش ابرها کاسته شود. مایکل مان، دانشمند اقلیم‌شناس دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید که حتی ۲ درجه گرمایش نیز اثر زیادی دارد و موجب مرگ گونه‌ها و وارد شدن آسیب قابل‌توجهی به حیات روی زمین خواهد شد. این وضعیت موجب مرگ صخره‌های مرجانی می‌شود که محل تغذیه‌ی میلیون‌ها ماهی هستند و در همین حین، احتمال بُروز سیلاب، آتش‌سوزی، خشک‌سالی، امواج گرمایی و طوفان افزایش می‌یابد. همچنین، افزایش در سطح دریا جوامع ساکن در سواحل را تهدید خواهد کرد. او می‌گوید:

در وضعیت افزایش ۴ درجه‌ای، نه‌تنها تخریب جوامع مرجانی و مرگ تعداد زیادی از گونه‌های جانوری و رویدادهای آب‌و‌هوایی شدید فاجعه‌بار را شاهد خواهیم بود؛ بلکه افزایش چندین‌متری در سطح دریا، ظرفیت سازگاری ما را کاهش خواهد داد. این، یعنی پایان تمدن شکل کنونی تمدن بشری است.

دشوار است بتوانیم تصور کنیم چه اتفاقی می‌افتد اگر تا یک قرن بعد، ابرهای استراتوکومولوس ناگهان ناپدید شوند و هوا ۸ درجه‌ی دیگر گرم‌تر شود. اشنایدر می‌گوید:

امیدوارم هرگز به آن نقطه نرسیم.

آسمان

شبیه‌سازی آسمان

در دهه‌ی گذشته، پیشرفت قدرت اَبَررایانه‌ها و مشاهده‌های جدید روی ابرهای حقیقی، موجب جلب توجه پژوهشگرانی نظیر اشنایدر به مسئله‌ی «عامل X» شد. امروزه، پژوهشگران می‌توانند دینامیک ابرها را با وضوح کم‌‌نظیری شبیه‌سازی کنند و بینند با افزایش کربن‌دی‌اکسید در اتمسفر چه اتفاقی می‌افتد.

فیزیک‌دانان در ابتدا ابرهایی را در نظر گرفتند که در ارتفاعات بالا هستند. در سال ۲۰۱۰، پژوهشگران نشان دادند وقتی زمین گرم می‌شود، ابرها به ارتفاع بالاتر و نیز به‌سمت عرض‌های جغرافیایی بیشتر می‌روند. با حرکت آن‌ها به این مناطق، از کارایی آن‌ها درزمینه‌ی جلوگیری از تابش خورشید کاسته می‌شود. این امر دمای هوا را افزایش می‌دهد و سبب می‌شود تمام مدل‌های اقلیمی این اثر را در نظر بگیرند. بااین‌حال، مهم‌تر و مشکل‌سازتر از ابرهای نازکی که در ارتفاع بالا تشکیل می‌شوند، ابرهای ضخیم و متلاطمی هستند که در ارتفاعات کمتر تشکیل می‌شوند؛ مانند انواع استراتوکومولوس‌ها. استراتوکومولوس‌ها یک‌چهارم از اقیانوس را می‌پوشانند و ۳۰ تا ۷۰ درصد از نور خورشید را جذب می‌کند. اگر این ابرها نباشند، این نور را امواج تیره‌ی آب جذب می‌کنند. شبیه‌سازی ابرهای استراتوکومولوس به قدرت محاسباتی بسیار زیادی نیاز دارد؛ زیرا جریان‌های متلاطم مختلفی در آن‌ها وجود دارد.

هواپیما مطالعه ابرها

هواپیمای پژوهشی در ابرهای استراتوکومولوس حین مأموریتی در سواحل شیلی برای جمع‌آوری داده‌های مربوط‌به اثرهای متقابل بین ابرها، ذرات موجود در هوا، لایه‌های مرزی اتمسفری، جریان‌های باد و دیگر جنبه‌های اقلیم جنوب شرق اقیانوس آرام

کریس برترتون، دانشمند علوم اتمسفری و ریاضی‌دان دانشگاه واشنگتن، در سال‌های ۲۰۱۳ و ۲۰۱۴، چند نمونه از نخستین شبیه‌سازی‌ها را دراین‌زمینه انجام داد. او و همکارانش تکه‌ی کوچکی از ابر استراتوکومولوس را شبیه‌سازی کردند و متوجه شدند وقتی سطح دریایی که زیر آن قرار گرفته، در اثر وجود کربن‌دی‌اکسید گرم می‌شود، ابر نازک‌تر می‌شود. این نتایج و یافته‌های دیگر مانند داده‌های ماهواره‌ای ناسا نشان می‌دهند پوشش ابر در سال‌های گرم درمقایسه‌با سال‌های سرد کمتر است. افزون‌براین، نشان می‌دهند مدل‌های اقلیمی جهانی دارای حداقل حساسیت، یعنی مدل‌هایی که تغییر در پوشش ابر را در نظر نمی‌گیرند و افزایش ۲ درجه‌ای دما را پیش‌بینی می‌کنند، احتمالا درست نیستند.

برترتون که اشنایدر او را باهوش‌ترین فرد در این حوزه می‌خواند، نه‌تنها برخی از شبیه‌سازی‌های برتر از ابرهای استراتوکومولوس را اجرا کرد؛ بلکه او و گروهش برفراز ابرها به‌پرواز درآمدند و با استفاده از ابزارهایی که از بال هواپیما آویزان کرده بودند، خصوصیات ابرها را نیز اندازه‌گیری کردند. برترتون در مأموریت زمستان گذشته‌ی خود، ابرهای استراتوکومولوس اقیانوس‌جنوبی را در منطقه‌ی بین تاسمانی و قطب جنوب بررسی کرد. مدل‌های اقلیمی جهانی وضعیت پوشش ابری این منطقه را به‌درستی برآورد نمی‌کنند و این امر موجب می‌شود این مدل‌ها درمقایسه‌با تغییرات ممکن در پوشش ابر این منطقه چندان حساس نباشند. برترتون و گروهش می‌خواستند دلیل فراوانی ابرهای اقیانوس‌جنوبی را پیدا کنند. داده‌های آن‌ها نشان می‌داد آن ابرها عمدتا از قطرات آب فوق‌العاده سرد تشکیل شده‌اند. در مدل‌های اقلیمی پیشین، فرض می‌شد این ابرها از ذرات یخ تشکیل شده‌اند. قطرات آب مایع درمقایسه‌با قطرات یخ که بزرگ‌تر و احتمال افتادن آن‌ها به‌‌شکل باران بیشتر هستند، برای مدت زمان طولانی‌تری درکنارهم می‌مانند. این وضعیت به‌نظر می‌رسد دلیل این باشد که چرا این منطقه درمقایسه‌با پیش‌بینی‌های مدل‌های اقلیمی جهانی ابری‌تر است. تنظیم مدل‌ها برای درنظرگرفتن این یافته‌ها، آن‌ها را درمقایسه‌با کاهش در پوشش ابری ناشی از گرمایش زمین در این منطقه حساس‌تر خواهد کرد. به‌گفته‌ی برترتون، این یکی از شواهدی است که از پیش‌بینی‌های افزایش دمایی ۳ تا ۵ درجه‌ای حمایت می‌کند.

ابرها و کربن دی اکسید

شبیه‌سازی جدید اشنایدر و کائول و پرسل پژوهش پیشین برترتون را بهبود بخشید. آن‌ها اتفاقات رخ‌داده در تکه‌ای ابر استراتوکومولوس را به پوشش ابر مدل اقلیمی ساده‌ای از جهان تعمیم دادند. این کار به آن‌ها این امکان را داد تا بتوانند نخستین‌بار اثر متقابل بین گرم‌شدن هوا و تشکیل ابرها را بررسی کنند. در شبیه‌سازی آن‌ها که برای ۲ میلیون هسته‌ساعت روی اَبَررایانه‌هایی در سوئیس و کالیفرنیا انجام شد، تکه‌ای ۵ در ۵ کیلومتری از ابر استراتوکومولوس مدل‌سازی شد که شبیه ابرهای سواحل کالیفرنیا بود. با افزایش سطوح کربن‌دی‌اکسید در آسمان شبیه‌سازی‌شده و گرم‌شدن سطح دریا، دینامیک ابر شکل گرفت.

پژوهشگران دریافتند وقتی نقطه‌ی سرازیری فرامی‌رسد، ابرهای استراتوکومولوس به‌‌دلیل دو نیرو سریعا ناپدید می‌شوند که برخلاف تشکیل آن‌ها عمل می‌کنند:

  • وقتی سطح بالاتر کربن‌دی‌اکسید موجب گرم‌شدن سطح زمین و آسمان می‌شود، گرمای اضافی به ایجاد تلاطم قوی‌تری درون ابرها منجر می‌شود. این تلاطم موجب حرکت هوای مرطوبی می‌شود که در بخش بالایی ابر قرار گرفته و به بیرون‌راندن آن کمک می‌کند و در همان زمان، هوای خشک را از بالا به‌سمت داخل ابر می‌کشاند. این فرایندِ ورود هوا موحب فروپاشی ابر می‌شود.
  • وقتی اثر گلخانه‌ای موجب گرم‌ و مرطوب‌تر شدن اتمسفر می‌شود، سردشدن ابرهای استراتوکومولس از سمت بالا چندان کارآمد نخواهد بود. این فرایند خنک‌کردن ضروری است؛ زیرا موجب می‌شود قطرات سرد و مرطوب هوا از بالای ابر وارد شود و فضایی برای هوای گرم و مرطوب نزدیک سطح زمین مهیا کند تا بتواند وارد ابر و جزئی از آن شود. وقتی فرایند خنک‌کردن کارآمد نباشد، ابرهای استراتوکومولوس نازک می‌شوند. درنهایت، نیروها و اثرهای مخالف به‌‌قدرت می‌رسند. در این شبیه‌سازی، وقتی سطوح کربن‌دی‌اکسید به حدود ۱,۲۰۰ پی‌پی‌ام رسید، ورود هوای بیشتر به ابر و اثر خنک‌کنندگی کمتر، درنهایت موجب فروپاشی ابرهای استراتوکومولوس شدند. این وضعیتی است که در ۱۰۰ تا ۱۵۰ سال آینده درصورتی‌ پیش می‌آید که انتشارت کربنی محدود نشود.

اشنایدر و همکارانش برای اینکه ببینند چگونه نبود ابرها بر دمای زمین تأثیر خواهد گذاشت، رویکرد مدل‌های اقلیمی جهانی را معکوس کردند. در این کار، آن‌ها تکه‌های ابر را با وضوح بسیار مدل‌سازی کردند. نتایج آن‌ها نشان می‌داد وقتی ابرهای استراتوکومولوس ناپدید می‌شوند، مقدار زیادی از گرمای اضافی جذب اقیانوس‌ها می‌شود و دما و سرعت تبخیر آب افزایش می‌یابد. بخارآب اثری گلخانه‌ای مانند کربن‌دی‌اکسید دارد؛ بنابراین، تبخیر آبِ بیشتر و ورود آن به اتمسفر به‌معنای گرم‌شدن بیشتر سطح زمین خواهد بود. تعمیم این نتایج به کل جهان و کاهش شدید ابرهایی که در ارتفاع پایین تشکیل می‌شوند و افزایش تبخیر آب، به افزایش ۸ درجه‌ای دمای هوا منجر شد.

پس از چنین تغییری در اقلیم و اشباع‌شدن هوا از بخارآب، کاهش سطوح کربن‌دی‌اکسید موجب بازگشت ابرها نخواهد شد. به‌گفته‌ی اشنایدر ، در اینجا پدیده‌ی هیستِرِزیس وجود دارد؛ یعنی حالت سیستم به گذشته‌ی آن بستگی دارد. قبل از اینکه دوباره بتوانید ابرهای استراتوکومولوس را تشکیل دهید، باید غلظت کربن‌دی‌اکسید را به حد فعلی آن و شاید حتی مقداری کمتر از آن برسانید. دانشمندان می‌گویند این اثر هیستِرِزیس ممکن است دیگر معماها را درباره‌ی رویدادهای اقلیمی باستانی نیز حل کند. در دوره‌ی پلیوسن، یعنی حدود ۳ میلیون سال پیش، مانند امروز سطح کربن‌دی‌اکسید اتسفر ۴۰۰ پی‌پی‌ام بود؛ اما زمین ۴ درجه گرم‌تر بود.

گذشته و حال و آینده

اشنایدر درباره‌ی این مطالعه اخطاری می‌دهد که باید در پژوهش‌های آینده مدنظر قرار گیرد: در مدل اقلیمی ساده‌ای که آن‌ها تعریف کردند، فرض شده که جریان‌های باد جهان در وضعیت فعلی باقی بمانند. اگرچه شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این جریان‌ها ممکن است به‌حدی ضعیف شوند که موجب قوی‌ترشدن ابرهای استراتوکومولوس شوند و آستانه‌ی ناپدیدشدن ابرها را تاحدودی از ۱,۲۰۰ پی‌پی‌ام بیشتر کنند. ممکن است عوامل دیگر اثرهای مخالفی داشته باشند یا نقطه‌ی سرازیری ممکن است به منطقه بستگی داشته باشد. اشنایدر می‌گوید:

پژوهشگران برای اینکه بتوانند این ناهمگنی سیستم اقلیمی جهانی را در نظر بگیرند، باید شبیه‌سازی‌های زیادی از تکه‌های ابر برای کالیبره‌کردن مدل نهایی انجام دهند. آنچه دوست دارم انجام دهم و امیدوارم بختی برایش داشته باشم، دَه‌ها‌هزار شبیه‌سازی‌های با وضوح کم‌نظیر در مدل اقلیمی جهانی و سپس، شبیه‌سازی اقلیمی جهانی است که با همه‌ی آن‌ها درتعامل باشد. چنین کاری پیش‌بینی دقیق‌تری از نقطه یا نقاط سرازیری ابرهای استراتوکومولوس مهیا خواهد کرد.

سوخت های فسیلی

راهی طولانی برای رسیدن به نقطه‌ی غلظت کربن‌دی‌اکسید ۱,۲۰۰ پی‌پی‌ام پیش رو داریم. اگر بتوانیم میزان انتشارت کربنی را کاهش دهیم یا به صفر برسانیم، ممکن است بتوانیم از رویدادهای فاجعه‌بار اقلیمی اجتناب کنیم. در‌حال‌حاضر، سالیانه ۱۰ میلیارد تن انتشارت کربنی وارد هوا می‌کنیم و زمین می‌تواند هر سال فقط ۲ میلیارد تن را جذب کند. اگر انتشارات حاصل از سوخت‌های فسیلی ازطریق گسترش انرژی‌های خورشیدی، بادی، هسته‌ای و زمین‌گرمایی، تغییر در بخش کشاورزی و استفاده از تکنولوژی‌هایی که کربن را می‌گیرند، به ۲ میلیارد تن در سال کاهش پیدا کند، گرمایش ناشی از فعالیت‌های بشری کاهش درخورتوجهی خواهد داشت. اشنایدر می‌گوید درباره‌ی آینده خوش‌بین است؛ زیرا فکر می‌کند انرژی خورشیدی بسیار ارزان‌تر خواهد شد:

دیری نمی‌پاید که هزینه‌ی تولید برق از انرژی خورشید از هزینه‌ی تولید برق از سوخت‌های فسیلی کمتر خواهد شد و آنجا تغییر چشمگیری در تمام صنایع را شاهد خواهیم بود.

کری امانوئل نیز خاطرنشان می‌کند فروپاشی‌های اقتصادی که احتمالا دراثر تغییرات اقلیمی نزدیک پیش خواهد آمد، ممکن است بتواند قبل از اینکه ابرهای استراتوکومولوس به نقطه‌ی سرازیری خود برسند، از انتشار گازهای کربنی کم کند. باوجوداین، دیگر تغییرات پیش‌بینی‌نشده و نقاط سرازیری اقلیمی می‌توانند ما را به خطر نزدیک کنند. کنت می‌گوید:

نگرانم. گرمایش جهانی مهم‌ترین موضوع زمان ما است.

در طول PETM، پستانداران که به‌تازگی پس از نابودی دایناسورها آمده بودند، واقعا رشد کردند. مهاجرت آن‌ها به‌سوی مناطق شمالی موجب شد به گذرگاه‌هایی وارد شوند که به آن‌ها اجازه دهد از آن مسیرها در کل جهان پراکنده شوند و وقتی سیاره کربن‌دی‌اکسید اضافه را جذب کرد، آن‌ها کم‌کم به مناطق جنوبی نیز آمدند.

البته، داستان آن‌ها چیزی نیست که به تقلید آن امیدوار باشیم. دانشمندان می‌گویند یکی از تفاوت‌ها این است که هنگام آغاز آن دوره، زمین بسیار گرم‌تر بود. در آن وضعیت، کلاهک یخی وجود نداشت که ذوب و موجب تسریع فرایند گرما و بالارفتن سطح دریا شود. گاوین اشمیت، از مؤسسه‌ی گودارد می‌گوید:

تفاوت بزرگ دیگر این است که اینجا با شرایط آب‌و‌هوایی‌مان سازگار شده‌ایم. ما شهرهای خود را در تمام سواحل بنا و سیستم‌های کشاورزی خود را با پیش‌بینی وضعیت بارندگی طراحی کرده‌ایم و مرزهایمان نیز وابسته به همین‌ها هستند. ما برای تغییر این چیزها آماده نیستیم.

منبع quantamagazine

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید