При достаточно высоких концентрациях углекислого газа в атмосфере (CO2) Земля может достичь критической точки, когда морские слоистые облака станут нестабильными и исчезнут, что вызовет всплеск глобального потепления, согласно к новому исследованию моделирования.
Это событие, которое может повысить температуру поверхности примерно на 8 кельвинов (14 градусов по Фаренгейту) во всем мире, может произойти при концентрациях CO2 выше 1 200 частей на миллион (ppm)., согласно исследованию, которое будет опубликовано Nature Geoscience 25 февраля. Для справки: текущая концентрация составляет около 410 частей на миллион и продолжает расти. Если мир продолжит сжигать ископаемое топливо с нынешними темпами, уровень CO2 на Земле может превысить 1200 частей на миллион в следующем столетии.
Я думаю и надеюсь, что технологические изменения замедлят выбросы углерода, так что мы на самом деле не достигнем таких высоких концентраций CO2. Но наши результаты показывают, что существуют опасные изменения климата пороги, о которых мы не знали», - говорит Тапио Шнайдер из Калифорнийского технологического института, профессор наук об окружающей среде и инженерии Теодора Ю. Ву и старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения, которой Калифорнийский технологический институт управляет для НАСА. Шнайдер, ведущий автор исследования, отмечает, что пороговое значение в 1200 частей на миллион является скорее приблизительной оценкой, чем точной цифрой.
Исследование может помочь решить давнюю загадку палеоклиматологии. Геологические записи показывают, что в эоцене (около 50 миллионов лет назад) Арктика была свободной от мороза и была домом для крокодилов. Однако, согласно существующим климатическим моделям, уровни CO2 должны подняться выше 4000 частей на миллион, чтобы нагреть планету настолько, чтобы Арктика была такой теплой. Это более чем в два раза превышает вероятную концентрацию CO2 в этот период времени. Однако всплеск потепления, вызванный исчезновением слоя слоистых облаков, может объяснить появление тепличного климата эоцена.
слоистые облака покрывают около 20 процентов субтропических океанов и преобладают в восточных частях этих океанов, например, у побережья Калифорнии или Перу. Облака охлаждают и затеняют землю, отражая солнечный свет, падающий на них обратно в космос. Это делает их важными для регулирования температуры поверхности Земли. Проблема в том, что турбулентные движения воздуха, которые поддерживают эти облака, слишком малы, чтобы их можно было разрешить в моделях глобального климата.
Чтобы обойти невозможность разрешить облака в глобальном масштабе, Шнайдер и его соавторы, Коллин Каул и Кайл Прессел из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, создали мелкомасштабную модель репрезентативного разреза атмосферы над субтропического океана, моделируя на суперкомпьютерах облака и их турбулентное движение над этим участком океана. Они наблюдали нестабильность облачных покровов, за которой последовал всплеск потепления, когда уровни CO2 превысили 1 200 частей на миллион. Исследователи также обнаружили, что после того, как облачные покровы исчезли, они не появлялись снова до тех пор, пока уровни CO2 не упали до уровней, существенно ниже тех, где впервые возникла нестабильность.
«Это исследование указывает на слепое пятно в моделировании климата», - говорит Шнайдер, который в настоящее время возглавляет консорциум под названием «Альянс по моделированию климата» (CliMA), стремящийся создать новую климатическую модель. CliMA будет использовать инструменты усвоения данных и машинного обучения, чтобы объединить наблюдения Земли и моделирование с высоким разрешением в модель, которая представляет облака и другие важные мелкомасштабные особенности лучше, чем существующие модели. Одним из применений новой модели будет более точное определение уровня CO2, на котором возникает нестабильность облачных покровов.