A sztratoszféra paradox hűlése
A troposzférában a hőmérséklet a magassággal csökken, a sztratoszférában viszont nő. Ezt a fordított hőmérsékleti rétegződést elsősorban az ózon napsugárzás-elnyelése tartja fenn. Amikor a CO₂ koncentrációja emelkedik, a sztratoszférában megnő a hatékonyan kisugárzott infravörös tartomány szélessége. Ez a spektrum azon része, ahol a CO₂ optikai mélysége éppen alkalmas a világűr felé történő hősugárzásra: nem túl átlátszó, nem túl átlátszatlan. Minél több CO₂ van jelen, annál szélesebb ez a sáv és annál hatékonyabban hűti a sztratoszférát.
A sugárzási egyensúly fenntartásához a hőmérsékletnek csökkennie kell, a CO₂ minden megduplázódása a sztratoszféra tetejének közelében (kb. 1 hPa, ~50 km magasságban) mintegy 8 kelvin hűlést okoz. Ez nem véletlen tehát, hanem közvetlenül a CO₂ abszorpciós sávjának szerkezetéből következik. A szerzők rámutatnak: ha a CO₂ spektroszkópiája más lenne, a sztratoszféra akár melegedhetne is a koncentráció növekedésével.
Lent melegebb, fent hidegebb: az ok ugyanaz
Ugyanaz a molekula a troposzférában éppen ellenkező hatást fejt ki. Itt a növekvő CO₂-koncentráció megemeli az úgynevezett effektív kisugárzási magasságot: az a réteg, ahonnan a Föld hőt sugároz a világűrbe, egyre feljebb tolódik. Mivel a troposzférában a hőmérséklet a magassággal csökken, ez az egyre magasabbra kerülő kisugárzási szint egyben hidegebb is, azaz a kisugárzás egyre kevésbé hatékony. A felszínnek és az alsó légkörnek tehát fel kell melegednie, hogy a beérkező napenergiát egyensúlyba hozza a kisugárzott hőenergiával.
Ez a mechanizmus választ ad egy gyakran felbukkanó klímaszkeptikus érvre is: a „CO2-telítődés paradoxonára".
A CO₂ 15 mikrométeres abszorpciós sávjában a légkör elnyelőképessége valóban már annyira erős, hogy a gázkoncentráció további növelése egyre kevésbé változtat az összesített abszorptivitáson (elnyelésen), a sugárzási kényszer ezért nem lineárisan, hanem logaritmikusan nő a CO₂-koncentrációval. Egy 2020-ban publikált sugárzási modellszámítás azonban világosan megmutatta, hogy a „telített, tehát hatástalan" érvelés félrevezető: a CO₂-koncentráció megduplázódása okozta sugárzási kényszer mintegy 90 százalékát nem az abszorptivitás növekedése, hanem éppen a kisugárzási magasság emelkedése adja. A vízgőz esetében egy kicsit más ez az arány (~60% magasság, ~40% abszorpció), de a kisugárzási magasság szerepe ott is dominál. A légkör tehát akkor sem „telítődik", ha az abszorpciós sáv közepe már átlátszatlan, a hőmérséklet vertikális rétegzettsége gondoskodik arról, hogy a CO₂ növekvő koncentrációja továbbra is melegítő hatást fejtsen ki a felszínen és az alsó légkörben.
Időskálák: a gyors jel és a lassú válasz
A két folyamat időbeli lefolyása is markánsan különbözik. A sztratoszféra hűlése sugárzási folyamat, amely néhány hónap/év alatt végbemegy, hiszen itt a vékony, ritka légkörnek csekély a hőkapacitása. Ezzel szemben a felszín és a troposzféra felmelegedése évtizedek alatt bontakozik ki, mert az óceánok hatalmas hőtömege jelentősen lassítja az éghajlati választ. Éppen ezért a sztratoszféra hűlését már az 1980-as évektől egyértelműen ki lehetett mutatni a műholdas mérésekből, jóval azelőtt, hogy a felszíni és troposzférikus felmelegedés statisztikailag is kétségbevonhatatlanná vált. Ez az ellentétes előjelű, eltérő ütemben megmutatkozó jel a klímaváltozás egyedi „ujjlenyomata": egy egyszerű, egyenletes felmelegedés – mint amit például a Nap erősödő sugárzása miatt várnánk – mindkét réteget melegítené.
Csak az üvegházhatású gázok növekedése képes egyszerre hűteni a sztratoszférát, és fűteni a felszínt, valamint a troposzférát.
A teljes kép: 50%-os felerősítés
A tanulmány egyik legfontosabb mennyiségi eredménye, hogy a sztratoszféra hűlése mintegy 50 százalékkal megnöveli a CO₂ légkör tetején mért effektív sugárzási kényszerét, a pillanatnyi ~2,2 W/m²-es értékről ~3,4 W/m²-re. Ez azt jelenti, hogy a felszín-troposzféra rendszer érdemben nagyobb energiatöbbletet kap, mint amennyit a CO₂ közvetlen hatása önmagában eredményezne.
A sztratoszféra hűlése tehát nem csupán egy érdekes mellékjelenség, hanem aktívan hozzájárul az alsó légkör melegedésének erősítéséhez.
A két folyamat egyetlen összefüggő rendszert alkot: a Föld energiamérlege a teljes légoszlopon keresztül áll helyre és a CO₂ spektroszkópiája szabja meg, hogy ebben a folyamatban hol jelenik meg melegedés és hol hűlés. A Cohen és társai által felvázolt elmélet így nemcsak egy régóta ismert megfigyelést magyaráz meg, hanem egységes keretbe foglalja az emberi eredetű éghajlatváltozás két legfontosabb légköri lenyomatát.
A publikációban szereplő állítások és vélemények kizárólag a szerző(k) saját álláspontját tükrözik, és nem feltétlenül egyeznek meg a szerkesztőség, illetve az Agrárszektort is kiadó NET Média Zrt. hivatalos álláspontjával.
