Norii:piese din puzzle-ul climei Understand article

Tradus de Anca Tamaş. Fizica norilor şi rolul lor în clima au uimit oamenii de ştiinţă de decenii. Karin Ranero Celiusinvestighează acest subiect.

Norii afectează clima sau clima afectează norii? Ambele sunt adevărate. Oricum norii sunt atât de greu de înţeles încât nici măcar nu sunt bine încorporaţi în modelele climatice. Includerea ar însemna să înţelegem forma norilor, de ce apar şi de ce dispar, de ce şi când se formează precipitaţiile. În legătură cu acest aspect savanţii trebuie să analizeze comportamentul fiecărui nor, componentele sale şi efectul lor asupra împrejurimilor.

În esenţă norii sunt mase vizibile de picături (sau chiar cristale) de apă,suspendate în atmosfera Pământului. Pentru ai studia oamenii de stiinţă i-au împărţit în categorii. Norii ca nişte şuviţe subţiri se numesc cirus. Cei pufoşi ca bumbacul sunt norii cumulus. Într-o zi noroasă, cerul este acoperit de nori fără formă clară şi turtiţi numiţi stratus. Fiecare nor poate fi clasificat ca unul din cele trei tipuri de nori sau o combinaţie a lor(vezi diagrama de mai jos).

Mai mult, norii sunt clasificaţi conform altitudinii lor astfel: la joasă înălţime (până la 2000 m), nivel mediu (2000-6000 m), şi la mare înălţime (peste 6000 m). Înălţimea determină temperatura,care determină ulterior cât de multă energie radiază. Norii de mare înălţime sunt reci şi radiază puţină căldura în spaţiu; în schimb ei reflectă radiaţia termică înapoi către suprafaţa Pământului, încălzind atmosfera şi mărind efectul de seră. Norii de joasă înălţime, mai compacţi şi mai calzi, emit mai multă radiaţie termică în spaţiu decât înapoi pe Pământ. Ei acţionează ca un parasolar, reflectă lumina Soarelui şi astfel răcoreşte suprafaţa Pământului.

Altitudinea norului determină prin urmare efectul pe care acesta îl are asupra climei. Prin studiul apariţiei norilor de înaltă şi de joasă altitudine, putem să începem să înţelegem rolul pe care aceştia îl joacă. Dacă ambele tipuri de nori apar în mod egal, atunci efectele de încălzire şi răcorire se vor contracara reciproc, iar rezultatul ar fi o uşoară încălzire sau răcire a suprafeţei pământului. Dacă apariţia norilor de mare altitudine creşte în timp ce apariţia norilor de joasă altitudine descreşte, atunci ar fi o creştere semnificativă a temperaturii în atmosferă .

Deci, de ce apar şi dispar norii şi ce determină formarea lor şi precipitaţiile?

Proto-norii

Toţi norii au un lucru în comun:se formează din proto-nori cunoscuţi sub numele de aerolsoli. Când apa se evaporează urmare a căldurii Soarelui, vaporii se ridică în aer şi moleculele de apa se condesează sub forma de aerosoli-care pot fi naturali ca sarea, sau artficiali, ca sulfaţii. Dacă proto-norii au cel puţin 60-80 nm, o peliculă de apă se poate forma în jurul lor, formând o picatură. Norii sunt formaţi din multe astfel de picături. Dacă picăturile ajung la un diametru de 0,5-1 mm, ele vor cădea, intrând în coliziune cu alte picături, asimilându-le şi mărindu-se până la picăturile de ploaie, care pot cădea cu viteze până la 35 km/h.

Aerosolii joacă un rol important nu doar în formarea norilor, dar şi în formarea precipitaţiilor: ei determină când şi unde plouă. În atmosfera curată cu foarte puţine particule, lumina soarelui evaporează multă apă. Pe măsura ce se ridică, vaporii găsesc prea puţine particule de condensare în aer, astfel că picăturile formate în jurul lor sunt foarte mari şi plouă puternic.

Într-o atmosferă poluată,numărul mare a particulelor de aerosoli împiedică mare parte din radiaţia soarelui să ajungă pe pământ, ducând la mai puţină apă care să se evaporeze. Pe măsură ce vaporii se ridică, găseşte mai puţine particule, creând mai multe picături dar mai mici. Aceasta încetineşte formarea picăturilor de ploaie (picăturile cad doar dacă ating 0,5-1 mm), astfel că nu plouă în punctul de origine. Mai multă apă se condensează în jurul particulelor pe măsură ce norii se ridică şi temperaturile joase îngheaţă picăturile. Astfel că norul continuă să se ridice, în loc să se pornească ploaia.

Concentraţiile ridicate ale aerosolilor pot inhiba precipitaţiile şi chiar şi formarea norilor în sine. Exemplu se consideră că o concentrare a aerosolilor în nordul Chinei a dus la o schimbare majoră în frecvenţa precipitaţiilor. La scală globală desigur, toată apa care se evaporează trebuie în cele din urmă să revină sub formă de precipitaţii. Astfel că norii care îşi descarcă mai greu conţinutul, vor face acest lucru sub forma unor ruperi de nori, cauzând inundaţii şi alunecări de teren.

Desfăşurarea de forţe

Deşi aerosolii explică formarea norilor, şi într-un anume fel şi a precipitaţiilor, ei nu explică un alt factor crucial în climă: de ce îşi schimba norii forma, de ce apar şi dispar?

Forma şi ciclul de viaţă a norilor, şi prin urmare influenţa lor asupra climei este determinată de turbulenţă. La marginile norului, turbulenţele amestecă aerul uscat cu aerul umed. Acesta se numeşte “mix de antrenare”. La scală microscopică această antrenare schimbă distribuţia şi mărimea picăturilor din nori afectând tendinţa de ploaie sau disiparea completă a norilor. Dar efectul poate fi şi global. De exemplu dacă se disipează norii din sud-estul Pacificului, unde este de regulă înnorat, va fi o creştere a radiaţiei solare şi contribuind la fenomene de tip El Niño, care este caracterizat de creşterea temperaturii oceanului.

Pentru a prevedea soarta unui nor,savanţii trebuie să ştie cât de turbulente sunt picăturile: aceasta determină cât de rapid se formează picăturile de ploaie şi cad. Oricum, studierea turbulenţelor norilor este o sarcină dificilă, ca urmare a dimensiunilor componentelor norilor (o mică picătură, o picătură mare de ploaie, un curent de aer) şi de procesele fizice ce au loc în ele şi între ele.

Pentru a înţelege efectul turbulenţei, nu doar viteza şi traiectoria, dar şi acceleraţia lor este importantă. Acceleraţia fluctuează considerabil ajung chiar şi la vârfuri care sunt de 20 de ori mai mari ca gravitaţia. Frecvenţa coliziunilor, care creşte şansele de precipitaţie, este determinată de grupurile de particule puternic accelerate. Aceste fluctuaţii puternice explică de ce picăturile se ciocnesc mai rapid decât ar trebui conform teoriilor clasice.

Concluzii asupra norilor

În timp ce unii savanţi încearcă să recreeze condiţiile de turbulenţă în nori, folosind canale de vânt uriaşe, alţii studiază simulări pe computer sau fac studii pe teren.

De exemplu, Björn Stevens, cercetător la Institutul meteorologic Max Planck (Max Planck Institute for Meteorology^w1) din Hamburg, Germania, studiază norii oceanici stratocumulus, care se formează deasupra regiunilor reci de la subtropice, cum ar fi California, coasta Americii de Sud de la oceanul Pacific şi coasta Atlantică a Namibiei. Ei au o mare influenţă asupra climei globale, acoperind mai mult de o zecime din suprafaţa oceanului. Stevens a aflat că aceşti nori sunt ciudaţi: imaginile din sateliţi arată găuri mari în pătura compactă de nori, şi că deşi în mod normal aceşti nori nu determină ploaie, aceasta se formează în jurul găurilor. Odată începută ploaia, turbulenţa-circulaţia aerului între ocean şi nor – se pot schimba radical.

Stevens şi colegii lui incorporează acum noile informaţii dobândite asupra comportamentului norilor în modelele pe computer despre clima globală. În aceste modele, atmosfera este împărţită în zone, şi pentru fiecare zonă computerul calculează valorile medii ale temperaturii, umidităţii a altor caracteristici ale atmosferei, şi prevăd formarea norului. Deşi modelele nu sunt destul de exacte pentru a prevedea locul exact unde se vor forma norii, pot calcula deja gradul de acoperire a norilor şi tipul norilor în fiecare zonă, permiţând astfel să se cuantifice influenţa căldurii şi radiaţiei solare asupra formării norilor.

Savanţii, prin urmare încă investighează relaţiile dintre acoperirea norilor, precipitaţii, aerosoli şi proprietăţile aerului din jurul norilor-toate sunt fundamentale pentru înţelegerea legăturii dintre nori şi schimbările climatice. Până acum, nu suntem nici măcar pe aproape să descifrăm mecanismele diferite implicate în comportamentul norilor şi efectul lor asupra climei. Dar savanţii nu se dau bătuţi, pentru că aşa cum spunea filozoful şi naturalistul René Descartes: ”Norii sunt cheia înţelegerii tuturor lucrurilor minunate de pe Pământ”

Mulțumiri

Acest articol se bazează pe trei articole publicate în Max Planck Research: Meier (2010), Hergersberg (2010) şi Wengenmayr (2010). Max Planck Research este publicată de Societatea Max Planck şi descrie în termeni uzuali-munca unor institute de cercetare. Publicaţia trimestrială poate fi descarcată gratuit la^w2.

Download

Download this article as a PDF