Что такое эффект альбедо и почему он важен в условиях климатического кризиса

Когда вы углубляетесь в суть изменения климата, слово альбедо часто встречается в обсуждениях — обычно в сопровождении таких слов, как «отражение» или «лед» — и для этого есть веская причина.

По сути, эффект альбедо очень прост. Альбедо — это мера того, как поверхность может отражать свет, обычно понятие, которое люди связывают с цветами. Светлые цвета отражают свет более эффективно, чем темные, поэтому темная одежда нагревается на солнце (а белая — нет).

Детали, однако, могут быть гораздо более сложными.

РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ

Альбедо обычно изучается как свойство в астрономии.Исследователи смотрят на различные небесные тела (планеты, астероиды, кометы) и делают определенные выводы об их свойствах на основе их альбедо. Но альбедо важно и ближе к Земле.

Альбедо варьируется от 0 (поглощает все излучение) до 1 (отражает все излучение). Чем выше альбедо, тем больше оно отражает. Иногда это выражается в процентах от 0% до 100%.

Например, нормальное альбедо снега составляет почти 1,0, тогда как альбедо древесного угля — около 0,04. Типичное альбедо океана составляет примерно 0,06, тогда как голый морской лед варьируется примерно от 0,5 до 0,7. Другими словами, когда снег тает (и обнажается подстилающая поверхность), поглощается больше солнечной энергии, захватывая больше тепла.

Это петли

Обратная связь ледяного альбедо представляет собой взаимосвязь между количеством отраженного солнечного излучения и реакцией климата. Области, которые вносят наибольший вклад в отражение солнечного света, находятся ближе всего к полюсам. Два основных места имеют самые большие площади с отражающей поверхностью: Гренландия с почти 2,17 млн ​​км² и Антарктида с 1,2 млн км².

РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ

А теперь представьте такой сценарий:

• Человеческая деятельность производит парниковые газы.
• Это повышает температуру атмосферы, что приводит к таянию льда.
• Чем меньше льда, тем меньше отражающая поверхность.
• Меньшее отражение означает больше поглощенной энергии.
• Больше поглощенной энергии означает больше тепла.
• Больше тепла — меньше льда. Это круговой эффект, который строится сам по себе.

Возможен и обратный эффект: если климат становится холоднее, лед может сохраняться дольше, чем больше площадь льда, тем больше отражается радиация, температура продолжает падать. Это называется положительной обратной связью — мы проходим реакцию, которая приводит к еще одной, и еще, и еще, и в итоге все это возвращается к исходной причине следствий, усугубляя ее.

Теперь, когда мы знаем общий эффект, давайте рассмотрим более тонкие аспекты.

Подумайте о плавающем льду.С эффектом положительной обратной связи льду даже не нужно таять, чтобы повлиять на альбедо — ему просто нужно расколоться. Разделив его на более мелкие блоки, океан подвергается воздействию солнца, а океан становится темнее. У морской воды низкое альбедо, она быстрее прогревается и способствует таянию и измельчению большего количества льда.

Все может начинаться медленно, но быстро ускоряться, создавая петлю обратной связи, как эффект снежного кома. Кроме того, всему процессу присуща инерция, и она часто увеличивает инерцию во времени (это означает, что чем больше времени проходит, тем труднее повернуть вспять).

Однако понять процессы, управляющие альбедо, непросто из-за огромной сложности явления и всех вовлеченных в него факторов. Просто взгляните на упрощенную (и очень известную) диаграмму, которая появляется на лекциях по метеорологии и вызывает у студентов головную боль.

Это может показаться сложным, но мы можем легко разбить его.

По сути, это представление энергии, поступающей в Землю и излучаемой Землей. Левая сторона диаграммы — это энергетическое излучение, исходящее от солнца. Из этой энергии (в данном примере 342 Вт/м² исходит от солнца) часть отражается облаками и атмосферными газами, часть отражается поверхностью, а остальная часть поглощается.

Между тем справа мы видим его аналог — энергию излучения, излучаемую Землей. Чем больше парниковых газов в атмосфере, тем больше этой энергии поглощается и тем меньше выделяется.

Это так называемый энергетический бюджет планеты. Если он находится в равновесии, температура остается постоянной. Но если создается дисбаланс (скажем, если мы выбрасываем слишком много удерживающих тепло парниковых газов), создается дисбаланс, и температура начинает меняться.

Это то, что мы наблюдаем сейчас: деятельность человека создает дисбаланс, выделяя парниковые газы. В дополнение к прямому эффекту нагрева это также создает петлю обратной связи с такими вещами, как альбедо.

Дисбаланс может возникать естественным образом и случался раньше в истории Земли, но на этот раз мы почти уверены, что это мы — все доказательства указывают на это.

Поговорим об облаках

Облака также важны для альбедо, но нужно правильное облако, чтобы отражать много энергии.

Если облако пушистое и близко к поверхности, оно обладает сильным коэффициентом отражения и уменьшает проникновение излучения, что приводит к охлаждению области. Тонкое высотное облако не будет так хорошо отражать излучение, но оно задерживает излучение, идущее от Земли к небу, в конце концов, оно делает вещи теплее. Альбедо низких густых облаков, таких как слоисто-кучевые, составляет около 90%. Альбедо высоких тонких облаков, таких как перистые, может составлять всего 10 %.

В среднем облака способствуют отражению солнечной энергии, но механизмы не всегда просты. Необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять влияние облаков на планетарное альбедо.

Нет границ

Механизмы обратной связи в отношении альбедо являются неопровержимыми механизмами в климатической системе. Обратная связь водяного пара, несомненно, является ключевым процессом глобального потепления. Хотя мы можем не понимать всех деталей и тонкостей этого механизма, мы знаем, что он существует, и мы знаем, как он влияет на температуру планеты.

Чем больше двуокиси углерода (CO2) в атмосфере, тем выше температура, это увеличение может поддерживать воду в форме пара. Это повышение концентрации воды увеличивает температуру воздуха, потому что водяной пар также является парниковым газом. Это также растапливает лед и снег, обнажая более темные поверхности, которые поглощают больше тепла.

Важно понимать, что это не национальное или местное явление. Атмосфера является сплошной средой, жидкостью с различными газами. Атмосфера не знает человеческих границ. Наша климатическая система не состоит из разрозненных обратных связей, они взаимодействуют друг с другом, что и вызывает глобальный климатический кризис.

Поскольку уровень CO2 сейчас составляет 414 частей на миллион*, это беспрецедентный уровень за последние 600 000 лет и, возможно, за последние 20 миллионов лет. Без быстрых и решительных действий по сокращению наших выбросов мы приближаемся к уровням, которые вызовут необратимые, катастрофические изменения климата планеты. Это затронет всех без исключения на земном шаре. Законы физики нас не пожалеют.

*Эта статья не обновляется регулярно, чтобы отражать изменения концентрации CO2 на Земле. Вы можете проверить эту страницу НАСА для регулярных обновлений.