Спросите НАСА о климате

Спросите НАСА Климат | 8 февраля 2022 г., 07:55 PST

Паровые отношения: как атмосферный водяной пар усиливает парниковый эффект Земли

Алан Буйс,
Лаборатория реактивного движения НАСА

Водяной пар является самым распространенным парниковым газом на Земле. Он отвечает примерно за половину парникового эффекта Земли — процесса, который происходит, когда газы в атмосфере Земли улавливают солнечное тепло. Парниковые газы делают нашу планету пригодной для жизни. Без них температура поверхности Земли была бы примерно на 59 градусов по Фаренгейту (33 градуса по Цельсию) ниже.Водяной пар также является ключевой частью круговорота воды на Земле: путь, по которому движется вся вода, двигаясь вокруг земной атмосферы, суши и океана в виде жидкой воды, твердого льда и газообразного водяного пара.

С конца 1800-х годов средняя глобальная температура поверхности увеличилась примерно на 2 градуса по Фаренгейту (1,1 градуса по Цельсию). Данные со спутников, метеорологических зондов и наземные измерения подтверждают, что количество водяного пара в атмосфере увеличивается по мере потепления климата. (В Шестом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата говорится, что общее количество водяного пара в атмосфере увеличивается на 1–2% за десятилетие.) На каждый градус Цельсия, на который повышается температура атмосферы Земли, количество водяного пара в атмосфере может увеличиться примерно на 7%, согласно законам термодинамики.

Получите новости НАСА об изменении климата

Некоторые люди ошибочно полагают, что водяной пар является основной движущей силой нынешнего потепления Земли. Но увеличение водяного пара не причина глобальное потепление. Наоборот, это следствие. Увеличение количества водяного пара в атмосфере усиливает потепление, вызванное другими парниковыми газами.

Это работает следующим образом: по мере увеличения количества парниковых газов, таких как углекислый газ и метан, в ответ повышается температура Земли. Это увеличивает испарение как с поверхности воды, так и с суши. Поскольку более теплый воздух содержит больше влаги, в нем увеличивается концентрация водяного пара. В частности, это происходит потому, что водяной пар не так легко конденсируется и выпадает в осадок из атмосферы при более высоких температурах. Затем водяной пар поглощает тепло, излучаемое Землей, и предотвращает его выход в космос. Это еще больше нагревает атмосферу, что приводит к еще большему количеству водяного пара в атмосфере. Это то, что ученые называют «петлей положительной обратной связи». По оценкам ученых, этот эффект более чем вдвое превышает потепление, которое произошло бы только из-за увеличения количества углекислого газа.

Другая разновидность парниковых газов

Парниковые газы в сухом воздухе в атмосфере Земли включают двуокись углерода, метан, закись азота, озон и хлорфторуглероды. Составляя около 0,05% всей атмосферы Земли, они играют важную роль в улавливании лучистого тепла Земли от Солнца и предотвращении его утечки в космос. Каждая из них обусловлена ​​непосредственно деятельностью человека.

Все пять парниковых газов неконденсирующийся. Неконденсирующиеся газы не могут превратиться в жидкость при очень низких температурах в верхней части тропосферы Земли, где она встречается со стратосферой. При изменении температуры атмосферы концентрация неконденсирующихся газов остается стабильной.

Но водяной пар — это другое животное. Его конденсирующийся — его можно превратить из газа в жидкость. Его концентрация зависит от температуры атмосферы. Это делает водяной пар единственным парниковым газом, концентрация которого увеличивается. потому что атмосфера нагревается и заставляет ее нагреваться еще больше.

Если бы количество неконденсирующихся газов не увеличивалось, количество водяного пара в атмосфере не изменилось бы по сравнению с уровнем доиндустриальной революции.

Углекислый газ по-прежнему король

Углекислый газ отвечает за треть общего потепления климата Земли из-за антропогенных парниковых газов. Небольшое увеличение его концентрации имеет серьезные последствия. Ключевой причиной является то, что углекислый газ остается в атмосфере в течение длительного времени.

Метан, углекислый газ и хлорфторуглероды не конденсируются, они не особенно химически активны и не легко разрушаются под действием света в тропосфере. По этим причинам они остаются в атмосфере от нескольких лет до столетий или даже дольше, в зависимости от газа.

Напротив, молекула водяного пара находится в атмосфере в среднем всего девять дней. Затем он перерабатывается в виде дождя или снега. Его количества не накапливаются, несмотря на гораздо большие относительные количества.

«Углекислый газ и другие неконденсирующиеся парниковые газы действуют как ручки управления климатом», — сказал Эндрю Десслер, профессор атмосферных наук Техасского университета A&M в Колледж-Стейшн. «Поскольку люди добавляют углекислый газ в атмосферу, небольшие изменения климата усиливаются изменениями в водяном паре. Это делает углекислый газ гораздо более мощным парниковым газом, чем он был бы на планете без водяного пара».

Нарушение глобального круговорота воды

Увеличение содержания водяного пара в атмосфере также усиливает глобальный круговорот воды. Они способствуют тому, чтобы влажные регионы стали более влажными, а сухие – более сухими. Чем больше водяного пара содержится в воздухе, тем больше энергии он содержит. Эта энергия подпитывает сильные штормы, особенно над сушей. Это приводит к более экстремальным погодным явлениям.

Но большее испарение с земли также иссушает почву. Когда вода от сильных штормов падает на твердую сухую землю, она стекает в реки и ручьи, а не увлажняет почву. Это увеличивает риск засухи.

Короче говоря, когда атмосферный водяной пар встречается с повышенными уровнями других парниковых газов, его воздействие на климат Земли существенно.