Chmury odbijają część światła słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Dlatego też mniej energii słonecznej dociera do powierzchni ziemi. Jednakże chmury są psotne i nie tylko w ten sposób wpływają na klimat. Czy zwróciłeś uwagę na to, że w nocy jest cieplej, gdy niebo jest zachmurzone? Wyjaśnijmy dlaczego ...
Warto pamiętać, że światło słoneczne jest w rzeczywistości złożone z kilku "części": promieniowania widzialnego (które oczywiście... widzimy) oraz ultrafioletowego i podczerwonego, których oczy człowieka nie mogą zobaczyć. Niektóre zwierzęta widzą promienie ultrafioletowe (np. pszczoła), inne zaś podczerwone (np. węże). Człowiek nie może zobaczyć promieni podczerwonych, ale odczuwa je jako ciepło.
1. Ziemia widziana z kosmosu Źródło: NASA
Większość promieni ultrafioletowych jest na szczęście zatrzymywanych przez warstwę ozonową, która w ten sposób chroni nas przed ich szkodliwym oddziaływaniem. Dlatego właśnie warstwa ozonowa jest tak ważna. Atmosfera, oceany i przede wszystkim chmury wysyłają z powrotem w przestrzeń kosmiczną część promieniowania słonecznego (tę część światła, która ulega odbiciu określa albedo). Dzięki temu astronauci mogą widzieć Ziemię z kosmosu.
Około 70% energii słonecznej ostatecznie dociera do powierzchni ziemi, z czego większość jest pochłaniana. Tak jak nasza skóra ogrzewa się, gdy świeci słońce tak i Ziemia nagrzewa się i później oddaje z powrotem promieniowanie podczerwone.
2. Ilustracja pokazuje przeciętną ilość ciepła (W/m2) wyemitowaną z Ziemi w przestrzeń kosmiczną w ciągu jednego lipcowego dnia w roku 2000. Na żółto zaznaczone są miejsca skąd najwięcej ciepła (czy też uchodzącego promieniowania) ucieka z górnej granicy atmosfery. Kolory czerwony i niebieski pokazują wartości średnie, białe zaś najniższe. Rejony pustynne emitują dużo ciepła, podczas gdy pokryty śniegiem i lodem kontynent Antarktydy jedynie niewielkie jego ilości. Źródło: NASA
Gdyby promieniowanie podczerwone nie zostało w części zatrzymane w atmosferze i w całości zostało wysłane w przestrzeń kosmiczną, temperatura na Ziemi wynosiłaby -18,0°C: tylko niedźwiedzie polarne byłyby z tego zadowolone!
3. Mały niedźwiedź polarny ze swoją mamą Źródło: USFWS.
Naturalny efekt cieplarniany
Nasza planeta nie jest jednak tak zimna, a to z powodu efektu cieplarnianego (więcej szczegółów znajduje się w rozdziale "Troposfera"), który jest związany z obecnością w powietrzu pary wodnej, chmur i niektórych gazów. Z tym rozdziale wyjaśnimy jedynie rolę chmur.
Chmury przykrywają około 50% powierzchni Ziemi. Gdy chmura pochłania promieniowanie emitowane przez powierzchnię Ziemi, pewną jego część oddaje w przestrzeń kosmiczną, część zaś wraca w kierunku powierzchni Ziemi ogrzewając ją. Dlatego właśnie dzięki chmurom różnice temperatury pomiędzy dniem i nocą nie są takie duże.
W dzień powierzchnia ziemi ogrzewana jest przez promienie słoneczne. Im mniej chmur na niebie tym bardziej podłoże się ogrzewa. W nocy, jeśli nie ma chmur, większość promieniowania podczerwonego emitowanego przez Ziemię ucieka w przestrzeń kosmiczną. W nocy jest zimno. Gdy niebo jest zachmurzone część promieniowania jest zatrzymywana przez chmury i oddawana z powrotem w kierunku powierzchni ziemi. Temperatura powietrza jest wtedy wyższa niż przy bezchmurnym niebie.
5. a) Bezchmurna, zimna noc. Autor: J. Gourdeau
5. b) W pochmurną noc powierzchnia ziemi mniej się wychładza gdyż chmury emitują w jej kierunku promieniowanie podczerwone.
Różnice temperatury powietrza między dniem i nocą są największe na pustyniach, gdzie powietrze jest bardzo suche i nocą ciepło szybko ucieka w przestrzeń kosmiczną. Temperatura w nocy może być nawet o 35,0°C niższa niż w ciągu dnia.
Wpływ chmur na klimat
Podsumowując, chmury dzięki zatrzymywaniu ciepła mogą ogrzewać Ziemię. Nazywamy to zwiększeniem efektu cieplarnianego przez chmury (ang. "cloud greenhouse forcing"). Proces ten przyczynia się do podwyższania temperatury Ziemi. Ale chmury mogą również ochładzać naszą planetę poprzez odbijanie światła słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Bilans tych przeciwstawnych działań: albedo chmur (czyli ochładzanie) i wpływ ocieplający decyduje o tym czy określony rodzaj chmur powoduje ocieplenie naszej planety, czy też jej oziębienie.
6. Oddziaływanie chmur w latach 1985-1986. Obszary o największym ochładzaniu zaznaczono w barwach od żółtej do niebieskiej i zielonej. Na niektórych terenach chmury powodują ocieplenie co pokazują kolory od pomarańczowego poprzez czerwony do różowego. Źródło: NASA Langley Research Center.
Chmury wysokie, zazwyczaj cienkie (np. Cirrus) przyczyniają się do ogrzewania powierzchni ziemi, podczas gdy przy ochładzaniu decydującą rolę odgrywają miąższe chmury piętra niskiego, np. Stratocumulus.
Obecnie naukowcy uważają, że w skali globalnej oddziaływanie chmur powoduje obniżenie temperatury Ziemi.
Jednym z głównych wyzwań współczesnej klimatologii jest zbadanie czy w przypadku wzrostu temperatury Ziemi na skutek działalności człowieka, chmury spowodują dalsze jej ocieplenie, czy też ochłodzenie. Jeśli temperatura Ziemi wzrośnie, powietrze będzie zdolne do pochłaniania większej ilości pary wodnej, co doprowadzi do wzrostu zachmurzenia. Czy te chmury spowodują, że więcej promieniowania będzie odbite czy też pochłonięte i zatrzymane w atmosferze?
O tej stronie:
Autor: J. Gourdeau, LaMP, Clermont-Ferrand, Francja Recenzent: Dr Vincent Giraud, LaMP, Francja ostatnia aktualizacja: 2008-11-05 Tłumaczenie na język polski: Dr Agnieszka Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
