Chmury i aerozole

Średnie zachmurzenie Ziemi jest równe około 60%. Na chmury najczęściej zwracamy uwagę gdy pada, ale 90% wszystkich chmur zanika nie dając opadu. Chmury odgrywają istotną rolę w bilansie promieniowania Ziemi. Mogą odbijać część promieniowania słonecznego, wskutek czego nie dociera ono do powierzchni ziemi, nie jest przez nią pochłaniane, a następnie zamienione na ciepło; zatem nie przyczynia się do ogrzania atmosfery. Chmury mogą jednak także pochłaniać promieniowanie cieplne płynące od podłoża, a następnie wypromieniowywać je do atmosfery i w ten sposób ją podgrzewać. W tym przypadku przyczyniają się do powstawania naturalnego efektu cieplarnianego.

Rodzaje chmur i ich powstawanie

Oprócz lodowych chmur stratosferycznych, które czasami można obserwować w regionach okołobiegunowych, wszystkie inne chmury tworzą się w troposferze, w warstwie powietrza od powierzchni ziemi do około 15 km wysokości. Poszczególne rodzaje chmur noszą łacińskie nazwy i wyróżniamy je na podstawie m.in. ich budowy i kształtu, a także wysokości na jakiej występują. Z niektórych chmur często pada deszcz lub śnieg, zaś inne nie dają żadnych opadów. 

Chmury składają się z kropelek wody lub kryształków lodu, zależnie od temperatury otaczającego powietrza. Kropelki wody budujące chmurę tworzą się w procesie nazywanym kondensacją. Proces ten zachodzi, gdy zawartość pary wodnej w powietrzu jest tak duża, że powietrze nie jest w stanie dłużej utrzymać wody w stanie gazowym. Mówimy wtedy, że powietrze jest nasycone parą wodną. 

Cząsteczki i aerozole 

Wszystkie płynne i stałe cząstki znajdujace się w powietrzu, a nie będące cząstkami wody, nazywamy aerozolami (cząstki zawieszone w powietrzu).
Aerozol może się składać np. z pyłu uniesionego z powierzchni ziemi; pomyśl o wielkich burzach piaskowych i pyłowych na Saharze. Pyły tworzą się także w miastach, np. sadza pochodząca z procesów przemysłowych i spalin samochodów. Cząsteczki znajdujące się w czystym powietrzu nad oceanami mogą składac się z soli morskich (tzw. aerozol morski). Kiedy fale morskie rozbryzgują się o brzeg to kropelki wody morskiej zaczynają się unosić w powietrzu, parują i wytrącają się z nich cząsteczki soli, tworzące aerozol morski. Czasami będąc nad morzem, jeszcze na długo zanim dojdziemy do brzegu możemy poczuć smak soli na ustach.

Zarodniki grzybów, bakterie, pyłki, substancje powstające w wyniku procesów rozkładu - wszystko to może stanowić aerozol atmosferyczny, a niektóre z cząstek mogą mieć rozmiar 100 µm lub nawet więcej. Cząstki aerozoli mogą jednak składać się zaledwie z kilku cząsteczek danej substancji, a nowoczesne pomiary pozwalają na wykrycie cząstek o rozmiarach zaledwie 3 nm (czyli 0,000003 milimetra). Tak małe są cząsteczki aerozolu składające się z kwasu siarkowego lub aerozole organiczne, powstające w powietrzu w wyniku reakcji tam zachodzących. 
Podobnie jak inne składniki atmosfery także aerozole nie tylko się tworzą, ale ulegają rozpadowi. 

Jednym ze sposobów usuwania aerozoli z atmosfery jest sucha depozycja, czyli proces grawitacyjnego opadania cząsteczek na powierzchnię ziemi. Inny sposób to wymywanie aerozoli z atmosfery przez opady atmosferyczne. Aerozole znajdujące się blisko powierzchni ziemi (< 1,5 km) utrzymują się w powietrzu od jednego do kilku dni. Czym wyżej, tym dłużej aerozole unoszą się w powietrzu. Te, które zostaną wyrzucone np. wskutek wybuchu wulkanu aż do stratosfery mogą się utrzymać w atmosferze nawet do 2 lat. Podobnie jak chmury, także aerozole mają wpływ na bilans promieniowania Ziemi gdyż obniżają przeroczystość atmosfery.

Obieg wody w przyrodzie 

W porównaniu do 1,4 miliarda km³ wody znajdującej się w oceanach, "niewielka" ilość 12 900 km³ wody (około 0,001% zasobów wodnych Ziemi) znajdująca się w atmosferze wydaje się być nieistotna. A jednak ma ona ogromne znaczenie dla systemu klimatycznego. Przede wszystkim woda znajdująca się w atmosferze podlega nieustannemu przemieszczaniu się. Każdego roku około 500 000 km³ wody jest transportowane w powietrzu wskutek parowania, kondensacji i opadów atmosferycznych. Oznacza to, że woda zawarta w atmosferze podlega całkowitej wymianie 40 razy w roku. Ponadto tylko woda zawarta w atmosferze ma znaczący wpływ na dopływ energii słonecznej do Ziemi i odbijanie promieniowania słonecznego zanim jeszcze zdąży ono dotrzeć do ziemi. Jeśli zatem zawartość wody w atmosferze wzrośnie wskutek globalnego ocieplenia i wzrośnie zachmurzenie to będzie to mieć duży wpływ na bilans promieniowania Ziemi. 

Wpływ chmur na system klimatyczny

Białe powierzchnie chmur odbijają światło słoneczne jak lód lub śnieg. Chmury mogą jednak także utrzymywać ciepło w atmosferze działając jak gazy cieplarniane, gdyż pochłaniają ciepło. Oba te procesy mają wpływ na średnią temperaturę Ziemi, dodatni i ujemny. Średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosi 15°C. Na rycinie 6 można zobaczyć jaka byłaby temperatura Ziemi gdyby cała Ziemia była pokryta śniegiem, pustyniami piaskowymi, polami uprawnymi i lasami lub oceanami. Możesz sobie wyobrazić, że gdyby przybyło na Ziemi 10% chmur białych jak śnieg to miałoby to duży wpływ na temperaturę. Chmury jednakże nie zawsze są białe, a efekt cieplarniany powodowany przez niektóre chmury może być większy niż zwiększenie odbijania światła slonecznego (wskutek wzrostu albedo).

7. Poszczególne rodzaje chmur mają różne albedo.
Objaśnienia: water - woda
Autor: J. Gourdeau

Chmury mają bardzo różne własności, zależne dodatkowo od właściwości cząsteczek znajdujących się w atmosferze. To znacznie utrudnia przewidywanie co może się stać jeśli globalne ocieplenie doprowadzi do większej zawartości pary wodnej w powietrzu i tworzenia się większej ilości chmur.

Zajrzyj do pola tematycznego  CHMURY I AEROZOLE w Encyklopedii Klimatologicznej ESPERE aby dowiedzieć się więcej.

O tej stronie:

Autor: Dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
ostatnia aktualizacja: 2004-12-18
tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa - Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, Kraków