Źródło zdjęcia: NASA / JPL
Jeden aspekt klimatu Ziemi, rozkład pary wodnej, może mieć znaczący wpływ na zmiany klimatu i zubożenie warstwy ozonowej. Aby zrozumieć jego znaczenie, naukowcy z NASA wykorzystują specjalne samoloty do stworzenia szczegółowej mapy ruchu pary wodnej w atmosferze, od powierzchni Ziemi do wysokości 40 km, gdzie powietrze całkowicie wysycha. Byli w stanie stwierdzić, która para powstała na dużych wysokościach, a która została podniesiona przez prądy powietrzne.
Naukowcy z NASA otworzyli nowe okno do zrozumienia atmosferycznej pary wodnej, jej implikacji dla zmian klimatu i zubożenia ozonu.
Naukowcy stworzyli pierwszą szczegółową mapę wody zawierającej ciężki wodór i ciężkie atomy tlenu wewnątrz i na zewnątrz chmur, od powierzchni Ziemi do około 25 mil w górę, aby lepiej zrozumieć dynamikę, jak woda dostaje się do stratosfery.
Jedynie niewielkie ilości wody docierają do suchej stratosfery, 10 do 50 kilometrów (6 do 25 mil) nad Ziemią, więc każdy wzrost zawartości wody może potencjalnie prowadzić do zniszczenia niektórych możliwości ochrony przed ozonem w tej części atmosfery. Może to powodować większe zubożenie warstwy ozonowej nad biegunami północnym i południowym, a także na średnich szerokościach geograficznych.
Woda kształtuje klimat Ziemi. Duża jego ilość w niższej atmosferze, troposferze, kontroluje, ile światła słonecznego dostaje się na planetę, ile jest uwięzione na naszym niebie i ile wraca w kosmos. Wyżej w stratosferze, gdzie większość ziemskiej osłony ozonowej chroni powierzchnię przed szkodliwymi promieniami ultrafioletowymi, jest tam bardzo mało wody (mniej niż 0,001 stężenia powierzchniowego). Naukowcy nie do końca rozumieją, jak powietrze jest suszone, zanim dotrze do tego regionu.
W troposferze woda występuje w postaci pary w powietrzu, kropelek cieczy w chmurach i zamrożonych cząstek lodu w chmurach wysokogórskich. Ponieważ jest tak dużo wody bliżej Ziemi i tak kilka mil wyżej, ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób woda wchodzi i opuszcza stratosferę. „Zawartość izotopowa”, naturalny odcisk palca pozostawiony przez ciężkie formy wody, jest kluczem do zrozumienia tego procesu. Izotop jest dowolną z dwóch lub więcej form pierwiastka o takich samych lub bardzo ściśle powiązanych właściwościach chemicznych i tej samej liczbie atomowej, ale różnych masach atomowych. Przykładem jest tlen 16 w porównaniu z tlenem 18 - oba są tlenem, ale jeden jest cięższy od drugiego.
Ciężka woda jest łatwiej skraplana lub zamarzana z pary, co powoduje, że charakter jej dystrybucji różni się nieco od zwykłej izotopowej formy wody. Pomiar izotopowego składu pary wodnej umożliwia naukowcom określenie, w jaki sposób woda dostaje się do stratosfery.
„Po raz pierwszy mamy zawartość izotopu wody odwzorowaną z niewiarygodnymi szczegółami” - powiedział dr Christopher R. Webster, starszy naukowiec w NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornia. Webster jest głównym autorem artykułu naukowego ogłaszającego nowy ustalenia w czasopiśmie Science. Dr Andrew J. Heymsfield z National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo., Jest współautorem.
Pomiar izotopów wody jest niezwykle trudny, ponieważ stanowią one jedynie niewielki ułamek, mniej niż jeden procent całkowitej wody w atmosferze. Szczegółowe pomiary wykonano za pomocą laserowego spektrometru absorpcyjnego w podczerwieni statku powietrznego (Alias), latającego na pokładzie samolotu odrzutowego WB-57F NASA w lipcu 2002 r. Ta nowa technika laserowa umożliwia mapowanie izotopów wody o wystarczającej rozdzielczości, aby pomóc badaczom zrozumieć zarówno transport wody, jak i szczegółowa mikrofizyka chmur, kluczowe parametry do zrozumienia składu atmosfery, rozwoju burzy i prognozowania pogody.
„Technika laserowa daje nam możliwość pomiaru różnych rodzajów izotopów występujących we wszystkich wodach”, powiedział Webster. „Za pomocą izotopowego odcisku palca odkryliśmy, że cząstki lodu znajdujące się pod stratosferą zostały wyciągnięte z dołu, a niektóre zostały tam wyhodowane”.
Dane pomagają wyjaśnić, w jaki sposób zmniejsza się zawartość wody w powietrzu wchodzącym do stratosfery, i pokazują, że stopniowe wynurzanie i szybki ruch w górę związany z systemami wysokich chmur (wyciąganie konwekcyjne) odgrywają rolę w ustalaniu suchości stratosfery.
Celem misji lotniczej było zrozumienie formacji, zasięgu i procesów związanych z chmurami Cirrus. Misja wykorzystała sześć samolotów z NASA i innych agencji federalnych do obserwacji powyżej, w chmurach i pod chmurami. Łącząc dane samolotów z danymi naziemnymi i satelitami, naukowcy mają lepszy obraz zależności między chmurami, parą wodną i dynamiką atmosfery niż wcześniej. Mogą także lepiej interpretować pomiary satelitarne rutynowo wykonywane przez NASA.
Misja została sfinansowana przez NASA Earth Science Enterprise. Enterprise jest zaangażowany w zrozumienie Ziemi jako zintegrowanego systemu i stosowanie Earth System Science do poprawy prognozowania klimatu, pogody i zagrożeń naturalnych przy użyciu unikalnego punktu obserwacyjnego przestrzeni. Aby uzyskać więcej informacji o Alias, odwiedź: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
Aby uzyskać informacje o NASA, odwiedź: http://www.nasa.gov.
JPL jest zarządzany dla NASA przez California Institute of Technology w Pasadenie
Oryginalne źródło: NASA / JPL News Release
