Тревожный сдвиг затронул хрупкий энергетический баланс Земли, сообщают ученые

Наша живая планета уникальна среди всего, что мы смогли изучить во Вселенной на сегодняшний день. Жизнь на Земле зависит от множества тонко сбалансированных, переплетенных между собой циклов, которые объединяются, чтобы создать именно те условия, которые необходимы нам для процветания - от осевого наклона, предотвращающего слишком сильные перепады температур, до положения "золотой середины".

Одним из таких циклов является тонкая энергетическая система Земли - вход и выход энергии, получаемой от Солнца. 

Этот цикл диктует все планетарные климатические системы. На Марсе сезонное изменение энергетического баланса - около 15,3 процента между сезонами на Марсе по сравнению с 0,4 процента на Земле - считается причиной печально известных эпических пыльных бурь на планете. 

По крайней мере, некоторое время, до 1750-х годов, этот колебательный энергетический цикл на Земле был относительно сбалансирован. Но теперь мы создали дисбаланс, который недавно удвоился всего за 15 лет.

"Дисбаланс чистой энергии рассчитывается путем изучения того, сколько тепла поглощается от Солнца и сколько может излучаться обратно в космос", - объясняет ученый-атмосферист Кевин Тренберт из Национального центра атмосферных исследований.

"Пока невозможно измерить дисбаланс напрямую, единственный практический способ оценить его - это инвентаризация изменений в энергии".

Тренберт и физик атмосферы Китайской академии наук Лицзин Ченг проанализировали данные всех компонентов климатической системы: суши, льда, океана и атмосферы за период с 2000 по 2019 год, чтобы провести инвентаризацию этих изменений.

Атмосфера Земли отражает почти четверть энергии, попадающей на нее, в отличие от Луны, которая принимает на себя весь удар энергии Солнца, что приводит к температуре поверхности около 100°C (212°F). Большая часть этой энергии затем поглощается Луной и излучается обратно в космос в виде теплового инфракрасного излучения, более известного как тепло.

Опять же, здесь, на Земле, этот процесс изменяется благодаря атмосфере. Некоторые молекулы в нашей атмосфере улавливают тепло, прежде чем оно попадает в космос, и продолжают удерживать его. К сожалению для нас, это парниковые газы, которые фактически окутали планету слишком плотным одеялом в верхней части атмосферы.

Эта дополнительная энергия, попавшая в ловушку, не только изменяет место, где она оказывается, но и влияет на окружающую среду по пути к конечному пункту назначения, объясняют исследователи в своей работе.

"Жизненно важно понять чистый прирост энергии, а также то, сколько и куда тепла перераспределяется в системе Земли", - пишут они. "Сколько тепла может быть перемещено туда, где оно может быть выведено из Земли с помощью излучения, чтобы ограничить потепление?".

Хотя все в основном сосредоточены на повышении температуры, это только один из продуктов этой дополнительной энергии. Только 4 процента ее идет на повышение температуры суши и еще 3 процента - на таяние льда, подсчитали Тренберт и Ченг.

Почти 93 процента поглощается океаном, обнаружили они, и мы уже наблюдаем неприятные последствия.

Хотя менее 1 процента избыточной энергии вращается в нашей атмосфере, этого достаточно, чтобы напрямую увеличить тяжесть и частоту экстремальных погодных явлений, от засух до наводнений. 

Однако повышенная турбулентность атмосферы может быть и полезной.

"Эти погодные явления перемещают энергию и помогают климатической системе избавиться от энергии, излучая ее в космос", - объясняют исследователи.

Облака и лед также помогают отражать солнечное излучение, прежде чем оно превратится в длинноволновое тепло, которое улавливают газы. Но и отражающие облака, и лед уменьшаются из-за нарушения этого энергетического цикла".

По словам Тренберта и Ченга, для создания комплексной модели системы Земли, точно предсказывающей конкретные результаты в краткосрочной перспективе, еще слишком много недостающей информации. Но благодаря использованию их концепции энергетического дисбаланса Земли, которая учитывает каждый компонент земной системы, эта задача может быть решена.

"Моделирование энергетического дисбаланса Земли является сложной задачей, а соответствующие наблюдения и их синтез требуют усовершенствования", - заключает Ченг.

"Понимание того, как все формы энергии распределяются по земному шару и поглощаются или излучаются обратно в космос, позволит нам лучше понять наше будущее".

Данное исследование было опубликовано в журнале Environmental Research Climate.