زمین درخشش خود را از دست می‌دهد! ناسا از تغییرات هشداردهنده در توازن اقلیمی پرده برداشت
داده‌های ماهواره‌ای جدید نشان می‌دهد که زمین در حال جذب نور خورشید بیشتری است و نیمکره شمالی سریع‌تر از نیمکره جنوبی کدر می‌شود. این عدم توازن بر الگوهای آب و هوایی جهانی و پایداری اقلیم تأثیر می‌گذارد. پژوهشگران با بررسی بیست و چهار سال داده‌های ناسا دریافتند که تغییرات در آئروسل‌ها، ابرها و شرایط سطح زمین به این کدر شدن دامن می‌زند و مناطق نیمه‌گرمسیری شمالی بیشترین تأثیر را پذیرفته‌اند.
مشاهدات ماهواره‌ای جدید از تغییری جزئی اما مهم در بازتابندگی زمین پرده برداشته است که نشان می‌دهد سیاره ما بیش از گذشته انرژی خورشیدی را جذب می‌کند. این پدیده که با عنوان «کدر شدن» شناخته می‌شود، بازتاب‌دهنده عدم توازن بین نیمکره‌های شمالی و جنوبی است، به طوری که نیمکره شمالی با سرعت بیشتری درخشندگی خود را از دست می‌دهد. بر اساس مطالعه‌ای که در ژورنال (PNAS) منتشر شده، تقارن نیمکره‌ای که زمانی تصور می‌شد مشخصه آلبیدوی زمین (کسری از نور خورشید که توسط سیاره بازتاب می‌شود) است، در حال از بین رفتن است. پیامدهای این پدیده فراتر از روشنایی ظاهری است، زیرا این تغییر می‌تواند الگوهای گردش جهانی، رفتار جوی و پایداری بلندمدت سیستم اقلیمی زمین را تحت تأثیر قرار دهد.
ناسا درباره کدر شدن زمین چه چیزی کشف کرده است؟
در این مطالعه، بیست و چهار سال داده‌های ماهواره‌ای از «سیستم انرژی تابشی زمین و ابرها» (CERES) ناسا مورد بررسی قرار گرفت. پژوهشگران با اندازه‌گیری «تابش خورشیدی جذب‌شده» (ASR) و «تابش موج‌بلند خروجی» (OLR) در هر دو نیمکره، دریافتند که هرچند هر دو نیمکره شمالی (NH) و جنوبی (SH) در حال کدر شدن هستند، اما این فرایند در نیمکره شمالی سریع‌تر رخ می‌دهد. تفاوت روند جذب تابش خورشیدی بین دو نیمکره به حدود ۰.۳۴ وات بر متر مربع در هر دهه رسیده است که نشان می‌دهد نیمه شمالی سیاره در حال حفظ انرژی خورشیدی بیشتری است.
این تضاد فزاینده، این فرض دیرینه را که تقارن آلبیدوی نیمکره‌ها یک ویژگی بنیادی و خودتنظیم‌شونده در زمین است، به چالش می‌کشد. این مطالعه نشان داد که اگرچه هر دو نیمکره با گرم شدن، تابش موج‌بلند بیشتری از خود ساطع می‌کنند، اما نیمکره شمالی سرمایش تابشی قوی‌تری از خود نشان می‌دهد؛ الگویی که با جذب سریع‌تر انرژی خورشیدی در این نیمکره خنثی می‌شود. این تغییرات در کنار هم نشان می‌دهند که تبادل انرژی طبیعی بین دو نیمکره ممکن است در حال ضعیف شدن باشد و به‌طور بالقوه توازنی را که زیربنای سیستم‌های آب و هوایی و گردش اقیانوسی است، بر هم بزند.
چگونه آئروسل‌ها، ابرها و تغییرات سطح زمین در این کدر شدن نقش دارند؟
عدم تقارن مشاهده‌شده ناشی از یک عامل واحد نیست، بلکه حاصل تعامل پیچیده‌ای از فرایندهای جوی و سطحی است. پژوهشگران با استفاده از تحلیل «اختلال تابشی جزئی» (PRP)، تفاوت‌های نیمکره‌ای در جذب انرژی خورشیدی را عمدتاً به تغییرات در آئروسل‌ها، آلبیدوی سطح، بخار آب و ابرها نسبت دادند. طی دو دهه گذشته، کاهش مداوم سطح آلودگی در مناطق صنعتی مانند چین، ایالات متحده و اروپا، باعث کاهش آئروسل‌های بازتابنده در جو نیمکره شمالی شده است. در همین حال، رویدادهای طبیعی بزرگ‌مقیاس مانند آتش‌سوزی‌های استرالیا در سال‌های ۲۰۱۹-۲۰۲۰ و فوران آتشفشان هونگا تونگا در سال‌های ۲۰۲۱-۲۰۲۲ به‌طور موقت حضور آئروسل‌ها را در نیمکره جنوبی افزایش داد.
این الگوها تأثیر مثبت قوی‌تر تعاملات آئروسل-تابش را بر تفاوت بین دو نیمکره توضیح می‌دهند. همزمان، نیمکره شمالی کاهش بیشتری را در پوشش برف و یخ دریا تجربه کرده است که هر دو به‌طور طبیعی نور خورشید را بازتاب می‌دهند. در نتیجه، سطوح خشکی و اقیانوسی بیشتری در معرض تابش قرار گرفته و جذب گرما افزایش یافته است. اگرچه ابرها معمولاً با بازتاب تابش ورودی این عدم توازن‌ها را جبران می‌کنند، اما نقش آن‌ها در این مورد به‌طور غیرمنتظره‌ای ضعیف بوده است. این امر نشان می‌دهد که سیستم‌های ابری ممکن است دیگر نتوانند به‌طور کامل نابرابری‌های نیمکره‌ای ناشی از تغییرات انسانی و طبیعی را جبران کنند.
تغییرات نیمکره‌ای در کجا بیشتر مشهود است؟
مناطق نیمه‌گرمسیری شمالی، بین عرض‌های جغرافیایی ۲۰ تا ۴۲ درجه، بیشترین میزان کدر شدن را با افزایش حدود ۰.۵۱ وات بر متر مربع در هر دهه در جذب تابش خورشیدی نشان می‌دهند. این منطقه که شامل بخش‌هایی از شمال آفریقا، جنوب اروپا و آسیا می‌شود، به کانون عدم توازن تابشی تبدیل شده است. سرمایش تابشی قوی‌تری که در عرض‌های جغرافیایی میانی و بالای نیمکره شمالی مشاهده می‌شود، بیشتر نشان‌دهنده توزیع جغرافیایی ناهمگون گرمایش و بازتوزیع انرژی است.
این مطالعه همچنین الگوهایی را در بارش و دمای سطح شناسایی کرده است که با این روند همخوانی دارند. نیمکره شمالی با سرعتی حدود ۰.۱۶ درجه سانتی‌گراد در هر دهه، سریع‌تر از نیمکره جنوبی در حال گرم شدن است و الگوهای بارندگی نیز متناسب با آن در حال تغییر هستند. روند فزاینده‌ای در بارش‌های استوایی در نیمکره شمالی نسبت به نیمکره جنوبی مشاهده می‌شود که نشان می‌دهد مناطق گرم‌تر شمالی، مرطوب‌تر نیز می‌شوند. این عدم توازن‌های هیدرولوژیکی و حرارتی این ایده را تقویت می‌کنند که سیستم‌های گردش در مقیاس بزرگ، از جمله «منطقه همگرایی بین‌استوایی» (ITCZ)، در پاسخ به گرمایش نامتقارن به آرامی در حال حرکت به سمت شمال هستند.
چه زمانی گردش جوی و اقیانوسی به عدم توازن انرژی پاسخ می‌دهد؟
بودجه تابشی زمین، انتقال گرما بین جو و اقیانوس‌ها را کنترل می‌کند. به طور متوسط، نیمکره جنوبی در بالای جو انرژی تابشی بیشتری دریافت می‌کند، در حالی که نیمکره شمالی معمولاً با اتلاف خالص انرژی مواجه است. این عدم توازن در گذشته توسط انتقال انرژی بین دو نیمکره از طریق جریان‌های هوایی و اقیانوسی اصلاح می‌شد. با این حال، داده‌های کنونی نشان می‌دهد که افزایش جذب انرژی در نیمکره شمالی این تفاوت را کاهش داده و این یعنی گردش جبرانی ممکن است در حال تغییر باشد.
ارتباط بین عدم تقارن تابشی و دینامیک اقلیم از دیرباز در مطالعات مدل‌سازی بررسی شده است. تحقیقات پیشین نشان داده بود که ناهنجاری‌های گرمایشی در یک نیمکره می‌تواند الگوهای بارش استوایی را به آن سمت منتقل کند و حلقه‌های بازخورد جوی را تقویت نماید. یافته‌های PNAS با این دیدگاه همسو است و نشان می‌دهد که کدر شدن مداوم نیمکره شمالی ممکن است به تغییرات ساختاری در مناطق آب و هوایی جهانی منجر شود. این نتایج همچنین با روندهای مشاهده‌شده مانند جابجایی مسیرهای طوفان به سمت قطب‌ها و باریک شدن تدریجی ITCZ همخوانی دارد؛ همگی نشانه‌هایی از این هستند که گردش سیاره در حال تطبیق با یک رژیم انرژی جدید است.
این یافته‌ها چگونه درک ما از تاب‌آوری اقلیمی زمین را تغییر می‌دهند؟
این کشف که نیمکره شمالی سریع‌تر از نیمکره جنوبی در حال کدر شدن است، در مورد پایداری بازخوردهای اقلیمی زمین ابهاماتی ایجاد می‌کند. پیش از این، دانشمندان معتقد بودند که دینامیک ابرها با بازتوزیع بازتاب و جذب، تفاوت‌های نیمکره‌ای را به‌طور طبیعی متعادل می‌کند. با این حال، این مطالعه نشان می‌دهد که این سازوکار خوداصلاحی محدودیت‌هایی دارد. به نظر می‌رسد کدر شدن مداوم نیمکره شمالی، که ناشی از کاهش آئروسل‌ها و یخ‌های بازتابنده در کنار افزایش بخار آب است، به‌اندازه کافی توسط رفتار جبرانی ابرها متعادل نمی‌شود.
اگرچه مدل‌های اقلیمی می‌توانند تخمین بزنند که این عدم تقارن تا چه حد ممکن است افزایش یابد، اما اختلافات بین شبیه‌سازی‌ها همچنان زیاد است و در مورد مسیر بلندمدت آن عدم قطعیت باقی می‌ماند. اگر این روند ادامه یابد، تضادهای نیمکره‌ای در گرمایش سطح و آلبیدو ممکن است تشدید شده و الگوهای بارش، فعالیت طوفان‌ها و جریان گرمای اقیانوسی را تحت تأثیر قرار دهد. در حال حاضر، این داده‌ها بر اهمیت نظارت مستمر ماهواره‌ای برای درک چگونگی تحول بودجه تابشی زمین و اینکه آیا سیستم‌های طبیعی سیاره می‌توانند با افزایش فشارهای انسانی و محیطی تعادل را بازگردانند، تأکید می‌کنند.
همچنین بخوانید | یک فسیل ۴۸۰ میلیون ساله، دانسته‌های ما درباره منشأ انگل‌ها را تغییر می‌دهد