الغلاف الجوي العلوي للأرض يبرد بسرعة والعلماء يعرفون السبب أخيرًا

يزداد سطح الأرض والغلاف الجوي السفلي سخونة، ولكن بعيدًا عن الكوكب، بدأ تغير جذري آخر يتكشف في الاتجاه المعاكس. ظل الغلاف الجوي العلوي يبرد بشكل مطرد لعقود من الزمن، مما أدى إلى ظهور واحدة من أكثر العلامات المميزة لتغير المناخ الناجم عن النشاط البشري. لقد فهم العلماء أن هذا كان يحدث، لكن الفيزياء التفصيلية وراءه ظلت غير واضحة.

الآن، الباحثون في جامعة كولومبيا يقولون أنهم حددوا الآلية المسؤولة. تظهر دراستهم الجديدة أن التبريد يرتبط ارتباطًا وثيقًا بكيفية نشوء ثاني أكسيد الكربون (CO).₂) يتفاعل مع أطوال موجية مختلفة من الضوء في الغلاف الجوي العلوي.

يقول روبرت بينكوس، أستاذ باحث في فيزياء المحيطات والمناخ في مرصد لامونت دوهرتي للأرض، وهو جزء من كلية المناخ بجامعة كولومبيا، والمؤلف المشارك للدراسة المنشورة في مجلة لامونت دوهرتي للأرض: “إنها تفسر ظاهرة تمثل بصمة تغير المناخ، ومن المعروف أنها تحدث منذ عقود، ولم يتم فهمها بعد”. علوم الأرض الطبيعية.

لماذا شركة؟₂ يسخن الأرض لكنه يبرد الستراتوسفير

بالقرب من سطح الأرض، CO₂ يحبس الحرارة التي قد تتسرب إلى الفضاء، مما يساعد على زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري. لكن الظروف تتغير بشكل كبير في الغلاف الجوي.

في طبقة الستراتوسفير، التي تمتد من حوالي 11 كيلومترًا إلى 50 كيلومترًا فوق سطح الأرض، ينطلق ثاني أكسيد الكربون₂ يتصرف بشكل أقل مثل البطانية وأكثر مثل نظام التبريد. تمتص الجزيئات طاقة الأشعة تحت الحمراء المتصاعدة من الأسفل ثم تبعث جزءًا من تلك الطاقة مرة أخرى إلى الفضاء. كشركة₂ ومع زيادة التركيزات، يصبح الستراتوسفير أفضل في إطلاق الحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض درجات الحرارة هناك.

توقع العلماء هذا التأثير لأول مرة في الستينيات من خلال نماذج مناخية رائدة طورها عالم المناخ سيوكورو مانابي، الذي حصل عمله لاحقًا على جائزة نوبل. منذ منتصف الثمانينات، انخفضت درجة حرارة الستراتوسفير بمقدار درجتين تقريبًا مئوية. ويقدر الباحثون أن هذا التبريد أكبر بأكثر من 10 مرات مما كان سيحدث بدون ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الإنسان₂ الانبعاثات.

ومع ذلك، ظلت العديد من تفاصيل العملية دون حل.

“كانت النظرية الحالية ثاقبة بشكل لا يصدق، ولكن في الوقت الحالي نفتقر إلى نظرية كمية لثاني أكسيد الكربون₂يقول شون كوهين، عالم أبحاث ما بعد الدكتوراه في مرصد لامونت دوهرتي للأرض، وهو جزء من كلية المناخ بجامعة كولومبيا، والمؤلف الرئيسي للدراسة: “إن التبريد الستراتوسفيري الناجم عن ذلك هو أمر مثير للقلق”.

منطقة الأشعة تحت الحمراء المعتدلة

لفهم هذه الظاهرة بشكل أفضل، عمل كوهين جنبًا إلى جنب مع بينكوس ولورنزو بولفاني، عالم الجيوفيزياء في قسم الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية بجامعة كولومبيا الهندسية. قام الفريق مرارا وتكرارا بتحسين النماذج الرياضية التي تحاكي العمليات المرتبطة بالتبريد الستراتوسفيري. وقارنوا حساباتهم مع عمليات محاكاة مناخية متقدمة وملاحظات من العالم الحقيقي، وقاموا بتعديل المعادلات على مدار عدة أشهر حتى تتوافق النتائج.

ووجد الباحثون أن هناك عاملًا واحدًا يبرز فوق كل العوامل الأخرى: وهو كيفية نشوء ثاني أكسيد الكربون₂ يتفاعل مع ضوء الأشعة تحت الحمراء، المعروف أيضًا باسم إشعاع الموجة الطويلة.

تتصرف أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المختلفة بشكل مختلف في الغلاف الجوي. بعضها أكثر فعالية في قيادة التبريد من غيرها. حدد الفريق نطاقًا فعالًا بشكل خاص من الأطوال الموجية، ووصفوه بـ “منطقة المعتدل”. كما CO في الغلاف الجوي₂ تستمر المستويات في الارتفاع، وتتوسع هذه المنطقة.

يقول كوهين: “إن تلك التغييرات في الكفاءة هي التي ستؤدي في النهاية إلى تبريد الستراتوسفير”.

كما قامت الدراسة بقياس تأثير الأوزون وبخار الماء. يلعب كلا الغازين أدوارًا متشابهة من خلال حبس الحرارة في الغلاف الجوي مع المساهمة في التبريد في الأعلى من خلال الإشعاع الحراري. ومع ذلك، وجد الباحثون أن تأثيرها الإجمالي على تبريد الستراتوسفير صغير مقارنة بثاني أكسيد الكربون₂.

كيف يعمل تبريد الغلاف الجوي العلوي على تعزيز الاحترار في الأسفل

نجحت معادلات الفريق في إعادة إنتاج العديد من أنماط الغلاف الجوي التي تمت ملاحظتها منذ فترة طويلة. وأظهرت النماذج أن التبريد يصبح أقوى مع الارتفاع، مع أضعف تبريد في طبقة الستراتوسفير وأقوى تبريد بالقرب من حدودها العليا. وأكدوا أيضًا أن كل مضاعفة لثاني أكسيد الكربون₂ تنتج حوالي 8 درجات مئوية من التبريد عند طبقة الستراتوبوز، وهي الحافة العلوية من طبقة الستراتوسفير.

تكشف النتائج أيضًا عن تأثير ردود الفعل المناخية. زيادة ثاني أكسيد الكربون₂ يساعد الستراتوسفير على إشعاع الحرارة بشكل أكثر كفاءة، مما يبرد تلك المنطقة. ولكن عندما تبرد طبقة الستراتوسفير، يطلق نظام الأرض في الواقع طاقة أقل من الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء بشكل عام، مما يسمح ببقاء المزيد من الحرارة محاصرة بالقرب من السطح.

يقول كوهين: “هذه هي العملية التي عرفنا عنها منذ أكثر من 50 عامًا، وكان لدينا فهم نوعي جيد جدًا لكيفية عملها. ومع ذلك، لم نفهم تفاصيل ما الذي دفع هذه العملية ميكانيكيًا”.

وفقا لكوهين وبينكوس، فإن الدراسة لا تتعلق بإثبات وجود ظاهرة الاحتباس الحراري. وبدلا من ذلك، فإنه يوفر فهما أكثر وضوحا لواحدة من أهم العمليات الجوية لتغير المناخ.

يقول بينكوس: “هذا يخبرنا حقًا بما هو ضروري”.

يمكن أن يساعد البحث أيضًا العلماء في دراسة الأغلفة الجوية خارج الأرض، بما في ذلك تلك الموجودة في الكواكب في أماكن أخرى من النظام الشمسي والكواكب الخارجية البعيدة.

يقول كوهين: “ربما نتمكن من فهم ما يحدث في طبقات الستراتوسفير للكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي أو الكواكب الخارجية بشكل أفضل”.

المرجع: “التبريد الستراتوسفيري وتضخيم التأثير الإشعاعي مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربون” بقلم شون كوهين وروبرت بينكوس ولورينزو إم بولفاني، 11 أيار/مايو 2026، علوم الأرض الطبيعية.
دوى: 10.1038/s41561-026-01965-8

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.