Forskare har länge vetat att något märkligt händer i jordens atmosfär. Medan växthusgaser värmer planetens yta och nedre atmosfär, blir den övre atmosfären faktiskt kallare.
Nu säger forskare från Columbia University att de äntligen förstår fysiken bakom denna ovanliga effekt.
Läs: Vi får officiellt en Oasis-dokumentär från skaparen av Peaky Blinders
Deras studie, publicerad i tidskriften Nature Geoscience, förklarar hur koldioxid beter sig olika beroende på var i atmosfären den befinner sig och hur den interagerar med infrarött ljus.
Nära jordens yta fångar koldioxid värme som annars skulle ha släppts ut i rymden. Detta är huvudorsaken till att växthusgaser bidrar till den globala uppvärmningen.
Men högre upp i atmosfären – särskilt i stratosfären – beter sig koldioxid mycket annorlunda.
Stratosfären sträcker sig från cirka 11 till 50 kilometer ovanför jorden. I detta område absorberar koldioxidmolekyler infraröd energi underifrån och avger sedan en del av denna energi ut i rymden. I praktiken beter sig gasen nästan som en kylkylare.
När mer koldioxid samlas i atmosfären blir stratosfären ännu bättre på att skicka värme ut i rymden – vilket gör att den kyls ner ytterligare.
En effekt som forskare har förutspått i årtionden
Forskare förutsåg denna effekt redan för decennier sedan. Klimatmodeller utvecklade på 1960-talet av Nobelpristagaren klimatologen Syukuro Manabe föreslog redan att ökade koldioxidnivåer skulle värma den nedre atmosfären samtidigt som stratosfären kyldes ner.
Sedan mitten av 1980-talet har stratosfären svalnat med cirka 2 grader Celsius. Forskare uppskattar att denna kylning är mer än tio gånger större än vad som skulle ha skett naturligt utan människoskapade koldioxidutsläpp.
Även om forskarna förstod grundidén har den detaljerade mekanismen bakom kylningen varit oklar – fram till nu.
Läs på Sporten: Barcelona gör första budet på Alexander Sørloth
”Golden Hair Zone” som förklarar mysteriet
Forskarteamet, lett av Sean Cohen tillsammans med Robert Pincus och Lorenzo Polvani, utvecklade nya matematiska modeller för att förklara processen bättre.
De upptäckte att kylning till stor del beror på hur koldioxid interagerar med olika våglängder av infrarött ljus.
All infraröd strålning beter sig inte likadant. Teamet fann att vissa våglängder hamnar i det de beskriver som en ”Guldlockszon” – där koldioxid är särskilt effektivt på att skicka värme ut i rymden.
När koldioxidnivåerna stiger expanderar denna mycket effektiva zon, vilket ökar nedkylningen i stratosfären.
Mindre värme läcker ut – mer värme fångas nere
Forskarna undersökte också ozonets och vattenångans roller. Även om dessa ämnen kan bidra till nedkylning i den övre atmosfären, var deras effekter mycket mindre jämfört med koldioxid.
Studien hjälper också till att förklara varför uppvärmningen nära jordens yta accelererar samtidigt som stratosfären kyls ner.
När stratosfären förlorar värme och blir kallare, avger den mindre infraröd energi totalt sett. Detta innebär att mindre värme helt släpper ut från jorden – vilket innebär att mer värme blir kvar i den nedre atmosfären.
Med andra ord: Koldioxid kyler den övre atmosfären samtidigt som den indirekt förstärker uppvärmningen närmare marken.
Varför detta är viktigt
Forskarna betonar att deras arbete inte är viktigt eftersom det återigen bevisar klimatförändringar – det är redan väl etablerat. Istället förbättrar studien forskarnas förståelse av exakt hur atmosfären reagerar på växthusgaser.
De tror också att resultaten kan hjälpa forskare att studera atmosfärerna på andra planeter – och till och med ta bort exoplaneter utanför vårt eget solsystem.
