Silnejúci skleníkový efekt ovplyvňuje aj teploty v stratosfére.
Dostali sme list od čitateľa s nečitateľným podpisom, ktorého zaujíma, či v posledných rokoch klesá teplota v atmosfére vo výškach od 10 do 15 kilometrov. Podľa neho áno. Za posledných 10 až 30 rokov vraj v týchto výškach teplota atmosféry klesá a tento mrazivý vzduch podľa neho môže spôsobiť pohromu, ak klesne na Zem. Vysvetľuje to tak, že v nižších vrstvách atmosféry sa viac vyskytujú skleníkové plyny, a preto je tam teplota vyššia.
Ako to teda je?
Faktom je, že atmosféra vo výškach nad 10 až 12 kilometrov – v miernych šírkach už ide o stratosféru – sa v období posledných 30 rokov významne ochladzuje, a čím vyššie stúpame, tým je tento pokles razantnejší. Výskum v posledných rokoch čoraz častejšie prichádza k záverom, že za podstatnou časťou tohto ochladzovania stojí silnejúci skleníkový efekt atmosféry, spôsobený rastúcou koncentráciou skleníkových plynov v nižšie ležiacej troposfére. Druhým faktorom je deštrukcia stratosférického ozónu, obmedzujúca sa však len na polárne oblasti nad Antarktídou a v menšej miere aj Arktídou.
Hoci je fyzika vysvetľujúca účinok zosilneného skleníkového efektu trochu zložitejšia, zjednodušene môžeme povedať, že sa zintenzívňuje zachytávanie tepla už v samotnej troposfére. Má to na svedomí vyššia koncentrácia oxidu uhličitého a iných radiačne aktívnych plynov, zachytávajúcich teplo vyžarované zemským povrchom. Čím je teda týchto plynov v atmosfére viac, tým lepšie bránia úniku tepla zo Zeme.
Tepelné žiarenie s vlnovými dĺžkami okolo 15 μm, ktoré by sa za normálnych okolností šírilo do vyšších atmosférických hladín, sa tak do stratosféry dostáva v čoraz menších množstvách. Prejavuje sa to najmä tým, že vrstvy atmosféry sa do výšky približne šesť kilometrov rýchlo otepľujú, zatiaľ čo vrstvy nad touto hranicou sa ochladzujú. Nesmieme zabudnúť na skutočnosť, že vrstva vo výške približne šesť kilometrov sa nachádza v stave tzv. termodynamickej rovnováhy, čo znamená, že sa vplyvom silnejšieho skleníkového efektu neohrieva, ani neochladzuje.
Vrstva vo výške približne šesť kilometrov sa nachádza v stave tzv. termodynamickej rovnováhy, čo znamená, že sa vplyvom silnejšieho skleníkového efektu neohrieva, ani neochladzuje.
Aké výrazné je ochladzovanie?
Priame merania pomocou meteorologických rádiosond, ako aj družicové merania potvrdzujú, že sa od roku 1979 napríklad spodná stratosféra, siahajúca od 11 do 25 kilometrov, ochladzovala o približne 0,5 až 0,7 °C za desaťročie (prízemná troposféra sa, naopak, za rovnaký čas otepľovala rýchlosťou o 0,2 až 0,4 °C). Vybočením v tomto trende sú len neperiodické a výrazné oteplenia stratosféry, spôsobené silnými vulkanickými erupciami v rokoch 1982 a 1991. Tvrdenie, že za stratosférickým ochladzovaním možno vidieť najmä silnejší skleníkový efekt, dokladujú aj vrstvy nad stratosférou, ktoré sa tiež ochladzujú.
Napríklad mezosféra (50 až 80 kilometrov nad povrchom) sa v rovnakom období ochladila až o 5 až 10 °C. Vo výškach 350 kilometrov nad zemou klesla teplota dokonca až o 17 °C. Tieto zmeny majú aj celý rad závažných dôsledkov. Zatiaľ čo ohrievajúca sa troposféra sa rozpína a jej horná hranica v priemere stúpa, vrstvy nad stratosférou sa začínajú zmršťovať.
Je možné, aby ochladený vzduch prepadol na zemský povrch?
Na túto časť otázky existuje veľmi jednoduchá odpoveď: nie. Takýto scenár nie je reálny z jednoduchého dôvodu. Atmosféra sa vyznačuje veľmi nápadnou vrstevnatou štruktúrou. Vznikla pôsobením zemskej gravitácie a tiaže na vzdušný obal planéty. Aby sa však atmosféra doslova nezrútila na zemský povrch, pôsobí proti sile gravitácie tzv. vztlaková sila, ktorá udržuje atmosféru v stave hydrostatickej rovnováhy. To bezprostredne vedie aj k tomu, že stratosféra má v priemere významne menšiu hustotu než troposféra. Jej prienik do hustejších spodných vrstiev je teda energeticky veľmi náročný proces a deje sa len za veľmi špecifických dynamických podmienok na styku výrazne odlišných vzduchových hmôt (napr. na rozhraní tropickej a polárnej vzduchovej hmoty). Ďalší faktor, ktorý komplikuje prepad stratosférického vzduchu do troposféry je skutočnosť, že horné vrstvy troposféry sú výrazne chladnejšie než spodná stratosféra. Aby sme vysvetlili prečo to tak je, bude potrebné si niečo bližšie povedať aj o samotnej stratosfére aj troposfére.
Delenie atmosféry
Zemská atmosféra sa vo vertikálnom smere člení na päť základných vrstiev, pričom v dvoch najspodnejších, troposfére a stratosfére, sa sústreďuje viac ako 99 % všetkej hmoty vzduchového obalu Zeme. Práve tieto dve vzduchové vrstvy, navzájom oddelené pomerne výraznou teplotnou hranicou (tropopauza), ovplyvňujú náš život asi najzásadnejšie. V troposfére vznikajú všetky procesy a deje, ktoré súvisia s počasím a klímou a chemické zloženie je tu viac-menej rovnaké vo všetkých smeroch. Naproti tomu predstavuje stratosféra diametrálne odlišný svet. Chráni svoju nižšie ležiacu susedku nielen pred zničujúcim pôsobením zhubného ultrafialového (UV) žiarenia, ale aj pred stratou drahocennej vody.
Stratosféra
Vlastný termín stratosféra sa odvodzuje od latinského slova stratus alebo stratum, čo znamená vrstva. Tento názov už ani nemôže byť výstižnejší. Stratosféra sa totiž na rozdiel od troposféry vyznačuje tým, že vzduch je tu vo vertikálnom smere usporiadaný do termodynamicky stabilných vrstiev, ktoré sa navzájom premiešavajú len minimálne (a ak vôbec, tak to spôsobujú najmä vynútené výstupné pohyby vzduchu z troposféry, predovšetkým v oblasti rovníka). Vzduch sa v tejto vrstve pohybuje najmä v horizontálnom smere, pričom prevažuje pohyb smerom od rovníka k pólom.
Ďalšou charakteristickou črtou stratosféry je, že v nej teplota vzduchu s rastúcou výškou neklesá. V troposfére, hlavne na jej hornom okraji vo výške 7 až 18 km teploty klesajú v miernych šírkach k -55 °C a v blízkosti rovníka dokonca až k -80 °C. Stratosféra je však relatívne teplejšou vrstvou a blokuje akékoľvek ďalšie výstupy vzduchu z troposféry. V praxi to napríklad znamená, že letné búrky, vznikajúce ako priamy dôsledok zohrievania zemského povrchu slnečným žiarením, by v podmienkach neexistujúcej stratosféry rástli nekontrolovateľne do výšky desiatok kilometrov.
Zatiaľ sme však nespomenuli, prečo má stratosféra odlišnú teplotu než troposféra. Príčina je jednoduchá – prítomnosť ozónu. Ten nielenže pohlcuje UV žiarenie a chráni tak zemský povrch pred jeho nebezpečnými účinkami, ale uplatňuje sa aj ako silný skleníkový plyn. Molekuly ozónu pohlcujú teplo šíriace sa z nižších vrstiev atmosféry a tiež teplo vznikajúce pri pohlcovaní UV žiarenia a takto zahriate, ohrievajú vzduch vo svojom okolí. Vo výškach okolo 27 až 35 km potom dosahujú teploty vzduchu až 10 °C, čo je v porovnaní s teplotou v hornej troposfére rozdiel priam kolosálny. Aj napriek tomu, že sa stratosféra ochladzuje, ešte vždy tu pôsobia sily, ktoré akýkoľvek prienik vzduchu z týchto výšok k zemskému povrchu znemožňujú. Takže mrazivej apokalypsy sa zatiaľ obávať nemusíme.
Mgr. Jozef Pecho, SHMÚ
Ilustrácie Marcela Pekarčíková
