В то время как антропогенные выбросы углекислого газа, безусловно, являются наиболее важной движущей силой изменения климата, водяной пар на самом деле является наиболее распространённым парниковым газом и отвечает примерно за половину естественного парникового эффекта Земли – того, который делает нашу планету пригодной для жизни.

Теперь, когда учёные исследуют способы устранения последствий изменения климата путем удаления из атмосферы избыточного удерживающего тепло углекислого газа и отражения солнечного света обратно в космос, одна группа исследователей задалась вопросом: может ли удаление некоторого количества водяного пара из атмосферы также помочь смягчить последствия изменения климата? Именно эта идея исследуется в новой статье, опубликованной в журнале Science Advances, которую авторы назвали «преднамеренным стратосферным обезвоживанием» или ПСО.

Исследователи из Лаборатории химических наук NOAA разработали концепцию ПСО, которая предполагает рассеивание мелких частиц – небольших ледяных кристаллов в высоких слоях атмосферы, которые одновременно очень холодные и перенасыщены водяным паром. Чистый водяной пар нелегко образует кристаллы льда. Необходимо иметь некие точки роста или ядра конденсации, например, частицы пыли, вокруг которых и конденсировалась бы излишняя влага. Если такие ядра можно будет внести в перенасыщенные воздушные массы, которые направляются в стратосферу, то часть водяного пара в этом воздухе сконденсируется в лёд и выпадет в виде осадков, тем самым удаляя избыток водяного пара и обезвоживая (по крайней мере частично) стратосферу.

Основные физические принципы, лежащие в основе этой концепции, просты в теории, но существует ли такая область атмосферы? Действительно, существует, и у неё есть название: холодная точка Западной части Тихого океана – область атмосферы размером примерно с Австралию. Основным путём проникновения водяного пара в стратосферу является восходящий перенос через тропопаузу – границу, отделяющую тропосферу от стратосферы – в тропиках. Известно, что тропопауза над тропической западной частью Тихого океана является решающим фактором для определения количества водяного пара, который переносится в стратосферу. В этой точке достаточно холодно, чтобы естественным образом высушивать влажный воздух путём образования кристаллов льда. Вся проблема заключается в том, что чистый водяной пар не так легко образует кристаллы льда, а в воздухе довольно мало доступных ядер конденсации. Без их наличия относительная влажность воздуха по отношению ко льду должна составлять около 200%, чтобы самопроизвольно образовывались кристаллы льда.

В своём исследовании учёные использовали компьютерную модель для моделирования условий в стратосфере над Западной частью Тихого океана, основанную на наблюдениях за температурой и движениями тропического воздуха вблизи стратосферы. Это показало, что концепция ПСО была эффективной в теории. Они также проанализировали измерения водяного пара и температуры с высоким разрешением, собранные в ходе миссии НАСА ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) в 2014 году. Миссия ATTREX, базирующаяся на Гуаме, использовала беспилотный самолет НАСА Global Hawk для изучения тропической тропопаузы над тропической частью Тихого океана. Измерения ATTREX показали, что из 550 областей перенасыщенного влагой воздуха, с которыми столкнулся Global Hawk, всего 10% приходится на районы где водяной пар может быть удалён с помощью ПСО.

Основываясь на этом результате, авторы установили, что климатический эффект от ПСО льда возможен только в наиболее перенасыщенном влагой воздухе. Результирующий масштаб истощения стратосферной воды приравнивался бы к снижению радиационного воздействия примерно на 1/70 часть от вызванных антропогенными выбросами CO2 с 1750 года. Это очень небольшой эффект, считают учёные, и что эффект ПСО сам по себе не смог бы противодействовать значительной части потепления, вызванного CO2. Тем не менее, ПСО может быть ценным как один из элементов в более широком портфеле стратегий вмешательства в изменение климата и смягчения его последствий, поскольку все изучаемые методы (например, нагнетание стратосферного аэрозоля и осветление морских облаков) имеют разные положительные и отрицательные результаты и разные временные рамки эффективности. Все эти факторы влияют на принятие решения о том, заслуживает ли метод дальнейшего изучения.

Если понадобятся решения о вмешательстве в климат, для учёных будет крайне важно адекватно изучить как все методы, с помощью которых человечество могло бы менять климат, так и более широкие последствия этих методов.