Alt atmosfer ısınırken, üst atmosfer soğuyor: Bilim insanları endişeli

Yazan: Fred Pearce

Yeşil Gazete için çeviren: Cemre Nayir

*

Değişen iklimin merkezinde bir paradoks var. Dünya’nın yüzeyine yakın hava örtüsü ısınırken, yukarıdaki atmosferin çoğu çarpıcı şekilde soğuyor. Havanın en alttaki birkaç kilometresini ısıtan aynı gazlar, yukarıda uzayın sınırına kadar uzanan çok daha geniş alanları soğutuyor.

Bu paradoks iklim modelcileri tarafından uzun zamandır tahmin ediliyordu, ancak uydu sensörleri tarafından ayrıntılı olarak henüz yeni ölçüldü. Yeni bulgular önemli bir konuda kesin bir doğrulama sağlarken aynı zamanda başka soruları da gündeme getiriyor.

İklim bilimciler için iyi haber, havadaki soğumaya ilişkin verilerin, yüzeydeki ısınmayı insan kaynaklı olarak tanımlayan modellerin doğruluğunu teyit etmekten daha fazlasını yapmasıdır. Woods Hole Oşinografi Enstitüsü‘nden deneyimli iklim modelcisi Ben Santer tarafından bu ay PNAS dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, arka plandaki doğal değişkenlikten kaynaklanan parazit “gürültüsünü” azaltarak, iklim değişikliğinin insan parmak izinin “sinyalinin” gücünü beş kat artırdığını ortaya koydu. Sander bu bulgunun “tartışılmaz” olduğunu söylüyor.

Ancak havadaki soğumanın boyutlarına ilişkin yeni keşifler atmosfer fizikçilerini yeni endişelere sevk ediyor: Yörüngedeki uyduların güvenliği, ozon tabakasının akıbeti ve havadaki bu hızlı değişimlerin aşağıdaki hava durumumuzda ani ve beklenmedik kargaşalara yol açma potansiyeli.

Bir fizikçi, CO2’deki artışların artık “algılanabilir atmosferin tamamında kendini gösterdiğini” söylüyor.

Yakın zamana kadar bilim insanları üst atmosferin uzak bölgelerini “cahilosfer” olarak adlandırıyorlardı çünkü bu bölgeler hakkında çok az şey biliyorlardı. Peki şimdi daha fazlası bilindiğine göre, ne öğreniyoruz ve bu bizi rahatlatmalı mı yoksa endişelendirmeli mi?

Sakin ve bozulmamış mavi gökyüzünün ardındakiler

Dünya atmosferinin bir dizi katmanı vardır. En iyi bildiğimiz bölge, hava durumumuzun gerçekleştiği yer olan troposferdir. 8 ila 15 km kalınlığındaki bu yoğun hava örtüsü, atmosferin kütlesinin yüzde 80’ini ancak hacminin yalnızca küçük bir kısmını içerir. Üstünde, giderek daha az yoğun havanın bulunduğu geniş açık alanlar vardır. Yaklaşık 48 km yukarıda sona eren stratosferi, 80 km’ye kadar uzanan mezosfer ve ardından 643 km’den fazla yukarıya ulaşan termosfer takip eder.

Aşağıdan bakıldığında, bu uzak bölgeler sakin ve bozulmamış mavi gökyüzü olarak görünür. Ama aslında, zaman zaman troposferimizi istila eden şiddetli rüzgarlar ve yükselen ve alçalan devasa hava gelgitleri tarafından savrulurlar. Endişe duyulan konu da, CO2 ve asılı havanın sıcaklığını, yoğunluğunu ve kimyasını bozan diğer insan yapımı kimyasallar zaten dinamik olan bu ortama sızdıkça, bu ortamın yapısını yeniden değiştirebileceği.

Dünya’nın atmosferik katmanları. NOAA / YALE ENVIRONMENT 360

İklim değişikliği neredeyse hep atmosferin en alt bölgeleri açısından düşünülür. Ancak fizikçiler şimdi bu varsayımı yeniden düşünmemiz gerektiği konusunda uyarıyor. Hampton, Virginia’daki NASA Langley Araştırma Merkezi‘nde atmosfer fizikçisi olan Martin Mlynczak, CO2 miktarındaki artışların artık “algılanabilir atmosferin tamamında kendini gösterdiğini” söylüyor: “Bilim insanlarının yeni yeni kavramaya başladığı dramatik değişimlere yol açıyorlar.” Başımızın çok yukarısındaki vahşi maviliklerde meydana gelen bu değişiklikler, aşağıdaki dünyamızın değişimine etkide bulunabilir.

Atmosferdeki tüm seviyelerde değişen sıcaklıkların temelinde büyük ölçüde CO2’nin hikayesi yatar. Yılda 40 milyar tondan fazla gaz emisyonumuzun troposferi ısıttığını çok iyi biliyoruz. Bunun nedeni, gazın güneş radyasyonunu emmesi ve yeniden yayması, yoğun havadaki diğer molekülleri ısıtması ve genel sıcaklıkları yükseltmesidir.

Ancak gazın tamamı troposferde kalmaz. Ayrıca tüm atmosfer boyunca yukarı doğru yayılır. Artık atmosferin üst kısmındaki konsantrasyon artış hızının alt kısımdaki kadar büyük olduğunu biliyoruz. Ancak yukarılardaki sıcaklık üzerindeki etkisi çok farklıdır. Yukarıdaki daha ince havada, CO2 tarafından yeniden yayılan ısının çoğu diğer moleküllerle çarpışmaz. Uzay boşluğuna kaçar. Isının daha düşük seviyelerde daha fazla hapsedilmesiyle birleştiğinde sonuç, çevredeki atmosferin hızlı bir şekilde soğumasıdır.

Yukarıdaki havanın soğuması aynı zamanda büzülmesine de neden olur, bu da NASA’yı endişelendirmektedir. Gökyüzü, kelimenin tam anlamıyla üzerimize düşüyor.

Uydu verileri yakın zamanda 2002 ve 2019 yılları arasında mezosfer ve alt termosferin 3,1 Fahrenheit derece (1,7 Santigrat derece) soğuduğunu ortaya koymuştur. Mlynczak, bu yüzyılın sonlarına doğru CO2 seviyelerinin iki katına çıkmasının bu bölgelerde yaklaşık 13,5 Fahrenheit derece (7,5 Santigrat derece) soğumaya neden olacağını tahmin etmektedir ki bu da yer seviyesinde beklenen ortalama ısınmadan iki ila üç kat daha hızlıdır.

‘Termal yapıyı temelden değiştiriyoruz’

İlk iklim modelcileri 1960’larda troposferik ısınma ve daha yükseklerdeki güçlü soğumanın bu kombinasyonunun havadaki CO2 artışının olası etkisi olduğunu öngörmüştü. Ancak 30 yıldır iklim değişikliğini modelleyen Santer, son zamanlarda uydu ölçümleriyle yapılan ayrıntılı doğrulamanın CO2’nin atmosferik sıcaklıklar üzerindeki etkisine olan güvenimizi büyük ölçüde artırdığını söylüyor.

Bu ay, iklim değişikliğindeki insan parmak izinin istatistiksel “sinyalinin” gücünü yeniden hesaplamak için orta ve üst stratosferdeki soğumaya ilişkin yeni verileri kullandı. Özellikle doğal sıcaklık değişkenliğinden kaynaklanan üst atmosferdeki düşük arka plan “gürültü” seviyesinin sağladığı ek fayda nedeniyle bu olgunun büyük ölçüde güçlendiğini tespit etmiştir. Santer, insan etkisinin sinyal gürültü oranının beş kat arttığını, bunun “Dünya atmosferinin termal yapısı üzerindeki insan etkilerine dair tartışılmaz kanıtlar” sağladığını tespit etti. Bu termal yapıyı “temelden değiştiriyoruz” diyor. “Bu sonuçlar beni çok endişelendiriyor.”

Uzay mekiği Endeavour’un atmosferin çeşitli katmanlarını gösteren bir görüntüsü – mezosfer (mavi), stratosfer (beyaz) ve troposfer (turuncu). NASA

Uzay mekiği Endeavour‘un atmosferin çeşitli katmanlarını gösteren bir görüntüsü – mezosfer (mavi), stratosfer (beyaz) ve troposfer (turuncu). NASA
Havadaki değişiklikleri analiz eden araştırmaların çoğu NASA çalışanı bilim insanları tarafından yapılmıştır. Uzay ajansının elinde neler olup bittiğini ölçmek için gerekli uydular bulunmakta, ancak aynı zamanda NASA, uyduların kendi güvenlikleri üzerindeki etkilerine de özel bir ilgi duymakta.
Bu ilginin nedeni, yukarıdaki havanın soğumasının büzülmeye neden olması. Gökyüzü, kelimenin tam anlamıyla üzerimize düşüyor.

Prag’daki Charles Üniversitesi‘nde atmosfer fizikçisi olan Petr Pisoft tarafından NASA verileri üzerinde yapılan bir analize göre, stratosferin derinliği 1980’den bu yana yaklaşık yüzde 1 (1.300 fit) azaldı. Mlynczak, stratosferin üzerinde, mezosfer ve alt termosferin 2002 ile 2019 yılları arasında yaklaşık 4.400 fit daraldığını tespit etti. Bu küçülmenin bir kısmının, o zamandan beri artık sona ermiş güneş aktivitesindeki kısa süreli bir düşüşten kaynaklandığı, ancak bu alandan 1.120 fitin fazla CO2 kaynaklı soğumadan meydana geldiği hesaplanıyor.

Uzay hurdaları riski

British Antarctic Survey‘de araştırma görevlisi olan Ingrid Cnossen de bu daralmanın üst atmosferin daha az yoğun hale gelmesi anlamına geldiğini, bunun da uydular ve alçak yörüngedeki diğer nesneler üzerindeki sürüklenmeyi 2070 yılına kadar yaklaşık üçte bir oranında azaltacağını söylüyor.

İlk bakışta, bu uydu operatörleri için iyi bir haber gibi görünüyor. Yükleri, Dünya’ya geri dönmeden önce daha uzun süre çalışır durumda kalmalı. Ancak sorun, bu yükseklikleri paylaşan diğer nesneler. Artan miktarda uzay hurdası (yörüngede bırakılan çeşitli türdeki atık ekipman parçaları) aynı zamanda daha uzun süre yörüngede kalıyor, bu da halen faaliyette olan uydularla çarpışma riskini artırıyor.

2020’de Kuzey Kutbu‘nda ilk tam gelişmiş ozon deliği meydana geldi ve yer yer ozon tabakasının yarısından fazlası kayboldu.

Uluslararası Uzay İstasyonu da dahil olmak üzere 5000’den fazla aktif ve kullanım dışı uydu bu irtifalarda yörüngede bulunmakta ve bunlara çapı 4 inçten fazla olan 30.000’den fazla bilinen enkaz parçası eşlik etmekte. Cnossen, çarpışma risklerinin, soğuma ve daralma hız kazandıkça daha da artacağını söylüyor.

Bu, uzay ajanslarının işlerini bozabilir, ancak havadaki değişiklikler aşağıdaki dünyamızı nasıl etkileyecek?

Statosferik soğutma etkisi

Büyük endişe nedenlerinden biri, cilt kanserlerine neden olan zararlı güneş radyasyonundan bizi koruyan, alt stratosferdeki ozon tabakasının halihazırdaki kırılgan halidir. 20. Yüzyılın büyük bir bölümünde ozon tabakası, kloroflorokarbonlar (CFC’ler) gibi ozon yiyen kimyasalların endüstriyel salımlarının saldırısı altında inceldi. Antarktika üzerinde her bahar ozon delikleri oluştu.

1987 Montreal Protokolü, bu salınımları ortadan kaldırarak her yıl meydana gelen delikleri iyileştirmeyi amaçladı. Ancak şimdi başka bir faktörün bu çabayı baltaladığı açık: Stratosferik soğuma.

Ozon tahribatı, özellikle kışın kutup bölgelerinde, yalnızca çok düşük sıcaklıklarda oluşan kutupsal stratosferik bulutlarda aşırı yüksek düzeyde işler. Ancak stratosferin daha soğuk olması, bu tür bulutların oluşabileceği daha fazla durum anlamına geliyordu. Almanya‘nın Potsdam kentindeki Alfred Wegener Kutup ve Deniz Araştırmaları Enstitüsü‘nden Peter von der Gathen, Antarktika üzerindeki ozon tabakası CFC‘lerin yavaş yavaş azalmasıyla düzelirken, Kuzey Kutbu’nun durumunun farklı olduğunu kanıtladığını söylüyor. Kuzey Kutbu’ndaki soğuma ozon kaybını kötüleştiriyor. Von der Gathen, bu farklılığın nedeninin net olmadığını söylüyor.

Mart 2020’de Kuzey Kutbu üzerindeki ozon deliğini gösteren harita. NASA

2020 baharında, Kuzey Kutbu‘nda, ozon tabakasının yarısından fazlasının yer yer kaybolduğu ilk tam gelişmiş ozon deliği oluştu. Von der Gathen, CO2 konsantrasyonlarını bundan sorumlu tutuyor. Bu birçoklarının ilki olabilir.Nature Communications‘da yakın zamanda yayınlanan bir makalesinde, soğumanın devam etmesinin, ozon tabakasının yüzyılın ortalarına kadar tamamen iyileşeceğine dair mevcut beklentilerin fazla iyimser olduğu anlamına geldiği konusunda uyardı ve mevcut eğilimler üzerine şunları söyledi: “Kuzey Kutbu sütun ozonunun mevsimsel olarak büyük ölçüde kaybedilmesine neden olan elverişli koşullar, bu yüzyılın sonuna kadar devam edebilir veya hatta kötüleşebilir … yaygın olarak takdir edilenden çok daha uzun sürebilir.”

Bu daha da endişe verici hale geliyor, çünkü önceki Antarktika deliklerinin altındaki bölgeler büyük ölçüde insanlardan yoksun olsa da, gelecekteki Arktik ozon deliklerinin altındaki bölgeler potansiyel olarak Orta ve Batı Avrupa da dahil olmak üzere gezegende daha yoğun nüfuslu bölgelerden bazıları. İncelen ozon tabakasının bir 20. yüzyıl sorunu olduğunu düşünüyorsanız, bir daha düşünün.

Tek sorun kimya değil. Atmosferik fizikçiler, soğumanın yüksekteki hava hareketlerini yer seviyesindeki hava ve iklimi etkileyecek şekilde değiştirebileceğinden de kaygılanıyor. Bu fenomenlerin en çalkantılı olaylarından biri ani stratosferik ısınma olarak biliniyor.

Stratosferdeki batı rüzgarları periyodik olarak tersine dönerek, stratosferin bazı kısımlarının birkaç gün içinde 50 derece C kadar ısınabileceği büyük sıcaklık dalgalanmalarına neden olur. Genelde buna troposferin tepesindeki Atlantik jet akımına iten hızlı bir hava batması eşlik eder. Kuzey Yarımküre’de hava sistemlerini yaygın olarak süren jet akımı yılan gibi kıvrılmaya başlar. Bu karışıklık, sürekli yoğun yağışlardan yaz kuraklıklarına ve Kuzey Amerika‘nın doğusundan Avrupa’ya ve Asya’nın bazı bölgelerine kadar haftalarca süren yoğun soğuk kış havasına neden olabilen “engel yükseklere” kadar çeşitli aşırı hava koşullarına neden olabilir.

Bu kadarı zaten biliniyor. Son 20 yılda, hava tahmincileri bu tür stratosferik etkileri modellerine dahil ettiler. Birleşik Krallık hükümetine bağlı bir hava tahmini ajansı olan Met Office‘e göre bu, uzun vadeli tahminlerinin doğruluğunu önemli ölçüde artırdı.

“Modellerimizi yukarıda olup bitenler hakkında doğru kurmazsak, aşağıda da hata yaparız.”

Şimdi asıl soru, ekstra CO2 ve genel stratosferik soğumanın bu ani ısınma olaylarının sıklığını ve yoğunluğunu nasıl etkileyeceğidir. İngiltere‘deki Exeter Üniversitesi‘nden bir iklim bilimcisi olan ve bu fenomeni inceleyen Mark Baldwin, çoğu modelin ani stratosferik ısınmanın gerçekten daha fazla CO2’ye duyarlı olduğu konusunda hemfikir olduğunu söylüyor. Ancak bazı modeller çok daha fazla ani ısınma olayı öngörürken, diğerleri daha azına işaret ediyor. Baldwin, daha fazlasını bilseydik bunun “hem uzun vadeli hava tahminlerine hem de iklim değişikliği tahminlerine olan güvenin artmasına yol açacağını” anlatıyor.

Colorado Boulder Üniversitesi‘nden atmosfer fizikçisi Gary Thomas‘ın dediği gibi, “Modellerimizi orada olup bitenler hakkında doğru anlamazsak, aşağıda işleri yanlış yapabiliriz.” Ancak, üst atmosferin nasıl işlediğine dair modelleri iyileştirmek ve bunların doğruluğunu sağlamak, havanın gerçek koşulları hakkında güncel veriler gerektirmekte. Mlynczak, bu verileri sağlamanın zorlaşacağı konusunda uyarıyor.

Mlynczak ve daha nicesine soğuma ve daralma tahminlerini sunan, son otuz yılda üst atmosferden bilgi sağlayan uyduların çoğu olağan ömürlerinin sonuna geliyor. Bu konuda çalışan altı NASA uydusundan biri aralık ayında hata verdi, diğeri mart ayında hizmet dışı bırakıldı ve üçü de yakında kapatılacak. Mlynczak, “Henüz planlanmış veya geliştirilmekte olan yeni bir görev yok” diyor.

Mlynczak, üst atmosferi “iklim değişikliğindeki yeni sınır” olarak tartışmak üzere bu sonbaharda Amerikan Jeofizik Birliği’nde düzenleyeceği özel bir oturumla izlemeye olan ilgiyi yeniden başlatmayı umuyor. Bu konudaki asıl korku, düzenli izlemenin olmadığı durumda cahilosfer devrine dönme ihtimalidir.

Makalenin İngilizce orijinali