Skąd się bierze ciemny śnieg?

Płaty ciemnego śniegu na lodowcu Sven, Svalbard. Fot. J. Małecki

Płaty ciemnego śniegu na lodowcu Sven, Svalbard. Fot. J. Małecki

Czy wiedzieliście o tym, że to nie temperatura powietrza topi śnieg i lód?

O przemianie fazowej decyduje bilans cieplny powierzchni, na który składa się kilka czynników. Najważniejszymi źródłami ciepła są:

  • promieniowanie krótkofalowe przychodzące (głównie światło ze słońca i nieba)
  • promieniowanie długofalowe przychodzące (promieniowanie cieplne z nieba i chmur – im cieplejsza i wilgotniejsza atmosfera, tym więcej energii)

Straty ciepła powierzchni zachodzą na drodze:

  • odbijania światła (promieniowanie krótkofalowe odbite)
  • wypromieniowywania ciepła przez śnieg i lód (promieniowanie długofalowe wychodzące – im cieplejsza powierzchnia, tym większa emisja ciepła)

Dodatkowo, bilans energii modyfikuje turbulencyjna wymiana ciepła, która może dodawać energię lub ją zabierać. Jest tym bardziej znacząca, im większa jest prędkość wiatru, temperatura i wilgotność powietrza.

Jeżeli bilans cieplny jest dodatni, lód jest ogrzewany, a gdy osiągnie 0°C – topnieje. Odwrotnie, gdy bilans jest ujemny, lód i śnieg ulegają chłodzeniu i ich temperatura spada. Przy dodatnich temperaturach powietrza bilans cieplny jest z reguły dodatni. Są jednak wyjątki – w pewnych sytuacjach lód topi się, gdy temperatura powietrza jest poniżej 0°C lub nie topi się wcale, gdy termometry pokazują temperaturę znacząco na plusie. Podsumowując, na intensywność topnienia wpływają wszystkie składniki bilansu cieplnego, na część z nich wpływa temperatura powietrza, a na pozostałą część nie. Poza ociepleniem klimatu, obserwowanym obecnie niemal na całym świecie, mogą istnieć zatem dodatkowe czynniki, które modyfikują tempo topnienia lodowców. Jednym z nich jest albedo.

Albedo (z łaciny „białość”) to zdolność danej powierzchni do odbijania światła. Świeży biały śnieg może mieć albedo rzędu 90%, podczas gdy ciemna asfaltowa droga odbija zaledwie 5% padającego na nią światła. Albedo kształtuje zatem ważny składnik bilansu cieplnego – wielkość odbitego promieniowania krótkofalowego. Im powierzchnia jest ciemniejsza, tym więcej absorbuje padającego na nią światła/ciepła (bilans promieniowania krótkofalowego jest wyższy). To właśnie dlatego w upalne słoneczne dni unikacie noszenia czarnych koszulek i aby się nie przegrzać wybieracie jasne T-shirty.

Lodowce nie mają jednak okryć na zmianę. Ich oryginalnie biały T-shirt może ulegać naturalnemu zabrudzeniu, np. przez sadzę z pożarów lasów czy pył wulkaniczny, i jest prany tylko raz do roku przez wody roztopowe, które częściowo usuwają zabrudzenia. Zanieczyszczenia antropogeniczne mają jednak rosnące znaczenie – cząsteczki pochodzące z fabryk i silników diesla mogą być przenoszone poprzez wiatry w atmosferze na tysiące kilometrów, a osadzając się na lodzie powodują jego ponadnaturalne zaciemnienie, zwiększając absorpcję ciepła, tempo topnienia i długość sezonu ablacji.

Zjawisko tzw. „ciemnego śniegu” obserwuje się w wielu regionach świata i związane jest ze wzrostem koncentracji cząstek stałych w atmosferze, zarówno tych naturalnych, jak i antropogenicznych. W Indiach aż 30% obecnego topnienia lodowców przypisuje się właśnie zanieczyszczeniom antropogenicznym (wg International Centre for Integrated Mountain Development, ICIMOD). Większość z nich pochodzi z sadzy produkowanej w Chinach i Indiach poprzez spalanie węgla, silniki diesla czy… rytualne stosy pogrzebowe.

„Ciemny śnieg” jest obecny również na lądolodzie Grenlandii. Do niedawna naukowcy nie byli pewni co jest najważniejszą przyczyną jego formowania. Spadek albedo tej największej masy lodowej półkuli północnej związany mógł być z fizycznymi zmianami w strukturze śniegu spowodowanymi ociepleniem klimatu. Grupa francuskich badaczy doszła jednak do wniosku, że aby wyjaśnić w pełni to zjawisko należy uwzględnić dostawę zanieczyszczeń (niekoniecznie antropogenicznych) do powierzchni śniegu na Grenlandii (Dumont et al. 2014).

Ich symulacje wskazują, że obniżenie albedo świeżego śniegu zaledwie o 1% może spowodować wzrost utraty masy lądolodu o 27 gigaton rocznie. Zmiany albedo Grenlandii znalazły się również pod lupą Jason’a Box’a, znanego badacza i popularyzatora wiedzy o Grenlandii, twórcy Dark Snow Project. W swoich badaniach Box podkreśla istnienie pewnych sprzężeń zwrotnych. Najważniejszym z nich jest sprzężenie dodatnie, dodatkowo wzmacniające inicjalny efekt obniżonego albedo: wcześniejsze topnienie śniegu poprzez zanieczyszczenie powoduje dalsze obniżanie albedo poprzez wzrost koncentracji wody w śniegu. Skutkuje to coraz szybszym topnieniem śniegu nawet w wysokich partiach lądolodu.

Co ciekawe, badania opublikowane w zeszłym roku sugerują, że już w przeszłości zanieczyszczenie lodu przyspieszało jego topnienie (Painter et al. 2013). W latach 1860-1930 alpejskie lodowce wycofywały swoje czoła, średnio o 1 km. Ponieważ temperatura powietrza w tym okresie wykazywała trend spadkowy, naukowcy wysnuli przypuszczenie, że za recesję odpowiedzialna była industrializacja. Tym razem jednak nie poprzez emisję dwutlenku węgla, lecz właśnie sadzy…

Źródła:
Dumont et al. 2014. Contribution of light-absorbing impurities in snow to Greenland’s darkening since 2009. Nature Geoscience 7, 509–512, doi:10.1038/ngeo2180, http://www.nature.com/ngeo/journal/v7/n7/full/ngeo2180.html
Painter et al. 2013. End of the Little Ice Age in the Alps forced by industrial black carbon. Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 110 (38), 15216-15221, http://www.pnas.org/content/110/38/15216.full.pdf+html?sid=e83993ce-309b-4286-ae34-5404418c6bca

http://glacierhub.org/2014/11/06/dark-snow-spells-doom-for-glacial-melt-rates/
Reklamy

One response to “Skąd się bierze ciemny śnieg?

  1. nad ziemią powinny się unosić mikro balony stratosferyczne (100 mln szt) zbudowane z panelu krzemowego i diody LED np. 1 watt dające światło na zakresach fal potrzebnych roślinom (zwłaszcza w podczerwieni) do wzrostu co sprzyjałoby szybszemu wzrostowi roślin (akumulacja węgla), dawały by również cień na zakresach uv, wydłużyłyby dzień (spadła by potrzeba oświetlenia nocnego a przy dużej skali nawet potrzeba ogrzewania) , dodatkowo mogłyby pełnić funkcję mikro serwerów internetu czy łączności satelitarnej.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s