В связи с глобальным потеплением, вызванным увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере, могут наблюдаться противоположные процессы, приводящие к охлаждению или антипарниковому эффекту. Так, подобные явления фиксировались в Антарктиде. Это указывает на то, что воздействие глобального потепления на разные регионы может быть более сложным и неоднозначным, чем предполагалось ранее: факторы, повышающие температуру в одной области, способны приводить к ее понижению в другой.
Парниковые газы, например, углекислый газ ( CO2) и метан (CH4), позволяют проходить солнечному излучению, достигающему поверхности Земли, но препятствуют выходу инфракрасного (теплового) излучения, испускаемого нашей планетой. Это приводит к повышению температуры и нагреву поверхности — возникает парниковый эффект.
В определенных ситуациях эти газы могут оказывать охлаждающий эффект, который противоречит «парниковому», поскольку атмосфера начинает меньше пропускать солнечные лучи, что приводит к уменьшению количества энергии, достигающей поверхности планеты. К примеру, подобное наблюдается в верхних слоях атмосферы Титана или на Земле сразу после мощных вулканических извержений. Величина антипарникового эффекта зависит от наличия слоев аэрозоля, расположенных на различных высотах и состоящих из частиц с различными микрофизическими и оптическими свойствами.
Двуокись углерода и метан поступают в атмосферу по различным причинам, однако в последние десятилетия главным образом из-за человеческой деятельности, такой как сжигание ископаемого топлива. Выбросы парниковых газов неуклонно растут на протяжении последних десятилетий. Это, например, привело к сильному потеплению в Арктике. В этом регионе процессы протекают в три-четыре раза быстрее, чем в среднем по планете. Это приводит к быстрому уменьшению площади и толщины морских льдов в Арктике.
В Антарктиде потепление проявляется в меньшей степени. Ледяной покров Южного океана, состоящий преимущественно из сезонных льдов, формирующихся в холодное время года вдоль берегов Антарктиды, остается в целом стабильным.
Ученые уже давно пытаются выяснить, почему таяние Арктики происходит быстрее, чем таяние Антарктиды (включая Антарктиду, острова, расположенные рядом с ней, и прилегающие участки Атлантического, Индийского и Тихого океанов). Существует несколько объяснений этого явления, однако они пока носят гипотетический характер.
По мнению некоторых экспертов, это вызвано талой водой из Антарктиды стабилизирует толщу воды и лед, защищая холодные поверхностные воды от теплых глубинных вод. Другие считают, что западные ветры, дующие вокруг Антарктики, усиливаются из-за изменения климата и «растягивают» лед на большую площадь. Есть еще одна точка зрения: согласно ей дело в циркуляции океана, из-за чего лишнее тепло, полученное из атмосферы, «отводится» от Антарктиды, переносится на север, к экватору.
Немецкие исследователи из Бременского университета высказали альтернативную гипотезу, известную как «антипарниковый эффект». Результаты работы опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Примерно десять лет назад климатолог Юстус Нотхольт ( Justus Notholt) и его коллеги впервые выявили антипарниковый эффект над высокогорными частями Антарктиды, где воздух особенно холодный и сухой. Это охлаждающее явление наблюдали в атмосфере (на небольшой высоте) в течение нескольких месяцев в году, когда там увеличивалась концентрация двуокиси углерода.
В связи с этим, ученые-климатологи высказали предположение, что антипарниковый эффект способен отчасти объяснить, почему в Антарктиде температура растет медленнее, чем в более влажной Арктике, где он наблюдается крайне редко.
Новое исследование, проведенное командой Нотхольта, было направлено на изучение воздействия водяного пара в атмосфере над Антарктидой и Арктикой на процессы потепления и охлаждения, обусловленные увеличением концентрации метана и углекислого газа в различных слоях атмосферы.
В рамках исследования было проведено два компьютерных моделирования. В первом сценарии содержание водяного пара в атмосфере Антарктиды было сопоставимо с показателями, регистрируемыми над Арктикой. Результаты показали, что двуокись углерода и метан воздействуют на температуру в Антарктиде аналогичным образом, как и в Арктике, вызывая ее повышение.
Второй вариант модели основывался на предположении о сохранении текущих концентраций водяного пара в атмосфере над указанными регионами. Исследователи провели моделирование сезонных колебаний температуры, рассматривая два сценария: при нынешнем уровне концентрации углекислого газа и метана, а также при его удвоении. Полученные результаты показали, что рост концентрации этих парниковых газов в атмосфере Антарктиды вызвал снижение температуры почти во всей тропосфере (на высоте 10-18 километров), в то время как в Арктике наблюдалось потепление.
Так при удвоенной концентрации CO2 и СН4 происходило потепление на 0,42 кельвина в тропосфере Арктики и небольшое похолодание на 0,01 кельвина в тропосфере Антарктиды.
При высоте до семи тысяч метров над уровнем моря и при двукратном увеличении концентрации CO2 средняя температура в Арктики увеличивалась на 0,81 кельвина, а в Антарктиде — на 0,16 кельвина. Однако при том же количестве СН4 в Антарктиде наблюдалось похолодание на 0,06 кельвина и потепление в Арктике на 0,07 кельвина.
Водяной пар, подобно парниковым газам, участвует в парниковом эффекте. Содержание влаги в воздухе определяется температурой: с повышением температуры увеличивается и количество влаги, которое может быть в нем содержаться. Таким образом, холодная и сухая атмосфера Антарктиды реагирует на рост выбросов парниковых газов иначе, чем влажная и теплая атмосфера Арктики.
«Учитывая, что влажность увеличивается при повышении температуры, и в Антарктиде наблюдается потепление, в будущем антипарниковый эффект может трансформироваться в парниковый», — отметил Нотхольт.
По мнению авторов, их исследование позволит прояснить, почему в Антарктиде в течение многих лет наблюдается более слабое проявление потепления по сравнению с Арктикой.