Norii:piese din puzzle-ul climei Understand article

Tradus de Anca Tamaş. Fizica norilor şi rolul lor în clima au uimit oamenii de ştiinţă de decenii. Karin Ranero Celiusinvestighează acest subiect.

Norii afectează clima sau clima afectează norii? Ambele sunt adevărate. Oricum norii sunt atât de greu de înţeles încât nici măcar nu sunt bine încorporaţi în modelele climatice. Includerea ar însemna să înţelegem forma norilor, de ce apar şi de ce dispar, de ce şi când se formează precipitaţiile. În legătură cu acest aspect savanţii trebuie să analizeze comportamentul fiecărui nor, componentele sale şi efectul lor asupra împrejurimilor.

În esenţă norii sunt mase vizibile de picături (sau chiar cristale) de apă,suspendate în atmosfera Pământului. Pentru ai studia oamenii de stiinţă i-au împărţit în categorii. Norii ca nişte şuviţe subţiri se numesc cirus. Cei pufoşi ca bumbacul sunt norii cumulus. Într-o zi noroasă, cerul este acoperit de nori fără formă clară şi turtiţi numiţi stratus. Fiecare nor poate fi clasificat ca unul din cele trei tipuri de nori sau o combinaţie a lor(vezi diagrama de mai jos).

Norii sunt clasificaţi în categorii diferite
Imagine adaptată de Russell et al. (2007); Pentru imagine, multumim the Institute of Physics

Mai mult, norii sunt clasificaţi conform altitudinii lor astfel: la joasă înălţime (până la 2000 m), nivel mediu (2000-6000 m), şi la mare înălţime (peste 6000 m). Înălţimea determină temperatura,care determină ulterior cât de multă energie radiază. Norii de mare înălţime sunt reci şi radiază puţină căldura în spaţiu; în schimb ei reflectă radiaţia termică înapoi către suprafaţa Pământului, încălzind atmosfera şi mărind efectul de seră. Norii de joasă înălţime, mai compacţi şi mai calzi, emit mai multă radiaţie termică în spaţiu decât înapoi pe Pământ. Ei acţionează ca un parasolar, reflectă lumina Soarelui şi astfel răcoreşte suprafaţa Pământului.

Altitudinea norului determină prin urmare efectul pe care acesta îl are asupra climei. Prin studiul apariţiei norilor de înaltă şi de joasă altitudine, putem să începem să înţelegem rolul pe care aceştia îl joacă. Dacă ambele tipuri de nori apar în mod egal, atunci efectele de încălzire şi răcorire se vor contracara reciproc, iar rezultatul ar fi o uşoară încălzire sau răcire a suprafeţei pământului. Dacă apariţia norilor de mare altitudine creşte în timp ce apariţia norilor de joasă altitudine descreşte, atunci ar fi o creştere semnificativă a temperaturii în atmosferă .

Deci, de ce apar şi dispar norii şi ce determină formarea lor şi precipitaţiile?

Proto-norii

Toţi norii au un lucru în comun:se formează din proto-nori cunoscuţi sub numele de aerolsoli. Când apa se evaporează urmare a căldurii Soarelui, vaporii se ridică în aer şi moleculele de apa se condesează sub forma de aerosoli-care pot fi naturali ca sarea, sau artficiali, ca sulfaţii. Dacă proto-norii au cel puţin 60-80 nm, o peliculă de apă se poate forma în jurul lor, formând o picatură. Norii sunt formaţi din multe astfel de picături. Dacă picăturile ajung la un diametru de 0,5-1 mm, ele vor cădea, intrând în coliziune cu alte picături, asimilându-le şi mărindu-se până la picăturile de ploaie, care pot cădea cu viteze până la 35 km/h.

Într-o atmosferă curată, picături mari de ploaie se formează rapid şi curând începe ploaia. Doar o mică parte a picăturilor din nori se ridică şi mai sus, îngheaţă şi intra în derivă
Pentru imagine, multumim Roland Wengenmayr

Aerosolii joacă un rol important nu doar în formarea norilor, dar şi în formarea precipitaţiilor: ei determină când şi unde plouă. În atmosfera curată cu foarte puţine particule, lumina soarelui evaporează multă apă. Pe măsura ce se ridică, vaporii găsesc prea puţine particule de condensare în aer, astfel că picăturile formate în jurul lor sunt foarte mari şi plouă puternic.

Într-o atmosferă poluată,numărul mare a particulelor de aerosoli împiedică mare parte din radiaţia soarelui să ajungă pe pământ, ducând la mai puţină apă care să se evaporeze. Pe măsură ce vaporii se ridică, găseşte mai puţine particule, creând mai multe picături dar mai mici. Aceasta încetineşte formarea picăturilor de ploaie (picăturile cad doar dacă ating 0,5-1 mm), astfel că nu plouă în punctul de origine. Mai multă apă se condensează în jurul particulelor pe măsură ce norii se ridică şi temperaturile joase îngheaţă picăturile. Astfel că norul continuă să se ridice, în loc să se pornească ploaia.

Într-o atmosferă poluată, vaporii găsesc multe particule de aerosol,astfel încât se formează puţine picături în nori care se ridică la altitudini mari şi îngheaţă acolo.Alţi vapori condensează apoi şi se formează cristale de gheaţă. Astfel norii plini de energie cu tunete se formează şi aceştia aduc precipitaţii grele
Pentru imagine, multumim Roland Wengenmayr

Concentraţiile ridicate ale aerosolilor pot inhiba precipitaţiile şi chiar şi formarea norilor în sine. Exemplu se consideră că o concentrare a aerosolilor în nordul Chinei a dus la o schimbare majoră în frecvenţa precipitaţiilor. La scală globală desigur, toată apa care se evaporează trebuie în cele din urmă să revină sub formă de precipitaţii. Astfel că norii care îşi descarcă mai greu conţinutul, vor face acest lucru sub forma unor ruperi de nori, cauzând inundaţii şi alunecări de teren.

Desfăşurarea de forţe

Deşi aerosolii explică formarea norilor, şi într-un anume fel şi a precipitaţiilor, ei nu explică un alt factor crucial în climă: de ce îşi schimba norii forma, de ce apar şi dispar?

Forma şi ciclul de viaţă a norilor, şi prin urmare influenţa lor asupra climei este determinată de turbulenţă. La marginile norului, turbulenţele amestecă aerul uscat cu aerul umed. Acesta se numeşte “mix de antrenare”. La scală microscopică această antrenare schimbă distribuţia şi mărimea picăturilor din nori afectând tendinţa de ploaie sau disiparea completă a norilor. Dar efectul poate fi şi global. De exemplu dacă se disipează norii din sud-estul Pacificului, unde este de regulă înnorat, va fi o creştere a radiaţiei solare şi contribuind la fenomene de tip El Niño, care este caracterizat de creşterea temperaturii oceanului.

Pentru a prevedea soarta unui nor,savanţii trebuie să ştie cât de turbulente sunt picăturile: aceasta determină cât de rapid se formează picăturile de ploaie şi cad. Oricum, studierea turbulenţelor norilor este o sarcină dificilă, ca urmare a dimensiunilor componentelor norilor (o mică picătură, o picătură mare de ploaie, un curent de aer) şi de procesele fizice ce au loc în ele şi între ele.

Pentru a înţelege efectul turbulenţei, nu doar viteza şi traiectoria, dar şi acceleraţia lor este importantă. Acceleraţia fluctuează considerabil ajung chiar şi la vârfuri care sunt de 20 de ori mai mari ca gravitaţia. Frecvenţa coliziunilor, care creşte şansele de precipitaţie, este determinată de grupurile de particule puternic accelerate. Aceste fluctuaţii puternice explică de ce picăturile se ciocnesc mai rapid decât ar trebui conform teoriilor clasice.

Concluzii asupra norilor

În timp ce unii savanţi încearcă să recreeze condiţiile de turbulenţă în nori, folosind canale de vânt uriaşe, alţii studiază simulări pe computer sau fac studii pe teren.

De exemplu, Björn Stevens, cercetător la Institutul meteorologic Max Planck (Max Planck Institute for Meteorologyw1) din Hamburg, Germania, studiază norii oceanici stratocumulus, care se formează deasupra regiunilor reci de la subtropice, cum ar fi California, coasta Americii de Sud de la oceanul Pacific şi coasta Atlantică a Namibiei. Ei au o mare influenţă asupra climei globale, acoperind mai mult de o zecime din suprafaţa oceanului. Stevens a aflat că aceşti nori sunt ciudaţi: imaginile din sateliţi arată găuri mari în pătura compactă de nori, şi că deşi în mod normal aceşti nori nu determină ploaie, aceasta se formează în jurul găurilor. Odată începută ploaia, turbulenţa-circulaţia aerului între ocean şi nor – se pot schimba radical.

Stevens şi colegii lui incorporează acum noile informaţii dobândite asupra comportamentului norilor în modelele pe computer despre clima globală. În aceste modele, atmosfera este împărţită în zone, şi pentru fiecare zonă computerul calculează valorile medii ale temperaturii, umidităţii a altor caracteristici ale atmosferei, şi prevăd formarea norului. Deşi modelele nu sunt destul de exacte pentru a prevedea locul exact unde se vor forma norii, pot calcula deja gradul de acoperire a norilor şi tipul norilor în fiecare zonă, permiţând astfel să se cuantifice influenţa căldurii şi radiaţiei solare asupra formării norilor.

Savanţii, prin urmare încă investighează relaţiile dintre acoperirea norilor, precipitaţii, aerosoli şi proprietăţile aerului din jurul norilor-toate sunt fundamentale pentru înţelegerea legăturii dintre nori şi schimbările climatice. Până acum, nu suntem nici măcar pe aproape să descifrăm mecanismele diferite implicate în comportamentul norilor şi efectul lor asupra climei. Dar savanţii nu se dau bătuţi, pentru că aşa cum spunea filozoful şi naturalistul René Descartes: ”Norii sunt cheia înţelegerii tuturor lucrurilor minunate de pe Pământ”

Mulțumiri

Acest articol se bazează pe trei articole publicate în Max Planck Research: Meier (2010), Hergersberg (2010) şi Wengenmayr (2010). Max Planck Research este publicată de Societatea Max Planck şi descrie în termeni uzuali-munca unor institute de cercetare. Publicaţia trimestrială poate fi descarcată gratuit law2.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Meier C (2010) Water with a Nebulous Effect. Max Planck Research 2.2010: 17-23
  • Hergersberg P (2010) Droplets on a Roller Coaster. Max Planck Research 2.2010: 32-37
  • Russell A, Ricketts H, Knight S (2007) Clouds. Physics Education 42(5): 457-465. doi: 10.1088/0031-9120/42/5/002
  • Wengenmayr R (2010) The Seeds of Climate. Max Planck Research 2.2010: 24-31

Web References

  • w1 – Pentru a afla mai multe despre Institutul Meteorologic Max Planck, accesaţi: www.mpimet.mpg.de
  • w2 – pentru a downloada fiecare număr al Max Planck Research (disponibil în engleză sau germană ), accesaţi (www.mpg.de) sau link-ul direct: http://tinyurl.com/35aunrs

Resources

Author(s)

Karin Ranero Celius a obţinut licenţa în fizică şi psihologie, apoi un master în studii muzeografice. Pasiunea ei pentru ai învăţa şi pe alţii despre minunile ştiinţei au determinat-o să devină un comunicator de ştiinţă. Ea şi-a desăvârşit educaţia întâi la Institutul de Astrofizică din Insulele Canaris, Spania, apoi la Observatorul European Sudic din Munchen, Germania şi în prezent la Laboratorul de Biologie Moleculară din Heidelberg, Germania.


Review

Într-o vreme în care multe ţări din lumea largă lucrează împreună pentru a creşte utilizarea resurselor refolosibile şi a reduce schimbările climatice şi efectele lor pe cât posibil, acest articol aduce o nouă perspectivă. Autoarea prezintă informaţii detaliate şi interesante despre relaţiile dintre nori şi schimbările climatice, cu exemple din diferite părţi ale Pământului.

Articolul poate fi folosit în câteva lecţii de ştiinţă, cum ar fi:

  • Ştiinţa generală: formarea norilor şi precipitaţiile (pentru vârsta de 10-12 ani). Articolul trebuie prezentat într-o formă simplificată de către profesor şi unele detalii cum ar fi fluctuaţiile în acceleraţie vor trebui evitate pentru ca lucrurile să fie clare pentru elevii mai mici.
  • Geografie: observaţii despre vreme, tipuri de nori, altitudinea norilor(pentru vârsta de 10-16 ani)
  • Fizica: reflectarea şi radiaţia căldurii, efectul de seră, schimbările climatice(pentru vârste peste 13 ani)

Articolul poate fi folosit şi ca introducere a unor activităţi suplimentare. Elevii mai mici pot fi implicaţi în observaţii a norilor, temperaturii, umidităţii şi a cantităţii de precipitaţii, după care îşi pot prezenta rezultatele în clasă. Pot deasemenea discuta despre efectele norilor asupra schimbărilor climatice şi despre efectul atmosferei poluate asupra precipitaţiilor.

Autoarea menţionează câteva exemple specifice asupra modului în care norii afectează temperaturile şi clima în China şi sud-estul Pacificului, ca şi unele cercetări recente în acest domeniu. Elevii mai mari ar trebui motivaţi să desfăşoare cercetări suplimentare asupra relaţiilor dintre formarea norilor şi tipurile de nori şi schimbările climatice.

Abundenţa detaliilor face acest articol potrivit pentru exerciţii de înţelegere în clasă. Câteva sugestii de întrebări:

  1. Din ce sunt formaţi norii?
  2. Cum sunt ei formaţi?
  3. Ce efect are altitudinea norilor asupra temperaturii la suprafaţa Pământului?
  4. Care sunt consecinţele asupra schimbărilor climatice?

Catherine Cutajar, Malta




License

CC-BY-NC-ND