Amerykańska „dziura ogrzewająca” - anomalia klimatyczna wyjaśniona

Mniej więcej w 1958 roku, kiedy zmiany klimatyczne zaczęły podnosić temperaturę na świecie, w południowo-wschodniej części Stanów Zjednoczonych stało się coś dziwnego: zaczęła się ona ochładzać.   

Według ostatniej krajowej oceny klimatu, w latach 1895–2016 średnia temperatura w Stanach Zjednoczonych wzrosła o 16°C, przy czym większość ciepła napłynęła po roku 1970. W drugiej połowie XX wieku gorący, parny południowy wschód przeciwstawił ten trend, chłodząc się aż o 17 stopni. Naukowcy nazywają to „dziurą grzewczą” i nie wiedzą dokładnie, dlaczego i jak to się formuje.

„Naukowcy od długiego czasu zachodzą w głowę” – mówi Barry Keim, klimatolog stanu Luizjana. „Nie było żadnego wyjaśnienia, z którego byłbym zadowolony, które by mnie przekonywało”. Rolnictwo, losowa zmienność klimatu, a nawet zanieczyszczenie powietrza były teoriami wyjaśniającymi anomalię.

Ale niezależnie od przyczyny, południowy wschód ostatnio gwałtownie się ogrzewał, jako że zmiany klimatyczne podnoszą temperatury wszędzie. Na całym świecie, ostatnie siedem lat było najgorętszym zanotowanym okresem.

„Można tylko oczekiwać (a modele klimatyczne są zazwyczaj zgodne), że w przyszłości te chłodne anomalie będą rozproszone lub będą opanowane przez zmiany klimatyczne” – mówi Trevor Partridge, naukowiec klimatyczny w Amerykańskim Badaniu Geologicznym i główny autor badania z 2018 roku analizującego dziurę ogrzewającą.

Chłodzenie przez odległe oceany... 

Naturalne wahania klimatu, które mogą częściowo wyjaśnić trwające od kilkudziesięciu lat wytchnienie południowego wschodu od gorących temperatur, można znaleźć w odległości tysięcy mil od Atlantyku i Pacyfiku.

Każdego roku zmienia się temperatura powierzchni morza; na równikowym Pacyfiku jest cieplejsza w latach El Niño i chłodniejsza w latach La Niña. Podobne cykliczne wahania mogą wystąpić na znacznie dłuższym przedziale czasu, który może trwać dziesiątki lat.

Co każde 20 do 30 lat, temperatury powierzchni morza na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych naturalnie przechodzą w cieplejsze lub chłodniejsze fazy, w tzw. Oscylacji Dekadowej Pacyfiku (PDO). A nad Północnym Oceanem Atlantyckim zmiany ciśnienia powietrza wpływają na prędkość wiatru wiejącego nad oceanem, proces znany jako Oscylacja Północnoatlantycka (NAO).

W swoim dokumencie z 2018 r. Partridge teoretyzował, że te zmiany w PDO i NAO pozwoliły prądu strumieniowemu, który wieje od zachodu do wschodu, wokół Półkuli Północnej, być trochę bardziej falistym. W okresie dziury grzewczej, chłodne powietrze z północy mogło być w stanie usadowić się w falę w kształcie litery U, nad południowymi stanami, takimi jak Luizjana, Missisipi, Alabama, Georgia i Tennessee.

„Mieliśmy problem, żeby naprawdę wskazać, co działo się w 1958 r.”, mówi Partridge. „Klimat jest bardzo przypadkowy i chaotyczny, a więc mogłoby to być przypadkiem”.

Lasy i gospodarstwa rolne 

Jego badanie z 2018 r. dodało również nowy kawałek do zagadki dziury grzewczej. Trend chłodzenia nie był po prostu obecny na południowym wschodzie. Począwszy od około 1958 roku, na środkowym zachodzie pojawiła się letnia ogrzewająca dziura, choć z mniejszym spadkiem temperatury, tylko o kilka stopni. Ale w przeciwieństwie do południowego wschodu, środkowy zachód wydaje się nie być aż tak pod wpływem dużych wzorów pogodowych. Zamiast tego region wydaje się zmieniać z powodu dynamicznie rozwijającego się lokalnego przemysłu – rolnictwa.

Kiedy obszar pokryty intensywnymi uprawami roślin, takimi jak kukurydza i soja, szybko się powiększył w połowie XX wieku, rolnictwo ochłodziło otaczającą atmosferę, mówi współautor Partridge, geograf z Dartmouth College — Jonathan Winter.

„Podczas nawadniania, podobnie jak gdy wydostajesz się z basenu i woda wyparowuje ze skóry, jest ona chłodna. Rośliny, które transpirują całą tę wodę, po prostu ochładzają ten region” – mówi.

W innym badaniu, opublikowanym przez Partridge’a i Wintera w 2019 r., stwierdzono, że w środkowo-zachodnim rolnictwie udało się nawet uzyskać efekt chłodzenia – co roku zwiększa się wydajność kukurydzy o około 10 procent, odkąd zjawisko ogrzewającej dziury pojawiło się w połowie wieku.

Inni naukowcy z dziedziny klimatu twierdzą, że zmiany zagospodarowania przestrzennego również przyczyniły się do ochłodzenia południowego wschodu. Szaleńcze wylesianie regionalne w XIX i na początku XX wieku pozostawiło tylko jeden procent lasów nietkniętych, ale drzewa od tego czasu wracają. Lasy pokrywają obecnie 60% stanu Georgia, z których większość w postaci plantacji drzew, mówi Pam Knox, naukowiec klimatolog z Uniwersytetu Georgia. Alabama jest w prawie 70% zalesiona, większość z tego jest na prywatnych ziemiach.

„Gdy masz las, ziemia jest zacieniona i nie jest tak gorąco” – mówi Knox.

Według Partridge’a, chłodzenie w regionie środkowo-zachodnim i południowo-wschodnim, w wyniku upraw i pokrywania drzew, pokazuje, jak duży wpływ na klimat mogą mieć ludzie, poza emisjami paliw kopalnych. „To, co robimy na naszej powierzchni ziemi, może mieć dość głębokie skutki dla lokalnego klimatu” – mówi Partridge.

Inna teoria pochodzenia dziury ogrzewającej wskazuje na zanieczyszczenie przez rozpyloną mieszaninę, małe cząstki, które płyną w atmosferze i blokują słońce. Cząstki siarczanu z elektrowni węglowych są szczególnie skuteczne w odbijaniu światła słonecznego, a historycznie wschodnia połowa USA miała wyższe zagęszczenie elektrowni węglowych.

W latach 80. zanieczyszczenie w postaci rozpylaczy było największe, ale od wtedy spadło do połowy tych poziomów, głównie dzięki podpisanej w 1970 r. ustawie dot. czystego powietrza. Naukowcy mają różne teorie co do tego, jak wiele tych rozpylaczy wpłynęło na dziurę ocieplającą. Ponieważ nie każdy region poddany zanieczyszczeniu w postaci aerozolu doświadczył otworu rozgrzewającego, Partridge i Winter mówią, że może to po prostu wzmocnić efekt zarówno na południowym wschodzie, jak i  w centralnej części Stanów Zjednoczonych, a nie odgrywać wiodącą rolę.

W jednym z opublikowanych w 2017 r. badań przeanalizowano zanieczyszczenie rozpylonymi substancjami oraz naturalną zmienność klimatu i podzielono różnicę, sugerując, że w połowie ubiegłego stulecia aerozole przyczyniły się do chłodzenia w okresie letnim, podczas gdy zimowe chłodzenie trwające w kolejnych dekadach było dziełem naturalnych zmian klimatu.

Niezależnie od przyczyny, dziury ogrzewające są rzadkie. Zaobserwowano kolejną anomalię chłodzenia – na północnym Atlantyku – i prawdopodobnie wynika ona ze zmian klimatu powodowanych przez prądy oceaniczne, które utrzymują cieplejsze wody z dala od tego obszaru.

Cieplejsza przyszłość wszędzie 

W zależności od badanego okresu lub stosowanego wskaźnika — zimowego, letniego lub rocznego, średnich lub maksymalnych temperatur — skutki południowo-wschodniej dziury ocieplającej mogą być lub nie być wykrywalne.

Według badania z 2015 roku zniknęła dwie dekady temu, kiedy temperatury powierzchni Pacyfiku przesunęły się w chłodniejszy etap. Mało prawdopodobne, aby ponownie się wyłoniła, mówi Gerald Meehl, główny autor badania i klimatolog w Narodowym Centrum Badań Atmosferycznych.

„W końcu wzrost temperatury wygra. Te wahania wewnętrzne nie będą tak zauważalne” – mówi Meehl.

Już od końca XIX wieku świat ocieplił się o około 16°C. Zgodnie z danymi liczbowymi używanymi w ostatniej krajowej ocenie klimatu w 2018 r. południowo wschodnia część kraju nadal nie została pochwycona przez resztę kraju pod względem skumulowanego oparami, których doświadczyła, i pozostaje ona w tyle za północnym-wschodem czy Alaską.

Jednak w nadchodzących dekadach region prawdopodobnie odnotuje poważny wzrost skrajnego, niebezpiecznego ciepła, zgodnie z najnowszym badaniem mapy powiatu po okręgu opracowanym przez Fundację First Street. Ulga, jaką cieszył się pod koniec XX wieku, prawdopodobnie nie będzie niczym więcej niż odległym wspomnieniem.