Branża lotnicza ma problem - smugi kondensacyjne ogrzewają klimat

Wszystkie samoloty tworzą smugi kondensacyjne, które unoszą się wysoko w zimnym powietrzu. To prowadzi do powstawania chmur typu cirrus w postaci długich linii, które mogą utrzymywać się przez minuty lub całe godziny. Chmury te są zbyt cienkie, by odbijać światło słoneczne, ale zgromadzone w nich kryształy lodu mogą zatrzymywać ciepło. W przeciwieństwie do chmur niskopoziomowych, które mają działanie chłodzące, smugi kondensacyjne ogrzewają klimat.

Silniki lotnicze emitują parę wodną, dwutlenek węgla, niewielkie ilości tlenków azotu, węglowodory, tlenek węgla, tlenki siarki oraz cząstki sadzy powstałe w wyniku spalania paliwa. Za powstawanie smug kondensacyjnych odpowiada głównie para wodna i gazowe związki siarki, ponieważ prowadzą do powstawania jąder kondensacji, niezbędnych do tworzenia kropelek wody.

W powietrzu stale występuje pewna ilość pary wodnej - rośnie ona wraz ze wzrostem temperatury. Spaliny po wylocie z silnika stygną w wyniku mieszania się z otaczającym powietrzem. Jeżeli temperatura powietrza zawierającego parę wodną spadnie poniżej temperatury punktu rosy, powstaje nadmiar pary wodnej i w efekcie kondensuje on jako krople wody lub kryształki lodu, widoczne w postaci chmur. O ile w powietrzu są obecne jądra kondensacji. W przeciwnym wypadku dochodzi do zjawiska przechłodzenia. Gdy tylko pojawi się aerozol (np. spaliny) para wodna błyskawicznie się skrapla i zamarza tworząc drobne kryształki lodu. Powstaje wtedy chmura pierzasta. Zjawisko przechłodzenia pary wodnej w atmosferze jest możliwe, ponieważ na tak dużych wysokościach są obecne śladowe ilości pyłów.

To wilgotność względna powietrza, przez które przelatuje samolot decyduje o tym, jak długo utrzymują się smugi kondensacyjne. Wylot silnika odrzutowego dostarcza tylko niewielką część wody, która tworzy lód w długo utrzymujących się smugach. Trwałe smugi kondensacyjne składają się głównie z wody występującej wzdłuż toru lotu samolotu.

Z czasem smugi kondensacyjne stają się nieodróżnialne od naturalnie powstałych chmur cirrus. Światowa Organizacja Meteorologiczna twierdzi, że smugi utrzymujące się powyżej 10 minut mogą być określane mianem Cirrus homogenitus, czyli smug "stworzonych przez człowieka". Długo utrzymujące się smugi, które pod wpływem wiatrów rozprzestrzeniają się na większy obszar nieba, przybierają formy chmur cirrus, cirrostratus i cirrocumulus.

Badania z 2011 r. sugerują, że chmury cirrus powstałe ze smug kondensacyjnych bardziej przyczyniają się do ocieplania atmosfery niż cały dwutlenek węgla wytworzony przez samoloty od zarania lotnictwa. Przewiduje się, że efekty te będą się pogarszać wraz z intensyfikacją ruchu lotniczego, a wynikający z tego zasięg chmur wzrośnie. Niektóre szacunki sugerują, że globalny ruch lotniczy wzrośnie aż czterokrotnie do roku 2050.Ulrike Burkhardt z Niemieckiego Instytutu Fizyki Atmosferycznej (DLR) w Wessling stworzyła model atmosferyczny, w którym po raz pierwszy nadano chmurom cirrus homogenitus własną kategorię, zupełnie inną od chmur naturalnych. Pozwoliło to na modelowanie określonych cech chmur pochodzących od smug kondensacyjnych - od ich formowania do interakcji z resztą atmosfery.Naukowcy modelowali efekt globalnego zasięgu chmur cirrus homogenitus z 2006 r., dla którego dysponowali dokładnymi danymi lotniczymi. Biorąc pod uwagę prognozy dotyczące przyszłego ruchu lotniczego i emisji spalin, przewidzieli ile ich będzie w roku 2050. Odkryli trzykrotny wzrost efektu cieplarnianego w tym czasie. - Jest to jedno z pierwszych badań, które szczegółowo określają, w jaki sposób te chmury wpływają na przyszły klimat. Nowy schemat klasyfikacji chmur jest kluczowy do przewidzenia zmian klimatycznych - powiedział Bernd Karcher, fizyk atmosfery, jeden ze współautorów badań z 2011 r.

Czy możemy coś zrobić, by przeciwdziałać nadchodzącym zmianom? Odkryto, że redukcja emisji sadzy z samolotów o połowę może doprowadzić do 15-procentowego zmniejszenia efektu ogrzewają atmosfery wywołanego przez smugi kondensacyjne. To tylko kropla w morzu potrzeb. Nawet 90-procentowa redukcja emisji sadzy na rzecz czystych paliw nie wyeliminuje całkowicie efektów klimatycznych wywołanych przez smugi kondensacyjne. Co więcej, naukowcy nie są w stanie połączyć ogrzewania klimatu z zasięgiem chmur cirrus homogenitus oraz jednoznacznie stwierdzić, jak wpływają one na temperaturę na powierzchni.Bardziej prawdopodobny scenariusz jest taki, że poziom sadzy pochodzącej z paliw lotniczych i zasięg chmur cirrus homogenitus będzie wzrastał. To dlatego, że większość przepisów lotniczych i planów redukcji zanieczyszczeń nie uwzględnia wpływu na klimat niczego poza emisją dwutlenku węgla. Rozważanie smug kondensacyjnych zbudowanych w większości z pary wodnej jako zagrożenia jest problematyczne. Wpływ chmur cirrus homogenitus na ocieplanie klimatu jest złożonym problemem, ale to wciąż nic w porównaniu z ogromnymi ilościami dwutlenku węgla produkowanego przez społeczeństwa. Gdyby w atmosferze były tylko smugi kondensacyjne, nie byłoby globalnego ocieplenia.