Te niesamowite chmury dostrzec mogą jedynie mieszkańcy obszarów umiarkowanych szerokości geograficznych – najczęściej w okresie przesilenia letniego i tylko w specyficznych warunkach atmosferycznych. Dla tego widoku warto jednak poświęcić czas na obserwacje nieba po zmroku.
AUTORZY:
Joanna Wieczorek, IMGW-PIB/Centrum Modelowania Meteorologicznego
Piotr Szuster, IMGW-PIB/Centrum Modelowania Meteorologicznego
Obłoki srebrzyste występują w mezosferze, najczęściej na wysokościach od 75 do 85 km nad powierzchnią Ziemi, stąd nazywane są również polarnymi chmurami mezosferycznymi. Odbijają światło słoneczne, przez co zdają się jarzyć niebieską lub srebrną poświatą na niebie. Barwa ta jest spowodowana absorpcją, czyli pochłanianiem części widma światła słonecznego przez ozon obecny w wysokich warstwach atmosfery.
Obłoki srebrzyste zbudowane są z kryształków lodu o wymiarach do 100 nm, które formują się w temperaturze powietrza rzędu –120 st. Celsjusza. Jak w przypadku każdej chmury – która z definicji stanowi zbiór obiektów kondensacji lub resublimacji pary wodnej zawieszonych w powietrzu – również w przypadku obłoków srebrzystych do ich powstania niezbędne jest występowanie jąder, wokół których para wodna zawarta w powietrzu mogłaby się osadzać. Badania obłoków mezosferycznych dowiodły, że do utworzenia widocznej chmury wystarczy stężenie pary wodnej wynoszące 4–5 ppmv[i]. Kluczowym pytaniem pozostaje, w jaki sposób na tak znacznej wysokości ponad powierzchnią Ziemi występować mogą wspomniane cząsteczki niezbędne do formowania obłoków. Jedna z hipotez, autorstwa A.D. Christie z 1968 roku, zakładała że lokalny wzrost pionowego przepływu turbulentnego, generowanego przez wewnętrzne fale grawitacyjne pochodzące z troposferycznego prądu strumieniowego, może wytworzyć warstwę przesyconą, gdy temperatura mezopauzy spadnie poniżej –140 K[ii].
Nieznana geneza, choć kilka teorii
Procesy bezpośrednio prowadzące do powstawania obłoków srebrzystych są nie do końca znane i w pełni zweryfikowane. Przyjmuje się kilka prawdopodobnych scenariuszy w oparciu na dotychczas przeprowadzonych symulacjach modelowych. Modele teoretyczne zakładają transport pary wodnej z troposfery (razem z zanieczyszczeniami, które są dobrym źródłem jąder do kondensacji/resublimacji cząsteczek pary ) przez luki w tropopauzie oraz reakcje metanu z rodnikami hydroksylowymi. Możliwym źródłem zarówno pary wodnej, jak i zanieczyszczeń są również rakiety transportujące ładunki w przestrzeń kosmiczną. Zanieczyszczenia mogą pochodzić także z meteorów wkraczających do atmosfery lub emisji pyłów podczas erupcji wulkanicznych. Obłoki są dobrze widoczne w ciepłej porze roku, gdy mezosfera ulega znacznemu wychłodzeniu w skutek oddziaływania pionowych prądów powietrza, które prowadzą do upwellingu oraz chłodzenia adiabatycznego. Na ich aktywność wpływa również ilość promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez Słońce – promieniowanie UV rozbija cząsteczki wody zmniejszając ilość pary wodnej wykorzystywanej do formowania się omawianego rodzaju zachmurzenia.
Zainteresowanie badawcze
Obłoki srebrzyste po raz pierwszy zaobserwowano w 1885 roku po wybuchu wulkanu Krakatau w Indonezji. Od tamtego czasu przeprowadzono szereg programów badawczych w celu zrozumienia mechanizmów fizycznych prowadzących do powstania tych chmur, m.in. wykorzystując satelity Upper Atmosphere Research Satellite, ODIN i Aeronomy of Ice in the Mesosphere. Eksperyment oparty na danych pochodzących z tej ostatniej misji wykazał, że procesy mikrofizyczne w obrębie obłoków srebrzystych zachodzą w podobny sposób do tych obserwowanych w chmurach w troposferze. Podczas przeprowadzania eksperymentu pn. Charged Aerosol Release Experiment doprowadzono do sztucznego utworzenia obłoku srebrzystego.
Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) rozróżnia 4 typy obłoków srebrzystych:
Typ 1: cienkie pasma bez wyraźnej struktury, przypominają cirrus lub cirrostratus.
Typ 2: długie pasma, ułożone w równoległych grupach.
Typ 3: krótkie, ułożone blisko siebie pasma.
Typ 4: pierścienie chmur.
Warunki do obserwacji
Obłoki srebrzyste widoczne są w obszarach umiarkowanych szerokości geograficznych (±50° do ±70°) i w sytuacjach, gdy Słońce znajduje się od 6 do 15 stopni poniżej linii horyzontu. To oznacza, że obserwacje należy prowadzić po zmierzchu lub przed świtem cywilnym. Większe szanse są przed świtem. Ze względu na ograniczoną atrakcyjność tych terminów, obserwacje obłoków srebrzystych nie są rozpowszechnione. Kiedy tarcza słoneczna znajduje się niewiele pod linią horyzontu, niższe warstwy atmosfery są już w obszarze cienia planety, podczas gdy mezosfera wciąż pozostaje oświetlana promieniami Słońca. Na półkuli północnej chmury te można dostrzec nad północnym horyzontem od maja do sierpnia, a szczyt aktywności ich występowania przypada około 20 dni po przesileniu letnim (20/21 czerwca).
Obłoki srebrzyste potrzebują kilku godzin, a nawet jednego dnia, aby się zmaterializować. Czasami utrzymują się nawet przez kilka dni, w zależności od lokalnych warunków meteorologicznych. Mogą jednak również nagle zniknąć, jeśli powietrze ogrzeje się o 10-20 st. Kelwina. Z tego względu ich obserwacja bywa trudniejsza do zaplanowania niż chmur troposferycznych. Warto dodać, że omawiane tu chmury nocne mają znikomy wpływ na klimat Ziemi. Wykazano również, że prognozowane na kilka następnych dziesięcioleci zmiany w częstotliwości ich występowania, wynikające z uwarunkowań antropogenicznych, mają nieistotne implikacje klimatyczne. Udowodniono, że częstość pojawianie się obłoków srebrzystych zmienia się każdego roku ze względu na zmiany w atmosferze i cyklu słonecznym. Chmury te stają się coraz bardziej powszechne w wyniku wzrostu emisji gazów cieplarnianych, w szczególności metanu[iii]. W ostatnich latach dostrzega się koincydencję pomiędzy emisją metanu, która ponad dwukrotnie zwiększyła ilość obecnego lodu mezosferycznego, zwiększając w ten sposób prawdopodobieństwo powstania chmur na tym poziomie atmosfery.
[i] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/003206338290126X?via%3Dihub
[ii] https://journals.ametsoc.org/view/journals/atsc/26/1/1520-0469_1969_026_0168_tgadon_2_0_co_2.xml
[iii] https://www.space.com/noctilucent-clouds
Zdjęcie główne: Heidi Bruce | Unsplash.
