Стратосфера становится холоднее: учёные разобрались в механизме

Земная поверхность нагревается, а несколько десятков километров выше происходит ровно обратное: стратосфера неуклонно теряет тепло. Это явление фиксируется с середины 1980-х годов, но детальная физика процесса оставалась невыясненной — до недавнего времени.

Один газ, два противоположных эффекта

Углекислый газ у поверхности Земли действует как изолятор: поглощает инфракрасное излучение и удерживает тепло в нижних слоях атмосферы. В стратосфере — на высотах от 11 до 50 километров — та же молекула CO₂ работает иначе. Она поглощает тепловое излучение, поднимающееся снизу, а затем часть его отдаёт в открытый космос. Чем выше концентрация газа, тем эффективнее этот «отвод» тепла — и тем холоднее становится на больших высотах.

Само по себе это не новость. Первые теоретические предсказания появились ещё в 1960-х — в работах климатолога Сюкуро Манабе, впоследствии получившего Нобелевскую премию. С середины 1980-х стратосфера охладела примерно на 2 градуса Цельсия. По расчётам исследователей, без промышленных выбросов CO₂ это охлаждение было бы в десять раз слабее.

Но несмотря на десятилетия наблюдений, количественной теории, описывающей механизм охлаждения, не существовало.

Где именно CO₂ охлаждает атмосферу

Группа учёных из Колумбийского университета — Шон Коэн, Роберт Пинкус и Лоренцо Польвани — несколько месяцев шлифовала математические модели, сравнивая расчёты с данными климатических симуляций и реальными наблюдениями. Результаты опубликованы в мае 2026 года в журнале Nature Geoscience.

Ключевым оказался вопрос о длинах волн инфракрасного излучения. Разные диапазоны ведут себя по-разному: одни практически не влияют на температуру стратосферы, другие охлаждают её крайне эффективно. Исследователи обнаружили особый диапазон — тот, в котором CO₂ работает наиболее продуктивно. По мере роста концентрации газа в атмосфере этот диапазон расширяется, захватывая всё новые длины волн.

«Именно изменения в эффективности на разных длинах волн и определяют охлаждение стратосферы», — объяснил Коэн.

Водяной пар и озон тоже участвуют в процессе, но их вклад по сравнению с CO₂ незначителен.

Охлаждение стратосферы тесно связано с химией верхней атмосферы в целом. Один из ключевых её компонентов — озоновый слой и его роль в защите планеты — сам претерпевал серьёзные изменения в XX веке, что дополнительно усложняет картину температурных сдвигов на больших высотах.

Что происходит с теплом внизу

Модели воспроизвели несколько закономерностей, которые давно фиксировались на практике. Охлаждение усиливается с высотой: в нижней стратосфере оно слабее, у верхней границы — у стратопаузы — значительно интенсивнее. Каждое удвоение концентрации CO₂ даёт примерно 8 градусов охлаждения на уровне стратопаузы.

Есть и обратная связь. Стратосфера, охлаждаясь, начинает отдавать в космос меньше инфракрасного излучения — и тепло, которое могло бы уйти, остаётся у поверхности. То есть охлаждение верхних слоёв атмосферы усиливает нагрев нижних.

«Мы довольно хорошо понимали, как этот процесс работает в целом. Но детали — что именно им управляет на механистическом уровне — оставались неясными», — говорит Коэн.

Выход за пределы Земли

Пинкус подчёркивает: исследование не про доказательство изменения климата — оно про понимание одного из его конкретных атмосферных проявлений. Полученные уравнения могут пригодиться и за пределами земной науки: те же принципы применимы к стратосферам других планет Солнечной системы и экзопланет с углекислой атмосферой.

Данные наблюдений за стратосферой Земли копятся с 1980-х. Теперь у них есть теоретическое основание.