Contrails mají zřejmě silný vliv na klimatické změny

Při pohledu na modré nebe se na něm často objevují bílé pruhy. Jde o takzvané contrails neboli kondenzační pruhy – a jsou to stopy, které vznikají za letadly. Jde o bílé pásy (pokud jsou osvětleny sluncem), které svou podobou připomínají oblaky druhu cirus nebo až cirokumulus. Zpočátku bývají široké jen 5 až 10 metrů a vytvářejí se ve vzdálenosti 50 až 100 metrů za letadlem.

Jak už název napovídá, vznikají kondenzací vodní páry na kondenzačních jádrech, která dodávají letadla do ovzduší, a následným mrznutím vzniklých přechlazených kapek (tedy kapek, které mají teplotu pod 0 stupňů Celsia). Občas kondenzační pruhy nevzniknou vůbec, někdy trvají jen krátce, zatímco jindy můžou přetrvávat i dlouhou dobu poté, co letadlo danou oblastí proletělo. Právě doba trvání těchto pruhů je přitom zásadní z hlediska dopadů na klima – významné jsou tehdy, pokud v atmosféře existují a přetrvávají delší dobu.

Proč čáry na obloze někdy nemizí hodiny

Konkrétní podoba kondenzačních pruhů závisí na podmínkách v okolní atmosféře, ve které se letoun nachází, především na teplotě a vlhkosti vzduchu. Vliv má ale i efektivita fungování leteckého motoru, množství vodní páry zbývající ve spalinách i specifická energie v palivu. Nejčastěji se kondenzační pruhy vyskytují při teplotách vzduchu mezi –40 a –50 °C ve výšce 7 až 12 kilometrů. Vertikální tloušťka vrstvy s vhodnými podmínkami pro vznik kondenzačních pruhů bývá asi dva kilometry.

Většina kondenzačních stop zmizí během několika sekund poté, co se vytvořily, jakmile se drobné krystalky ledu ohřejí a sublimací přejdou ve vodní páru – zde lze předpokládat zanedbatelný vliv na klima. Jiná situace je v oblastech, kde je dostatek vodní páry k tvorbě ledových oblaků (to jsou právě ciry, cirokumuly nebo cirostraty), ale chybějí takzvaná depoziční jádra, na kterých by mohla pára přejít v led.

Při průletu letadla touto oblastí dojde při dostatečně nízké teplotě nutné pro tvorbu kondenzačních pruhů ke vzniku zárodků ledových krystalků z vodní páry z motorů letadla a vodní páry přítomné v atmosféře na nespálených uhlíkových částicích opouštějících motor letounu. Tímto způsobem vzniká obrovské množství drobných ledových krystalků: jde až o biliony na každý kilogram spáleného leteckého paliva. A právě v takovém prostředí můžou kondenzační pruhy přetrvávat delší dobu – pokud je to přes deset minut, pak se v meteorologii mluví o perzistentních kondenzačních pruzích.

Jako umělé mraky

V takovémto prostředí se pruhy postupně rozšiřují horizontálně i vertikálně, protože vzniklé ledové krystalky na sebe „nabalují“ další vodní páru z okolí. Obsah vody v takovémto kondenzačním pruhu pak může být o několik řádů větší, než je obsah vody emitovaný z letadla.

Působením okolního proudění se může původně kondenzační pás rozšířit do vrstvy oblaků druhu cirus, přičemž v některých případech můžou mít výrazný horizontální rozsah a dosahovat značné optické tloušťky – jeví se tedy jako husté oblaky, které významně oslabují sluneční záření dopadající na zemský povrch. Pokud navíc už v atmostéře existuje přirozený tenký cirus, pak v místech s vysokou hustotou letecké dopravy a vysokou vlhkostí můžou kondenzační pruhy vzniknout poměrně rychle, a to v rozsáhlé oblasti, což pak přispívá i ke značnému podílu na průměrném ročním množství pruhů v daném regionu.

V ročním průměru pokrývají kondenzační pruhy celosvětově kolem 0,06 procenta plochy oblohy. V některých regionech s hustou leteckou dopravou ale může toto pokrytí dosahovat až kolem 10 procent. Perzistentní kondenzační pruhy se tvoří častěji v zimě než v létě a můžou dosahovat délek i přes 200 kilometrů. Průměrná šířka dosahuje zpravidla 9 až 10 kilometrů, a doba existence zpravidla jedné až tří hodin.

Contrails a klima

Pokud jde o konkrétní dopad na klima, závisí účinek kondenzační čáry (případně z něj vzniklého oblaku) na mnoha faktorech, především denní době a optické tloušťce oblaku. V noci mají významný oteplující efekt, protože pohlcují část tepelného záření z povrchu, které pak vysílají zpátky k zemi, takže ochlazení u země není tak intenzivní. Přes den částečně tlumí sluneční paprsky, ale podobně jako v noci se podílejí na zadržování tepla, které pak neuniká do vesmíru. Vyjma případů opticky velmi hustých pruhů a z nich vzniklých oblaků převažuje i přes den oteplující efekt.

Současně má ale vliv i to, jestli jde o oblast nad mořem či souší, jak vypadá oblačnost v okolí nebo směr a rychlost proudění. Jinými slovy stejná kondenzační stopa může během části svého života mít jak oteplující, tak ochlazující efekt. Což ale znamená, že není úplně jednoduché určit celkový vliv na klima.

Odhady radiačního působení pro rok 2019 činí na základě studie globálně 34,8-74,8 mWm^-2, přičemž největší je nad Evropou (876 mWm^-2) a Severní Amerikou (414 mWm^-2), naopak nad Čínou vychází výrazně nižší (64 mWm^-2). Zde je dobře patrné, že tvorba kondenzačních pruhů a jejich trvání závisejí významně právě na meteorologických podmínkách – a ty jsou nad Čínou kvůli nižší zeměpisné šířce méně příznivé (v stejných letových hladinách je tam tepleji než nad Evropou nebo severem Ameriky), navíc se fronty a tryskové proudění s příhodnými podmínkami pro vznik pruhů častěji vyskytují severněji, než je Čína.

Není sice úplně jednoduché číselně co nejpřesněji vyhodnotit dopady perzistentních kondenzačních pruhů na klima, zvyšuje se ale shoda na tom, že jejich dopad je podobný jako vliv produkce oxidu uhličitého letadly a že činí kolem 35 procent celkového vlivu leteckého provozu, což představuje 1 až 2 procenta z pozorovaného globálního oteplení.

Právě oteplující efekt perzistentních pruhů vede k otázce, jak by ho šlo snížit. Nabízí se několik možností – využití alternativních paliv vedoucích k nižšímu podílu částic vhodných pro tvorbu kondenzačních stop, dále úprava architektury motorů vedoucí ke snížení jak množství vodní páry, tak i počtu částic vhodných pro tvorbu pruhů a konečně i navigace, která letoun nasměřuje mimo oblasti vhodné pro jejich vznik. Vyhodnocení dopadů jednotlivých kroků ale není úplně jednoduché s ohledem na složité poměry v atmosféře. V této souvislosti je závěrem vhodné podotknout, že modernější letadla létající ve větších výškách sice produkují méně emisí skleníkových plynů, na druhé straně ale létají oblastmi, kde se snadněji tvoří perzistentní kondenzační pruhy. A i menší (často privátní) tryskáče vytvářejí podobné perzistentní pruhy jako velké komerční letouny, což dále zhoršuje jejich dopad na klima s ohledem na počet přepravených osob.