Η Caroline Muller βλέπει τα σύννεφα διαφορετικά από τους περισσότερους ανθρώπους. Εκεί που οι άλλοι βλέπουν αφράτα ζαχαρωτά, ανάλαφρο μαλλί της γριάς ή απειλητικά γκρίζα αντικείμενα να κινούνται από πάνω τους, η Muller βλέπει ρευστά που κινούνται στον ουρανό. Οραματίζεται πώς ο αέρας ανεβαίνει και κατεβαίνει, πώς θερμαίνεται και ψύχεται, και πώς στροβιλίζεται για να σχηματίσει σύννεφα και να δημιουργήσει καταιγίδες.
Ωστόσο, η επείγουσα ανάγκη με την οποία η Muller, επιστήμονας που ασχολείται με το κλίμα στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας στο Klosterneuburg, εξετάζει αυτά τα ατμοσφαιρικά αινίγματα, έχει αυξηθεί κατακόρυφα τα τελευταία χρόνια. Καθώς ο πλανήτης μας «ψήνεται» λόγω της υπερθέρμανσης, οι καταιγίδες γίνονται πιο έντονες, απελευθερώνοντας μερικές φορές διπλάσια ή και τριπλάσια ποσότητα βροχής από την αναμενόμενη. Αυτό συνέβη στην περίπτωση στην Bahía Blanca της Αργεντινής, τον Μάρτιο του 2025: Σχεδόν η μισή μέση ετήσια βροχόπτωση της πόλης έπεσε σε λιγότερο από 12 ώρες, προκαλώντας φονικές πλημμύρες.
Οι ατμοσφαιρικοί επιστήμονες χρησιμοποιούν εδώ και καιρό προσομοιώσεις σε υπολογιστές για να παρακολουθήσουν πώς η δυναμική του αέρα και της υγρασίας παράγει διάφορα είδη καταιγίδων. Όμως, τα υπάρχοντα μοντέλα δεν είχαν εξηγήσει πλήρως την εμφάνιση αυτών των πιο βίαιων φαινομένων. Μια θεωρία περίπου 200 ετών περιγράφει πώς ο θερμότερος αέρας συγκρατεί περισσότερη υγρασία από τον ψυχρότερο: επιπλέον 7% για κάθε βαθμό Κελσίου (1°C) θέρμανσης. Ωστόσο, στα μοντέλα και τις μετεωρολογικές παρατηρήσεις, οι κλιματολόγοι έχουν καταγράψει φαινόμενα βροχοπτώσεων που υπερβαίνουν κατά πολύ αυτή την αναμενόμενη αύξηση. Αυτές οι καταιγίδες μπορούν να οδηγήσουν σε σφοδρές πλημμύρες, ειδικά όταν καταρρακτώδεις βροχές πέφτουν σε ήδη κορεσμένα εδάφη ή ακολουθούν περιόδους καύσωνα με υψηλή υγρασία.
Τα σύννεφα, και ο τρόπος με τον οποίο ομαδοποιούνται, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξήγηση του τι συμβαίνει.
Ένας αυξανόμενος όγκος ερευνών, που ξεκίνησε από τη Muller πριν από μια δεκαετία, αποκαλύπτει αρκετές διεργασίες μικρής κλίμακας τις οποίες τα κλιματικά μοντέλα είχαν προηγουμένως παραβλέψει. Αυτές οι διεργασίες επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο τα σύννεφα σχηματίζονται, συγκεντρώνονται και διατηρούνται, με τρόπους που ενδέχεται να ενισχύουν τις καταρρακτώδεις βροχές και να τροφοδοτούν πιο ισχυρές καταιγίδες με μεγάλη διάρκεια. Τα σύννεφα έχουν μια «εσωτερική ζωή», λέει η Muller, «η οποία μπορεί να τα ενδυναμώσει ή να τα βοηθήσει να παραμείνουν ζωντανά για περισσότερο χρόνο».
Άλλοι επιστήμονες χρειάζονται περισσότερες αποδείξεις, καθώς οι προσομοιώσεις υπολογιστών που χρησιμοποιούν οι ερευνητές για τη μελέτη των νεφών αναγάγουν τον πλανήτη Γη στην απλούστερη και ομαλότερη μορφή του, διατηρώντας τη βασική φυσική του αλλά κατά τα άλλα θυμίζοντας ελάχιστα τον πραγματικό κόσμο.
Τώρα, όμως, μια βαθύτερη κατανόηση των πραγμάτων διαφαίνεται στον ορίζοντα. Παγκόσμια κλιματικά μοντέλα υψηλότερης ανάλυσης μπορούν επιτέλους να προσομοιώσουν τα σύννεφα και τις καταστροφικές καταιγίδες που σχηματίζουν σε πλανητική κλίμακα – προσφέροντας στους επιστήμονες μια πιο ρεαλιστική εικόνα. Κατανοώντας καλύτερα τα σύννεφα, οι ερευνητές ελπίζουν να βελτιώσουν τις προβλέψεις τους για τις ακραίες βροχοπτώσεις, ιδιαίτερα στις τροπικές περιοχές, όπου χτυπούν μερικές από τις πιο σφοδρές καταιγίδες και όπου οι μελλοντικές προβλέψεις για τις βροχοπτώσεις είναι οι πλέον αβέβαιες.
Οι πρώτες ενδείξεις για τις συστάδες νεφών
Όλα τα σύννεφα σχηματίζονται μέσα σε υγρό αέρα που ανεβαίνει. Ένα βουνό μπορεί να ωθήσει τον αέρα προς τα πάνω. Το ίδιο μπορεί να κάνει και ένα ψυχρό μέτωπο. Τα σύννεφα μπορούν επίσης να σχηματιστούν μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως συναγωγή (convection): την αναστροφή του αέρα στην ατμόσφαιρα που ξεκινά όταν το ηλιακό φως, η ζεστή ξηρά ή τα ζεστά νερά θερμαίνουν τον αέρα από κάτω. Καθώς ο θερμός αέρας ανεβαίνει, ψύχεται, συμπυκνώνοντας τους υδρατμούς που μετέφερε σε σταγόνες βροχής. Αυτή η διαδικασία συμπύκνωσης απελευθερώνει επίσης θερμότητα, η οποία τροφοδοτεί τις σφοδρές καταιγίδες.
Ωστόσο, τα σύννεφα παραμένουν ένας από τους πιο αδύναμους κρίκους στα κλιματικά μοντέλα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα παγκόσμια μοντέλα που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες είναι πολύ «χονδροειδή» για να καταγράψουν τα ανοδικά ρεύματα που γεννούν τα σύννεφα ή για να περιγράψουν πώς στροβιλίζονται μέσα σε μια καταιγίδα – πόσο μάλλον για να εξηγήσουν τις μικροφυσικές διαδικασίες που ελέγχουν πόση βροχή θα πέσει τελικά στη Γη.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, η Muller και άλλοι επιστήμονες στράφηκαν σε απλούστερες προσομοιώσεις του κλίματος της Γης που μπορούν να μοντελοποιήσουν τη μεταφορά θερμότητας. Σε αυτούς τους τεχνητούς κόσμους -με σχήμα ρηχού κουτιού, συνήθως μερικών εκατοντάδων χιλιομέτρων σε πλάτος και δεκάδων χιλιομέτρων σε βάθος – οι ερευνητές πειραματίστηκαν με «αντίγραφα» της ατμόσφαιρας για να δουν αν μπορούσαν να καταλάβουν πώς συμπεριφέρονταν τα σύννεφα υπό διαφορετικές συνθήκες. Παραδόξως, όταν έτρεξαν αυτά τα μοντέλα, τα σύννεφα σχημάτισαν συστάδες αυθόρμητα, παρόλο που τα μοντέλα δεν είχαν κανένα από τα χαρακτηριστικά που συνήθως τα ωθούν μαζί (ούτε βουνά, ούτε άνεμο, ούτε περιστροφή της Γης ή εποχικές διακυμάνσεις στο ηλιακό φως). «Κανείς δεν ήξερε γιατί συνέβαινε αυτό», λέει ο Daniel Hernández Deckers, επιστήμονας με ειδίκευση στην ατμόσφαιρα στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Κολομβίας στην Μπογκοτά.
Τι κρύβεται πίσω από την ακτινοβόλο ψύξη και τη «γειτονιά» των νεφών
Το 2012, η Muller ανακάλυψε μια πρώτη ένδειξη: μια διαδικασία γνωστή ως ακτινοβόλος ψύξη (radiative cooling). Η θερμότητα του Ήλιου που αντανακλάται από την επιφάνεια της Γης ακτινοβολεί πίσω στο διάστημα και όπου υπάρχουν λίγα σύννεφα, διαφεύγει περισσότερη ακτινοβολία, ψύχοντας τον αέρα. Αυτά τα ψυχρά σημεία δημιουργούν ατμοσφαιρικές ροές που οδηγούν τον αέρα προς τις περιοχές με περισσότερα σύννεφα – παγιδεύοντας περισσότερη θερμότητα και σχηματίζοντας ακόμα περισσότερα σύννεφα. Μια μελέτη του 2018 έδειξε ότι σε αυτές τις προσομοιώσεις, η ακτινοβόλος ψύξη επιτάχυνε τον σχηματισμό τροπικών κυκλώνων. «Αυτό μας έκανε να συνειδητοποιήσουμε ότι για να καταλάβεις τα σύννεφα, πρέπει να κοιτάξεις και τη “γειτονιά” τους — τι συμβαίνει έξω από αυτά», λέει η Muller.
Μόλις οι επιστήμονες άρχισαν να στρέφουν την προσοχή τους όχι μόνο έξω από τα σύννεφα, αλλά και κάτω από αυτά καθώς και στις άκρες τους, ανακάλυψαν και άλλες διεργασίες μικρής κλίμακας που τους βοηθούν να εξηγήσουν γιατί τα σύννεφα «συναθροίζονται». Αυτές οι διάφορες διεργασίες, τις οποίες περιέγραψαν η Muller και οι συνεργάτες της στο Annual Review of Fluid Mechanics, συγκεντρώνουν ή συγκρατούν θύλακες θερμού και υγρού αέρα, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται περισσότερα σύννεφα σε περιοχές που είναι ήδη νεφελώδεις. Αυτές οι μικρο-διεργασίες δεν είχαν κατανοηθεί πλήρως στο παρελθόν, επειδή συχνά επισκιάζονται από μεγαλύτερα μετεωρολογικά μοτίβα.
Ο Hernández Deckers μελετά μία από αυτές τις διεργασίες, που ονομάζεται εισχώρηση (entrainment) — την τυρβώδη ανάμειξη του αέρα στις άκρες των νεφών. Ενώ τα περισσότερα κλιματικά μοντέλα αναπαριστούν τα σύννεφα ως μια σταθερή στήλη ανερχόμενου αέρα, στην πραγματικότητα «τα σύννεφα μοιάζουν με κουνουπίδι», λέει ο ίδιος. «Υπάρχει μεγάλη αναταραχή και υπάρχουν αυτές οι “φυσαλίδες” αέρα μέσα στα σύννεφα». Αυτή η ανάμειξη στις άκρες επηρεάζει την εξέλιξη των νεφών και την ανάπτυξη των καταιγίδων. Μπορεί να αποδυναμώσει ή να ενισχύσει τις καταιγίδες με διάφορους τρόπους, αλλά, όπως και η ακτινοβόλος ψύξη, ενθαρρύνει τη δημιουργία περισσότερων νεφών σε μορφή συστάδας (clump) σε περιοχές που είναι ήδη υγρές.
Τέτοιες διεργασίες είναι πιθανό να είναι εξαιρετικά σημαντικές για τις καταιγίδες στις τροπικές περιοχές της Γης, όπου υπάρχει η μεγαλύτερη αβεβαιότητα σχετικά με τις μελλοντικές βροχοπτώσεις. (Αυτός είναι και ο λόγος που ο Hernández Deckers, η Muller και άλλοι τείνουν να εστιάζουν τις μελέτες τους εκεί). Από τις τροπικές περιοχές απουσιάζουν τα ψυχρά μέτωπα, οι αεροχείμαρροι (jet streams) και τα σπειροειδή συστήματα υψηλής και χαμηλής πίεσης που κυριαρχούν στις ροές του αέρα σε υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη.
Έντονες βροχοπτώσεις που προκαλούν υπερφόρτωση
Υπάρχουν και άλλες μικροσκοπικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των νεφών και επηρεάζουν τις ακραίες βροχοπτώσεις, ειδικά σε σύντομα χρονικά διαστήματα. Η υγρασία παίζει καθοριστικό ρόλο: Τα συμπυκνωμένα σταγονίδια που πέφτουν μέσα από υγρό, συννεφιασμένο αέρα δεν εξατμίζονται τόσο πολύ κατά την κάθοδό τους, με αποτέλεσμα περισσότερο νερό να φτάνει στο έδαφος.
Η θερμοκρασία είναι επίσης σημαντική: όταν τα σύννεφα σχηματίζονται σε θερμότερες ατμόσφαιρες, παράγουν λιγότερο χιόνι και περισσότερη βροχή. Καθώς οι σταγόνες της βροχής πέφτουν ταχύτερα από τις νιφάδες του χιονιού, εξατμίζονται λιγότερο κατά τη διαδρομή τους – παράγοντας, για άλλη μια φορά, μεγαλύτερη ποσότητα βροχής.
Αυτοί οι παράγοντες βοηθούν επίσης να εξηγηθεί γιατί περισσότερη βροχή μπορεί να συμπιεστεί από ένα σύννεφο από την αύξηση του 7% ανά βαθμό θέρμανσης που προέβλεπε η θεωρία των 200 ετών. «Ουσιαστικά λαμβάνεις μια επιπλέον ώθηση… στις προσομοιώσεις μας, η ποσότητα σχεδόν διπλασιάστηκε», αναφέρει ο Martin Singh, κλιματολόγος στο Πανεπιστήμιο Monash της Μελβούρνης.
Η συσσώρευση νεφών (cloud clustering) ενισχύει αυτό το φαινόμενο, κρατώντας τον θερμό και υγρό αέρα συγκεντρωμένο, ώστε να πέφτουν περισσότερες σταγόνες βροχής. Μια μελέτη της Muller και των συνεργατών της διαπίστωσε ότι οι συστάδες νεφών0 (clumping clouds) εντείνουν τα ακραία φαινόμενα βροχόπτωσης σύντομης διάρκειας κατά 30% έως 70%, κυρίως επειδή οι σταγόνες της βροχής εξατμίζονται λιγότερο μέσα σε κορεσμένα από υγρασία σύννεφα.
Άλλες έρευνες, συμπεριλαμβανομένης μιας μελέτης υπό την καθοδήγηση του Jiawei Bao, μεταδιδακτορικού ερευνητή στην ομάδα της Muller, διαπίστωσαν ομοίως ότι οι μικροφυσικές διεργασίες στο εσωτερικό των νεφών ασκούν ισχυρή επιρροή στις ραγδαίες και έντονες νεροποντές. Αυτές οι ξαφνικές νεροποντές εντείνονται πολύ ταχύτερα λόγω της κλιματικής αλλαγής σε σύγκριση με τις παρατεταμένες βροχοπτώσεις, και συχνά προκαλούν ξαφνικές πλημμύρες.
Το μέλλον των ακραίων βροχοπτώσεων
Οι επιστήμονες που μελετούν τη συσσώρευση νεφών θέλουν να κατανοήσουν πώς θα αλλάξει αυτή η συμπεριφορά όσο ο πλανήτης θερμαίνεται και τι θα σημαίνει αυτό για τη συχνότητα των έντονων βροχοπτώσεων και των πλημμυρών.
Ορισμένα μοντέλα υποδηλώνουν ότι τα σύννεφα (και η διαδικασία της μεταφοράς θερμότητας που τα δημιουργεί) θα συσσωρεύονται περισσότερο λόγω της υπερθέρμανσης του πλανήτη, παράγοντας ακραίες βροχοπτώσεις που συχνά υπερβαίνουν κατά πολύ τις προβλέψεις της θεωρίας. Άλλες προσομοιώσεις, όμως, δείχνουν ότι τα σύννεφα θα συσσωρεύονται λιγότερο. «Φαίνεται πως υπάρχει ακόμα ένα εύρος πιθανών απαντήσεων», λέει η Allison Wing, κλιματολόγος στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, η οποία έχει συγκρίνει διάφορα μοντέλα.
Οι επιστήμονες αρχίζουν να προσπαθούν να γεφυρώσουν ορισμένες από αυτές τις ασυνέπειες χρησιμοποιώντας πανίσχυρες προσομοιώσεις που ονομάζονται παγκόσμια μοντέλα ανάλυσης καταιγίδων (global storm-resolving models). Αυτά μπορούν να αποτυπώσουν τις λεπτές δομές των νεφών, των καταιγίδων και των κυκλώνων, ενώ ταυτόχρονα προσομοιώνουν το παγκόσμιο κλίμα. Προσφέρουν 50 φορές μεγαλύτερο ρεαλισμό σε σχέση με τα μοντέλα που χρησιμοποιούνταν έως τώρα, αλλά απαιτούν 30.000 φορές περισσότερη υπολογιστική ισχύ.
Χρησιμοποιώντας ένα τέτοιο μοντέλο σε μελέτη που δημοσιεύθηκε το 2024, οι Bao, Muller και οι συνεργάτες τους διαπίστωσαν ότι τα σύννεφα στις τροπικές περιοχές συσσωρεύονταν περισσότερο καθώς αυξανόταν η θερμοκρασία. Αυτό οδήγησε σε λιγότερο συχνές καταιγίδες, οι οποίες όμως ήταν μεγαλύτερες, διαρκούσαν περισσότερο και απελευθέρωναν πολύ περισσότερη βροχή από ό,τι αναμενόταν θεωρητικά.
Ωστόσο, η εργασία αυτή βασίστηκε σε ένα μόνο μοντέλο και προσομοίωσε συνθήκες γύρω από ένα μελλοντικό χρονικό σημείο – το έτος 2070. Οι επιστήμονες πρέπει να τρέξουν μεγαλύτερες προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας περισσότερα μοντέλα, λέει ο Bao, αλλά ελάχιστες ερευνητικές ομάδες έχουν τους πόρους για να το κάνουν. Αυτά τα μοντέλα είναι τόσο απαιτητικά που συνήθως τρέχουν σε μεγάλα κεντρικά υπολογιστικά κέντρα, ενώ οι επιστήμονες οργανώνουν περιστασιακά «hackathons» για να επεξεργαστούν και να μοιραστούν τα δεδομένα.
Οι ερευνητές χρειάζονται επίσης περισσότερες παρατηρήσεις από τον πραγματικό κόσμο. Παρόλο που πρόσφατες μελέτες με δορυφορικά δεδομένα συνέδεσαν τη συσπείρωση των νεφών με εντονότερες βροχοπτώσεις στους τροπικούς, υπάρχουν μεγάλα κενά δεδομένων σε πολλές τροπικές περιοχές. Αυτό αποδυναμώνει τις κλιματικές προβλέψεις και αφήνει πολλές χώρες απροετοίμαστες. Τον Ιούνιο του 2025, πλημμύρες και κατολισθήσεις στη Βενεζουέλα και την Κολομβία παρέσυραν κτίρια και κόστισαν τη ζωή σε τουλάχιστον δώδεκα ανθρώπους, αλλά οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ποιοι παράγοντες επιδείνωσαν αυτές τις καταιγίδες, επειδή τα διαθέσιμα στοιχεία είναι πενιχρά. «Κανείς δεν ξέρει πραγματικά, ακόμα και τώρα, τι τις πυροδότησε», λέει ο Hernández Deckers.
Νέα, λεπτομερή δεδομένα βρίσκονται ήδη καθ’ οδόν. Η Wing αναλύει μετρήσεις βροχοπτώσεων από ένα γερμανικό ερευνητικό σκάφος που διέσχισε τον τροπικό Ατλαντικό Ωκεανό για έξι εβδομάδες το 2024. Το ραντάρ του πλοίου χαρτογράφησε συστάδες μεταφοράς θερμότητας που σχετίζονταν με τις καταιγίδες από τις οποίες πέρασε, οπότε η εργασία αυτή αναμένεται να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν πώς οργανώνονται τα σύννεφα πάνω από τεράστιες εκτάσεις του ωκεανού.
Παράλληλα, μια ακόμη πιο σφαιρική εικόνα διαφαίνεται στον ορίζοντα. Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) σχεδιάζει να εκτοξεύσει το 2029 δύο δορυφόρους που θα μετρούν, μεταξύ άλλων, τους ανέμους κοντά στην επιφάνεια που αναστατώνουν τους ωκεανούς της Γης και «ξυρίζουν» τις κορυφές των βουνών. Ίσως, ελπίζουν οι επιστήμονες, τα δεδομένα που θα στείλουν αυτοί οι δορυφόροι να προσφέρουν επιτέλους μια καλύτερη κατανόηση της συσπείρωσης των νεφών και των καταρρακτωδών βροχών που αυτά προκαλούν.
