Исследователи провели новое исследование безудержного парникового эффекта, показав, как критический порог содержания водяного пара может привести к катастрофическим изменениям климата на Земле и других планетах. Исследование выявляет важные модели облаков, которые вызывают это необратимое изменение климата, давая представление о климате экзопланет и их потенциале для поддержания жизни.
Команда из Французского национального института географии (UNIGE) и Французского национального центра научных исследований (CNRS) успешно смоделировала безудержный парниковый эффект, который сделал бы планету совершенно непригодной для жизни для людей.
Земля — чудесная сине-зеленая точка, покрытая океанами и жизнью, а Венера — бледно-желтая стерильная сфера, которая не только негостеприимна для людей, но и лишена жизни. Однако разница температур между ними не такая уж и большая.
Впервые в мире исследовательская группа, состоящая из астрономов Женевского университета (UNIGE) и членов Национального центра исследований PlanetS (NCCR), при поддержке парижских и бордоских лабораторий Французского национального центра научных исследований (CNRS), успешно смоделировала весь процесс безудержного парникового процесса.
Ученые также продемонстрировали, что уже на начальных стадиях этого процесса происходят значительные изменения в структуре атмосферы и облачном покрове, что приводит к практически неудержимому и очень сложному безудержному парниковому эффекту. На Земле повышения глобальной средней температуры всего на несколько десятков градусов в сочетании с небольшим увеличением солнечной светимости достаточно, чтобы вызвать это явление и сделать нашу планету непригодной для жизни.
Парниковый эффект и сценарии выхода из-под контроля
Идея о том, что парниковый эффект вышел из-под контроля, не нова. В этом случае планета превратилась бы из умеренного состояния, подобного земному, в настоящий ад с температурой поверхности, превышающей 1000°C. Почему? Водяной пар, природный парниковый газ. Водяной пар предотвращает повторное излучение солнечной радиации, поглощенной Землей, в космос в виде теплового излучения. Тепло, которое он улавливает, похоже на спасательное одеяло. Небольшой парниковый эффект имеет большое значение — без него средняя температура Земли была бы ниже точки замерзания воды и выглядела бы как шар, покрытый льдом и снегом, что было бы неблагоприятно для жизни.
И наоборот, слишком сильный парниковый эффект увеличивает испарение из океанов, тем самым увеличивая количество водяного пара в атмосфере. «Количество водяного пара имеет критическое значение, за которым Земля больше не может остывать. С этого момента все уносится, пока океан в конечном итоге не испаряется полностью, а температура не достигает нескольких сотен градусов», — объяснил ведущий автор исследования Гийом Шаверо, бывший научный сотрудник кафедры астрономии факультета естественных наук УНУ.
Инновационные исследования по изменению климата
Мартин Тюрбет, научный сотрудник Национального центра научных исследований (CNRS) в Париже и Бордо, является соавтором исследования. Впервые исследовательская группа использовала трехмерную модель глобального климата для изучения самого перехода и изучения того, как климат и атмосфера развивались во время этого процесса.
Один из ключевых моментов исследования описывает появление весьма своеобразной облачной структуры, которая усиливает эффект убегания и делает процесс необратимым. «С самого начала перехода мы можем наблюдать появление некоторых очень плотных облаков в верхних слоях атмосферы. Фактически, в верхних слоях атмосферы больше нет температурной инверсии, которая характеризует атмосферу Земли, и больше не разделяются два основных слоя — тропосфера и стратосфера. Структура атмосферы претерпела глубокие изменения», — указывает Гийом Шаверо.
Это открытие является ключевым моментом для изучения климата других планет, особенно экзопланет — планет, вращающихся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. «Одной из наших самых сильных мотиваций при изучении климата других планет является определение того, есть ли на них потенциал для существования жизни», — отметила соавтор исследования Эмелин Болмонт, директор и доцент Центра жизни во Вселенной УООН (LUC).
Центр возглавляет современные междисциплинарные исследовательские программы по происхождению жизни на Земле и поиску жизни в экзопланетных системах внутри и за пределами нашей Солнечной системы. «После предыдущих исследований мы уже подозревали о существовании порога водяного пара, но появление этого рисунка облаков было действительно удивительным!» Эмилин Больмон рассказала.
«Мы также изучили, как этот узор облаков может создавать особую сигнатуру или «отпечаток пальца», который можно обнаружить при наблюдении атмосферы экзопланеты. Следующее поколение инструментов должно быть в состоянии обнаружить его», — сказал Мартин Тюрбет. На этом цели исследовательской группы не заканчиваются: Гийом Шаверо получил исследовательский грант на продолжение исследований в «Институте планетологии и астрофизики Гренобля» (IPAG). Этот новый исследовательский проект будет сосредоточен на особенностях Земли.
Земля в хрупком равновесии
Используя новые климатические модели, ученые подсчитали, что крошечного увеличения солнечной радиации, которое вызывает глобальное повышение температуры Земли, всего на несколько десятков градусов, будет достаточно, чтобы запустить этот необратимый процесс на Земле, сделав нашу планету такой же негостеприимной, как Венера. Одна из текущих климатических целей — ограничить глобальное потепление, вызванное парниковыми газами, до 1,5 градусов к 2050 году. Одна из тем исследований Исследовательского фонда Гийома-Шавиро — определить, могут ли парниковые газы вызывать неконтролируемые процессы, такие как небольшое увеличение солнечной светимости. Если да, то следующий вопрос состоит в том, чтобы определить, одинаковы ли пороговые температуры для двух процессов.
Таким образом, Земля недалеко от этого сценария конца света. «Если предположить, что этот безудержный процесс начался на Земле, испарение всего лишь 10 метров поверхности океана приведет к увеличению приземного атмосферного давления на 1 бар. Всего через несколько сотен лет температура нашей поверхности достигнет более 500°C. «После этого мы даже достигнем давления на поверхности 273 бар и температуры более 1500 градусов по Цельсию, после чего все океаны полностью испарились бы». Гийом-Шавиро заключил».
Источник составления: ScitechDaily.