В 1960-х годах первые роботы-исследователи начали облетать Венеру, в том числе советский аппарат. Венера 1 и Маринер 2 зонды. Эти миссии развеяли популярный миф о том, что Венера была окутана плотными дождевыми облаками и имела тропическую среду. Вместо этого эти и последующие миссии выявили чрезвычайно плотную атмосферу, состоящую преимущественно из углекислого газа. Несколько Венера Посадочные аппараты, достигшие поверхности, также подтвердили, что Венера — самая горячая планета в Солнечной системе, со средней температурой 464 °C (867 °F).
Эти результаты привлекли внимание к антропогенному изменению климата и возможности того, что нечто подобное может произойти на Земле. В недавнем исследовании группа астрономов из Женевского университета (UNIGE) создала первую в мире симуляцию всего парникового процесса, который может превратить планету с умеренным климатом, пригодную для жизни, в адскую и враждебную. Их результаты показали, что на Земле глобального среднего повышения температуры всего на несколько десятков градусов (в сочетании с небольшим увеличением светимости Солнца) будет достаточно, чтобы инициировать это явление и сделать нашу планету непригодной для жизни.
Исследование провели Гийом Шаверо и Эмелин Больмон, постдокторант и профессор астрофизики из Астрономической обсерватории Женевского университета (UNIGE) и ее Центра жизни во Вселенной (LUC) (соответственно). К ним присоединился Мартин Тюрбет, научный сотрудник UNIGE, Лаборатории динамической метеорологии (LMD) и Лаборатории астрофизики Бордо (LAB). Статья, описывающая их моделирование и результаты исследований, недавно появилась в Астрономия и астрофизика.
Запуск эффекта
Белмонт является директором LUC, который возглавляет современные междисциплинарные исследовательские проекты, посвященные происхождению жизни на Земле и других планетах. Согласно моделированию команды, ключом к безудержному парниковому эффекту является содержание воды в атмосфере. Водяной пар не дает солнечному излучению, поглощенному поверхностью Земли, вернуться в космос в виде теплового излучения, эффективно удерживая тепло в нашей атмосфере. Хотя ограниченный парниковый эффект необходим для поддержания стабильной температуры и обитаемости, слишком сильный парниковый эффект приведет к увеличению испарения океана и (следовательно) уровня водяного пара в атмосфере.
В предыдущих климатологических исследованиях исследователи сосредоточивались либо на состоянии планеты до безудержного парникового эффекта, либо на ее пригодном для жизни состоянии после того, как это произошло. Шаверо и его коллеги создали первую в истории трехмерную глобальную климатическую модель, которая исследует сам переход и то, как климат и атмосфера развиваются во время этого процесса. Одним из ключевых моментов этого перехода является появление специфической облачной структуры, которая усиливает эффект убегания и делает процесс необратимым.
Основываясь на своих новых климатических моделях, команда определила, что очень небольшого увеличения солнечной радиации, вызывающего среднее глобальное повышение температуры на несколько десятков градусов, будет достаточно, чтобы вызвать этот необратимый безудержный парниковый эффект на Земле. Как объяснил Шаверо в пресс-релизе UNIGE:
«Существует критический порог для такого количества водяного пара, за которым планета больше не может остывать. Дальше всё уносится, пока океаны полностью не испаряются, а температура не достигает нескольких сотен градусов.».
«С самого начала перехода мы можем наблюдать появление очень плотных облаков в верхних слоях атмосферы. Фактически последняя уже не проявляет температурной инверсии, характерной для атмосферы Земли и разделяющей два ее основных слоя: тропосферу и стратосферу. Структура атмосферы глубоко изменилась».
Последствия для экзопланет
Открытие этого конкретного образца облаков может оказаться очень полезным для исследователей экзопланет. В последние годы эта область перешла от процесса открытий к определению характеристик, когда астрономы полагаются на транзитные спектры и прямые изображения для определения химического состава атмосфер экзопланет, что позволяет им налагать более жесткие ограничения на их обитаемость. Обнаружив этот рисунок облаков в атмосферах экзопланет, астрономы смогут определить те, которые вот-вот испытают безудержный парниковый эффект.
«Изучая климат на других планетах, одна из наших самых сильных мотиваций — определить их потенциал для существования Жизни. После предыдущих исследований мы уже подозревали существование порога водяного пара, но появление этого облачного рисунка стало настоящим сюрпризом!» — сказал Бломонт. «Мы также параллельно изучали, как этот рисунок облаков может создавать особую сигнатуру, или «отпечаток пальца», который можно обнаружить при наблюдении атмосфер экзопланет. Следующее поколение инструментов должно быть в состоянии обнаружить это», — добавил Тюрбет.
Шаверо и его коллеги недавно получили исследовательский грант на продолжение этого исследования в Институте планетологии и астрофизики Гренобля (IPAG). Согласно этому гранту, они сосредоточатся на том, как здесь, на Земле, может произойти безудержный парниковый эффект.
Последствия для смягчения последствий изменения климата
Одним из основных моментов, подчеркнутых в Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), является необходимость ограничения выбросов парниковых газов, чтобы ограничить повышение средней глобальной температуры до 1,5 °C к 2050 году. Благодаря новому гранту Шаверо и его команда оценят, могут ли парниковые газы вызвать процесс выхода из-под контроля так же, как небольшое увеличение солнечной светимости. Если это так, то крайне важно определить порог, чтобы МГЭИК и экологические организации во всем мире могли установить красную линию, которую нельзя пересекать. Как заключает Шаверо:
«Если предположить, что этот неконтролируемый процесс начнется на Земле, испарение всего лишь 10 метров поверхности океанов приведет к повышению атмосферного давления на уровне земли на 1 бар. Всего через несколько сотен лет мы достигнем температуры земли более 500°C. Позже мы даже достигнем давления на поверхности 273 бар и температуры выше 1500°C, когда все океаны в конечном итоге полностью испарится.».
Итак, хорошая новость заключается в том, что наша планета в ближайшее время не превратится в адский ландшафт, по крайней мере, из-за увеличения светимости нашего Солнца. Так или иначе мы влияние на это изменение (если предположить, что оно возможно) еще предстоит увидеть.
Дополнительная литература: EurekAlert!, Астрономия и астрофизика
