Земля — чудесная сине-зеленая точка, покрытая океанами и жизнью, а Венера — желтоватая стерильная сфера, которая не только негостеприимна, но и бесплодна. Однако разница между ними составляет всего несколько градусов по температуре. Команда астрономов из Женевского университета (UNIGE) при поддержке лабораторий CNRS в Париже и Бордо впервые в мире сумела смоделировать весь безудержный парниковый процесс, который может изменить климат планеты от идиллического для жизни места до более чем сурового и враждебного. Ученые также продемонстрировали, что на начальных стадиях процесса структура атмосферы и облачный покров претерпевают значительные изменения, что приводит к почти неудержимому и очень сложно обратимому вспять безудержному парниковому эффекту. На Земле глобального среднего повышения температуры всего на несколько десятков градусов, следующего за небольшим увеличением светимости Солнца, было бы достаточно, чтобы инициировать это явление и сделать нашу планету пригодной для жизни. Эти результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Идея безудержного парникового эффекта не нова. В этом сценарии планета может превратиться из умеренного состояния, как на Земле, в настоящий ад с температурой поверхности выше 1000°C. Причина? Водяной пар, природный парниковый газ. Водяной пар препятствует повторному излучению солнечного излучения, поглощенного Землей, в космическую пустоту в виде теплового излучения. Он немного удерживает тепло, как спасательное одеяло. Небольшой парниковый эффект полезен — без него средняя температура Земли была бы ниже точки замерзания воды, и она выглядела бы как шар, покрытый льдом и враждебный жизни. С другой стороны, слишком сильный парниковый эффект увеличивает испарение океанов и, следовательно, количество водяного пара в атмосфере. «Для этого количества водяного пара существует критический порог, за которым планета больше не может остывать. После этого все уносится, пока океаны полностью не испаряются, а температура не достигает нескольких сотен градусов», — объясняет Гийом Шаверо. бывший постдокторант кафедры астрономии факультета естественных наук UNIGE и главный автор исследования.
«До сих пор другие ключевые исследования в области климатологии были сосредоточены исключительно либо на умеренном состоянии до побега, либо на обитаемом состоянии после побега», — говорит Мартин Тюрбет, исследователь лабораторий CNRS в Париже и Бордо и соавтор исследования. изучать. «Это первый раз, когда команда изучила сам переход с помощью трехмерной глобальной климатической модели и проверила, как климат и атмосфера развиваются во время этого процесса». Один из ключевых моментов исследования описывает появление весьма своеобразной облачной структуры, усиливающей эффект убегания и делающей процесс необратимым. «С начала перехода мы можем наблюдать развитие очень плотных облаков в верхних слоях атмосферы. Фактически последняя уже не демонстрирует температурную инверсию, характерную для земной атмосферы и разделяющую два ее основных слоя: тропосферу и стратосферу. Структура атмосферы глубоко изменилась», — говорит Шаверо. Это открытие является ключевым моментом для изучения климата на других планетах, и в частности на экзопланетах — планетах, вращающихся вокруг других звезд, кроме Солнца.
«Изучая климат на других планетах, одна из наших самых сильных мотиваций — определить их потенциал для существования жизни», — указывает Эмелин Больмонт, доцент и директор Центра жизни во Вселенной UNIGE (LUC) и соавтор исследования изучать. LUC возглавляет современные междисциплинарные исследовательские проекты, касающиеся происхождения жизни на Земле и поиска жизни в других частях нашей солнечной системы и за ее пределами, в экзопланетных системах. «После предыдущих исследований мы уже подозревали существование порога водяного пара, но появление этого рисунка облаков стало настоящим сюрпризом», — говорит Болмонт. «Мы также параллельно изучали, как этот узор облаков может создать особую сигнатуру, или «отпечаток пальца», который можно обнаружить при наблюдении атмосфер экзопланет. Новое поколение инструментов должно быть в состоянии обнаружить его», — заявляет Тюрбет. Команда также не намерена останавливаться на достигнутом: Шаверо получил исследовательский грант на продолжение исследования в «Институте планетологии и астрофизики Гренобля» (IPAG). Этот новый этап исследовательского проекта будет сосредоточен на конкретном случае Земли.
С помощью своих новых климатических моделей ученые подсчитали, что очень небольшого увеличения солнечной радиации, приводящего к повышению глобальной температуры Земли, всего на несколько десятков градусов, будет достаточно, чтобы запустить этот необратимый процесс на Земле и сделать нашу планету такой же негостеприимной, как Венера. Одна из текущих климатических целей — ограничить глобальное потепление на Земле, вызванное парниковыми газами, до 1,5° к 2050 году. Один из вопросов исследовательского гранта Шаверо — определить, могут ли парниковые газы вызвать неконтролируемый процесс в виде небольшого увеличения светимость солнца могла бы подойти. Если да, то следующим вопросом будет определение того, одинаковы ли пороговые температуры для обоих процессов. Таким образом, Земля не так уж далека от этого апокалиптического сценария. «Если предположить, что этот безудержный процесс начнется на Земле, испарение всего лишь 10 метров поверхности океанов приведет к увеличению атмосферного давления на уровне земли на 1 бар. Всего за несколько сотен лет мы достигнем температуры земли. Более 500°C. Позже мы даже достигнем 273 бар поверхностного давления и более 1500°C, когда все океаны в конечном итоге полностью испарится», — заключает Шаверо.
