Что такое парниковый эффект?
AstroNews.ru - 11 Мая 2022 20:15:00
Говорят, что Земля находится в идеальной «зоне Златовласки» вдали от Солнца (не слишком холодной и не слишком горячей области), что позволяет жизни процветать на поверхности планеты. Но мягкие температуры Земли были бы невозможны без парникового эффекта, который задерживает солнечную энергию на поверхности Земли и сохраняет планету теплой.
Парниковый эффект возникает из-за атмосферы Земли. Видимый солнечный свет, а также невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные волны могут проникать в газовый слой, который покрывает наш мир. Примерно 70% этих энергетических лучей поглощаются земными океанами, землей и атмосферой, в то время как остальные 30% немедленно отражаются обратно в космос.
Когда поверхность планеты нагревается, она выделяет часть этой инфракрасной энергии, которую она поглотила. Но эта энергия не возвращается обратно из газовой атмосферы Земли. Вместо того, чтобы улетать обратно в космос, инфракрасная энергия распределяется по нашей планете и, следовательно, повышает общую температуру Земли. Это похоже на то, как работает стеклянная оранжерея, созданная человеком, улавливая тепло от солнца она сохраняет растения в тепле зимой.
Без атмосферы наш мир был бы таким же холодным, как безжизненная луна, у которой средняя температура составляет -153 градуса по Цельсию. Из-за парникового эффекта Земля поддерживает среднюю температуру около 15° C.
Парниковые газы и изменение климата
Парниковые газы включают несколько естественных молекул - таких как водяной пар, углекислый газ, метан, закись азота и озон - а также несколько промышленных, таких как хлорфторуглероды. В течение прошлого столетия деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, интенсивное сельское хозяйство, животноводство и расчистка земель, резко увеличила концентрации парниковых газов в атмосфере Земли до такой степени, что она меняет климат нашей планеты.
По данным Агентства США по охране окружающей среды, с середины 20-го века парниковые газы, производимые человеком, стали наиболее значительным фактором изменения климата. Уровень углекислого газа в атмосфере увеличился более чем на 40% с начала промышленной революции, с примерно 280 частей на миллион (ppm) до более чем 400 ppm сегодня.
По данным Института океанографии им. Скриппса в Сан-Диего, атмосфера Земли в последний раз имела сходные концентрации углекислого газа в плиоценовую эпоху, от 3 до 5 миллионов лет назад. Это как минимум за 2.8 миллиона лет до того, как современные люди начали бродить по планете. Окаменелости показывают, что леса выросли в канадской Арктике во время плиоцена, а саванны и лесные массивы распространились по пустыне Сахара.
В то время как некоторые люди все еще сомневаются в реальности антропогенного изменения климата, доказательства этого неопровержимы. С 1850-х годов средняя глобальная температура приземного воздуха возросла примерно на 0,8° C, а температура океана находится на самом высоком уровне за всю историю наблюдений.
Ожидается, что увеличение выбросов парниковых газов в ближайшие десятилетия нанесет вред здоровью людей, усилит засухи, повысит уровень моря и снизит национальную безопасность и экономическое благосостояние во всем мире.
Парниковый эффект на других планетах
Поскольку парниковый эффект является естественным процессом, он влияет и на другие тела Солнечной системы. В некоторых случаях, это дает предупреждение о том, как все может пойти не так. Прекрасным примером этого является Венера, которая примерно такого же размера, как Земля, и не намного ближе к Солнцу.
Миллиарды лет назад, когда солнце было прохладнее и тусклее, у Венеры мог быть умеренный климат, который мог бы позволить иметь жидкие океаны на ее поверхности. Моделирование показывает, что средние температуры на планете варьировались от 20° C до 50° C в течение примерно 3 миллиардов лет, потенциально даже позволяя Венере поддерживать жизнь.
Но по мере того, как солнце стареет и становится ярче, избыток водяного пара попадал в атмосферу Венеры. Этот мощный парниковый газ удерживал тепло и повышал температуру поверхности планеты, что приводило к порочному кругу, в котором увеличение температуры приводили к увеличению количества водяных паров в атмосфере, еще больше нагревая мир - процесс, известный как безудержный парниковый эффект.
Когда океаны Венеры испарились, тектоника ее планетарных плит остановилась, так как не осталось воды, чтобы помочь «смазывать» смещение геологических плит. Атмосфера, которая становилась все более густой, могла затормозить период вращения Венеры, что привело к ее странно медленному вращению, в котором день проходит за два года. Плотный облачный покров также привел к адским поверхностным температурам на современной Венере, в среднем 370° C - достаточно горячо чтобы расплавить свинец.
«Я думаю, что Венера является важным предупреждением для нас: атмосфера в теплице не является просто теорией», - сказала ранее Эллен Стофан, директор Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики и бывший главный научный сотрудник НАСА.
На Марсе парниковые газы, такие как вода и углекислый газ, могли выделяться во время древних столкновений. Некоторые ученые предполагают, что это могли бы поднять общую температуру Марса, достаточную для того, чтобы планета имела жидкую воду на своей поверхности в течение значительных промежутков времени. Однако, поскольку Марс меньше Земли, его гравитационное притяжение слабее. Следовательно, эти газы улетели в космос и в конечном итоге Красная Планета вернулась обратно в холодный и сухой мир, которым она является и сегодня.
Далекая луна Сатурна Титан, которая имеет плотную атмосферу из азота с примерно в тысячу раз большей концентрации метана чем на Земле, также подвергается парниковому эффекту. Благодаря данным зонда Гюйгенса Европейского космического агентства, который приземлился на Титане в 2005 году, исследователи лучше понимают, как метан поглощает коротковолновое инфракрасное излучение и используют эту информацию для разработки моделей изменения климата нашей планеты.
Также ожидается, что парниковый эффект согреет миры других звездных систем. Многие астрономы говорят об узкой обитаемой зоне вокруг звезд - области, где планета будет находиться на идеальном расстоянии, чтобы поддерживать жидкую воду на своей поверхности. У нашей звезды эта область простирается в промежутке примерно от 0.95 до 1.4 а.е..
Однако другие ученые утверждают, что такие модели необходимо расширять. Например густая атмосфера из молекулярного водорода, который является мощным парниковым газом, потенциально может дать планете приемлемую температуру, даже если она будет находиться в 15 раз дальше от Солнца, чем Земля.