Ученые оценивают потенциал суперпарникового эффекта в тропиках Земли

Без атмосферы Земля была бы холодным местом. Солнечный свет будет освещать планету каждый день, а затем большая часть его энергии будет просачиваться обратно в космос, оставляя планету со средней температурой поверхности около 0 градусов по Фаренгейту (-18 градусов по Цельсию).

К счастью для нас, на Земле есть так называемая парниковая атмосфера с такими газами, как углекислый газ (CO₂), водяной пар ( H₂О), метан (CH₄) и другие, которые улавливают тепло, излучаемое с поверхности.Так же, как оранжерея собирает свет и превращает его в тепло, чтобы растения могли процветать, атмосфера Земли действует как одеяло, удерживая солнечное тепло, чтобы оно не убегало обратно в космос. «Парниковый эффект делает нашу планету пригодной для жизни», — говорит Грэм Стивенс, директор Центра климатических наук в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). «Климат как раз подходит для Земли из-за ее атмосферы».

«В этих тропических районах океана тепло просто не может уйти. И если ничего не уходит, эта часть мира становится все жарче и жарче».

— Грэм Стивенс, директор Центра климатических наук Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL)

Почему Земля «в самый раз», в отличие от Венеры

Часть того, что делает Землю «правильной», — это взаимодействие между температурой, водяным паром и теплом в форме инфракрасного излучения. Когда поверхность Земли нагревается, происходит большее испарение, которое выбрасывает водяной пар в атмосферу. «Водяной пар является парниковым газом. Когда его больше в воздухе, он улавливает еще больше тепла и излучает его обратно на поверхность», — говорит Марк Ричардсон, научный сотрудник JPL. «Это дополнительное инфракрасное тепло испаряет больше водяного пара, который улавливает больше тепла, а затем, в свою очередь, испаряет еще больше водяного пара и так далее. Это становится петлей обратной связи».

Статья в тему: В каком слое атосферы возникает парниковый эффект

В тропических районах океана эта петля обратной связи имеет сверхмощную мощность, потому что большое количество водяного пара выбрасывается вверх конвективными штормами высоко в атмосфере, которые, в свою очередь, так эффективно удерживают тепло. Это дополнительное тепло не может уйти прямо вверх в космос в виде инфракрасного излучения, поэтому оно используется для дальнейшего возбуждения конвективных штормов и проливных тропических дождей, которые достаточно мощны, чтобы переносить дополнительное тепло за пределы тропиков. Регионы, где это происходит, испытывают супер парниковый эффект (СГЭ). «Это часть планеты, где тепло должно быть вытолкнуто и вытащено оттуда через какой-то другой механизм, а не через излучение обратно в космос», — сказал Стивенс.

Области SGE встречаются в экваториальных районах океана, таких как западная часть Тихого океана около Индонезии. «Вам нужно много теплой океанской воды для испарения, и вам нужно, чтобы атмосфера была горячей, потому что более горячий воздух может удерживать больше пара», — сказал Ричардсон. На каждый градус Кельвина повышения температуры на Земле удельная влажность (отношение водяного пара к общему содержанию воздуха) обычно увеличивается примерно на семь процентов. «Но эти регионы в тропиках получают гораздо больше, чем семь процентов на кельвин», — говорит Брайан Кан, научный сотрудник NASA JPL. «Локально это может быть 20 или 30 процентов, поэтому эти области SGE возникают из-за того, что водяной пар накапливается в верхней тропосфере». Кан продолжает, что это не обязательно означает, что местная температура повысится на три-четыре градуса по Кельвину. Дополнительное тепло переносится за пределы регионов SGE крупномасштабными атмосферными циркуляциями, обусловленными тропической конвекцией.

Статья в тему: В чем заключается основной парниковый эффект

Ученые считают, что подобный процесс мог сыграть ключевую роль в том, что случилось с планетой Венера. Несколько миллиардов лет назад высокие уровни углекислого газа в венерианской атмосфере, возможно, удержали достаточно тепла, чтобы вызвать глобальный SGE, который испарил океаны. Это известно как неуправляемый парниковый эффект. Сегодня поверхность Венеры достаточно горячая, чтобы расплавить свинец.

Сценарии безудержной теплицы на Земле

Может ли продолжающееся потепление на Земле привести к тому, что суперпарниковый эффект в этих тропических регионах «уйдет», как это могло произойти на Венере? По словам Кана, сценарии неуправляемых парниковых газов на Земле весьма спекулятивны. «Мы знаем, что нам до этого далеко», — сказал он. «Вам в основном нужен CO₂ уровни в пару тысяч частей на миллион, из которых мы недавно превысили 400 частей на миллион, или массовый выброс метана, и в настоящее время нет никаких доказательств этого».

«Суперпарниковый эффект» в мире потепления

Чтобы охарактеризовать эти регионы SGE с точки зрения того, как они могут измениться в условиях потепления, Кан, Ричардсон и Стивенс сравнили результаты набора климатических моделей. «Каждая модель использует немного другой подход, но они сообщают, что если мы добавим больше CO₂ в воздух, Земля станет горячее, и эти области SGE будут расширяться по площади», — сказал Ричардсон. «И по мере того, как они расширяются, они будут улавливать больше тепла, и это тепло должно куда-то уходить». Ученые заинтересованы в том, чтобы понять, как дополнительное тепло, захваченное в областях SGE, будет переноситься из этих областей в условиях потепления.

Статья в тему: Как люди и США могут бороться с парниковым эффектом

«Регионы [суперпарникового эффекта] — интересная проблема, о которой мы не думали. Но теперь мы понимаем, почему они происходят и как они могут измениться в условиях потепления».

— Грэм Стивенс, директор Центра климатических наук Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL)

В рамках исследования команда использовала данные атмосферного инфракрасного зонда (AIRS) на спутнике NASA Aqua, чтобы изучить влияние температуры на водяной пар. «AIRS дает нам профили температуры и водяного пара, которые показывают, насколько сильно мы нагреваемся и увлажняемся при повышении температуры поверхности», — сказал Кан. «Данные AIRS очень четко показывают сильное увлажнение по мере повышения температуры океана. Это настолько драматично, что в данных AIRS мы видим меньше инфракрасного излучения, идущего в космос».

На основании выводов группы, поскольку CO₂ уровни будут продолжать расти в ближайшие десятилетия, регионы SGE будут усиливаться и расширяться по площади. «Мы знаем, что СО₂ увеличение происходит от сжигания ископаемого топлива — это однозначно», — сказал Кан. «И базовая физика говорит нам, что если вы увеличите количество этих парниковых газов, вы получите эффект потепления».

«Регионы SGE — интересная проблема, о которой мы даже не задумывались, — сказал Стивенс. «Но теперь мы понимаем, почему они происходят и как они могут измениться в условиях потепления».