Подобно тому, как духовка выделяет больше тепла для окружающей кухни, поскольку ее внутренняя температура поднимается, Земля выделяет больше тепла в космос, так как ее поверхность нагревается. С 1950-х годов ученые наблюдали удивительно прямолинейную зависимость между температурой поверхности Земли и ее уходящей теплотой.
Но Земля - невероятно грязная система со множеством сложных взаимодействующих частей, которые могут повлиять на этот процесс. Таким образом, ученым было трудно объяснить, почему эта связь между температурой поверхности и исходящей теплотой настолько проста и линейна. Поиск объяснения может помочь климатологам моделировать последствия изменения климата.
Теперь ученые из Массачусетского технологического института Массачусетса, Атмосферной и Планетарной Наук (EAPS) нашли ответ, а также предсказание того, когда эта линейная связь разрушится.
Они заметили, что Земля излучает тепло в космос с поверхности планеты, а также из атмосферы. Как и нагревание, скажем, добавлением диоксида углерода, воздух удерживает больше водяного пара, что, в свою очередь, способствует улавливанию большего количества тепла в атмосфере. Это усиление парникового эффекта Земли известно как обратная связь с водяным паром. Очень важно, что команда обнаружила тот факт, что обратной связи с водяным паром достаточно, чтобы отменить скорость, с которой более теплая атмосфера выделяет больше тепла в космос.
Таким образом, общее изменение тепловыделения Земли зависит только от поверхности. В свою очередь, излучение тепла от поверхности Земли к пространству является простой функцией температуры, что приводит к наблюдаемой линейной зависимости.
Их результаты, которые появляются сегодня в Трудах Национальной академии наук, также могут помочь объяснить, как разворачиваются экстремальные, тепличный климат в древнем прошлом Земли. Соавторами этой статьи являются издательский дом EAPS Даниэль Колл и Тим Кронин, профессор-ассистент по развитию карьеры Kerr-McGee в EAPS.
Движение к Венере
Команда обнаружила, что эта линейная связь разрушается, когда глобальные средние температуры поверхности Земли значительно превышают 300 К или 80 F. В таком сценарии Земле было бы намного труднее пролить тепло примерно так же, как его поверхностное нагревание , На данный момент это число колеблется около 285 К или 53 F.
«Это означает, что мы все еще хороши сейчас, но если Земля станет намного жарче, тогда мы можем оказаться в нелинейном мире, где материал может стать намного сложнее», - говорит Колл.
Чтобы дать представление о том, как может выглядеть такой нелинейный мир, он призывает Венеру - планету, которую многие ученые считают началом мира, подобного Земле, хотя и гораздо ближе к солнцу.
«Когда-то в прошлом мы думали, что в его атмосфере было много водяного пара, и парниковый эффект стал бы настолько сильным, что этот оконный край был закрыт, и больше ничего не вышло, а потом вы получите безудержное отопление», - говорит Колл.
«В этом случае вся планета становится настолько горячей, что океаны начинают кипеть, начинают возникать неприятные вещи, и вы превращаетесь из земного мира в то, что сегодня является Венерой».
Для Земли Колл рассчитывает, что такой эффект убегания не начнется до тех пор, пока глобальные средние температуры не достигнут примерно 340 К, или 152 F. Одно только глобальное потепление недостаточно для того, чтобы вызвать такое потепление, но другие климатические изменения, такие как потепление Земли над миллиардами лет из-за естественной эволюции Солнца, может подтолкнуть Землю к этому пределу, «в этот момент мы превратимся в Венеру».
Колл говорит, что результаты команды могут помочь улучшить предсказания климатических моделей. Они также могут быть полезны для понимания того, как разворачивается древний жаркий климат на Земле.
«Если вы живете на Земле 60 миллионов лет назад, это был гораздо более жаркий, дурацкий мир, без льда на колпаках, а также пальмы и крокодилы в том, что сейчас находится в Вайоминге», - говорит Колл. «Одна из вещей, которые мы показываем, - когда вы нажимаете на действительно жаркий климат, который, как нам известно, был в прошлом, все становится намного сложнее».
Это исследование финансировалось, в частности, Национальным научным фондом и Фондом Джеймса С. Макдоннелла.