Ziemia to cudowna niebiesko-zielona kropka pokryta oceanami i życiem, podczas gdy Wenus to żółtawa, sterylna kula, która jest nie tylko niegościnna, ale także sterylna. Jednak różnica między nimi wynosi zaledwie kilka stopni temperatury. Zespół astronomów z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE), przy wsparciu laboratoriów CNRS w Paryżu i Bordeaux, dokonał pierwszego na świecie osiągnięcia, symulując cały niekontrolowany proces cieplarniany, który może zmienić klimat planety z idylliczny i idealny na całe życie, do miejsca bardziej niż surowego i wrogiego. Naukowcy wykazali również, że od początkowych etapów procesu struktura atmosfery i pokrycie chmur ulegają znaczącym zmianom, co prowadzi do niemal niemożliwego do powstrzymania i bardzo trudnego do odwrócenia niekontrolowanego efektu cieplarnianego. Na Ziemi wzrost średniej globalnej temperatury o zaledwie kilkadziesiąt stopni, po którym nastąpi niewielki wzrost jasności Słońca, wystarczyłby, aby zapoczątkować to zjawisko i sprawić, że nasza planeta nadawałaby się do zamieszkania. Wyniki te opublikowano w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Pomysł ucieczki efektu cieplarnianego nie jest nowy. W tym scenariuszu planeta może ewoluować od stanu umiarkowanego, takiego jak na Ziemi, do prawdziwego piekła, z temperaturami powierzchni przekraczającymi 1000°C. Powód? Para wodna, naturalny gaz cieplarniany. Para wodna zapobiega ponownemu emitowaniu promieniowania słonecznego pochłoniętego przez Ziemię w próżnię kosmiczną w postaci promieniowania cieplnego. Zatrzymuje ciepło trochę jak koc ratunkowy. Odrobina efektu cieplarnianego jest przydatna – bez niego Ziemia miałaby średnią temperaturę poniżej punktu zamarzania wody i wyglądałaby jak kula pokryta lodem i nieprzyjazna życiu.
Wręcz przeciwnie, zbyt duży efekt cieplarniany zwiększa parowanie oceanów, a co za tym idzie ilość pary wodnej w atmosferze. „Istnieje krytyczny próg dla tej ilości pary wodnej, powyżej którego planeta nie może się już ochłodzić. Od tego momentu wszystko zostaje uniesione, aż oceany całkowicie wyparują, a temperatura osiągnie kilkaset stopni” – wyjaśnia Guillaume Chaverot, były doktorant w Zakładzie Astronomii Wydziału Nauk UNIGE i główny autor pracy.
Światowa premiera
„Do tej pory inne kluczowe badania z zakresu klimatologii skupiały się wyłącznie na stanie umiarkowanym przed ucieczką lub na stanie nadającym się do zamieszkania po ucieczce” – ujawnia Martin Turbet, badacz w laboratoriach CNRS w Paryżu i Bordeaux oraz współautor książki badanie. „Po raz pierwszy zespół badał samo przejście za pomocą globalnego modelu klimatu 3D i sprawdzał, jak klimat i atmosfera ewoluują podczas tego procesu”.
Jeden z kluczowych punktów badania opisuje pojawienie się bardzo osobliwego wzoru chmur, zwiększającego efekt ucieczki i czyniącego proces nieodwracalnym. „Od początku przejścia możemy zaobserwować bardzo gęste chmury rozwijające się w wysokich atmosferach. Właściwie ta ostatnia nie wykazuje już inwersji temperatury charakterystycznej dla atmosfery ziemskiej i oddzielającej jej dwie główne warstwy: troposferę i stratosferę. Struktura atmosfery uległa głębokim zmianom” – zauważa Guillaume Chaverot.
Poważne konsekwencje dla poszukiwania życia gdzie indziej
Odkrycie to ma kluczowe znaczenie w badaniu klimatu na innych planetach, a w szczególności na egzoplanetach – planetach krążących wokół gwiazd innych niż Słońce. „Badając klimat innych planet, jedną z naszych najsilniejszych motywacji jest określenie ich potencjału do przechowywania życia” – wskazuje Émeline Bolmont, adiunkt i dyrektor Centrum Życia we Wszechświecie UNIGE (LUC) oraz współautorka książki badanie.
LUC prowadzi najnowocześniejsze interdyscyplinarne projekty badawcze dotyczące początków życia na Ziemi oraz poszukiwań życia w innych częściach Układu Słonecznego i poza nim, w układach egzoplanetarnych. „Po poprzednich badaniach podejrzewaliśmy już istnienie progu pary wodnej, ale pojawienie się tego wzoru chmur to prawdziwe zaskoczenie!” ujawnia Émeline Bolmont. „Równolegle badaliśmy, w jaki sposób ten wzór chmur może stworzyć specyficzny podpis, czyli „odcisk palca”, wykrywalny podczas obserwacji atmosfer egzoplanet. Instrumenty nadchodzącej generacji powinny być w stanie to wykryć” – ujawnia Martin Turbet. Zespół również nie zamierza na tym poprzestać, ponieważ Guillaume Chaverot otrzymał grant badawczy na kontynuację badań w „Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble” (IPAG). Ten nowy etap projektu badawczego skupi się na konkretnym przypadku Ziemi.
Planeta Ziemia w kruchej równowadze
Korzystając z nowych modeli klimatycznych, naukowcy obliczyli, że bardzo niewielki wzrost promieniowania słonecznego – prowadzący do wzrostu globalnej temperatury Ziemi o zaledwie kilkadziesiąt stopni – wystarczyłby, aby wywołać ten nieodwracalny, niekontrolowany proces na Ziemi. Ziemię i uczyńmy naszą planetę tak niegościnną jak Wenus. Jednym z obecnych celów klimatycznych jest ograniczenie globalnego ocieplenia na Ziemi, wywołanego przez gazy cieplarniane, do zaledwie 1,5 stopnia do 2050 r. Jednym z zagadnień związanych z grantem badawczym Guillaume'a Chaverota jest ustalenie, czy gazy cieplarniane mogą wywołać niekontrolowany proces w postaci niewielkiego wzrostu może wystarczyć jasność Słońca. Jeśli tak, następnym pytaniem będzie ustalenie, czy temperatury progowe są takie same dla obu procesów.
Ziemia nie jest zatem tak odległa od tego apokaliptycznego scenariusza. „Zakładając, że ten niekontrolowany proces rozpocząłby się na Ziemi, wyparowanie zaledwie 10 metrów powierzchni oceanów doprowadziłoby do wzrostu ciśnienia atmosferycznego na poziomie gruntu o 1 bar. W ciągu zaledwie kilkuset lat osiągnęlibyśmy temperaturę gruntu ponad 500° C. Później osiągnęlibyśmy nawet 273 bary ciśnienia powierzchniowego i ponad 1500° C, kiedy wszystkie oceany uległyby całkowitemu wyparowaniu” – podsumowuje Guillaume Chaverot.