Как и у большинства звезд, светимость Солнца очень медленно увеличивается в течение его существования [2]. Поэтому ожидается, что из-за более высокой солнечной радиации климат Земли станет теплее в геологических временных масштабах (порядка сотен миллионов лет), независимо от потепления климата, вызванного деятельностью человека, которое происходит в течение десятилетий.
Это связано с тем, что количество водяного пара в атмосфере увеличивается по мере того, как океаны становятся теплее (вода испаряется быстрее). Однако водяной пар — это парниковый газ, который способствует нагреванию поверхности Земли. Поэтому ученые предсказывают, что на Земле произойдет стремительное потепление климата, в результате чего океаны закипят, а жидкая вода исчезнет с поверхности.
Другое последствие заключается в том, что парниковый эффект перейдет в неконтролируемое состояние и станет нестабильным, что сделает невозможным поддержание умеренной средней температуры 15 ° C на Земле. Это явление может объяснить, почему Венера, которая немного ближе к Солнцу, чем Земля, в далеком прошлом превратилась в печь. Это также проливает свет на климат экзопланет.
Когда может произойти это безудержное состояние на Земле? До сих пор это было трудно оценить, поскольку это явление исследовалось только с использованием сильно упрощенных астрофизических (одномерных) моделей, которые считали Землю однородной и не учитывали ключевые факторы, такие как времена года или облака.
Однако климатические модели, используемые для прогнозирования климата на ближайшие десятилетия, не подходят для таких высоких температур. Согласно некоторым из этих одномерных моделей, Земля начнет терять всю воду в космос и превратится в новую Венеру всего за 150 миллионов лет.Команда из Лаборатории метеорологии Dynamique (CNRS / UPMC / ENS / Ecole polytechnique) теперь разработала трехмерную модель, способную предсказать, как земная среда изменится под действием значительного увеличения солнечного потока, вызывающего испарение жидкой воды. в атмосферу.
Согласно этой сложной модели, переломный момент должен наступить, когда средний поток солнечной энергии достигнет примерно 375 Вт / м2 при температуре поверхности около 70 ° C (современный поток составляет 341 Вт / м2), то есть примерно через один миллиард лет. Затем океаны закипят, и парниковый эффект будет усиливаться, пока он не перейдет в неконтролируемое состояние.
Этот результат опровергает более ранние предсказания полного испарения океанов на несколько сотен миллионов лет.Это различие связано с атмосферной циркуляцией: перенося тепло от экватора в средние широты, оно сушит эти теплые регионы и снижает парниковый эффект в тех областях, где оно с наибольшей вероятностью перейдет в неконтролируемое состояние.
Увеличение солнечного потока, по-видимому, усиливает эту атмосферную циркуляцию, еще больше осушая субтропические регионы и стабилизируя климат на несколько сотен миллионов лет, прежде чем он достигнет точки невозврата. Кроме того, эта работа показывает, что эффект зонтика облаков, другими словами, их способность отражать солнечную радиацию, которая помогает охлаждать современный климат, имеет тенденцию уменьшаться в течение миллионов лет по сравнению с их парниковым эффектом. Следовательно, эффект зонтика может способствовать потеплению и дестабилизации климата.
Эти результаты также могут быть использованы для определения протяженности обитаемой зоны вокруг Солнца. Они показывают, что планета может быть на 0,95 астрономических единиц [3] от звезды, похожей на наше Солнце (т.е. на 5% меньше, чем расстояние от Земли до Солнца), прежде чем она потеряет всю свою жидкую воду. Кроме того, они еще раз демонстрируют, что планете не обязательно быть такой же, как Земля, чтобы иметь океаны. Теперь исследователи планируют применить эту модель к внесолнечным планетам, чтобы определить, какая среда может помочь им удерживать жидкую воду.
[1] Лаборатория динамической метеорологии является частью Института Пьера-Симона Лапласа (IPSL). Проект получил стипендию для постдокторских исследований в регионе Иль-де-Франс. 2 По оценкам, в момент возникновения Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад светимость Солнца составляла 70% от сегодняшнего значения, что означает увеличение примерно на 7% каждые миллиард лет.
3 1 астрономическая единица (а.е.) = 150 миллионов километров.