地球科学动态监测快报

2024年第01期

温室效应失控将改变地球的宜居性

2023年12月18日,《天文学和天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)发表题为《首次探索失控温室过渡与三维大气环流模型》(First exploration of the runaway greenhouse transition with a 3D General Circulation Model)的文章,该文指出,研究人员首次模拟了失控的温室过程的全部过程,这一过程可以将一个星球的气候从田园诗般的完美生活转变为一个更加恶劣和充满敌意的地方,而且在这个过程的初始阶段,大气结构和云层覆盖范围发生了重大变化,导致了一种几乎不可阻挡的、非常复杂的逆转失控的温室效应的过程。

虽然目前对地球的探测仍然具有挑战性,但由于探测和表征仪器的不断改进,在不久的将来,对小型类地行星的观测将变得更加容易。在这一探索过程中,气候模拟是了解它们的特征、大气成分和可能历史的关键一步。如果在这样一个类地行星上存在地表水水库,日晒的增加可能导致由水蒸发引起的戏剧性正反馈:失控的温室。由此导致的全球表面温度的上升会导致整个水库的蒸发,将两种截然不同的行星分开:一个是表面有海洋的温带行星和一个由水蒸气主导的膨胀大气的高温行星。因此,对失控温室的理解对于评估金星和地球以及每一个类似的类地行星的不同演化至关重要。鉴于此,瑞士日内瓦大学的研究人员使用一个三维大气环流模型(3D General Circulation Model,即Generic-PCM)来研究温室失控转变,并且将温带和后失控状态联系起来。该模型的模拟分为2个阶段:首先,假设最初的海洋表面是液态的,有一个蒸发阶段,使大气中充满了水蒸气。然后,当海洋被认为完全蒸发时,会有一个干燥的过渡阶段,在这个阶段,表面温度会急剧上升。最后,进化会以一个热而稳定的后失控状态结束。通过详细描述这2个阶段的气候演变,展示出云覆盖和从对流层到平流层的风环流的快速转变。通过将此次研究得到的结果与先前使用一维模型的研究结果进行比较,此次研究从本质上讨论了三维过程的影响,如全球动力学和云,这是理解失控温室的关键。此外,研究人员还发现了受其辐射不平衡限制的失控温室的潜在可逆性。

研究人员表示,此次研究是第一次用3D全球气候模型研究气候失控的转变,并检查了气候和大气在这个过程中是如何演变的,通过新气候模型,科学家们计算出太阳辐射的非常小的增加——导致全球地球温度上升,仅几十度——将足以引发地球上这一不可逆的失控过程,并使地球像金星一样不适宜居住。

(王晓晨 编译)