研究人員對失控溫室效應進行了一項新穎的研究，揭示了水蒸氣的臨界閾​​值是如何導致地球和其他行星災難性氣候變遷的。研究揭示了導致這種不可逆轉的氣候變遷的重要雲模式，為了解系外行星的氣候及其支持生命的潛力提供了啟示。

來自法國國家地理研究所（UNIGE）和法國國家科學研究中心（CNRS）的一個團隊成功地模擬了整個失控溫室效應，這種效應會使一個星球完全不適合人類居住。

地球是一個美妙的藍綠色圓點，覆蓋著海洋和生命，而金星則是一個淡黃色的無菌球體，不僅不適合人類居住，而且沒有生命。然而，兩者之間的溫度差異卻不大。

由日內瓦大學（UNIGE）的天文學家和PlanetS 國家研究中心（NCCR）的成員組成的研究小組，在法國國家科學研究中心（CNRS）巴黎和波爾多實驗室的支持下，成功模擬了溫室失控過程的全過程，這在世界上尚屬首次。

科學家也證明，從這個過程的初始階段開始，大氣結構和雲層覆蓋就會發生重大變化，導致幾乎無法阻擋且非常複雜的失控溫室效應。在地球上，只要全球平均氣溫上升幾十度，再加上太陽光度的輕微上升，就足以引發這種現象，使我們的星球變得不適合居住。

失控的溫室效應可以把一個表面有液態水海洋的溫帶宜居星球變成一個熱蒸汽占主導地位的星球，對任何生命都是不利的。圖片來源：© Thibaut Roger / UNIGE

溫室效應與失控情景

溫室效應失控的觀點並不新鮮。在這種情況下，行星會從像地球一樣的溫帶狀態演變成真正的地獄，表面溫度超過1000°C。原因何在？水蒸氣，一種天然溫室氣體。水蒸氣可以阻止地球吸收的太陽輻射以熱輻射的形式重新散發到太空中。它捕獲的熱量有點像救命毯。少許溫室效應是有用的–如果沒有它，地球的平均溫度將低於水的冰點，看起來就像一個被冰雪覆蓋的球，不利於生命的生存。

相反，過多的溫室效應會增加海洋的蒸發量，從而增加大氣中的水蒸氣含量。”水蒸氣量有一個臨界值，超過這個臨界值，地球就無法再降溫。從那時起，一切都會被帶走，直到海洋最終完全蒸發，溫度達到幾百度，”該研究的主要作者、前聯合國大學理學院天文學系博士後紀堯姆-沙維羅（Guillaume Chaverot）解釋。

關於氣候轉變的開創性研究

巴黎和波爾多國家科學研究中心（CNRS）實驗室研究員馬丁-圖爾貝（Martin Turbet）是這項研究的共同作者。這是首次有研究小組利用三維全球氣候模型研究過渡本身，並檢視氣候和大氣在這過程中是如何演變的。

研究的關鍵點之一描述了一種非常奇特的雲模式的出現，它增加了失控效應，並使這一過程不可逆轉。”從過渡開始，我們就可以觀察到高空大氣中出現了一些非常濃密的雲層。實際上，高大氣層不再顯示地球大氣層特有的溫度反轉，也不再分隔對流層和平流層這兩個主要層。大氣層的結構發生了深刻的變化，”紀堯姆-沙維羅（Guillaume Chaverot）指出。

這項發現是研究其他行星，特別是系外行星–圍繞太陽以外的其他恆星運行的行星氣候的關鍵特徵。「透過研究其他行星的氣候，我們最強烈的動機之一就是確定它們是否有可能孕育生命，」這項研究的合著者、埃梅琳-博爾蒙特（Émeline Bolmont）指出，她是聯合國大學宇宙生命中心（LUC）的主任兼助理教授。

該中心領導最先進的跨學科研究項目，內容涉及地球生命的起源，以及在太陽系內外的系外行星系統中尋找生命。”經過先前的研究，我們已經懷疑水蒸氣閾值的存在，但這種雲模式的出現著實讓人大吃一驚！”Émeline Bolmont 透露。

“我們也同時研究了這種雲模式如何能在觀測系外行星大氣層時產生一種可探測到的特定特徵或’指紋’。下一代儀器應該能夠探測到它，”馬丁-圖爾貝特（ Martin Turbet）說。研究小組的目標還不止於此，Guillaume Chaverot 已經獲得了一筆研究基金，用於在”格勒諾布爾行星和天體物理研究所”（IPAG）繼續這項研究。這個新的研究計畫將重點放在地球的具體情況。

脆弱平衡中的地球

透過新的氣候模型，科學家計算出，太陽輻照的微小增加–導致全球地球溫度的增加，僅幾十度就足以引發地球上這一不可逆轉的失控過程，使我們的星球變得像金星一樣荒涼。目前的氣候目標之一是到2050 年將溫室氣體導致的全球暖化控制在1.5 度以內。紀堯姆-沙維羅研究基金的研究主題之一是確定溫室氣體是否會像太陽光度的輕微增加那樣引發失控過程。如果是，下一個問題就是確定這兩個過程的閾值溫度是否相同。

因此，地球離這世界末日情景並不遙遠。「假設這種失控過程在地球上開始，海洋表面僅蒸發10 米，就會導致地面大氣壓力增加1 巴。在短短幾百年內，我們的地面溫度將達到500°C 以上。紀堯姆-沙維羅總結說：”之後，我們甚至會達到273 巴的地表氣壓和超過1500 攝氏度的溫度，那時所有的海洋都會完全蒸發。”

編譯來源：ScitechDaily