Холодно или жарко? ?>

Холодно или жарко?

О биотической регуляции и перспективах сохранения жизни популярно

© Горшков В.Г., Макарьева А.М

(Начало публикации здесь->)

Как мы уже упоминали, в настоящее время среднеглобальное среднегодовое значение температуры земной поверхности составляет +15 градусов Цельсия. Чем определяется это пригодное для жизни вообще и для жизни человека значение? Иногда на такой вопрос можно услышать ответ, что земная температура определяется количеством солнечной энергии, достигающей Земли. Была бы Земля ближе к Солнцу, было бы теплее, дальше — холоднее. Так что Земле повезло, поскольку она, казалось бы, находится на оптимальном расстоянии от Солнца.

Подобная логика, однако, не является верной. Существуют два важных параметра окружающей среды Земли, которые способны изменить земную температуру при неизменном количестве поступающей солнечной энергии. Один из этих параметров — отражательная способность планеты (альбедо). Часть солнечной энергии, которая достигает Земли, отражается обратно в космос, в основном, облаками и ледяным покровом. В настоящее время отражается 30% приходящей солнечной энергии. Если бы отражалось 100% (Земля имела бы зеркальную поверхность), температура на Земле была бы близка к абсолютному нулю (минус 273 градуса Цельсия), как бы близко к Солнцу ни была расположена планета.

Однако еще более важным параметром является планетарный парниковый эффект. Что это такое? В земной атмосфере присутствует незначительное количество веществ, которые способны взаимодействовать с тепловым излучением Земли, направляя его обратно к поверхности планеты и приводя к дополнительному ее нагреванию. Эти вещества, называемые парниковыми, можно сравнить с шубой. Наш организм выделяет ограниченное количество тепла, которое в обычных условиях соответствует температуре 36.6 градусов Цельсия. Однако если мы летом оденем шубу, то часть того тепла, которое мы выделяем, будет «завернуто» шубой обратно к телу. Это будет приводить к дополнительному нагреву тела, хотя общее количество энергии, выделяемое нашим организмом, останется прежним. Подобным же образом греют нашу планету парниковые вещества, которые в настоящее время составляют сотые доли процента от общей массы атмосферы. Если бы парниковых веществ в земной атмосфере не было, среднеглобальная приземная температура опустилась бы до минус 18 oC. Таким образом, парниковые вещества поднимают температуру поверхности планеты на 33 градуса, делая ее пригодной для существования жизни. Начинающееся при отрицательных температурах оледенение планеты увеличивает отражение солнечной энергии — так, при ярком солнце на снег больно смотреть. Это быстро приводило бы к понижению средней температуры поверхности планеты до значений порядка -100 oС, которые не наблюдаются сейчас даже в Антарктиде.

Увеличивая содержание парниковых веществ (т.е. толщину шубы), можно достичь практически любых значений температуры земной поверхности при неизменном количестве поступающей солнечной энергии, т.е. при неизменном расстоянии планеты от Солнца. Например, на Венере, имеющей очень плотную атмосферу, парниковый эффект приводит к увеличению температуры поверхности планеты на 500 градусов!

Главным парниковым веществом является атмосферная влага, существующая в форме водяного пара и облачности. Вторым по важности парниковым веществом является углекислый газ. Поскольку две трети поверхности Земли занимают океаны, атмосферная концентрация влаги очень сильно зависит от температуры земной поверхности. Мы все знаем, что если нагревать воду в кастрюле, она будет испаряться быстрее, и над кастрюлей появится большое количество пара. Подобным же образом увеличивается концентрация влаги в атмосфере с увеличением температуры поверхности океана. При увеличении температуры поверхности океана на каждые десять градусов, содержание влаги в атмосфере примерно удваивается (Raval, Ramanathan, 1989).

Таким образом, существует мощная положительная обратная связь между парниковым эффектом и земной температурой, которая приводит к физической неустойчивости земного климата. Представим себе, что в силу каких-то случайных флуктуаций температура поверхности океана немного выросла. Количество атмосферной влаги в атмосфере (толщина шубы) немедленно увеличится, приводя к дополнительному нагреву поверхности, и, как следствие, дополнительному увеличению количества атмосферной влаги (т.е. еще большему увеличению шубы), дальнейшему нагреву и так далее. Исследования показывают, что подобный процесс может привести к полному испарению океанов Земли и огромному парниковому эффекту, соответствующему температуре земной поверхности порядка нескольких сотен градусов Цельсия (Nakajima et al., 1992; Weaver and Ramanathan, 1995). Наоборот, если бы температура поверхности Земли случайно бы понизилась, количество атмосферной влаги сразу же уменьшилось бы (шуба стала бы тоньше). Это привело бы к дальнейшему охлаждению и т. д., вплоть до полного оледенения земной поверхности, с характерными температурами порядка -100 oC (Budyko, 1969).

Таким образом, современный климат Земли, для которого характерно существование жидкого океана, является физически неустойчивым (Gorshkov et al., 2000; Макарьева, Горшков, 2001; Gorshkov, Makarieva, 2002). Эту ситуацию можно наглядно изобразить в виде горки с крутыми склонами, рис. 1.

Рис. 1
Рис. 1

Вершина горки соответствует современному климату. Пропасти справа и слева от горки соответствуют устойчивым состояниям полного испарения океанов и полного оледенения планеты. Как мячик, положенный на вершину крутой горки, легко скатывается в любом направлении, так и климат Земли, если бы он определялся только физическими закономерностями, быстро перешел бы в одно из двух устойчивых, но неприемлемых для жизни состояний.

В то же время известно, что жизнь существует на Земле уже около четырех миллиардов лет. Это означает, что в течение всего этого времени устойчиво поддерживались приемлемые для существования жизни значения среднеглобальной температуры. Согласно палеоданным, характерные отклонения среднеглобальной температуры земной поверхности не превышали пяти, максимум десяти градусов на протяжении десятков миллионов лет. В чем причина подобной устойчивости? (далее…)

GD Star Rating
loading...

Еще статьи на тему:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Подпишитесь на рассылку

Введите Ваш E-mail, что бы быть в курсе


Subscribe!