4
\ begingroup美元

地球气候史上值得注意的一件事是,尽管太阳亮度在一开始比现在低了整整30%,但温度实际上与今天非常接近。从那时起,温度一直保持在一个相对狭窄的范围内,允许生命发展。这让我们得出这样的结论:在地球的气候系统中存在着阻尼机制。

但对未来几亿年的预测是明确的,太阳光照增加约10%将大幅提高地球上的温度,导致至少所有高等生命的灭绝(详情见这里的例子:Solar_evolution地球什么时候会失去海洋?

现在,有理由认为,在某种程度上,气候抑制机制将被额外的太阳照射所淹没。但没有迹象表明,如果过去5亿年似乎显示出温度下降的趋势,那么接下来的10%就会是这样:

在这里输入图像描述

这些模型是基于什么假设得出这些可怕的预测的?

\ endgroup美元
3.
  • 2
    \ begingroup美元 请注意,你所提到的30%的低光度是在4.5 Gyrs之前,而你所要求的图表只追溯到0.5 Gyrs之前,当时太阳的光度更接近今天的值。远在4.5 Gyrs之前,地球的大气成分肯定是不同的,温室效应要强得多,否则就不可能有液态水流动。 \ endgroup美元 2018年12月27日13:23
  • \ begingroup美元 @ atmosphericprisoner escape是的,当然。就这个问题而言,该图的目的是表明,没有明显的理由假定气候温度衰减机制的“崩溃”点即将来临。但即使你只回到24亿年前,地球形成现代大气时的大氧气灾难,这仍然会比今天的太阳亮度低15- 20%。 \ endgroup美元
    - - - - - -Menschmaschine
    2018年12月27日13:53
  • \ begingroup美元 我的观点是:在大多数时间,构成过去地球大气不透明性的成分是未知的。对于未来的研究,人们通常假设当前的成分,经过一些简化的地球物理学修正。所以在过去和现在的知识以及在文献中如何对待它们之间已经存在着巨大的不匹配。 \ endgroup美元 2018年12月27日13:59

3答案3.

9
\ begingroup美元

在这方面,你可以认为地球系统就像一个有暖气但没有空调的房子。因此,当太阳光照较弱(温室效应)时,它有强大的保暖机制,但如果太阳光照太强,它就没有这种强大的降温机制。

在我们的类比中,假设你在冬天用暖气使你的房子在22°C保持舒适温暖,而当时室外的温度比这低得多。随着春天室外温度的上升,你会关掉暖气,把室内温度保持在22°C。现在,增加10%的太阳能输出将相当于室外温度超过22°C。因此,即使关闭了暖气,你的房子温度也会第一次超过22°C,而你对此无能为力。

地球的变暖机制是温室效应,特别是温室效应${有限公司}_2美元.但最重要的是恒温器,它使地球的温度保持在液态水的范围内。这种恒温器是基于这样一个事实,即温度的升高导致硅酸盐风化作用的增加,从而导致大气中的下降${有限公司}_2美元浓度,从而导致温度下降。这种负反馈抵消了由于太阳辐射增加而引起的任何变暖。

然而,这个把戏只会在没有更多的时候起作用${有限公司}_2美元在大气中。然后,太阳照射的任何增加都将对温度产生直接影响,其他放大反馈将开始发挥作用。特别是水蒸气的温室效应:温度越高,大气中的水蒸气越多。水蒸气是一种非常有效的温室气体,因此,它会导致温度进一步升高。

下图显示IPCC AR5计算的不同辐射强迫:在这里输入图像描述

然而,这些都是相对于1750年。的温室气体的总效应约为155 W/m².这相当于我们从太阳接收到的总能量的45% (340 W/m²)。这意味着,如果你除去所有的温室气体,你可以抵消大约45%的太阳能输出的增长。换句话说,随着太阳不断增加其能量输出,地球可以不断降低温度以保持地球温度稳定。然而,这种计算是非常幼稚的,因为我们不可能去除所有的温室气体(这意味着也要去除所有的水)。你提到的模型在这个意义上更现实,它们表明临界点仅仅是太阳输出增加10%,比我上面超简单计算的45%要接近得多。

尽管如此,维基百科文章中的参考文献似乎并没有使用与所有地球系统(碳循环、构造、甲烷、反照率反馈等)完全耦合的模型。因此,我会非常谨慎地接受这10%的价值。然而,事实是,在某一时刻,如果你足够增加太阳能,我们星球的温度控制过程将不堪重负,地球上的生命将面临前所未有的生存挑战。

\ endgroup美元
11
  • 2
    \ begingroup美元 确切的时间点没有什么神奇的。原文如下:nature.com/articles/nature12827发现临界日照量为375 W/m2,恰好比当前值多10%。因此,地球历史上的关键时刻不是现在,而是日照达到临界值的时候。下周我将去我的大学,我将能够下载完整的论文,以了解更多细节,但对于他们在摘要中所说的,似乎模型仍然相当简单,并且没有考虑硅酸盐风化反馈,这将是推迟临界点的关键。 \ endgroup美元
    - - - - - -卡米洛·Rada
    2018年12月27日17:32
  • 1
    \ begingroup美元 这是真的,但水蒸气温室效应不是一个独立的强迫,它只是与温度有关。因此,每个强迫包括水汽增加,这包括在辐射强迫。换句话说,与二氧化碳增加有关的强迫,是二氧化碳产生的温室效应加上随之而来的水蒸气增加所产生的温室效应。 \ endgroup美元
    - - - - - -卡米洛·Rada
    2018年12月28日6:42
  • 1
    \ begingroup美元 这是因为强迫是量化一个变化$\ \partial E_{\rm rad} / \partial t$,而“与温度有关”意味着没有强迫的经典温室效应是一个稳态现象,在全球范围内为$\partial E_{\rm rad} / \partial t=0$ ? \ endgroup美元 2018年12月28日13:48
  • 2
    \ begingroup美元 @Menschmaschine我编辑了这个问题,以修复关于温室气体总辐射强迫的一个大错误。现在看一下图下面的段落。 \ endgroup美元
    - - - - - -卡米洛·Rada
    2018年12月28日21:32
  • 2
    \ begingroup美元 @ atmosphericprisoner escape不是一个速率或时间导数。水蒸气的作用被认为是一种反馈而不是强迫,因为它不能独立于温度而变化。 \ endgroup美元
    - - - - - -卡米洛·Rada
    2018年12月28日21:41
4
\ begingroup美元

任何恒星都有一个“适居带”https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone那里的温度适合行星拥有类似地球的条件。该区域的范围-不太热,不太冷,但正合适的边缘-取决于恒星的亮度。

现在假设45亿年前,原始地球的轨道靠近该区域的外缘。(这可能是“雪球地球”的一个因素吗?)随着太阳亮度的增加,该区域向外移动。如果它继续增加(正如物理学所说的那样),在某个时刻,地球轨道将在“刚刚好”区域的内缘内。显然,这被计算为当前亮度的10%。

\ endgroup美元
    2
    \ begingroup美元

    这些模型看起来相当简单。我想这里的关键词是“煮沸”这个词。以水壶里的开水为例。水(在某种程度上)起到了恒温器的作用,防止温度上升太多而损坏/烧坏水壶。但是一旦水“耗尽”,也就是说,它已经全部蒸发了……

    当涉及到地球(或任何行星)时,额外的蒸汽也会起到温室气体的作用,有效地提高热量。这一点在2013年论文的引言中已经很清楚了Simpson-Nakajima限制在这方面。从数值上估计这个极限实际上并不那么简单。

    \ endgroup美元

      你的答案

      点击“张贴您的答案”,即表示您同意我们的服务条款隐私政策而且饼干的政策

      这不是你想要的答案?浏览带标签的其他问题问自己的问题