失控溫室效應

“失控溫室”效應現象即當一顆星球吸收的太陽能超過它所能散發的能力時就會發生這一現象。

基本介紹

• 中文名：失控溫室效應
• 外文名：Runaway Greenhouse Effect

介紹

失控溫室效應（Runaway Greenhouse Effect）是在表面溫度和大氣不透明度增加強度下正回饋的過程，在行星上是會使海洋完全蒸發的一種溫室效應；一個這樣的例子被認為發生在金星歷史的早期。在地球，政府間氣候變化專門委員會指出類似金星的失控溫室效應實際上受到人為的活動影響，很有可能被誘發。

產生原因

為何金星會溫室效應失控，而地球卻暫時得以倖免？這其實與它們在太陽系中所處的位置有關。簡單說就是，金星距離太陽近，而地球位於宜居帶內。恆星宜居帶的內緣被認為是溫室效應失控的“防線”。

被失控的溫室效應接管的行星，其吸收的太陽熱量會多於自身散發出去的熱量，一旦這種平衡被打破，整個星球將變得過熱，直接導致全球性的地表水蒸發，水蒸氣充斥在大氣中，而水蒸氣是一種強效的溫室氣體，這意味著它會如饑似渴地吸收熱輻射，使熱量富集，又進一步加劇氣候變暖。由此循環下去，水分完全蒸乾後的行星將變得熾熱，讓生命難以為繼，就像現在的金星一樣。

行星更易失控

在20世紀90年代創建的模型表明，地球距離太陽足夠遠，失控的溫室效應可能不會發生。太陽輻射到地球上的熱量遠不如金星上的那么熾烈，科學家進行的能量平衡計算顯示，比起吸收的太陽輻射，地球上蒸騰的大氣實際上會將更多的熱量散發進太空。

但此後，科學家進一步修正了測量水和二氧化碳吸收不同波長光的方法。為了了解地球現在的狀況，加拿大維多利亞大學的科林·戈德布拉特帶領的研究團隊建立了一個新的模型，並發現，這些細微的修正其實已經“改變”了能量平衡。研究的結論是，啟動溫室效應失控過程的熱輻射閾值其實沒那么高，這意味著進入這個階段可能比以前認為的更容易。

“宜居帶變得更窄了。”論文第二作者、威斯康星大學天文學博士後研究員泰勒·羅賓遜說。

雖然還需通過進一步的研究加以驗證，但這一結論可能會導致對宜居帶的範圍進行重新校準，太陽系內一些宜居行星的“候選身份”可能因此被撤銷。“從我們的角度看，這些星球正處於隨時落入危險境地的邊緣——它們正站在溫室效應失控的門檻之外。”羅賓遜說。

地球失控嗎

上述研究結論同樣也適用於地球。新的能量平衡計算結果認為，目前地球上熱呼呼的大氣似乎吸收的熱量比散發出的熱量更多，因此，溫室效應失控的確可能發生。事實上，新的模型表明，如果沒有雲來散射陽光並將大量熱量反射回太空，幫助降低溫度，地球可能早就無法避免溫室效應失控了。“雲層將這一天的到來推遲了。”戈德布拉特說。

根據戈德布拉特的計算，地球要變成一個失控的“溫室”，大氣中的二氧化碳濃度必須達到大約30000ppm（1ppm=百萬分之一），但就算我們燒光了地球上所有可用的化石燃料儲量，也不可能出現這種情況。用研究人員的話來說就是，地球也會進入溫室效應失控階段，但那是在大約10.5億年以後。

不過，不確定性仍然存在，因為如果地球確實已經接近失控邊緣的話，雲層會如何表現，這是我們無法保證的。利用現代的立體氣候模型也無法模擬這種極端的氣候。

德國馬克斯—普朗克氣象研究所的馬克斯·波普正試圖開發可模擬溫度達到120攝氏度景象的模型，這已經遠超導致溫室效應失控的臨界溫度。但他同時指出，由於缺乏如此炎熱氣候的觀測記錄，開發過程將會很難。

美國伊利諾伊大學氣候科學家雷蒙德·皮爾霍姆伯特評論說，對能量平衡的計算結果進行更新是一項很有價值的工作，“但我認為，我們仍然是安全的”。

科學家發現，行星從過熱到演變成不適合生命存在的失控溫室氣體階段的機率，遠比之前預估的還高，研究人員表示，隨著太陽溫度逐漸升高，目前無法生命存活的金星，就是將來地球的命運。

加拿大維多利亞大學研究者指出，失控溫室氣體階段出現後，行星開始大量斷吸收太陽能量，最後導致破壞原本的平衡，從過熱到蒸發海水導致大氣充滿蒸氣，目前的例子就是太陽系中的金星。發生失控溫室氣體階段，得視行星與恆星距離而定，也就是位於所謂的適居區，在適居區外圍才會發生失控溫室氣體。

加拿大維多利亞大學與美國華盛頓大學研究者以新的模組，試算的結果指出，更低的熱輻射門檻也會引爆溫室氣體失控，也就是說，溫室氣體失控將比以往想像更容易發生，一旦行星出現溫室氣體失控，將不斷吸收陽光，使得行星表面溫度急劇升高，造成過熱或海洋被蒸發。至於地球是否會馬上步入這樣的階段，研究者樂觀指出，即使地球大氣二氧化碳等溫室氣體濃度已來到400ppm，短期內要發生這種溫室氣體暴沖的可能性相當低，研究者高柏拉特表示，我們預估當二氧化碳達到所謂3萬ppm時，地球才有可能開始出現溫室氣體失控。

研究者羅賓森也表示，這樣研究結果出爐後，所謂適居區的界定標準需將更嚴謹。高柏拉特也表示，隨著太陽的溫度將逐漸升高，現在的金星或許就是以後的地球。

地球與失控

溫暖的氣候會使地球像金星一樣變成一顆地獄般的炎熱星球嗎？不會很快發生，但是一項新研究表明，地球的大氣可能變得非常炎熱，以至於我們的地球將會出現被科學家所謂的“失控溫室”效應現象。當一顆星球吸收的太陽能超過它所能散發的能力時就會發生這一現象。為了進行研究，一個天文學家團隊使用計算機模擬計算了“失控溫室”效應的熱輻射強度。

最新的測量結果表明，這種現象比我們之前想像的要更容易發生。這對於生存在太陽系第三顆行星上的我們來說意味著怎樣的未來呢？加拿大維多利亞大學教授，研究的合著者Colin Goldblatt博士告訴《國家地理》道：“我們曾經認為，以地球現在的光照量來說，失控溫室效應理論上不可能出現在地球上。但是我們已經獲得了相反的結論，這種現象理論上是可能發生的。那並不意味著它將要發生，而是理論上可能發生。”

但是我們也不要過於擔憂。這項研究表明，地球在15億年左右的時間裡不會進入失控溫室效應階段。之前的研究認為，地球失控溫室效應發生的時間大約在20億年後。目前這項研究可能影響一顆恆星宜居帶的測量，這些區域表明了哪裡的星球可能擁有適宜存活生命的大氣。華盛頓大學天文學博士後研究生Tyler Robinson也是研究的合著者，他聲稱：“這項研究的發現，使宜居帶也變得更加狹窄，從這個意義上來說，你不能再認為宜居帶儘可能的接近一顆恆星，那會讓你進入一個失控溫室效應的星球。”

金星溫室效應

金星是太陽系中第二個用羅馬女神名字命名的行星，賦予一種美好且神秘的感覺。但是金星表面溫度達到華氏900度，這使得金星成為太陽系中表面溫度最高的行星。更糟糕的是，金星大氣被高濃度二氧化碳所籠罩，氣壓是地球大氣壓的92倍，而在完全窒息的雲層下，則是一片硫酸的世界。這一切現狀的罪魁禍首則是失控的溫室效應。

從以上信息中可以對金星有個初步的印象，也可以明白對這樣一個行星的探測任務是異常艱巨的，就像木星強大的輻射足以使探測器失控。探測金星的任務應該從點點滴滴開始，科學家估計，探測這顆天空中亮度僅次於太陽和月亮的天體，其中所蘊藏的奧秘，將對地球的未來產生深遠的影響。

金星有時候被稱為是地球的另一個“邪惡的雙胞胎”。地獄般的金星在大小、結構以及軌道位置都與地球相似，而科學家推測金星的歷史，在數十億年前可能與地球一樣，也存在液態水構成的海洋，特別是具有典型的氣候特徵。而金星的軌道位置就決定了如果演化出適合生命的氣候條件，也不可能存在太久。金星比地球更加靠近太陽，軌道距離近了大約三分之一，日照量是地球的兩倍，在這個背景下，失控的溫室效應接管了整個星球，溫度升高直接導致了全球性的地表水蒸發，而蒸發出來的水蒸氣能將熱量富集住，這進一步加劇了氣候的表暖，連鎖性質的蒸發變暖成了一個死循環，直到蒸乾任何水分。

根據歐洲空間局金星快車任務的科學家David Grinspoon敘述：自2006年該探測器進入金星軌道之後，主要目的就是弄清楚金星是在何時以及為什麼會變成現在的超級大火爐，雖然軌道因素也不容忽視，但是其自身的內因正是科學家要弄清楚的，模擬金星的氣候變化，就是要避免地球重蹈覆轍。

金星的自轉比地球要慢得多，金星上的一天相當於地球上的243天，而金星的一年只有224天，這就是說，金星的一天比一年還要長。雖然自轉的速度很慢，但其表面的風速達到每小時360公里。這就使得金星上的風力效應將對自轉構成影響，如果將金星上的超級氣旋放在地球上，風速見達到驚人的每小時9650公里。從太陽的北極點上看，太陽系中的大多數行星軌道都是逆時針旋轉，而自轉的方向也都基本相同，但是金星卻不是這樣，其旋轉方向與其他行星相反（只有天王星也是），也就是說，金星上的太陽是從西邊出來的。

科學家推測造成這個情況的可能原因是，在太陽系形成的早期，金星是順時針旋轉，早期的太陽系安全環境很差，巨大的系外天體以及太陽系內軌道雜亂的天體與金星發生碰撞，由於金星距離地球軌道很近，撕扯下來的大塊物質擊中地球，地球上被剝離的物質逐漸形成了月球。當然，這種說法僅僅是一種假說，但是可以肯定的是，金星與眾不同的旋轉方式肯定受到某種外力的作用，就像天王星自轉軸極有可能被某個巨大的天體撞擊過，傾斜了近98°。

此外，金星上的閃電仍然是個懸而未決的問題，根據金星快車探測器傳回的圖像顯示，雲層中出現的閃電是一種較為典型的閃電結構，但是在地球上，閃電的形成與雲層中冰晶體有很大關係，而在金星的大氣中基本不存在這種成分，因此，金星上的閃電是如何形成的，還是個未解之謎。

然而，在這樣的極端條件下是否存在生命呢，這是一個所有人都關注的問題。金星快車任務的科學家認為，雖然金星地表溫度極高，但是在金星約30英里的雲層中可能存在微生物，雲層中的溫度和壓力與地球相類似，而且雲中的具有適合的日照條件，這就可能為微生物提供最低端的生存環境。雖然金星地表不僅溫度高，而且遍布硫酸，但通過對地球上極端氣候以及惡劣環境的考察結果，同樣有微生物可以生存。