Может ли Земля стать второй Венерой?

Все планеты земной группы в той или иной мере испытывают парниковый эффект. На Земле его величина составляет примерно 38 градусов — это огромная величина в масштабах земной климатической системы. Без парникового эффекта современная биосфера и цивилизация просто не смогли бы существовать. Опасность представляет не парниковый эффект сам по себе, а его изменение, если оно идет быстро по сравнению с процессами адаптации экосистем и социально-экономической среды обитания человека.

Так, для арктической зоны повышение средних температур на несколько градусов может иметь очень далеко идущие последствия — от разрушения хозяйственной инфраструктуры, построенной на вечной мерзлоте, до прямых военных угроз огромным территориям нашей страны, которые веками оставались труднодоступными и малопривлекательными для внешних агрессоров.

Несмотря на то, что парниковыми газами обычно называют углекислый газ и метан, наибольший вклад в парниковый эффект дает обычный водяной пар — полярная асимметричная молекула воды очень эффективно поглощает инфракрасное излучение в колебательно-вращательных* полосах спектра. Однако в силу того, что количество паров воды в атмосфере не может превышать предела насыщения (избыток конденсируется в облаках и сбрасывается на поверхность в виде осадков), вода сама по себе не может регулировать климат. Это похоже на современный автомобиль с гидроусилителем рулевого управления: водитель перемещает рулевое колесо вплоть до желаемого положения, а силовая установка доворачивает колеса, пока они не займут положение, соответствующее положению рулевого колеса. В климатической системе роль «водителя» играет углекислый газ и, в меньшей степени, метан, а роль «усилителя» — пары воды. При повышении температуры давление насыщенных паров тоже растет, причем довольно быстро, однако на Земле насыщение происходит быстрее, и «емкость» земной атмосферы для воды строго ограничена.

*) Молекулы лучше всего поглощают кванты с той энергией, которая соотвествует энергии их колебаний. Так как молекула воды имеет три атома, она может совершать разные колебания, а также вращаться вокруг собственной оси. (прим. пресс-службы МФТИ).

Фундаментальное отличие Венеры от Земли состоит в том, что на этой планете, главным образом в силу более близкого расстояния до Солнца, при повышении концентрации паров воды в атмосфере температура растет быстрее кривой насыщения. Это означает, что чем больше была бы абсолютная влажность гипотетического венерианского воздуха, тем его относительная влажность была бы меньше. То есть если бы на Венере существовал океан, он бы целиком испарился, а атмосфера разогрелась бы настолько, что никакие осадки были бы невозможны. Сейчас мы полагаем, что Венера действительно прошла эту климатическую катастрофу, которую иногда называют «парниковым взрывом» (runaway greenhouse effect). Результатом стала практически полная потеря Венерой воды, которая буквально испарилась через экзосферу. Точнее, молекулы воды при высоких температурах диссоциировали на водород и кислород, а атомы водорода, приобретя вторую космическую скорость, покинули поле притяжения планеты. Более тяжелые изотопы водорода, в частности, дейтерий, терялись намного медленнее, в результате чего сейчас на Венере наблюдается аномально высокое отношение дейтерия к водороду, от 100 до 250 раз превышающее земное. Это открытие, сделанное коллективом сотрудников Физтеха и ИКИ РАН под руководством Анны Федоровой в сотрудничесиве с зарубежными коллегами, стало одним из самых значимых результатов международной миссии «Венера Экспресс».

Грозит ли такой сценарий Земле — скорее всего нет. Для этого недостаточен поток энергии, который приходит к Земле от Солнца. Однако вполне возможен запуск множества других, более слабых механизмов положительной обратной связи, которые вполне способны если не разрушить биосферу целиком, то во всяком случае серьезно пошатнуть наше благополучие. Например, сейчас широко обсуждается обмен углекислым газом между атмосферой и Мировым океаном. Даже небольшое среднее повышение температуры поверхности океана и усиление конвекции в толще воды способно привести к выбросу в атмосферу углекислого газа в количествах, сравнимых или превышающих антропогенное воздействие. Деградация льдов в полярных областях приводит к уменьшению альбедо (коэффициента отражения) нашей планеты и, в итоге, увеличению доли поглощаемой энергии излучения Солнца. Только тщательное исследование этих и множества других, более тонких механизмов и постоянный мониторинг состояния глобальной климатической системы может позволить как отдельным странам, так и всему человечеству выработать оптимальную стратегию развития, которая позволила бы сохранить те поистине райские и отнюдь не гарантированные условия, которые пока еще даны нам здесь, на нашей планете.