地球会终成超级“大火炉”吗?

陈丹

《科技日报》(2013-08-01 二版)

金星有时候被称为地球的另一个“邪恶的双胞胎”,这是因为,大小、质量和密度都与地球相近的金星,被认为历史上也曾拥有与地球类似的环境,但如今的它却是一个十足的炼狱:金星是太阳系中表面温度最高的行星,达到460摄氏度,足以使铅、锌融化;更糟糕的是,金星大气被高浓度二氧化碳所笼罩,并且还有厚重有毒的浓硫酸云层,生命在金星上根本无从立足。科学家认为,这一切的罪魁祸首就是“失控的温室效应”。 而现在,一项新的研究表明,我们所居住的地球也可能面临同样的命运。据每日科学网站报道,美国和加拿大的研究人员在7月28日的《自然·地球科学》杂志上报告说,行星很可能比以前认为的更容易过度升温,从而进入失控的温室效应阶段,最终变成一个扼杀一切生命的超级“大火炉”。 什么是失控的温室效应 为何金星会温室效应失控,而地球却暂时得以幸免?这其实与它们在太阳系中所处的位置有关。简单说就是,金星距离太阳近,而地球位于宜居带内。恒星宜居带的内缘被认为是温室效应失控的“防线”。 被失控的温室效应接管的行星,其吸收的太阳热量会多于自身散发出去的热量,一旦这种平衡被打破,整个星球将变得过热,直接导致全球性的地表水蒸发,水蒸气充斥在大气中,而水蒸气是一种强效的温室气体,这意味着它会如饥似渴地吸收热辐射,使热量富集,又进一步加剧气候变暖。由此循环下去,水分完全蒸干后的行星将变得炽热,让生命难以为继,就像现在的金星一样。 行星比预想的更易温室效应失控 在20世纪90年代创建的模型表明,地球距离太阳足够远,失控的温室效应可能不会发生。太阳辐射到地球上的热量远不如金星上的那么炽烈,科学家进行的能量平衡计算显示,比起吸收的太阳辐射,地球上蒸腾的大气实际上会将更多的热量散发进太空。 但此后,科学家进一步修正了测量水和二氧化碳吸收不同波长光的方法。为了了解地球现在的状况,加拿大维多利亚大学的科林·戈德布拉特带领的研究团队建立了一个新的模型,并发现,这些细微的修正其实已经“改变”了能量平衡。研究的结论是,启动温室效应失控过程的热辐射阈值其实没那么高,这意味着进入这个阶段可能比以前认为的更容易。 “宜居带变得更窄了。”论文第二作者、威斯康星大学天文学博士后研究员泰勒·罗宾逊说。 虽然还需通过进一步的研究加以验证,但这一结论可能会导致对宜居带的范围进行重新校准,太阳系内一些宜居行星的“候选身份”可能因此被撤销。“从我们的角度看,这些星球正处于随时落入危险境地的边缘——它们正站在温室效应失控的门槛之外。”罗宾逊说。 地球会变成失控的“温室”吗 上述研究结论同样也适用于地球。新的能量平衡计算结果认为,目前地球上热呼呼的大气似乎吸收的热量比散发出的热量更多,因此,温室效应失控的确可能发生。事实上,新的模型表明,如果没有云来散射阳光并将大量热量反射回太空,帮助降低温度,地球可能早就无法避免温室效应失控了。“云层将这一天的到来推迟了。”戈德布拉特说。 根据戈德布拉特的计算,地球要变成一个失控的“温室”,大气中的二氧化碳浓度必须达到大约30000ppm(1ppm=百万分之一),但就算我们烧光了地球上所有可用的化石燃料储量,也不可能出现这种情况。用研究人员的话来说就是,地球也会进入温室效应失控阶段,但那是在大约10.5亿年以后。 不过,不确定性仍然存在,因为如果地球确实已经接近失控边缘的话,云层会如何表现,这是我们无法保证的。利用现代的立体气候模型也无法模拟这种极端的气候。 德国马克斯—普朗克气象研究所的马克斯·波普正试图开发可模拟温度达到120摄氏度景象的模型,这已经远超导致温室效应失控的临界温度。但他同时指出,由于缺乏如此炎热气候的观测记录,开发过程将会很难。 美国伊利诺伊大学气候科学家雷蒙德·皮尔霍姆伯特评论说,对能量平衡的计算结果进行更新是一项很有价值的工作,“但我认为,我们仍然是安全的”。