хсток / шаттерсток

Потребовалась эволюция 3 или 4 миллиарда лет для производства Хомо сапиенс. Если бы климат полностью рухнул хотя бы однажды за это время, тогда эволюция резко остановилась бы, и нас бы здесь не было. Итак, чтобы понять, как мы появились на планете Земля, нам нужно знать, как Земле удавалось оставаться пригодной для жизни в течение миллиардов лет.

Это нетривиальная проблема. Текущее глобальное потепление показывает нам, что климат может значительно измениться в течение даже нескольких столетий. В геологическом масштабе изменить климат еще проще. Расчеты показывают, что климат Земли может ухудшиться до температур ниже нуля или выше кипения всего за несколько миллионов лет.

Мы также знаем, что Солнце стало на 30% ярче с момента появления жизни. Теоретически это должно было вызвать кипение океанов, учитывая, что они не были в общем замороженные на ранней Земле - это известно как «Парадокс слабого молодого Солнца». Тем не менее, каким-то образом эта загадка обитаемости была решена.

Ученые выдвинули две основные теории. Во-первых, Земля может обладать чем-то вроде термостата - механизмом (или механизмами) обратной связи, который предотвращает изменение климата до фатальных температур.

Во-вторых, из большого количества планет, возможно, некоторые просто выжили благодаря удаче, и Земля - ​​одна из них. Этот второй сценарий стал более правдоподобным благодаря открытиям в последние десятилетия многих планет за пределами нашей Солнечной системы - так называемых экзопланеты. Астрономические наблюдения далеких звезд говорят нам, что у многих есть планеты, вращающиеся вокруг них, и что некоторые из них имеют размер, плотность и орбитальное расстояние, так что температуры, подходящие для жизни, теоретически возможны. Было подсчитано, что по крайней мере 2 миллиарда таких планет-кандидатов только в нашей галактике.

 Есть много экзопланет ... но у скольких из них стабильный климат? Юрик Петр / Shutterstock

Ученые хотели бы отправиться на эти экзопланеты, чтобы выяснить, соответствует ли какая-либо из них климатической стабильности Земли за миллиард лет. Но даже ближайшие экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды Проксима Центавра, находятся на расстоянии более четырех световых лет. Наблюдательных или экспериментальных доказательств найти сложно.

Вместо этого я исследовал тот же вопрос с помощью моделирования. Используя компьютерную программу, предназначенную для моделирования эволюции климата на планетах в целом (не только на Земле), я сначала сгенерировал 100,000 планет, каждый из которых имеет произвольно отличающийся набор климатических обратных связей. Климатическая обратная связь - это процессы, которые могут усилить или уменьшить изменение климата - подумайте, например, о таянии морского льда в Арктике, которое заменяет отражающий солнечный свет лед открытым морем, поглощающим солнечный свет, что, в свою очередь, вызывает еще большее потепление и большее таяние.

Чтобы выяснить, насколько вероятно, что каждая из этих разнообразных планет останется пригодной для жизни в течение огромных (геологических) временных масштабов, я смоделировал каждую по 100 раз. Каждый раз планета стартовала с разной начальной температурой и подвергалась случайно разному набору климатических явлений. Эти события представляют собой факторы, изменяющие климат, такие как извержения супервулканов (например, Гора Пинатубо но намного больше) и столкновения с астероидами (вроде того, что убило динозавров). Во время каждого из 100 запусков температура планеты отслеживалась до тех пор, пока она не становилась слишком горячей или слишком холодной или не просуществовала 3 миллиарда лет, после чего считалось, что это могло быть тиглем для разумной жизни.

 Изменение климата: извержение горы Пинатубо на Филиппинах в 1991 году выбросило в атмосферу столько пепла, что глобальная температура временно упала на 0.6°C. SRA Blaze Lipowski / пикрил

Результаты моделирования дают однозначный ответ на эту проблему обитаемости, по крайней мере, с точки зрения важности обратной связи и удачи. Очень редко (фактически, только один раз из 100,000) планета имела такую ​​сильную стабилизирующую обратную связь, что оставалась пригодной для жизни все 100 раз, независимо от случайных климатических явлений. Фактически, большинство планет, которые хотя бы один раз оставались пригодными для жизни, делали это менее десяти раз из 100. Почти каждый раз в моделировании, когда планета оставалась пригодной для жизни в течение 3 миллиардов лет, отчасти это зависело от удачи. В то же время одной удачи оказалось недостаточно. Планеты, которые были специально спроектированы таким образом, чтобы не иметь обратной связи, никогда не оставались обитаемыми; случайные прогулки, вызванные климатическими явлениями, никогда не продолжались.

 Повторные прогоны в моделировании не были идентичными: 1,000 различных планет генерировались случайным образом, и каждый запускался дважды. (а) результаты при первом запуске, (б) результаты при втором запуске. Зеленые круги показывают успех (оставались пригодными для жизни 3 миллиарда лет) и черные неудачи. Тоби Тиррелл, Автор условии

Этот общий результат, заключающийся в том, что результаты зависят частично от обратной связи и частично от удачи, является надежным. Никакие изменения в моделировании на это не повлияли. Подразумевается, что Земля должна обладать некоторыми обратными связями, стабилизирующими климат, но в то же время везение также должны были быть вовлечены в то, чтобы оставаться обитаемым. Если бы, например, астероид или солнечная вспышка были немного больше, чем были, или произошли бы в несколько иное (более критическое) время, нас, вероятно, не было бы сегодня на Земле. Это дает другой взгляд на то, почему мы можем оглянуться на замечательную, чрезвычайно обширную историю Земли, в которой жизнь развивалась, разнообразилась и становилась все более сложной до такой степени, что она породила нас.

Профессор Тоби Тиррелл обсуждает свое исследование.

{vembed Y = K7hCh6v7HNs}

Об авторе

Тоби Тиррелл, профессор наук о Земле, Университет Саутгемптона

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Будущее, которое мы выбираем: пережить климатический кризис

Кристиана Фигерес и Том Риветт-Карнак

Авторы, сыгравшие ключевую роль в Парижском соглашении об изменении климата, предлагают идеи и стратегии преодоления климатического кризиса, включая индивидуальные и коллективные действия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Необитаемая Земля: жизнь после потепления

Дэвид Уоллес-Уэллс

В этой книге исследуются потенциальные последствия неконтролируемого изменения климата, включая массовое вымирание, нехватку продовольствия и воды и политическую нестабильность.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Министерство будущего: роман

Ким Стэнли Робинсон

Этот роман представляет мир ближайшего будущего, борющийся с последствиями изменения климата, и предлагает видение того, как общество может измениться, чтобы справиться с кризисом.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Под белым небом: природа будущего

Элизабет Колберт

Автор исследует влияние человека на мир природы, включая изменение климата, и потенциал технологических решений для решения экологических проблем.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления

под редакцией Пола Хокена

В этой книге представлен всеобъемлющий план решения проблемы изменения климата, включая решения для ряда секторов, таких как энергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа