失控温室效应

一颗星球吸收的太阳能超过它所能散发的能力时就会发生的现象

“失控温室”效应现象即当一颗星球吸收的太阳能超过它所能散发的能力时就会发生这一现象。

现象介绍

失控温室效应（Runaway Greenhouse Effect）是在表面温度和大气不透明度增加强度下正回馈的过程，在行星上是会使海洋完全蒸发的一种温室效应；一个这样的例子被认为发生在金星历史的早期。政府间气候变化专门委员会即指出，类似金星的失控温室效应的现象在地球上几乎不可能因人为因素的诱导而发生。

产生原因

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。

行星更易失控

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。

地球失控吗

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”。

科学家发现，行星从过热到演变成不适合生命存在的失控温室气体阶段的机率，远比之前预估的还高，研究人员表示，随着太阳温度逐渐升高，目前无法生命存活的金星，就是将来地球的命运。

加拿大维多利亚大学研究者指出，失控温室气体阶段出现后，行星开始大量断吸收太阳能量，最后导致破坏原本的平衡，从过热到蒸发海水导致大气充满蒸气，目前的例子就是太阳系中的金星。发生失控温室气体阶段，得视行星与恒星距离而定，也就是位于所谓的适居区，在适居区外围才会发生失控温室气体。

加拿大维多利亚大学与美国华盛顿大学研究者以新的模组，试算的结果指出，更低的热辐射门槛也会引爆温室气体失控，也就是说，温室气体失控将比以往想像更容易发生，一旦行星出现温室气体失控，将不断吸收阳光，使得行星表面温度急剧升高，造成过热或海洋被蒸发。至于地球是否会马上步入这样的阶段，研究者乐观指出，即使地球大气二氧化碳等温室气体浓度已来到400ppm，短期内要发生这种温室气体暴冲的可能性相当低，研究者高柏拉特表示，我们预估当二氧化碳达到所谓3万ppm时，地球才有可能开始出现温室气体失控。

研究者罗宾森也表示，这样研究结果出炉后，所谓适居区的界定标准需将更严谨。高柏拉特也表示，随着太阳的温度将逐渐升高，现在的金星或许就是以后的地球。

地球与失控

温暖的气候会使地球像金星一样变成一颗地狱般的炎热星球吗？不会很快发生，但是一项新研究表明，地球的大气可能变得非常炎热，以至于我们的地球将会出现被科学家所谓的“失控温室”效应现象。当一颗星球吸收的太阳能超过它所能散发的能力时就会发生这一现象。为了进行研究，一个天文学家团队使用计算机模拟计算了“失控温室”效应的热辐射强度。

最新的测量结果表明，这种现象比我们之前想象的要更容易发生。这对于生存在太阳系第三颗行星上的我们来说意味着怎样的未来呢？加拿大维多利亚大学教授，研究的合著者Colin Goldblatt博士告诉《国家地理》道：“我们曾经认为，以地球现在的光照量来说，失控温室效应理论上不可能出现在地球上。但是我们已经获得了相反的结论，这种现象理论上是可能发生的。那并不意味着它将要发生，而是理论上可能发生。”

但是我们也不要过于担忧。这项研究表明，地球在15亿年左右的时间里不会进入失控温室效应阶段。之前的研究认为，地球失控温室效应发生的时间大约在20亿年后。目前这项研究可能影响一颗恒星宜居带的测量，这些区域表明了哪里的星球可能拥有适宜存活生命的大气。华盛顿大学天文学博士后研究生Tyler Robinson也是研究的合著者，他声称：“这项研究的发现，使宜居带也变得更加狭窄，从这个意义上来说，你不能再认为宜居带尽可能的接近一颗恒星，那会让你进入一个失控温室效应的星球。”

金星温室效应

金星是太阳系中第二个用罗马女神名字命名的行星，赋予一种美好且神秘的感觉。但是金星表面温度达到华氏900度，这使得金星成为太阳系中表面温度最高的行星。更糟糕的是，金星大气被高浓度二氧化碳所笼罩，气压是地球大气压的92倍，而在完全窒息的云层下，则是一片硫酸的世界。这一切现状的罪魁祸首则是失控的温室效应。

从以上信息中可以对金星有个初步的印象，也可以明白对这样一个行星的探测任务是异常艰巨的，就像木星强大的辐射足以使探测器失控。探测金星的任务应该从点点滴滴开始，科学家估计，探测这颗天空中亮度仅次于太阳和月亮的天体，其中所蕴藏的奥秘，将对地球的未来产生深远的影响。

金星有时候被称为是地球的另一个“邪恶的双胞胎”。地狱般的金星在大小、结构以及轨道位置都与地球相似，而科学家推测金星的历史，在数十亿年前可能与地球一样，也存在液态水构成的海洋，特别是具有典型的气候特征。而金星的轨道位置就决定了如果演化出适合生命的气候条件，也不可能存在太久。金星比地球更加靠近太阳，轨道距离近了大约三分之一，日照量是地球的两倍，在这个背景下，失控的温室效应接管了整个星球，温度升高直接导致了全球性的地表水蒸发，而蒸发出来的水蒸气能将热量富集住，这进一步加剧了气候的表暖，连锁性质的蒸发变暖成了一个死循环，直到蒸干任何水分。

根据欧洲空间局金星快车任务的科学家David Grinspoon叙述：自2006年该探测器进入金星轨道之后，主要目的就是弄清楚金星是在何时以及为什么会变成现在的超级大火炉，虽然轨道因素也不容忽视，但是其自身的内因正是科学家要弄清楚的，模拟金星的气候变化，就是要避免地球重蹈覆辙。

金星的自转比地球要慢得多，金星上的一天相当于地球上的243天，而金星的一年只有224天，这就是说，金星的一天比一年还要长。虽然自转的速度很慢，但其表面的风速达到每小时360公里。这就使得金星上的风力效应将对自转构成影响，如果将金星上的超级气旋放在地球上，风速见达到惊人的每小时9650公里。从太阳的北极点上看，太阳系中的大多数行星轨道都是逆时针旋转，而自转的方向也都基本相同，但是金星却不是这样，其旋转方向与其他行星相反（只有天王星也是），也就是说，金星上的太阳是从西边出来的。

科学家推测造成这个情况的可能原因是，在太阳系形成的早期，金星是顺时针旋转，早期的太阳系安全环境很差，巨大的系外天体以及太阳系内轨道杂乱的天体与金星发生碰撞，由于金星距离地球轨道很近，撕扯下来的大块物质击中地球，地球上被剥离的物质逐渐形成了月球。当然，这种说法仅仅是一种假说，但是可以肯定的是，金星与众不同的旋转方式肯定受到某种外力的作用，就像天王星自转轴极有可能被某个巨大的天体撞击过，倾斜了近98°。

此外，金星上的闪电仍然是个悬而未决的问题，根据金星快车探测器传回的图像显示，云层中出现的闪电是一种较为典型的闪电结构，但是在地球上，闪电的形成与云层中冰晶体有很大关系，而在金星的大气中基本不存在这种成分，因此，金星上的闪电是如何形成的，还是个未解之谜。

然而，在这样的极端条件下是否存在生命呢，这是一个所有人都关注的问题。金星快车任务的科学家认为，虽然金星地表温度极高，但是在金星约30英里的云层中可能存在微生物，云层中的温度和压力与地球相类似，而且云中的具有适合的日照条件，这就可能为微生物提供最低端的生存环境。虽然金星地表不仅温度高，而且遍布硫酸，但通过对地球上极端气候以及恶劣环境的考察结果，同样有微生物可以生存。

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