Нов модел обяснява парадокса на слабото младо Слънце

Още Карл Сейгън казва, че в периода на предполагаемото зараждане на живота на Земята преди 3,5 млрд. години светимостта на Слънцето, според всички изчисления, трябва да е била 70% от сегашната.

Но обичайните климатични модели с 30-процентово намаляване на инсолацията на планетата дружно показват вечно глобално вледеняване, което не подхожда много за образуването на живот.

Към това се прислагва и парадоксът на слабото младо Слънце: ако тогава на планетата е било топло, то защо сега ние не умираме от жега, и ако сега ние сме напълно живи, то защо нашите предци не са замръзнали преди 3,5 млрд. години?

Ерик Уулф и колегите му от Колорадския университет в Боулдър (САЩ) се опитали да отговорят на този въпрос с използването на 3D модел за промяната на климата на Земята преди 2,8 млрд. години.

Моделът не разглежда системата „инсолация–атмосфера–повърхност” като някаква практически едномерна верига от нашето светило към повърхността на Земята, а отчита тази система в три измерения, добавяйки в уравнението смесването на атмосферните слоеве, хоризонталния пренос на въздушни маси, различното албедо (отражателна способност) за океанската повърхност, сушата и морския лед на полярните шапки, както и образуването на облаци, което също променя съществено албедото на планетата.

Моделът, наречен Community Atmospheric Model v. 3.0, се оказал доста сложен за изчисление и затова било необходимо използването на суперкомпютъра Янус.

В крайна сметка се получило, че най-простото решение, при което климатът се получава толкова мек, колкото на сегашната Земя, изисква присъствието в атмосферата на 2% въглероден диоксид и 0,1% метан.

Вторият вариант, при който метанът в атмосферата се смята за равен на нула, изисква наличието там на 1,5–2% въглероден диоксид. Той дава съществено по-студен климат, отколкото днес, без да изключва съществуването на вода в течно състояние на повърхността.

„Дори ако половината от земната повърхност се е намирала под точката на замръзване, а другата – над нея, поне половината океани трябва да са останали открити, тоест би ставало дума за обитаем свят – пояснява Ерик Уулф. – Повечето учени не разглеждат вариант, в който климатът в архейската ера може да е бил нещо средно между съвременния и онзи, който е негоден за живот.”

С други думи, изхождайки от наличните данни, преди 2,8 млрд. години климатът на Земята не е съответствал напълно нито на първия сценарий, нито на втория – по-студения, защото и в плейстоценовия свят периодично са се случвали заледявания, докато преди 2,8 млрд. години не е имало такива, което в теорията трябва да съответства на по-мек и стабилен климат.

Както и да е било, изводите са доста интересни. Предложеният модел позволява да се разглежда архейската ера като период, изискващ сравнително малки количества парникови газове за поддържането на живот. Да, 2% въглероден диоксид може да изглеждат зловещо, но това не е прекалено голямо отклонение – човек може да диша такъв въздух. Важно е и това, че тези данни не противоречат на сравнително скромните следи СО₂ в древни породи.

Друг е въпросът, че до окончателното решаване на парадокса на слабото младо Слънце аналогични изводи трябва да се получат и за по-древен период от разглежданите 2,8 млрд. години. А и самият факт за съществуването на метан в такива концентрации не е безспорен. Предполага се, че в архейската ера не е имало озонов слой (малко кислород), а това означава, че ултравиолетовите лъчи са разрушавали метана в атмосферата с висока интензивност, така че не може да се гарантира неговото наличие там в обеми, необходими за мощен парников ефект.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Astrobiology.

Източник: University of Colorado Boulder