Влияние ледников на климат ограничено атмосферой

Как ни странно, наступлению ледникового щита на экватор препятствует не только свет Солнца, но и озон земной атмосферы.

Неконтролируемая положительная обратная связь может быть очень опасна. Живой иллюстрацией этого тезиса выступает Земля: при падении поверхностной температуры растёт площадь, занятая льдами, а поскольку лёд и снег замечательно отражают солнечное излучение, температура снижается ещё сильнее, и так далее по кругу, а точнее — нисходящей спирали. Если в эту схему не вмешиваются внешние факторы, то заканчивается всё очень плохо — «Землёй-снежком», когда планета на миллионы лет покрывается сплошными льдами, закрывающими даже экватор.

Очевидно, Земле в этом отношении везло: она всего раз покрывалась льдами на 100%. Но регулярные напасти такого рода могут сделать любую землеподобную планету слабо обитаемой, ибо сложная наземная жизнь просто не будет успевать развиваться из простой.

Но, как знает читатель, некоторым планетам в этом отношении повезло больше нас. Чем ниже температура поверхности у звезды, тем бόльшая часть энергии её излучения приходится на инфракрасный участок спектра. Для Солнца этот показатель равен всего 53%, а для красного карлика — 95%. ИК-излучение практически не отражается ото льда — а значит, чем холоднее звезда, тем меньше вероятность оледенения планеты, находящейся в её зоне обитаемости.

Группа, возглавляемая Филипом фон Пари (Philip von Paris) из Университета Бордо (Франция), попробовала изучить этот вопрос в несколько ином направлении. Ранее астрономы, анализировавшие положительную обратную связь «похолодание — оледенение», затрагивали лишь условного двойника Земли, только вращающегося вокруг другой звезды. Атмосферное давление и состав при этом считались идентичными нашим, что, само собой, маловероятное условие. А при других параметрах газовой оболочки вышеупомянутая обратная связь может быть сильнее (вероятность оледенения высока) или слабее (невысока).

Авторы, рассматривая варианты жёлтых и красных карликов, варьировали парциальное давление углекислого газа, водяного пара, метана и озона (УФ-излучение красного карлика слабее, то есть озона на его кислородоатмосферных планетах может быть намного меньше). Выяснилось следующее: несмотря на то что во всех вариантах состава газовой оболочки обратная связь «холод — лёд» у красных карликов слабее, чем выше в атмосфере давление и (в меньшей степени) доля парниковых газов, тем сильнее подавляется опасная обратная связь.

Более того, при давлении от нескольких до десяти бар (один бар примерно соответствует земному) с высоким содержанием CO₂ было уже почти всё равно, вокруг какой звезды вращается планета: вероятность оледенения выходила предельно низкой, потому что даже видимый свет, отразившийся ото льда, почти не мог покинуть атмосферу.

Даже если моделируемые планеты были полностью покрыты льдом и вращались вокруг располагающих к оледенениям жёлтых карликов, но имели вышеупомянутую плотную атмосферу, разница в альбедо со сценарием полного отсутствия льда составляла всего 0,05. При нынешней земной атмосфере разница между «Землёй-снежком» и планетой безо льда по альбедо равнялась 0,35, то есть положительная обратная связь «холод — лёд» там была всемеро сильнее.

Как видим, в смоделированных системах солнцеподобных звёзд зависимость альбедо от ледников наблюдалась даже при парниковой атмосфере. А вот для планет у красных карликов разница по альбедо ни при каких условиях не превышала 0,04 — против 0,3 для околосолнечных планет. Таким образом, вероятность оледенения поверхности для них следует оценить как ничтожно низкую, более чем в семь раз уступающую землеподобной планете в Солнечной системе.

Несколько неожиданным оказалось другое: даже у планет жёлтых карликов есть сценарий, в котором оледенение для них становится крайне затруднительно. Оказывается, при наличии атмосферы, богатой углекислым газом в той же степени, что и земная в прошлые геологические эпохи, но при этом располагающей значительным содержанием озона (О₃), планета также почти не в состоянии перейти к сценарию оледенения. Дело в том, что озон — довольно сильный парниковый газ, эффект от которого равен примерно четверти от влияния газа углекислого, при одиннадцатикратно более низкой концентрации в атмосфере. Насколько реалистичен такой сценарий — трудно сказать, поскольку данных о содержании озона в атмосфере древней Земли у нас нет. Но если бы он там был, склонность планеты к оледенениям была бы сравнительно низкой, что и наблюдалось в период молодого слабого Солнца, миллиарды лет тому назад, когда наша звезда имела светимость на 20–30% ниже нынешней.

Подготовлено по материалам arXiv.