Vědci poprvé v modelu ukázali, jak vypadá proměna klimatického systému planety, který může vést k rychlému vzniku podmínek, jež nejsou slučitelné s existencí života.
Země je jediné místo ve vesmíru, kde se prokazatelně nachází život. Rozdíl mezi ní a jinými planetami Sluneční soustavy je na první pohled obrovský. Podle nové studie ale spočívá jen v několika málo stupních Celsia, které dělí naši planetu od osudu Venuše nebo Marsu.
Tým astronomů z Ženevské univerzity dokázal nasimulovat celý průběh vývoje skleníkového efektu, který může změnit klima planety z idylického a pro život ideálního místa na místo zcela nehostinné a životu nepřátelské. Výsledky se dají využít pro pochopení vývoje vzdálených exoplanet u cizích hvězd, pro analýzu změn těles naší Sluneční soustavy, ale také jako varování před dopady klimatických změn na Zemi.
Vědci v tomto výzkumu prokázali, že od počátečních fází procesu dochází k výrazným změnám struktury atmosféry a oblačnosti, což vede k téměř nezastavitelnému a velmi složitě zvratnému skleníkovému efektu. Na Zemi by k nastartování tohoto jevu a k tomu, aby se naše planeta stala neobyvatelnou, stačil globální nárůst průměrné teploty o pouhých několik desítek stupňů, který by následoval po mírném zvýšení sluneční svítivosti. Tyto výsledky vyšly v časopise Astronomy & Astrophysics.
Kolaps planety
Myšlenka kolapsu globálního ekosystému vlivem příliš silného skleníkového efektu není nová. Podle tohoto scénáře se planeta může vyvinout z mírného stavu, jaký teď panuje na Zemi, do opravdového „pekla“ s povrchovými teplotami nad 1000 °C. Příčinou je obyčejná vodní pára.
Vodní pára je přirozený skleníkový plyn. Zabraňuje tomu, aby se sluneční záření pohlcené Zemí opětovně vyzařovalo do vesmíru ve formě tepelného záření. Skleníkový efekt přitom sám o sobě není špatný – bez něj by Země měla průměrnou teplotu pod bodem mrazu vody, vypadala by jako ledem pokrytá a životu nepřátelská koule namísto nám dobře známé Modré planety.
Skleníkový efekt může být dobrý sluha, ale zlý pán. Pokud je totiž příliš silný, zvyšuje se vypařování oceánů, a tím i množství vodní páry v atmosféře. „Pro toto množství vodní páry existuje kritická hranice, za kterou se již planeta nemůže ochlazovat. Pak se všechno už jen zhoršuje, až se nakonec oceány zcela vypaří a teplota na povrchu dosáhne několika set stupňů,“ vysvětluje Guillaume Chaverot, který výzkum vedl.
„Až doposud se ostatní významné klimatologické studie zaměřovaly buď na podobu stavu před skokovým nárůstem vodní páry v atmosféře, anebo na stav po něm,“ říká Martin Turbet, výzkumný pracovník z laboratoří CNRS v Paříži a Bordeaux a spoluautor studie. „Teď je to poprvé, kdy tým studoval samotný přechod pomocí 3D globálního klimatického modelu a ověřoval, jak se klima a atmosféra během tohoto procesu vyvíjejí.“
Změna se pozná v mracích
Jeden z klíčových bodů studie popisuje výskyt velmi zvláštního vzoru mraků, který posiluje efekt změny a činí tento proces nevratným. „Od počátku přechodu můžeme pozorovat, jak se ve vysoké atmosféře vyvíjejí velmi husté mraky. Atmosféra pak už nevykazuje teplotní inverzi typickou pro zemskou atmosféru, která odděluje její dvě hlavní vrstvy: troposféru a stratosféru. Struktura atmosféry se potom hluboce změní,“ vysvětluje Chaverot.
Tento objev je podle něj klíčovým prvkem pro studium klimatu na jiných planetách, a zejména na exoplanetách obíhajících kolem jiných hvězd než Slunce. „Když studujeme klima na jiných planetách, tak jednou z našich nejsilnějších motivací je určit, jestli mohou hostit život,“ doplňuje další z autorů studie Émeline Bolmontová.
„Současně jsme také zkoumali, jestli tento vzor mraků nemohl vytvořit zvláštní ‚otisk prstu‘, který bychom mohli zjistit při pozorování atmosfér exoplanet. Příští generace přístrojů by jej měla být schopna detekovat,“ věří Turbet. Tým v tomto výzkumu hodlá pokračovat, tentokrát se stejná skupina vědců zaměří na konkrétní případ jedné planety – Země.
Země v křehké rovnováze
Pomocí nových klimatických modelů vědci vypočítali, že ke spuštění tohoto nezvratného únikového procesu na Zemi a k tomu, aby se naše planeta stala stejně nehostinnou jako Venuše, by stačilo jen velmi malé zvýšení slunečního záření, které by vedlo ke zvýšení globální teploty na Zemi o pouhých několik desítek stupňů.
Jedním ze současných klimatických cílů je omezit globální oteplování Země vyvolané skleníkovými plyny do roku 2050 na pouhých 1,5 °C. Jednou z otázek Chaverotova výzkumného grantu je zjistit, jestli skleníkové plyny jako oxid uhličitý nebo metan mohou spustit proces popsaný výše. Pokud ano, další otázkou bude zjistit, jestli jsou teploty, při nichž se změna stává nevratnou, pro oba procesy stejné.
Země tedy není tak daleko od tohoto apokalyptického scénáře. „Za předpokladu, že by se tento proces spustil na Zemi, vedlo by vypaření pouhých 10 metrů povrchu oceánů ke zvýšení atmosférického tlaku o jeden bar při zemi. Za pouhých několik stovek let bychom dosáhli přízemní teploty přes 500 °C. Později bychom dosáhli dokonce 273 barů přízemního tlaku a více než 1500 °C, kdy by všechny oceány skončily zcela vypařené,“ dodává Chaverot.
