Климатические катастрофы: пособие по физике для старших школьников и младших студентов

Заметим далее, что планеты находятся в вакууме, теплопроводность которого близка к нулю, поэтому планеты способны отдавать тепло лишь в форме теплового излучения. Его плотность может быть описана законом Стефана-Больцмана, Q_Т = βT⁴ , где T – средняя для планеты абсолютная температура, β – коэффициент пропорциональности. Таким образом, приравнивая Q_С = Q_Т , получим, что в описываемых условиях средняя температура планеты T = γ / R^1/2 , то есть температура планеты обратно пропорциональна корню квадратному из среднего расстояния ее орбиты. Здесь γ=(α/β)^1/4 – параметр теплообмена, присущий данной планете и зависящий от особенностей ее поверхности, обсуждаемых ниже. Чем выше значение γ, тем сильнее тепловое действие солнечного излучения.

Для Земли средняя температура T_З равна примерно 14 ^oC = (14 + 273) K. Если принять, в качестве примера, что параметры γ для Венеры и Земли одинаковы и учесть, что радиус орбиты Венеры примерно в 1,4 раза меньше, чем у Земли, ее температура должна быть равна 348 K = 75 ^oC. При такой температуре космонавтам в скафандре можно даже жить на такой планете!

Причина ошибки, допускаемой при упрощенном расчете температуры Венеры связан с тем, что γ Земли и Венеры различны. С оценкой величины коэффициента теплообмена нашего тела и окружающей улицы мы сталкиваемся ежедневно, когда выбираем, что одеть на себя: шубу, куртку, плащ или купальник. Фактически важнейшая задача тысяч физиков, работающих в научных учреждениях 21-го века – расчет γ для планет солнечной системы. При этом оказывается, что необходимо учесть огромное число факторов, рассматриваемых ниже: парниковый эффект, альбедо, синергетические процессы, форма орбиты планеты, влияние солнечного ветра и т.д. Можно сделать два вывода. 1) Оказывается, чудовищный климат Венеры сформировался в результате какой-то катастрофы, которая увеличила ее γ!!!

Рис.3. Остров Кипр, рай Солнечной системы. Фото Р.И.Лопатиной

2) Подобная же катастрофа может, в принципе, произойти и на Земле. На рис.3 изображен один из райских уголков Земли, остров Кипр. Некоторые ученые предсказывают, что γ Земли может измениться и глобальное потепление превратит пейзаж на рис.3 в рис.2.

Однако существует другая группа исследователей, которые утверждают, что климат действительно изменится, однако это произойдет в «обратную сторону». Грамотные, очень авторитетные эксперты прогнозируют возвращение на Землю нового ледникового периода. Север Европы должны поглотить ледники, похожие на те, что уже более ста тысяч лет покрывают остров Гренландию.

Рис.4. Древний ледник Гренландии, https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2019/06/01_greenlandicesheet_nationalgeographic_1938848.jpg

Возможность оледенения севера Европы давно известна. Установлено, что с периодом, равным примерно 100 тыс. лет, на севере планеты возникали ледники, подобные тем, которые сейчас покрывают Антарктиду. Их центры совпадали с гористыми участками суши: Скандинавией, Гренландией, Северным Уралом, а также и с «южными» горами: Альпами, Кавказом, Алтаем. Остатки этого ледника до сих пор сохранились на острове Гренландия, рис.3. А 50 тысяч лет назад толщина ледяных шапок всего севера Европы достигала 3-х километров! Длительность каждого из десятков предыдущих оледенений составляла около 90 тыс. лет и сменялась потеплением, длившимся примерно 10 тыс. лет. Обсуждаемые сравнительно регулярные колебания климата между ледником и потеплением продолжаются уже несколько миллионов лет. При этом оказывается, что существующий сейчас период потепления заканчивается.

Однако космические исследования последних семи лет показали, что возможен и еще один сценарий. Он заключается в полном внезапном исчезновении и воды, и атмосферы на планете.

Эта жуткая возможность была обнаружена на планете Марс. Космические станции передали, что атмосферное давление на Красной планете в тысячу раз меньше, чем на Земле, а средняя температура равна – 63 ^oC. Эта температура близка к условиям конденсации «сухого льда», то есть углекислого газа, рис.5.

Рис.5. Фотография Марса, сделанная марсоходом Куриосити, https://img-s3.onedio.com/id-56ab6887388293dd09105667/rev-0/raw/s-cbbda3fcdd09de96fcae43fcb3a971648c2c7292.jpg