Почему углекислый газ вызывает столько споров? Уроки Венеры и Марса

Наши соседи по Солнечной системе, Венера и Марс, — это миры с атмосферой из углекислого газа (CO₂). На Земле же этот газ присутствует лишь в следовых количествах. Так почему же углекислый газ вызывает столько споров? Всего за полминуты можно понять, как именно CO₂ выполняет свою «грязную» работу. Интересно?

Уровень углекислого газа на Земле

Шесть лет назад уровень углекислого газа на нашей планете впервые за 800 000 лет превысил отметку в 400 частей на миллион (ppm). Это был рубеж, которого долго ожидали ученые. Во времена популярности группы The Beatles уровень CO₂ составлял всего 330 ppm. До промышленной революции, на протяжении почти миллиона лет, он держался на уровне 280 ppm. Сейчас этот показатель стабильно превышает 400 ppm.

Тем не менее, доля углекислого газа в составе воздуха составляет лишь 1/25 от 1%. При каждом вдохе человек поглощает в 500 раз больше кислорода, чем углекислого газа. Так почему же вокруг него столько шума?

Как работает углекислый газ

Всем известно понятие «парниковые газы», и многие знают, что углекислый газ, наряду с метаном и водяным паром, играет здесь главную роль. Однако механизм того, как именно парниковые газы выполняют свою работу, часто остается неясным. В статье приводится простое объяснение.

1. Солнечный свет нагревает поверхность земли в течение дня.
2. Ночью эта энергия излучается обратно в космос (в форме инфракрасных лучей), и поверхность остывает. Понятно?

Вот ключевой момент: когда инфракрасные лучи от земной поверхности проходят сквозь воздух, при встрече с молекулами других газов они продолжают движение по прямой линии и уходят в космос. Именно так поверхность остывает в ночное время.

Из чего же состоит воздух? Атмосфера Земли примерно на 80% состоит из азота, на 20% из кислорода и на 1% из аргона. Да, аргон — третий по распространенности газ! Азот и кислород обычно соединяются в пары, образуя молекулы N₂ и O₂, тогда как аргон — «одиночка» и существует в виде отдельного атома.

Но молекула, состоящая из 3 и более атомов, ведет себя при столкновении с инфракрасным излучением совсем иначе. Другие газы — метан (CH₄), углекислый газ (CO₂) и водяной пар (H₂O) — имеют от 3 до 5 атомов в каждой молекуле. Когда инфракрасный луч попадает в такую молекулу, она поглощает его, а затем быстро переизлучает в случайных направлениях. Эти три слова — критически важны. Вместо того чтобы продолжать путь вверх в космос, инфракрасное излучение теперь направляется в стороны, вверх или вниз. Те лучи, что направлены вниз, дополнительно нагревают поверхность.

В этом и заключается суть процесса. Этим объясняется, почему в облачные ночи, когда в атмосфере много водяного пара, поверхность земли остывает не так сильно, как в ясную ночь. Чем больше в воздухе метана, водяного пара или углекислого газа, тем меньше остывает поверхность за ночь.

Таким образом, парниковые газы работают преимущественно в ночное время. Они повышают ночные минимумы температуры в регионе. Это так же неизбежно, как восход солнца.

Венера и Марс: миры углекислого газа

Рассмотрим два самых ярких объекта на ночном небе после Луны: Венеру, сияющую на востоке перед рассветом, и Марс, остающийся ярким всю ночь. Атмосферы обоих миров почти полностью состоят из углекислого газа.

• Венера на 96% состоит из углекислого газа (CO₂), что привело когда-то похожую на Землю планету к экстремально высоким температурам на поверхности (более 427°C). По мере нагревания Венеры её океаны испарились.
• Планета Марс на 95% состоит из углекислого газа. Этот CO₂ образует облака сухого льда. В то время как Венера стала жаркой и сухой, Марс превратился в холодную и сухую пустыню.

В результате поверхность обеих планет намного теплее, чем могла бы быть. Несмотря на то что Венера находится дальше от Солнца, она является самой горячей планетой в Солнечной системе, а поверхность Марса благодаря парниковому эффекту CO₂ прогревается до комфортных 45°C.

Возвращаясь к Земле

Углекислый газ играет совершенно разные роли на Земле и на соседних планетах.

Наша планета также могла бы быть миром с преимущественно углекислотной атмосферой, если бы этот газ не был связан в горных породах нашей коры или растворен в водах океанов. Ни на Марсе, ни на Венере нет жидкой воды. Однако ресурсы лесов, растений, почвы, камней и океанов по поглощению углерода ограничены.

Повышение уровня CO₂ здесь приведет к изменению климата и множеству других последствий, которые в основном (но не исключительно) являются нежелательными.

На Венере это давным-давно привело к созданию настоящего ада с температурой поверхности выше, чем в дровяной печи, и давлением, в 50 раз превышающим давление в скороварке. Это непригодное для жизни место, своего рода «запретная зона».

Но на Марсе углекислый газ сформировал поверхность, которая была бы промерзшей, но теперь, благодаря CO₂, прогревается до 45 градусов, что в наших фантазиях делает её потенциальным местом для будущей колонизации. (По мнению автора, этого никогда не произойдет, и причины будут объяснены в одной из будущих статей.)

На данный момент мы видим три мира, которые глубоко изменил газ, столь необходимый для растительного мира.