失控温室效应

title: 历史.
content: 这个术语是加州理工学院的科学家安德鲁·英格索尔在一篇描述研究金星大气模型的论文中提出的。起初,在金星大气中的水蒸气吸收和释出辐射,造成星球的温度上升和水蒸气的增加。在大气中的高浓度水蒸气让光解得以发生,使得较轻的氢气逃逸到太空中,而氧气与表面的岩石反应。这种模型得到金星的氘/氢比是地球的150倍。
title: 回馈.
content: 因为并不会都有足够的增益,所以正回馈不一定会导致一系列的连锁反应。总是存在很强的负回馈(根据史蒂芬-波兹曼定律,行星的辐射以温度四次方的比率增强),所以正回馈的效应必须很强,才能造成失控效应(参见增益)。来自温室气体升高的温度导致水蒸气(本身就是温室气体)的增加,造成进一步提升度的正回馈,但在地球上并未造成失控的结果。正回馈的效应很常见(例如,冰的反照率回馈),但失控效应并不需要排除它们的存在。
title: 金星.
content: 金星可能发生过由二氧化碳和水蒸汽导致的失控温室效应。在这种情况下,早期的金星可能有一个海洋。当早期的太阳亮度增加时,金星大气层中的水汽数量增加,大气的温度提高,并因此增加海洋的蒸发,最终导致海洋沸腾,所有的水都被蒸发进入大气层内。今天,在大气层内还有少量的水蒸气。 如果水蒸气曾一度使金星变得温暖,这些水想必已逃逸进入太空。一些证据来自金星大气层中极高的氘/氕比率,大约是地球的150倍,因为轻的氕比较重的同位素氘更容易逃逸进太空。金星被太阳充分的加热,使得水蒸气可以上升得很高,在大气层的上端被紫外线光解成氢和氧。氢能够逃逸至太空中,而氧则会重新结合。二氧化碳是目前金星大气中最主要的温室气体,归功于极高的浓度,使碳的循环相较于地球相当的微弱(这需要液态水)。火山喷发出来的二氧化碳,在地球的地质的时间尺度下,有效的被板块构造的隐没作用回收。
title: 地球.
content: 在历史上,地球的气候在暖期和冰河时期之间反复振荡。当前的气候在增加大气中水汽的正回馈上是远低于让海水沸腾所需要的。气候学家约翰·霍顿写到:"在地球上的条件不可能发生像金星那样的失控温室效应"。然而,另一位气候学家詹姆士·韩森不同意这种观点。在他的我在风暴中的子孙们说:燃烧的煤炭和矿物的页岩油将引发地球的失控温室效应。在2003年的气候模型中,重新评估水蒸气的影响,显示詹姆士·韩森的结果是有可能的,但是需要从燃烧的石油、煤和天然气释放出十倍于在地壳中的二氧化碳。此外,Benton和Twitchet对失控温室效应有不同的定义;而古新世-始新世极热事件和大灭绝事件均符合这个定义。
title: 遥远的未来.
content: 大多数科学家认为,随着年龄的增长,太阳会逐渐变得更大与更热,在长期内不可能避免温室效应的影响,而这可能会终结地球上所有的生命。当太阳在10亿年后亮度增加10%的时候,地球表面的温度到达,会造成地球的温度急速上升,直到成为像现在金星一样的温室行星。这将是消灭地球上所有生命最戏剧化的唯一步骤。  依据天文生物学家彼得·沃德和唐纳生·布朗李在它们的书《生命和地球的死亡》(最主要的讨论在本书的第八章),当前的海洋流失率是每10亿年1米,但这个速率也会随着太阳逐渐温暖而逐渐加快,也许平均每100万年就会增加1米。沃德和布朗李预测未来的暖化回馈会有两种变化:水蒸气主导对流层并在平流层累积的潮湿温室;和水蒸气构成大气层的主导成分,地球开始快速变暖的失控温室,可以使地球表面的温度超过,当大气层完全被水蒸气覆盖时,会造成表面完全溶解,并杀死所有的生物,但这也许要耗费30亿年的时间。无论哪种形式,无可避免的是海洋将会消失,地球将变成一个巨大的沙漠,唯一剩下的水是散落在极地附近与几个像是海底的巨大盐屋蒸发池,很像现今智利的阿塔卡马沙漠,最后的生命可能在那儿持续数十亿年。讽刺的是,在前一种情况耗损的海洋实际上将保存最后的生命,而不是彻底催毁生命。然而,水是一种活动机制的润滑剂,水的流失会使地壳太干与太硬而无法隐没,因而造成碳循环完全停止;由于海洋的损耗导致板块活动的停止,复杂的生命,像植物与动物将早已灭绝。
title: 失控温室的物理过程.
content: 通常,当行星平衡的辐射受到扰动时(例如,阳光的总量增加时,会获得或改变温室的浓度,请参阅辐射强迫),它会过渡到新的温度,直到一个稳定的回馈,称为史蒂芬-波兹曼回应,恢复天体吸收和发射的能量平衡。例如,地球如果接收到更多的阳光,会暂时导致不平衡(收入的能量比支出多),和变暖的结果。然而,因为史蒂芬-波兹曼回应发出更高的能量,造成行星越来越热,最终可以达到一个新的、更高的辐射平衡和温度值。  然而,当这颗行星在经营水汽回馈,温室效应随着温度的增加而增加效率,但是向外辐射的增加像一个黑体,散热比单纯的史蒂芬-波兹曼的增加缓慢。最终,红外的吸收增加,而逃离到太空的量不再取决于表面的温度,并且逐渐趋近于一个固定值,Kombayash-英格索兰极限温度。如果行星接收来自恒星(或内部的热源)的能量值过此值,可能永远不会实现辐射平衡。其结果是失控继续直到水汽回馈停止,整个海洋蒸发并散逸至太空。
title: 与适居区的联结.
content: 适居区的概念已经被行星科学家和天文生物学家使用来定义围绕着恒星的轨道中,行星区域(或卫星)可以让水维持液态的区域。在这样的定义下,从适居区的内侧(行星最靠近恒星,而水依然可以维持液态的位置)再靠近恒星,就是会造成失控温室效应的区域。尽管回馈会受到像云反射率的影响,而需要修改估计值,类太阳恒星的适居带内侧估计大约在地球只太阳距离的84% 。
title: 参考资料.
content: 注解

Summary: 失控温室效应(英语:Runaway Greenhouse Effect)是指行星表面温度和大气不透明度之间存在净正回馈,从而增强温室效应直到行星上的海洋完全蒸发的过程;比如金星历史早期就发生过这样的效应。此现象很容易令人联想到地球近代因人类活动产生的全球暖化,但其和失控温室效应在程度上仍有非常大的差距,政府间气候变化专门委员会即指出,类似金星的失控温室效应的现象在地球上几乎不可能因人为因素的诱导而发生。

Runaway greenhouse effect: A runaway greenhouse effect is when there is enough of a greenhouse gas in a planet's atmosphere such that the gas blocks thermal radiation from the planet, preventing the planet from cooling and from having liquid water on its surface. The runaway greenhouse effect can be defined by a limit on a planet's outgoing longwave radiation which is asymptotically reached due to higher surface temperatures boiling a condensable species (often water vapor) into the atmosphere, increasing its optical depth. This runaway positive feedback means the planet cannot cool down through longwave radiation (via the Stefan–Boltzmann law) and continues to heat up until it can radiate outside of the absorption bands of the condensable species.