暴走温室効果
地球が誕生した当初は、地球の表面はマグマオーシャンと呼ばれるマグマの海で覆われ、水も水蒸気として存在していた。この原因は、地球の誕生当初からの熱、微惑星の衝突による熱なども考えられているが、水蒸気などに起因する暴走温室効果が働いていたと言う説もある。
地球温暖化ではいわゆる水蒸気フィードバックによる温室効果の増幅作用が唱えられているが、これが直ちに暴走温室効果をもたらすものではない。二酸化炭素やメタン、あるいは水蒸気などの温室効果ガスが非常に高い濃度に達した時、あるいは太陽活動が活発化して太陽放射が大きく増加したときに、水蒸気フィードバックによる光学的厚さの著しい増加によって暴走温室効果状態になることが考えられているのであって、今後数十年~数千万年の間で、これが起こる可能性は非常に低いとされている。気候学者のジョン・ホートンによれば「暴走温室効果の条件が地球で生じる可能性は全くない」とされている 。むしろ、地質学的時間スケールにおいては、今後、二酸化炭素の欠乏によって生物圏の存続が維持できなくなる可能性が指摘されている。
十分に厚い光学的厚さを持った大気の場合、入力されたエネルギーは光学的に薄い層からしか射出できず、その結果、地表の温度はさらに上昇する。このように惑星の射出量は光学的厚さによって規定されるため、射出量に極大値を持つ。これを射出限界と呼ぶ。
射出限界を超えた太陽放射が入射されると、海洋が全て蒸発するまで光学的厚さの増加が起こるが、雲が大量に形成されることによってアルベドの増加による負のフィードバックも同時に働く。雲の形成など、気候の変化を抑制している負のフィードバックの限界を超え、外から入ってくる放射が外へ出て行く放射を上回る状態が続き、それに伴って気温も上昇し続ける。この現象を暴走温室効果と言い、この状態を暴走温室効果状態と言う。
この状態では、気候システム内において気温の上昇を止めるものは「気温の上昇による射出の増加」のみであり、いわゆる熱的な暴走状態であり、放射が平衡に達したときに始めて気温の上昇が止まり、気候が安定する。この状態では気温が非常に高く、水がすべて蒸発してしまって海洋が存在できないような状態であれば、暴走温室状態と言う。
一般に、暴走温室効果の「引き金」は太陽放射であり、その効果を増幅させる温室効果ガスとして想定されているのは水蒸気である。暴走温室効果の研究は太陽定数の変化がどのように気温変化に対して影響を与えるかをモデル計算により求めるというものである。太陽定数が増加すれば水蒸気濃度も増加する。増加した水蒸気濃度は大気の光学的厚さを著しく増加させ、やがては大気上層における外向きの長波放射に限界が訪れるだろうといわれている。しかし、水蒸気濃度の増加に伴い当然、雲の形成も活発に行われると予想され、正味の太陽放射に大きな影響を与えると考えられる。
伊藤公紀『地球温暖化―埋まってきたジグソーパズル』日本評論社 2003年 ISBN 4-535-04821-5
3次元灰色大気構造の太陽定数依存性と暴走温室状態 石渡正樹,中島健介,竹広真一,林祥介,1998年6月,日本流体力学会,「ながれ」17巻3号
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