微弱的阳光年轻雪球地球和滞后

我们现在有足够的基本理论设备首先定量看看太阳微弱的年轻的问题。允许地球大气层的温室效应,我们把马= 670 mb,使正确的表面温度与观察到当前的反照率= 3。地球得到多少冷如果我们棘轮太阳常数下降到960 w / m2,是47亿年前,地球是新的吗?作为第一估计,我们可以计算出新的温度从情商。3.8马和反照率固定的现值。这个收益率261 k。这是明显比现在冷地球。固定的反照率的假设是不现实的,因为冷和冰封的反照率会增加地球,导致比我们估计的显著较低的温度。此外,大气温室效应的强度可能是早期地球不同,由于大气成分的变化。

一个尝试合并冰反射反馈可以通过使用能量平衡Eq。3.10的反照率参数化Eq。3.9。对于这个计算,我们选择的常量反照率公式给一个更现实的类似地球的气候比raybet雷竞技最新

净通量

不稳定平衡•稳定平衡

不稳定平衡•稳定平衡

T

图3.9:草图说明稳定与不稳定平衡温度。

使用如图3.8所示。具体来说,我们设置ao =陈霞允许的云的反照率和土地,= 295,允许一个稍微大些的极地冰盖。平衡的位置可以由绘制图像图3.8,或者通过应用root-finding算法如牛顿法Eq。3.10。由此产生的平衡作为江西的函数所示在图3.10中,与马保持固定在670 mb。一些这种类型的生成图的技术开发的问题? ?为现代太阳常数,马= 670 mb,系统有一个稳定的平衡在t = 286 k,现代表面温度接近观察,部分冰覆盖。然而,系统还有一个稳定平衡,这是一个全球冰雪覆盖的雪球在t = 249 k。即使在今天,地球将留在一个雪球状态如果它在某种程度上。两个稳定平衡由一个不稳定的平衡在t = 270 k,它定义了边界的初始条件集去“现代”类型的状态,和去一个雪球状态的集合。现代公海的吸引子边界状态轻松远离当前的温度,所以它不会很容易屈服于一个雪球。

现在我们把太阳常数,并重新计算。对Lq = 960 w / m2,只有一个平衡点,如果我们保持马= 670 mb。这是一个稳定的雪球状态与Ts = 228 k。因此,如果早期地球大气成分和今天相同,导致温室效应没有比现在,地球将会不可避免地在雪球的状态。大洋州只有形成Lq增加到1330 w / m2时,并没有达到,直到最近的过去。这与丰富的地质证据普遍开放水在地球几十亿年的历史。更糟糕的是,如果地球最初雪球状态稳定在四十亿年前,它会呆在那个状态,直到Lq增加到1640 w / m2,此时稳定雪球会消失,地球会deglaciate状态。因为这远远超过目前的太阳常数,地球将在全球范围内冻结成冰的今天。这显然更矛盾的数据。

当前支持解决悖论的微弱的年轻阳光的假设早期地球的大气成分必须导致温室效应比现代大气中产生。调解这一变化的主要候选人气体是二氧化碳和甲烷。的辐射基础的想法将会在第四章进一步阐述,和一些关于为什么大气中可能会随着时间的推移,保持一个平静的调整

图3.10:迟滞图得到不同Lq马/ ps固定在正。箭头指示路径系统随着Lq,首先是增加,然后降低。不稳定的解决方案部门由虚线表示曲线。

600 550 500 450 400 350

辐射压力(mb)

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辐射压力(mb)

图3.11:在图3.10中,但不同的马Lq = 960 w / m2。

raybet雷竞技最新气候尽管在第8章介绍了光明的太阳。图3.11显示了如何平衡取决于马,与Lq固定在960 w / m2。任何温室气体是地球的救世主,如果它出现在足量减少马500 mb或更少,那么一个温暖的国家以开放的海洋存在(上面的分支图3.11)。然而,对于420 mb <马< 500 mb也存在一个稳定的雪球状态,这意味着气候,实际上是选择取决于早期的历史。raybet雷竞技最新如果地球已经落入一个雪球国家出于某种原因,早期的地球会呆在一个雪球,除非建立足够的温室气体减少马低于420 mb。

图3.10和3.11说明了一个重要的现象称为磁滞:一个系统的状态发现自己不仅取决于系统的一些参数的值,但历史变化的参数。这是可能的系统有多个稳定状态。例如,在3.10假设我们从Lq = 1000 w / m2,系统不可避免地在一个雪球的状态在T = 230 k。现在让我们逐渐增加Lq。当Lq达到1500 w / m2系统仍在雪球的状态,我们一直以来在T = 254 k,一路上稳定解分支。然而,当Lq达到1640 w / m2,雪球解消失,并且系统会突然从一个雪球状态转换与T = 260 k唯一可用的稳定解,这是一个无冰的状态在T = 301 k。Lq进一步增加到2000 w / m2,我们遵循的温暖,无冰状态和316 k的温度上升。现在假设我们开始逐渐暗淡的太阳,也许通过太阳系穿过银河尘云。现在,我们遵循上面的,稳定的分支是江西投资减少,这样,当我们发现自己再一次在Lq = 1500 w / m2温度294 k和系统在温暖,无冰状态而不是在雪球的状态我们喜欢上次我们在那里。Lq进一步下降,温暖的分支消失在Lq = 1330 w / m2,系统突然从277 k的温度下降成雪球状态温度为246 k,随后雪球分支再次跟随着Lq进一步降低。系统的轨迹Lq增加然后减少回其原始值需要一个开环的形式,描绘在图3.10。

磁滞回线的思维实验不同的Lq相当不切实际,但许多大气过程可以采取行动,增加或减少温室效应。地球很小,Lq = 960 w / m2,地球分为雪球当马超过500 mb,然后才将deglaciate马或减少到420 mb或少(见图3.11)。磁滞回线的边界,这是进入和离开雪球的临界阈值,取决于太阳常数。为现代太阳常数,马之间的磁滞回线运行= 690 mb和马= 570 mb。需要更少的温室效应保持现在的雪球比当太阳是微弱的,但初始化一个雪球在现代条件下的阈值是令人不安的是接近马,再现了当前气候的价值。raybet雷竞技最新

冻融循环可以表现出滞后大气成分变化的核心雪球地球的现象。最初温暖状态可以分为全球冻结成冰的雪球,如果大气成分变化等方式充分削弱温室效应。一旦达到阈值,地球能相对迅速地落入一个雪球,在一千年或更少——因为海冰快速形成。然而,deglaciate雪球,必须增加温室效应远远超出阈值的行星最初进入雪球状态。大气成分必须彻底改变为了实现如此巨大的增长,这通常需要数百万年。当冰消最终发生时,叶子hyper-warm状态的氛围,这只会逐渐恢复正常随着大气成分的发展等方式减少温室效应。如第一章所讨论的,有两个时期在地球过去的地质证据表明一个或多个雪球冻融周期可能发生。第一个是古元古代,大约20亿年前。这时,Lq«1170 w / m2,初始的阈值和deglaciating雪球马= 600 mb和马= 500 mb在我们的简单模型。新元,大约7亿年前,Lq«1290 w / m2和马的阈值= 650 mb和马= 540 mb。

磁滞回线的边界位移随着太阳常数增加,但没有明显的数字表明为什么雪球状态应该发生在古元古代和新元古代但不是在其他时间。相关的磁滞冰反射反馈一直是地球气候系统的功能在整个地球的历史。raybet雷竞技最新滞后仍将是一个可能性,直到太阳常数增加充分呈现雪球状态不可能即使没有任何温室效应(即马= 1000 mb)。一个雪球事件再次发生在未来,或安全危险我们后面吗?这些问题需要一个理解的过程管理地球大气层的进化,一个话题将在第8章。

锻炼3.4.2假设一个冰反照率。6、L0有多高,成为消除的可能性雪球状态?这将发生在未来五十亿年?如果你认为有足够的温室气体在大气中马/ ps = 5 ?

注意:太阳常数随时间的演化是大约10 (t) = L0p■(。7 + (t / 22.975) + (14.563 t /) 2),其中t是太阳在几十亿年的年龄(t = 4.6是当前时代)和L0p是目前太阳常数。这符合相当好的第一个100亿年的太阳能发展。

“冷启动”的问题是一个宜居性危机,一般适用于国家公园。如果一颗行星落入雪球国家早在其发展历史中,它可能需要数十亿年离开如果需要等待太阳照亮。雪球的时间可以缩短,如果大气中温室气体的建立,减少了马。多少温室气体必须建立deglaciate雪球?这个过程要花费多长时间?什么可能导致温室气体积累雪球地球上吗?这些重要的问题将在随后的章节。

另一个普遍的教训来自先前的讨论,一个稳定的状态,小冰盖很脆弱,因为行星条件必须调整,而精确的状态存在。例如,目前太阳常数,稳定小冰盖解决方案首先出现在马低于690 mb。然而,冰盖萎缩为零作为马有所降低,为615 mb。因此,适度加强温室效应,根据简单能量平衡模型,完全消除极地冰,把地球变成一个无冰的白垩纪温室状态。这类的过渡到一个无冰的状态是连续在参数变化;与崩溃成一个雪球状态或恢复从一个雪球,它不会造成的分岔。的脆弱性,这有点奇怪,地球现在small-icecap状态已经延续了过去的二百万年,这类似的州都发生在其他几次过去半个几十亿年。简单的检测模型是否夸大的脆弱性稳定small-icecap状态?一些额外的反馈过程调整温室效应,以支持这样一个状态,而抵制雪球的危险吗?这些在很大程度上未解决的问题。攻击第一个问题需要综合动态模型的大气环流,我们不会遇到在目前的体积。我们将在第8章虽然没有解决,第二个问题。值得注意的是,small-icecap州像过去的二百万年里似乎是相对罕见的在最近的一半地球上几十亿年的历史,很好的渲染数据判断冰层覆盖。典型的状态似乎更像是温暖的白垩纪的相对无冰状态,这也许反映了small-icecap状态的脆弱性。

上面的简单模型过于粗糙的生产非常精确的磁滞边界。在故事的许多重要的影响排除水蒸气辐射反馈,云反馈,影响海冰反照率的因素,海洋热传输和变化大气的热量交通工具。现象发现在这个博览会一般,然而,可以重新审视在模型的等级秩序。事实上,复审的主题提供了一个无尽的娱乐来源,启蒙运动对气候科学家。raybet雷竞技最新

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