Земля на орбите Марса и Венеры

[SABANEEV]

Где можно почитать, какой климат будет на Земле если поместить её на место Марса и Венеры. На форуме не удалось найти, а при поиске Google выдает ерунду?

[Pphantom]

Скорее всего, нигде (кроме ерунды). Если хотеть что-либо большее, чем тривиальные оценки, то начать придется с того, что на другой орбите и Земля была бы другой.

[SABANEEV]

Допустим, через солнечную систему произошел пролет массивного тела, в результате воздействия которого произошло изменение орбиты Земли.
Земля стала вращаться на расстоянии от Солнца равном расстоянию, которое имеет Марс или которое имеет Венера.
Можно ли оценить среднюю температуру поверхности в первом и втором случае.

[Pphantom]

SABANEEV в сообщении #1481040 писал(а):

Допустим, через солнечную систему произошел пролет массивного тела, в результате воздействия которого произошло изменение орбиты Земли.
Земля стала вращаться на расстоянии от Солнца равном расстоянию, которое имеет Марс или которое имеет Венера.

Так не получится, но...

Проблема вот в чем. Если считать Землю абсолютно черным телом, то стационарную температуру можно оценить достаточно легко, это стандартная задача для первокурсника. Однако в реальности у Земли есть ненулевое альбедо, разное на разных длинах волн, и оптически неоднородная оболочка (до оптических толщин порядка единиц), которая сложным образом взаимодействует с излучением (самый известный пример - парниковый эффект), причем состояние этой оболочки нелинейным образом зависит от ее температуры.

В результате состояние оболочки (а это и есть климат) определяется не только условиями освещения, но и ее предысторией. Т.е. например, от того, каким именно образом вы перетащите Землю на орбиту Марса, будет зависеть результат. Более того, для существенных изменений состояния и перетаскивать ничего никуда не надо, система и так может существенно сменить состояние при малых возмущениях (еще один общеизвестный пример - ледниковые периоды). Поэтому вы хотите странного - ответ на подобный вопрос можно дать только крайне приблизительно, но с такой точностью его и давать не надо, оценка вроде $10^{(2 \div 3)}$ К очевидна сразу.

[Dmitriy40]

Всё же попытаюсь чуть уменьшить погрешность оценки. Рассуждая "на пальцах".
В случае с орбитой Марса это легче. Предполагаю изменение орбиты Земли монотонным. Увеличение радиуса орбиты в полтора раза приведёт к падению полного потока энергии более чем в два раза, что никак не может привести к разогреву атмосферы, лишь к охлаждению. При охлаждении количество парниковых газов в атмосфере увеличиться тоже никак не может, только уменьшиться (за счёт вымерзания водяного пара). Альбедо Земли менее 50%, потому даже уменьшение его до нуля (исчезновение облаков и покрытие льда океанов грунтом) не пересилит уменьшение входящего потока энергии. В итоге сначала похолодает до нуля, вымерзнет атмосфера (UPD: простите, не вымерзнет вся конечно, вымерзнет лишь вода из атмосферы), замёрзнут океаны, немного уменьшится парниковый эффект, скорее всего возрастёт альбедо (снег на суше и льды океана и чуть большая прозрачность атмосферы), это чуть ускорит охлаждение. Потому что охлаждение на 15° слишком мало в процентном выражении для двухкратного уменьшения потока энергии, а вклады парникового эффекта и альбедо не мешают охлаждению. На какой температуре остановится охлаждение прикинуть трудно. Точно заметно ниже 0°С (скорее примерно до -50°С), но доберётся ли до вымораживания CO2 и исчезновения парникового эффекта и продолжения охлаждения ещё градусов на 40 неясно.

Случай с орбитой Венеры сложнее, даже при тоже монотонном изменении орбиты, неясно какие газы кроме CO2 и метана и в каком объёме будут выделяться в атмосферу и усиливать парниковый эффект. Но точно будет нагрев, как минимум в те же два раза по энергии или на 20% по Кельвину (а это порядка 70°), а скорее даже чуть сильнее из-за уменьшения альбедо и прозрачности атмосферы, но до 100°С может и не дойти, смотря что выделится в атмосферу кроме CO2, воды и метана (из тундры). Хотя думаю более вероятен нагрев заметно сильнее, до 150-200 °С, за счёт усиления парникового эффекта.

Практического смысла в этих настолько грубых оценках не видно, в обоих случаях "мы все умрём", вопрос лишь как быстро.

[Pphantom]

Dmitriy40 в сообщении #1481091 писал(а):

Практического смысла в этих настолько грубых оценках не видно, в обоих случаях "мы все умрём", вопрос лишь как быстро.

А это, кстати, тоже элемент оценки. Именно мы, наверное, не настолько существенны, но вот растительность на Земле влияет на состав атмосферы и, как следствие, на все последующее.

[Dmitriy40]

Как сказать, в обоих сценариях при достаточно быстром (в геологическом смысле) изменении орбиты растительность вымрет и ни остановить ни даже приостановить изменение климата не сможет, тупо не успеет приспособиться. Изменение альбедо от исчезновения растительности считаю несущественным на фоне других процессов. Механизмов существенного влияния вымирания растительности на столь сильное изменение климата я тоже не вижу, максимум чуть замедлит или чуть ускорит. Причём скорее даже ускорит, сгоранием в пожарах при потеплении или прекращением выделения CO2 при замерзании. Так что учёт растительности лишь ускорит динамику процесса без существенного влияния на конечный результат. Эта оценка ещё более "на пальцах".

[Anton_Peplov]

Биосфера Земли поддерживает равновесие между процессами $\rm{C + O_2 \to CO_2}$ (дыхание и абиогенное окисление) и $\rm{CO_2 \to C + O_2}$ (фотосинтез). Если фотосинтез прекратится, то останется только первый процесс (в виде абиогенного окисления). Накопленный в атмосфере свободный кислород соединится с накопленным в биосфере углеродом и превратится в углекислый газ. Благодаря чему мы должны получить сильный парниковый эффект.

[Pphantom]

На самом деле оба варианта имеют право на жизнь (и, как следствие, оба могут оказаться неправильными). В том и дело, что все предпринимавшиеся попытки это как-то промоделировать дают модельно-зависимые результаты.

[bondkim137]

SABANEEV в сообщении #1481040 писал(а):

Допустим, через солнечную систему произошел пролет массивного тела, в результате воздействия которого произошло изменение орбиты Земли

Что бы перейти на другую круговую орбиту придется двум массивным телам пролететь. Причем с невероятно слаженной точностью.

По теме - при уходе на орбиту Марса должна возрасти роль внутренних ресурсов Земли - тектоники и радиоактивности. В т.ч. благодаря повышению альбедо (оно мешает не только поглощению, но и излучению). У нас, в отличие от Марса, много воды и есть тектоника. Из общих соображений график падения температуры от радиуса орбиты должен провалиться до всеобщего обледенения, а потом надолго застрять.

[Xugin]

bondkim137 в сообщении #1488568 писал(а):

круговую орбиту

А зачем ей оставаться круговой?

[arseniiv]

Dmitriy40 в сообщении #1481091 писал(а):

и метана (из тундры)

В океанах где-то там клатратов кучу нашли.

Xugin в сообщении #1488713 писал(а):

А зачем ей оставаться круговой?

Для упрощения. А вот вопрос о климате на сильно некруговой Земле почему-то и правда никто как будто не задаёт, а интересно! Особенно если перигелий на уровне орбиты Венеры, а афелий на уровне орбиты Марса… (Но нет, мне правда интересно, хотя не обязательно в таком экстремальном виде.)

-- Сб окт 24, 2020 04:27:01 --

Афелий надо для баланса поближе, и перигелий может быть тоже поближе.

[Dmitriy40]

arseniiv в сообщении #1488781 писал(а):

А вот вопрос о климате на сильно некруговой Земле почему-то и правда никто как будто не задаёт, а интересно! Особенно если перигелий на уровне орбиты Венеры, а афелий на уровне орбиты Марса…

Да этот вопрос наоборот мало интересен: ну будет у вас климат меняться от Сахары до полярной тундры и обратно каждые полгода и что? Биоценоз может и приспособится (кто сумеет) жить по три месяца весной и осенью, но ничего устойчивого (ни глобального парникового эффекта, ни полного оледенения) наверняка не получится, всё же тепловой инерции хватит сгладить полугодовые колебания. На самом деле будет ну очень похоже на полярную тундру: долгая зима, очень короткое лето (скорость в перигелии заметно выше), и процентов по 15-20 весна с осенью, причём комфортные лишь последние. Живая природа будет весьма чудесатой (уметь переживать и льды и засуху и частые тайфуны), но вряд ли вымрет. Вероятно центр видового разнообразия сместится в океан (как максимально сглаженную от перепадов среды область) или на берега его, чисто сухопутным видам придётся гораздо тяжелее. Хотя нет, по берегам будет кошмар, забыл про колебания уровня океана зимой-летом из-за ледниковых полярных шапок. Остаётся только океан ...

Кстати, чуть отвлекаясь от темы: нашей цивилизации сейчас проще совладать с приближением к Солнцу, чем с удалением от него, заслониться от звезды пока что проще обогрева всей планеты.

[bondkim137]

Dmitriy40 в сообщении #1488784 писал(а):

Живая природа будет весьма чудесатой (уметь переживать и льды и засуху и частые тайфуны), но вряд ли вымрет. Вероятно центр видового разнообразия сместится в океан (как максимально сглаженную от перепадов среды область) или на берега его, чисто сухопутным видам придётся гораздо тяжелее.

А самый развитый вид начнет отмечать 7-летние зимы. И строительство соответсвующих сооружений на севере.

(Оффтоп)

Джордж Мартин (c)

[bondkim137]

Сегодня поймал себя на мысли, что сейчас зимой можно солнечный анти-токсикоз лечить на южном полушарии. В режиме эпидемии сильно сложнее, но все еще можно. В режиме эллиптической орбиты и зима будет глобальной на всей планете. Со всеми климатическими вытекающими: в частности, вымиранием перелетных птиц, нерестящихся рыб, нарушением глобальных вертикальных течений и т.д.