Ilmasto selitetty: miksi Mars on kylmä, vaikka sen ilmakehä koostuu enimmäkseen hiilidioksidista

Climate Explained on The Conversationin, Stuffin ja Uuden-Seelannin tiedeviestintäkeskuksen yhteistyöhanke, joka vastaa kysymyksiisi ilmastonmuutoksesta.

Jos sinulla on kysymys, johon haluat asiantuntijan vastaavan, lähetä se osoitteeseen [email protected]

Jos pienet hiilidioksidipitoisuudet voivat sitoa tarpeeksi lämpöä aiheuttaakseen maapallon lämpenemisvaikutuksen Maassa, miksi Mars on kylmä? Sen ilmakehä on 95-prosenttisesti hiilidioksidia.

Planeetan pintalämpötilan reseptissä on neljä pääainesosaa: ilmakehän koostumus, ilmakehän tiheys, vesipitoisuus (valtameristä, joista ja ilmankosteudesta peräisin oleva vesi) ja etäisyys auringosta. On olemassa muitakin ainesosia, kuten vuodenaikavaikutukset tai magnetosfäärin olemassaolo, mutta ne toimivat enemmänkin kuin maun lisääminen kakkuun.

Kun tarkastelemme Maata, näiden ainesosien tasapaino tekee planeetastamme asumiskelpoisen. Muutokset tässä tasapainossa voivat johtaa vaikutuksiin, jotka tuntuvat planeetan mittakaavassa. Juuri näin tapahtuu kasvihuonekaasujen lisääntyessä planeettamme ilmakehässä.

Hiilidioksidin, metaanin, rikkiheksafluoridin ja muiden kaasujen lisääntyneet pitoisuudet ilmakehässä ovat nostaneet planeettamme pinnan lämpötilaa vähitellen ja nostavat sitä vielä monta vuotta.

Sen seurauksena jään peittämät paikat alkavat sulaa ja äärimmäiset sääilmiöt yleistyvät. Tämä asettaa meille kasvavan haasteen sopeutua tähän uuteen todellisuuteen.

Pieni pitoisuus, suuri vaikutus

On yllättävää tajuta, miten vähän hiilidioksidin (CO₂) ja muiden kasvihuonekaasujen pitoisuuden on muututtava, jotta ilmastossamme tapahtuu tällainen muutos. Olemme 1950-luvulta lähtien nostaneet CO₂-pitoisuutta ilmakehässä prosentin murto-osalla, mutta tämä aiheuttaa jo useita muutoksia ilmastossamme.

Tämä johtuu siitä, että CO₂ muodostaa vain pienen osan maapallon ilmakehästä. Se mitataan miljoonasosina (ppm), mikä tarkoittaa, että jokaista hiilidioksidimolekyyliä kohti on miljoona muuta. Sen pitoisuus on vain 0,041 %, mutta pienikin prosentuaalinen muutos merkitsee suurta muutosta pitoisuudessa.

Voimme kertoa, millainen maapallon ilmakehä ja ilmasto oli kaukaisessa menneisyydessä analysoimalla jäähän juuttuneita muinaisia ilmakuplia. Maapallon jääkausien aikana hiilidioksidipitoisuus oli noin 200 ppm. Lämpimämpien jääkausien välisenä aikana se oli noin 280 ppm, mutta 1950-luvulta lähtien se on jatkanut kiihtymistään. Vuoteen 2013 mennessä CO₂-pitoisuus ylitti 400 ppm ensimmäistä kertaa kirjatun historian aikana.

Tämä nousu merkitsee pitoisuuden lähes kaksinkertaistumista, ja on selvää, että maapallon pintalämpötilaa koskevassa reseptissä hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja on käytettävä maltillisesti.

Veden rooli

Vesi on maapallon pinnan tärkeä ainesosa kuten jauhot kakkuun. Vesi saa lämpötilan liikkumaan hitaasti. Siksi lämpötilat trooppisissa sademetsissä eivät juuri muutu, mutta Saharan aavikolla on öisin kylmä. Maapallolla on runsaasti vettä.

Katsotaanpa kiinteitä planeettojamme. Merkurius on Aurinkoa lähin planeetta, mutta sillä on hyvin ohut ilmakehä eikä se ole lämpimin planeetta. Venus on hyvin, hyvin kuuma. Sen ilmakehässä on runsaasti hiilidioksidia (yli 96 %) ja se on hyvin tiheä.

Marssin ilmakehässä on myös runsaasti hiilidioksidia (yli 96 %), mutta se on erittäin ohut (1 % Maan ilmakehästä), hyvin kuiva ja sijaitsee kauempana Auringosta. Tämä yhdistelmä tekee planeetasta uskomattoman kylmän paikan.

Veden puuttuminen saa Marsin lämpötilan vaihtelemaan paljon. Marsin tutkimusmönkijät (Spirit Gusevin kraatterissa ja Opportunity Meridiani Planunissa) kokivat lämpötiloja, jotka vaihtelivat muutamasta asteesta nollan yläpuolella yöllä miinus 80 ℃:n lämpötiloihin: jokaisena yksittäisenä Marsin päivänä, joka tunnetaan nimellä sol.

Terraforming tai terra fixing

Yksi mielenkiintoisista haasteista, joita kohtaamme rakentaessamme avaruuden hyötykuormia, kuten teemme Griffithin yliopistossa, on rakentaa instrumentteja, jotka kestävät näin laajaa lämpötila-aluetta.

Pidän keskusteluista terraformingista. Tämä on ajatus siitä, että voisimme lentää planeetalle, jolla on hengittämätön ilmakehä, ja korjata sen käyttämällä jonkinlaista konetta, joka suodattaa ikävät kaasut ja vapauttaa hyvät kaasut, joita tarvitsemme selviytyäksemme, oikeassa määrin. Tämä on toistuva teema monissa tieteiselokuvissa, kuten Aliens, Total Recall ja Red Planet.

Toivon, että pystymme korjaamaan oman ilmakehämme Maassa ja vähentämään planeettamme kuumetta.