Klimatet förklarat: varför Mars är kallt trots en atmosfär som till största delen består av koldioxid

Klimatet förklarat är ett samarbete mellan The Conversation, Stuff och New Zealand Science Media Centre för att besvara dina frågor om klimatförändringar.

Om du har en fråga som du vill att en expert ska besvara kan du skicka den till [email protected]

Om små koncentrationer av koldioxid kan hålla tillräckligt med värme för att skapa en global uppvärmningseffekt på jorden, varför är Mars då kall? Dess atmosfär består till 95 procent av koldioxid.

Receptet för temperaturen på en planets yta har fyra huvudingredienser: atmosfärens sammansättning, atmosfärens densitet, vatteninnehåll (från hav, floder och luftfuktighet) och avståndet till solen. Det finns andra ingredienser, bland annat säsongseffekter eller förekomsten av en magnetosfär, men dessa fungerar mer som att tillsätta smak till en tårta.

När vi tittar på jorden är det balansen mellan dessa ingredienser som gör vår planet beboelig. Förändringar i denna balans kan leda till effekter som kan kännas på en planetarisk skala. Det är precis vad som händer med ökningen av växthusgaser i vår planets atmosfär.

De ökade koncentrationerna av koldioxid, metan, svavelhexafluorid och andra gaser i atmosfären har gradvis höjt temperaturen på vår planets yta och kommer att fortsätta att göra det under många år framöver.

Som en följd av detta börjar platser som är täckta av is att smälta och extrema väderhändelser blir vanligare. Detta innebär en växande utmaning för oss att anpassa oss till denna nya verklighet.

Liten koncentration, stor effekt

Det är förvånande att inse hur lite koncentrationen av koldioxid (CO₂) och andra växthusgaser behöver förändras för att orsaka en sådan förändring av vårt klimat. Sedan 1950-talet har vi höjt CO₂-nivåerna i atmosfären med en bråkdel av en procent, men detta orsakar redan flera förändringar i vårt klimat.

Detta beror på att CO₂ utgör en mycket liten del av jordens atmosfär. Den mäts i delar per miljon (ppm), vilket innebär att för varje koldioxidmolekyl finns det en miljon andra. Dess koncentration är bara 0,041 procent, men även en liten procentuell förändring utgör en stor förändring av koncentrationen.

Vi kan se hur jordens atmosfär och klimat såg ut i en avlägsen förfluten tid genom att analysera bubblor av gammal luft som är instängda i is. Under jordens istider var koncentrationen av koldioxid cirka 200 ppm. Under de varmare interglaciala perioderna låg den runt 280 ppm, men sedan 1950-talet har den fortsatt att öka obevekligt. År 2013 översteg koldioxidnivåerna 400 ppm för första gången i den registrerade historien.

Denna ökning motsvarar nästan en fördubbling av koncentrationen, och det står klart att i receptet för jordens yttemperatur ska koldioxid och andra växthusgaser användas med måtta.

Vattens roll

Likt mjöl till en kaka är vatten en viktig ingrediens i jordytan. Vatten gör att temperaturen rör sig långsamt. Det är därför temperaturen i tropiska regnskogar inte förändras mycket, men Saharaöknen är kall på natten. Jorden är rik på vatten.

Låt oss ta en titt på våra fasta planeter. Merkurius är den planet som ligger närmast solen, men den har en mycket tunn atmosfär och är inte den varmaste planeten. Venus är mycket, mycket varm. Dess atmosfär är rik på koldioxid (över 96 %) och den är mycket tät.

Mars atmosfär är också rik på koldioxid (över 96 %), men den är extremt tunn (1 % av jordens atmosfär), mycket torr och ligger längre bort från solen. Denna kombination gör planeten till en otroligt kall plats.

Frånvaron av vatten gör att temperaturen på Mars förändras mycket. Marsforskningsroverna (Spirit vid Gusevkratern och Opportunity vid Meridiani Planun) upplevde temperaturer som varierade från några grader Celsius över noll till minus 80℃ på natten: varje enskild marsiansk dag, känd som sol.

Terraformning eller terrafixering

En av de intressanta utmaningar vi står inför när vi bygger rymdnytta, som vi gör vid Griffith University, är att bygga instrument som klarar ett så stort temperaturintervall.

Jag älskar samtal om terraformning. Det är idén att vi skulle kunna flyga till en planet med en atmosfär som inte går att andas och fixa den genom att använda någon sorts maskin som filtrerar obehagliga gaser och släpper ut de goda gaser som vi behöver för att överleva, i rätt mängd. Detta är ett återkommande tema i många science fiction-filmer, bland annat Aliens, Total Recall och Red Planet.

Jag hoppas att vi kan fixa vår egen atmosfär på jorden och minska vår planets feber.