На древней земле никогда не было дождя

Мало что известно о том, как атмосфера и климат вели себя в эти так называемые тепличные периоды. В новом исследовании исследователи из Гарвардского университета обнаружили, что в эти периоды сильной жары Земля, возможно, переживала циклы засухи, за которыми следовали сильные ливневые штормы шириной в сотни миль, которые могли сбросить более фута дождя за считанные часы.

«Если сегодня посмотреть на большой участок глубоких тропиков, то где-то всегда идет дождь», – сказал Джейкоб Сили, научный сотрудник Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) в области экологических наук и инженерии. и факультет наук о Земле и планетах Гарварда и первый автор статьи. «Но мы обнаружили, что в чрезвычайно теплом климате на огромной части океана может быть несколько дней без дождя. Затем внезапно сильный ливень разразился почти на всю территорию, выплеснув огромное количество дождя. Потом пару дней будет тихо и повторить ».

«Этот эпизодический цикл наводнений – новое и совершенно неожиданное состояние атмосферы», – сказал Робин Вордсворт, профессор экологических наук и инженерии Гордона Маккея в SEAS и старший автор исследования.

Исследование не только проливает свет на далекое прошлое и далекое будущее Земли, но также может помочь понять климат экзопланет, вращающихся вокруг далеких звезд.

Исследование опубликовано в Природа.

В модели атмосферы Сили и Вордсворт повысили температуру поверхности Земли до жгучих 130 градусов по Фаренгейту (54 C), либо добавив больше CO.₂– примерно в 64 раза больше, чем сейчас в атмосфере, – или за счет увеличения яркости солнца примерно на 10 процентов.

При таких температурах в атмосфере начинают происходить удивительные вещи. Когда воздух у поверхности становится чрезвычайно теплым, поглощение солнечного света водяным паром атмосферы нагревает воздух над поверхностью и образует так называемый «слой торможения», барьер, который предотвращает подъем конвективных облаков в верхние слои атмосферы и образование дождевых облаков. .

Вместо этого все это испарение застревает в приповерхностной атмосфере.

В то же время облака образуются в верхних слоях атмосферы, над слоем торможения, поскольку тепло теряется в космос. Дождь, образующийся в этих верхних облаках, испаряется, не достигнув поверхности, возвращая всю воду в систему.

«Это похоже на зарядку массивной батареи», – сказал Сили. «У вас есть тонна охлаждения высоко в атмосфере и тонна испарения и нагрева у поверхности, разделенных этим барьером. Если что-то сможет прорваться через этот барьер и позволить поверхностному теплу и влажности проникнуть в прохладные верхние слои атмосферы, это вызовет сильный ливень ».

Именно так и происходит. Через несколько дней испарительное охлаждение из-за ливней в верхних слоях атмосферы разрушает барьер, вызывая часовой потоп. В одном моделировании исследователи наблюдали больше осадков за шесть часов, чем некоторые тропические циклоны выпали в США за несколько дней.

После шторма облака рассеиваются, и осадки прекращаются на несколько дней, поскольку атмосферная батарея перезаряжается и цикл продолжается.

«Наши исследования показывают, что климатическая система по-прежнему преподносит много сюрпризов», – сказал Сили. «Хотя повышение температуры поверхности моря на 30 градусов – это намного больше, чем прогнозируется для изменения климата, вызванного деятельностью человека, перенос атмосферных моделей на незнакомую территорию может показать проблески того, на что способна Земля».

«Это исследование открыло новые богатые возможности физики в климате, который лишь немного отличается от современной Земли с планетарной точки зрения». – сказал Вордсворт. «Это поднимает новые большие вопросы об эволюции климата Земли и других планет, над которыми мы будем работать в течение многих лет».