Почему климат Земли такой стабильный?

Климат Земли не так стабилен, как вы думаете. Климат Земли постоянно менялся между тепличной Землей и Землей-ледяником в течение последних 600 миллионов лет или около того. Во время ледниковых фаз Земли климат может вступить в ледниковый период, длительный период времени, в течение которого климат колеблется между оледенениями и межледниковьями. В настоящее время мы находимся в середине межледникового периода ледникового периода. На обратной стороне ледяного земного климата динозавры и тропические растения жили близко к полюсам, когда Земля находилась в тепличной фазе.

В прошлом существовала третья климатическая фаза, Земля-снежок, по сравнению с которой Земля-ледяной дом выглядела мягкой. Даже во время сильнейшего оледенения лед редко подходил ближе чем к 40 градусам широты от экватора. Во время снежных земных фаз (последняя из которых закончилась более 600 миллионов лет назад) лед достигал тропиков и, возможно, вплоть до экватора.

Одним из открытых вопросов в палеоклиматологии является объяснение того, почему ранняя молодая Земля не застряла навсегда в фазе снежного кома Земли. Интенсивность светимости Солнца росла с момента его образования. Солнечный свет был всего на 75-85% интенсивнее, когда Земля была молода, чем сейчас. Так почему же Земля не была постоянно заморожена давным-давно? Объяснение того, почему это было не так (а геологические данные говорят, что это не так), — это проблема слабого молодого солнца.

Что касается Марса, это довольно просто. Марс слишком мал. Ядро Марса давно замерзло. Марсианское магнитное динамо давно перестало работать, и если на Марсе когда-то и была тектоника плит, то этот процесс давно прекратился. Конец тектоники плит останавливает любое выделение газа, которое в противном случае пополнило бы атмосферу. То, что Марс маленький, означает, что его атмосфера слабо удерживается. Потеря магнитного поля (если она когда-либо была), скорее всего, преувеличила бы потерю атмосферы, особенно если бы это произошло, когда Солнце было молодым и имело гораздо более сильный солнечный ветер, чем сейчас. Комбинация вышеизложенного означает, что даже если Марс был пригоден для жизни давным-давно, эта возможность для жизни была очень недолговечной.

Что касается гипотезы гигантского удара, у вас она с точностью до наоборот. Посмотрите на нашу сестринскую планету. Венера имеет очень плотную атмосферу, поэтому температура ее поверхности выше, чем на Меркурии. Гипотеза гигантского удара предлагает одно из объяснений того, почему Земля не похожа на Венеру. Если бы не это столкновение, у Земли все еще была бы плотная первичная атмосфера, и нас бы здесь не было. Наша планета была бы необитаемой. Марс был бы пригоден для жизни, если бы он был такого же размера, как Земля или Венера, и если бы у него была венерианская атмосфера.

Обновление: относительно антропогенного глобального потепления

В ряде комментариев этот ответ был воспринят как доказательство того, что антропогенного глобального потепления не происходит. Наоборот, это наверняка происходит.

В качестве аналогии рассмотрим фермера, который отправляется в Гранд-Каньон, затем в Национальный парк Бэдлендс, а затем в Ченнел-Скаблендс в восточной части штата Вашингтон. Фермер может справедливо заключить, что природа обладает разрушительными способностями, которые могут далеко превзойти даже самые худшие методы ведения сельского хозяйства. Однако он не может заключить, что плохие методы ведения сельского хозяйства не вызывают эрозии, основываясь на существовании этих замечательных записей о естественной эрозии.

В какой степени происходит антропогенное глобальное потепление и что это значит для человечества — это другой вопрос, и его следует задавать как таковой. Что долгосрочные изменения климата Земли, описанные в этом ответе, означают для человечества, это тоже другой вопрос.

Немного более простая версия ответа Дэвида Хаммена (как обычно отличного):

• Земля «достаточно велика», чтобы иметь достаточное притяжение к атмосфере: гравитация не дает ей вырваться
• Земля находится «достаточно близко» к Солнцу, чтобы сохранять жидкую воду (и жидкое ядро).
• Ядро достаточно магнитное, чтобы защищать от солнечного ветра (который в противном случае со временем лишил бы атмосферу)
• Земля находится «достаточно далеко» от Солнца, чтобы удерживать жидкую воду
• Атмосфера Земли «достаточно тонкая» (после гигантского удара она потеряла часть атмосферы), поэтому атмосфера не действует как удушающее одеяло (в отличие от Венеры).

Все вышеперечисленное создало условия для того, чтобы жизнь развивалась «в самый раз» — мы живем в мире Златовласки*. Вот почему мы, люди, (все еще) здесь и задаемся вопросом, почему наша планета так преуспевает. Дело не в том, что нам повезло, что мы развились на третьем от солнца камне — дело в том, что только на третьем камне от солнца было правильное сочетание условий для нашей эволюции.

* Для тех, кто не владеет английским языком/воспитанием, Златовласка - это девочка из сказки, которая пришла в дом трех медведей и попробовала их еду, стулья, постель... найдя первого слишком горячим/ жесткий и т. д., второй слишком холодный/мягкий и т. д., а третий «в самый раз». Это привело к использованию «Златовласки» в качестве метафоры «правильного значения между неприемлемыми крайностями».

Основная причина, по которой на Земле все еще есть вода, а на Марсе нет, — это гравитация. Земля достаточно велика, чтобы типичные тепловые скорости водорода в верхних слоях атмосферы не достигли космической скорости. На Марсе это не так, Марс имеет значительно меньшую массу и, следовательно, более низкую скорость убегания. В результате за долгое время большая часть водорода, который изначально был на Марсе, испарилась в космос.

Поскольку лед не сильно испаряется в атмосферу, мы ожидаем, что на Марсе все еще могут быть значительные залежи льда.

Помимо того, что у Марса более слабое гравитационное поле, чем у Земли, у него также гораздо более слабое магнитное поле. Поэтому атмосфера Марса не была защищена от солнечного ветра. Ученые НАСА выдвинули теорию о том, что небольшое разреженное магнитное поле Марса на самом деле помогло солнечному ветру отогнать атмосферу.

http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/21nov_plasmoids/

Космический корабль NASA Maven и индийский космический корабль MOM недавно прибыли на Марс, чтобы узнать об атмосфере Марса и о том, почему она такая тонкая: http://www.latimes.com/science/sciencenow/la-sci-sn-mars-maven- мама-изображения-атмосфера-космический корабль-20140925-story.html .

Так что этот вопрос очень своевременен.