地球の暴走温室・暴走冷却現象

表題:地球の暴走温室・暴走冷却現象

興味・関心 惑星毎の気候の多様性 多様性を決める要因は何か? そもそも「地球らしい気候」になる原因は?

地球はどこまで地球か?

昨今の「環境問題」に対する議論 地球科学者の役割=地球のお医者さん 違和感!? 「医者にとっての常識」を身につけましょう. 良く似た集団として…

地球と地球科学者=幼稚園のお医者さんごっこ!? 「幼稚園のお医者さんごっご」では… 健康とは? 病気とは? 何をすると直るのかまたは死んでしまうのか？ わかっていない/ わからないんじゃないだろうか? 地球科学者と地球の関係は同じようなもの…?

講義の目的 地球について基本的な理解を深めましょう. 「『〜すべし, 〜すべし, 〜すべし』 で笑った人はおじさん」by 石渡

暴走温室状態とは 大気が射出できるエネルギーの上限を越えてエネルギーの入射がある状態 形成時の地球は暴走温室状態!? 違うかもしれないけど(生駒)

地球の放射と太陽の放射 上: 放射エネルギーの波長依存性 下: 太陽からの入射（5780 K 相当）&地球からの輻射（255 K相当）の波長 放射の量は温度で決まる. 温度 T の黒体による放射は σT4

放射平衡 太陽からの入射に釣り合うようにして地球の温度が決まる

一枚ガラスモデル(大気一層モデル)での有効放射温度 収支のバランスを考えることで, 有効放射温度を来める.

ガラスいっぱいモデル(大気多層モデル)の謎!? 層を増やすと温度が発散する. 理由は, ガラスは入射光を全て吸収する、と仮定したこと.

ガラスの"厚さ"を考慮しないといけない. ガラスの性質を決めるのは水蒸気 水蒸気量は温度で決まる

大気は鉛直に, 対流圏と成層圏にわけられる.

成層圏のみの大気モデル 以下の事を仮定する: 水蒸気は圏界面で飽和している 圏界面より上では水蒸気のモル分率は一定 放射平衡が成立

成層圏大気モデルの結果 温度があがると水蒸気が増える ガラスが厚くなり, 放射できなくなる 真面目にやるなら, 対流圏からのフラックスも考える必要あり. 現在の地球、火星、金星は点線より下にいる

鉛直一次元放射対流平衡対流モデル 対流圏も考慮したモデル

鉛直一次元放射対流平衡対流モデルの結果 上パネル: 表面温度の関数としての惑星放射 下パネル: 温度と光学的厚さ Komabayashi や Ingersol のモデルに比べて、上限値が小さい 乾燥空気が多くなると最高射出量が Komabayashi の値に近づく

暴走温室状態に至る大気構造 大気が十分に厚くなると、 エネルギーを射出する「深さ」が変わらなくなる →放射量は打ち止め

暴走温室状態の定義 ガラスいっぱいモデルはおかしくなかった(まさに暴走温室状態) 水の総量には限界があると, ガラスの枚数を無限にはできない. こういう場合, 乾燥大気の上に湿潤大気に乗っている状態になる.

まとめ.

• Abe, Y. and T. Matsui, 1988: Evolution of an impact-generated H2O-CO2 atmosphere and formation of a hot proto-ocean on Earth. J. Atmos. Sci., 45, 3081-3101.
• Ingersoll, A. P., 1969: The runaway greenhouse: A history of water on Venus. J. Atmos. Sci., 26, 1191-1198.
• 石渡正樹, 中島健介, 竹広真一, 林祥介, 1998: 3 次元灰色大気構造の太陽定数依存性と暴走温室状態. ながれマルチメディア, http://www.nagare.or.jp/mm/98/ishiwata/index_ja.htm
• Kasting, J. F., 1988: Runaway and moist greenhouse atmospheres and the evolution of Earth and Venus. Icarus, 74, 472-494.
• Komabayashi, M., 1967: Discrete equilibrium temperature of a hypothetical planet with the atmosphere and the hydrosphere of one component-two phase system under constant solar radiation. J. Meteor. Soc. Japan, 45, 137-139.
• Matsui, T. and Y. Abe, 1986a: Evolution of an impact-induced atmosphere and magma ocean on the accreting Earth. Nature, 319, 303-305.
• 松井孝典, 1987: ブルーバックス B-689 水惑星はなぜ生まれたか, 講談社, p201, ISBN4-06-132689-9.
• Nakajima, S., Y.-Y. Hayashi, Y. Abe, 1992: A study on the "runaway greenhouse effect" with a one-dimensional radiative-convective equilibrium model. J. Atmos. Sci., 49, 2256-2266.
• Simpson, G. C., 1927: Some studies in terrestrial radiation. Mem. R. Met. Soc., II, #16.
• Gold, T., 1964: Outgassing process on the Moon and Venus. The origin and evolution of atmospheres and oceans, P. J. Brancazio and A. G. W. Cameron, Eds., Wiley and Sons, 249-256.
• 小倉義光, 1999: 一般気象学, 第2版, 東京大学出版会, pp308, ISBN4-13-062706-6.