Hvad jordens skiftende klima kan lære os om at ændre Mars' overflade

I et sjældent tilfælde af miljømæssig succes, FN har netop annonceret, at de mener, at skaderne på Jordens beskyttende ozonlag vil være fuldt genoprettet inden år 2050. Dette står i skærende kontrast til den stigende alarm over klimakrisen, forårsaget af en stigende drivhuseffekt.

Både ozonlaget og drivhuseffekten hjælper i sidste ende med at kontrollere, hvor meget ultraviolet (UV) stråling fra solen når jordens overflade, og hvor meget infrarød (IR) stråling der slipper ud i rummet. Begge disse former for stråling har en kritisk indvirkning på beboeligheden af ​​en raketplanet.

Det er klart at kontrollere denne stråling er et presserende problem på Jorden. Men det er også en udfordring for dem, der drømmer om at kolonisere Mars.

Ultraviolet stråling er en form for lys, som har en bølgelængde på mellem 10-400 nanometer (1nm er 0,000000001 meter i længden). Dette er kortere og mere energisk end synligt lys. Derimod bølgelængden af ​​et typisk 4G-telefonnetværk er et par tiere centimeter.

Solar-UV kan drive produktionen af ​​det essentielle D-vitamin i menneskelig hud, men overskydende niveauer kan forårsage en række sundhedsproblemer, herunder solskoldning, hudkræft og grå stær. Det kan også skade planter og skade afgrødeproduktionen.

På jorden, næsten al sol-UV absorberes af ozonlaget, et område af Jordens atmosfære, der strækker sig fra omkring 15-30 km i højden. Uden det, livet på jorden ville være i en masse problemer.

Ozon er et naturligt forekommende molekyle bestående af tre iltatomer. Dannelsen af ​​dette molekyle er omhyggeligt afbalanceret af en proces kaldet Chapman cyklus, hvor ultraviolet lys nedbryder ozonen til et enkelt iltatom og et iltmolekyle. Naturlige faktorer kan fungere som katalysatorer for dette, såsom vulkansk aktivitet og Jordens strålingsbælter.

De første observationer af, at ozonbalancen var i problemer, blev lavet i 1980'erne. Det blev fastslået, at den udbredte brug og emission af visse kemikalier såsom chlorfluorcarboner havde forårsaget alvorlig skade på ozonlaget.

Dette fik det internationale samfund til at vedtage Montreal-protokollen i 1987 - indtil videre den eneste FN-aftale, der nogensinde er ratificeret af hvert medlemsland.

IR-stråling har en subtil anderledes effekt på Jorden og andre planeter. Alle objekter udsender en række lys afhængigt af deres temperatur. Et objekt ved en gennemsnitlig temperatur på en million grader ville primært udsende røntgenstråler (som nogle stjernesystemer gør).

Solen, ved en gennemsnitstemperatur på 5, 700°C, udsender stærkest i synligt lys (specifikt i gult), mens genstande ved stuetemperatur udsender i IR. Det er derfor, folk dukker tydeligt op i et infrarødt kamera.

Sollys, primært ved synlige bølgelængder, passerer gennem atmosfæren og opvarmer jordens overflade. For at opretholde termisk ligevægt, Jorden udsender derefter lys tilbage til rummet, men det gør det i IR. Visse molekyler i atmosfæren lader en stor mængde synligt lys passere igennem (hvilket er grunden til, at de er usynlige for det menneskelige øje), men reflekterer tilbage eller spreder det IR-lys, der udsendes af overfladen, hvilket gør overfladen varmere.

Kemikalierne involveret i denne proces er, hvad vi kender som drivhusgasser, den mest kendte er kuldioxid, men metan og lattergas er også vigtige. Det, der komplicerer klimaspørgsmålet, er, at vanddamp og ozon i sig selv også er drivhusgasser.

Dette er en af ​​de mange faktorer, der gør klimamodellering til et meget komplekst emne. Selve drivhuseffekten beskrives normalt som en dårlig ting, men det er faktisk afgørende for livet. Uden drivhuseffekt, det er relativt nemt at vise, at Jorden ville have en gennemsnitstemperatur på -24°C, i stedet for vores nuværende 14°C.

Ligesom mange naturlige processer dog, menneskelig aktivitet har ændret drivhuseffekten således, at denne væsentlige egenskab ved vores planets beboelighed nu er ved at blive farlig. Vi har rigeligt med beviser for, at mennesker har øget mængden af ​​drivhusgasser i atmosfæren, og som et resultat, den globale gennemsnitstemperatur.

Lektioner for kolonisatorer

Udfordringen for fremtidige kolonister, der håber at leve på Mars, er den modsatte af den på Jorden. Dens tynde atmosfære betyder, at selvom der er en stor koncentration af kuldioxid, drivhuseffekten er ret svag og skal boostes. Men en nylig undersøgelse har vist, at selvom den resterende kuldioxid i klipperne på Mars blev fordampet og sat i atmosfæren, der ville ikke være nok af det til at generere en tilstrækkelig drivhuseffekt til at gøre planeten varm nok til at leve på.

Sammenlignet med Jorden, der er også meget lidt ozon på Mars, og den tynde Marsatmosfære tillader meget mere sol-UV at nå overfladen. Så intens er denne stråling, at de øverste få centimeter af Marsjord i det væsentlige steriliseres en gang om dagen, med eventuelle komplekse molekyler, der kan være nyttige for liv, der bliver ødelagt.

Så hvad kan vi gøre for at gøre klimaet mere lig Jordens? Tidligere ideer har inkluderet at installere en gigantisk magnet i rummet nær Mars for at beskytte atmosfæren og affyre atomvåben mod overfladen.

Et nyligt papir foreslår, at vi kunne bruge silica aerogel - et syntetisk og ultralet materiale fremstillet ved at tage en gel og erstatte den flydende komponent med en gas - til at dække områder af overfladen. Dette ville i realiteten fungere som et kunstigt ozonlag, er næsten gennemsigtig i synligt lys, men blokerer UV.

Brugen af ​​silicaaerogel ville også hurtigt opvarme jorden under den til over frysepunktet for vand ved hjælp af en kunstig drivhuseffekt. Anbringelse af silicaaerogel-skjolde over isrige områder af overfladen ville skabe et miljø, der er egnet til plantevækst, med minimal menneskelig indgriben.

Dette alene kan ikke terraforme den røde planet, da Mars-atmosfæren konstant går tabt til solvinden. Imidlertid, det ville i det mindste give et meget mindre fjendtligt miljø, i mindre skala, for fremtidige besøgende. Selvom det stadig er en vanskelig udsigt, dette er i øjeblikket den mest praktiske måde at gøre områder på Mars til et mindre ekstremt miljø.

Ultimativt, Montreal-protokollens succes viser både levedygtigheden af ​​en kollektiv international indsats for at løse et miljøproblem, og at miljøændringer er mulig på planetarisk skala på ganske kort tid. Det viser også tydeligt, hvor følsomme planetariske miljøprocesser kan være over for kunstige ændringer, på godt og ondt.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.