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40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...

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online_member 发表于 2023-2-20 07:49:09 | 显示全部楼层
2020年6月更新,FYSP 被认为已经不再是一个悖论,该问题学术界已经解决。
<hr/>这个问题是著名的“Faint Young Sun Paradox” (暗淡年轻太阳悖论?)。因为太阳内部核聚变过程,太阳亮度随着年龄增加而不断上升,在过去46亿年里每一时间点的太阳亮度可以用一个简单公式来估算: 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...343 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 , 代表过去的时间以10亿年(Gyr)为单位, 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...364 / 作者:123457278 / 帖子ID:11208540 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...768 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 分别代表太阳亮度在  以前和今天太阳亮度。比如说,40亿年前 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...484 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 ,插入公式后得到 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...367 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 ,说明40亿年前太阳亮度比今天低 26%。
如果把和现代一模一样的大气成分复制到40亿年前的地球,地表平均温度会降低到-30-40℃以下。但这和30-40亿年前的地质记录不符合,因为当时地表已经发展出了海洋和生态圈,怎么说也得在>0℃。为了解决这个问题就提出了很多假说。这里稍微介绍一下:

  • 太古宙大气中含有更大量 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...481 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 ,相比之下今天大气 40 亿年前太阳比现在黯淡许多,是不是地球的温度也比现在低 ...759 / 作者:123457278 / 帖子ID:112085 。受碳循环控制,在40亿年前  可能会达到现在的1000倍,增强反向风化和减弱大陆风化共同维持了高(Krissansen-Totton, Arney & Catling, 2018; Isson & Planavsky, 2018)。陆地面积是在30亿年前之后才开始大规模生长的。
  • 在早期大气还没有氧化时,可能还含有其他比如甲烷和氢气这种还原温室气体(Sagan and Mullen, 1972)。1% 甲烷含量配合100倍现代  也可以保证温暖气候(Krissansen-Totton, Arney & Catling, 2018)。或者,在仅有10倍现代,2-3倍巴尔氮气和10% 氢气足以温暖地表(Wordsworth & Pierrehumbert, 2013)。
  • 地球在太古宙快速自转时会减少全球云覆盖率和减弱冰雪反馈,再加上当时可能没有大陆面积(海洋反照率0.06,大陆在0.2-0.4),使得当时地球整体反照率比现代低很多,所以地球系统可以吸收更多的太阳能量(Jenkins, Marshall & Kuhn, 1993; Rosing et al., 2010; Spalding & Fischer, 2019)。
  • 标准的太阳演化模型可能是错的,早期太阳亮度实际上并没有这么低。如果5% 原始太阳质量在活跃阶段被太阳风和日冕物质抛射时喷出去了,不考虑这5% 质量会严重影响太阳的演化经历模型,比如说FYSP就不存在了(Minton & Malhotra, 2007)。但这个模型并不受欢迎,而且基本可以被排除。原因在于它要求很大程度的fine-tuning(the parameters of a model must be adjusted very precisely in order to fit with the observations),其他太阳类恒星早期的质量损失率也不足够达到5%(Drake et al., 2013)。
比FYSP难得多的是Early Mars Climate Paradox(早期火星气候悖论?)。当时火星接受的辐射量甚至比传统宜居带允许的下限还低,然而地表却有发达的河流、湖泊和海等复杂的水文系统,单纯高  完全解释不了的现象,必须要求其他大气成分。
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