一度きりの火星温暖化計画で、火星はかえって寒くなった

火星にはかつて水があった。谷、湖の跡の盆地、水によって変質した鉱物が、はるか昔そこに液体の水が流れていたことを示している。現在の火星の大気は6ミリバールと薄く、その二酸化炭素による温室効果の温暖化は約5度にすぎない。軌道からの探査によれば、惑星自身がもつ二酸化炭素をさらに放出しても、より温暖な状態へ転じさせるには足りない。

熱を閉じ込める塵

そこで、火星をより地球に近い環境にするというテラフォーミングに取り組む研究者たちは、人工のエアロゾルに目を向けた。強力な温室効果ガスを使うにはフッ素が必要だが、火星にはフッ素が乏しい。代わりに、以前の研究では長さ約9マイクロメートルのアルミニウムのナノロッドが提案された。惑星から出ていく赤外線に合わせて調整すれば、日光は通しつつ熱を閉じ込め、1キログラムあたりではガスより1000倍以上効果的になるという。

しかし、それらの研究は粒子がその場にとどまる、あるいは落下する分を補うために毎秒30〜60リットルの割合で絶えず大気中に散布されることを前提としていた。

一回の投与、1年間

ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学のトム・ランデフェルトとハラルト・レッシュは、惑星用に作られた3次元気候モデル「Generic Planetary Climate Model」で、別のシナリオを試した。

火星大気中の自然の塵をすべて、アルミニウムのナノ粒子で一度だけ置き換える。補充はしない。
1平方メートルあたり3400キログラムの厚い水の氷の層を、火星で最も深いくぼ地であるヘラス盆地に置く。意図的な負荷試験である。
モデルを火星の1年、669ソル（火星日）にわたって走らせる。雲、霜、降水を含む完全な水循環を組み込んでいる。

2人はこれを、通常の塵をそのまま残した対照計算と比較した。論文には、注入したアルミニウムの量は記されていない。

より寒く、より乾き、より薄く

結果は計画とは逆になった。

地表の平均気温は194.9ケルビンから191.8ケルビンに下がった。3.1度寒くなったのだ。
地表の最高気温は9度下がり、地表付近の大気はさらに大きく、平均で7度冷えた。
冷えた大気では二酸化炭素が地面に凍りついた。地表の気圧は下がり、大気は**質量の12.3%**を失った。地表の二酸化炭素の氷は24%増えた。
大気中の水蒸気は**99.65%**減り、氷が水蒸気になる速さのピークは99.8%低下した。

なぜ失敗したのか

著者らは一連の効果を挙げている。粒子は落下する。これほど薄い大気では、二酸化炭素の分子は衝突から次の衝突までに約10マイクロメートル進むので、沈んでいく粒子はほとんど抵抗を受けない。新たな供給がないため、粒子による加熱は1年のうちに弱まっていく。その一方で、ヘラス盆地の明るい氷が日光の多くを反射する。気温が下がると、水は寒い場所で凍って大気から抜け、テラフォーミングが引き起こしたいと願う水蒸気の温室効果フィードバックは始まらない。著者らは、それぞれの効果の寄与を完全には切り分けられなかった。

知っておくべき限界

これは2人の著者による、粗い解像度で1年間を計算した一回のシミュレーションだ。注入したアルミニウムの量が記されておらず、論文中のいくつかの数値は本文と表で一致していない。また、この研究は、反論の対象としている継続的な注入のシナリオを検証していない。

著者らの言葉によれば、この結果は惑星規模の気候工学がうまくいくことも、失敗する運命にあることも示していない。一度きりの注入は一時的な放射のパルスのようにふるまう。火星の気候を持続的に変えるには、はるかに多くのことが必要になるだろう。