Niekontrolowany efekt cieplarniany – efekt, w którym zachodzi dodatnie sprzężenie zwrotne pomiędzy temperaturą powierzchni planety a zmniejszoną przezroczystością atmosfery, powodującym silne globalne ocieplenie, w wyniku którego oceany ulegają odparowaniuRasool, I.; De Bergh, C. (Jun 1970). „The Runaway Greenhouse and the Accumulation of CO2 in the Venus Atmosphere” (PDF). Nature 226 (5250): 1037–1039., http://pubs.giss.nasa.gov/ dostęp 2015-10-30.Dept. Physics & Astronomy. „A Runaway Greenhouse Effect”. University of Tennessee. dostęp 2015-10-31.. Uważa się, że zjawisko takie miało miejsce we wczesnej historii planety Wenus. Według IPCC na Ziemi „niekontrolowany efekt cieplarniany – analogiczny do tego, jaki miał miejsce na Wenus – wydaje się praktycznie niemożliwy do wywołania w wyniku działalności antropogenicznej”, THIRTY-FIRST SESSION OF THE IPCC, Bali, 26-29 October 2009 IPCC-XXXI/INF. 3 (13.X.2009) Agenda Item: 3.4 (pdf) dostęp 2015-10-31., natomiast przewiduje się, że w przeciągu miliarda lat nastąpi on naturalnie, w wyniku ewolucji Słońca (chociaż niekontrolowanemu efektowi cieplarnianemu, także w tej sytuacji, może zapobiec rozwój geoinżynierii).
Nazwa ta, pomimo że nie ma to swojego uzasadnienia merytorycznego, jest czasem używana w stosunku do innych zjawisk klimatycznych zachodzących na dużą skalę. Przykładami mogą być hipotezy o wielkoskalowej emisji gazów cieplarnianych jakie mogły wystąpić podczas wymierania permskiegoBenton, M. J.; Twitchet, R. J. (2003). „How to kill (almost) all life: the end-Permian extinction event”(PDF). Trends in Ecology & Evolution 18 (7): 358–365.doi:10.1016/S0169-5347(03)00093-4. dostęp 2015-10-31.Morante, Richard (1996). „Permian and early Triassic isotopic records of carbon and strontium in Australia and a scenario of events about the Permian-Triassic boundary”. Historical Biology: An International Journal of Paleobiology 11 (1): 289–310.doi:10.1080/10292389609380546. lub paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego. Do opisu tych teorii używa się także czasem określeń nagła zmiana klimatyczna lub punkty krytyczneKennett, James; Kevin G. Cannariato; Ingrid L. Hendy; Richard J. Behl. Methane Hydrates in Quaternary Climate Change: The Clathrate Gun Hypothesis. ..
Historia terminu Termin „niekontrolowany efekt cieplarniany” został użyty po raz pierwszy w publikacji naukowca z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego, Andrew Ingersoil, w artykule opisującym model atmosfery WenusIngersoll, Andrew P. (1969). „The Runaway Greenhouse: A History of Water on Venus”. (pdf) Journal of the Atmospheric Sciences 26 (6): 1191–1198.Bibcode:1969JAtS...26.1191I. doi:10.1175/1520-0469(1969)026<1191:TRGAHO>2.0.CO;2., dostęp 2015-10-31.. Para wodna znajdująca się w atmosferze Wenus absorbowała promieniowanie emitowane przez planetę, co spowodowało dalsze ogrzewanie się planety i zwiększenie parowania. Duże stężenie pary wodnej w górnych warstwach atmosfery pozwoliło na zajście fotodysocjacji, w wyniku której lżejszy wodór uciekł z atmosfery, a tlen reagował ze skałami powierzchniowymi. Ciężka woda nie ulega tak łatwo fotodysocjacji, przez co deuter nie uciekał z atmosfery. Model ten jest potwierdzany przez stosunek ilości deuteru do wodoru, który jest na Wenus 150 razy większy niż na Ziemi.
Sprzężenia zwrotne Dodatnie sprzężenie zwrotne nie musi prowadzić do niekontrolowanego efektu cieplarnianego, ponieważ zjawisko wzmocnienia nie zawsze jest wystarczająco silne, aby do niego doprowadzić. Dzieje się tak, ponieważ zawsze towarzyszy mu silne ujemne sprzężenie zwrotne (energia wypromieniowana z powierzchni planety, zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna, zwiększa się proporcjonalnie do czwartej potęgi temperatury planety: ). Dodatnie sprzężenie zwrotne musi być w związku z tym bardzo silne, aby doprowadzić do zajścia niekontrolowanego efektu cieplarnianego.
Zwiększenie temperatury wywołane przez gazy cieplarniane prowadzące do zwiększenia parowania wody (para wodna jest także gazem cieplarnianym) powoduje dalsze ogrzewanie Ziemi, ale nie zachodzi niekontrolowany efekt cieplarniany. Efekty dodatniego sprzężenia zwrotnego są powszechne (np. sprzężenie zwrotne pomiędzy lodem a albedo), ale nie zawsze powodują one niekontrolowany efekt cieplarniany.
thumb|Niekontrolowany efekt cieplarniany mógł ukształtować klimat Wenus.
Wenus Niekontrolowany efekt cieplarniany z udziałem dwutlenku węgla i pary wodnej mógł mieć miejsce na Wenus. Według tej hipotezy na Wenus w jej wczesnej historii mogły istnieć oceany. W wyniku wzrostu jasności młodego Słońca zwiększyła się zawartość pary wodnej w atmosferze, powodując zwiększenie temperatury powierzchni oraz parowanie, w efekcie prowadząc do odparowania oceanów. Obecnie w atmosferze Wenus znajduje się jedynie niewielka ilość pary wodnej. Hipoteza niekontrolowanego efektu cieplarnianego zakłada, że para wodna, która przyczyniła się do jego powstania, uwolniła się następnie do przestrzeni kosmicznej. Dowodem potwierdzającym tę hipotezę jest bardzo wysoki stosunek ilości deuteru do wodoru w atmosferze Wenus około 150 razy większy niż na Ziemi.
Tłumaczy się to tym, że lżejszy wodór był w stanie łatwiej opuścić atmosferę niż jego cięższy izotopT.M. Donahue, J.H. Hoffmann, R.R. Hodges Jr, A.J. Watson, Venus was wet: a measurement of the ratio of deuterium to hydrogen (pdf) Science, 216 (1982), s. 630–633, dostęp 2015-10-31.De Bergh, B. Bézard, T. Owen, D. Crisp, J.-P. Maillard, B.L. Lutz, Deuterium on Venus – observations from Earth, Science, 251 (1991), s. 547–549.. Ogrzewanie Wenus przez Słońce jest wystarczająco silne, aby para wodna mogła przedostać się do wysokich warstw atmosfery i mogła być rozbita przez promieniowanie ultrafioletowe na wodór oraz tlen. W takiej sytuacji uwolniony wodór jest w stanie opuścić atmosferę, a tlen ulega dalszym reakcjom chemicznym. Dwutlenek węgla, dominujący gaz cieplarniany w wenusjańskiej atmosferze, swoją dużą, w porównaniu do ziemskiej, koncentrację zawdzięcza słabszemu efektowi recyklingu węgla. Na Ziemi, w przeciwieństwie do Wenus, w geologicznej skali czasu, zachodzi zjawisko depozycji dwutlenku węgla wyemitowanego przez wulkany w procesie subdukcji płyt tektonicznychNick Strobel. Venus. dostęp 2015-10-31 przez archiwum web.archive.org..
Ziemia Klimat Ziemi wahał się wielokrotnie w historii między okresami ciepłymi i zlodowaceniami. Swój obecny stan zawdzięcza dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu zawartości pary wodnej w atmosferze oraz zbyt dużej odległości od Słońca przy jego obecnej jasności, aby wywołać odparowanie oceanówIsaac M. Held & Brian J. Soden (November 2000). Water Vapor Feedback and Global Warming. Annual Review of Energy and the Environment 25 (1): 441–475.doi:10.1146/annurev.energy.25.1.441. dostęp 2015-10-31 On this basis, one might expect runaway conditions to develop eventually if the climate warms sufficiently. Although it is difficult to be quantitative, primarily because of uncertainties in cloud prediction, it is clear that this point is only achieved for temperatures that are far warmer than any relevant for the global warming debate.. Klimatolog John Houghton napisał, że nie ma możliwości aby wenusjański niekontrolowany efekt cieplarniany wystąpił na ZiemiHoughton, J. (May 4, 2005). Global Warming. Rep. Prog. Phys. 68 (6): 1343–1403.Bibcode:2005RPPh...68.1343H. doi:10.1088/0034-4885/68/6/R02. dostęp 2015-10-31.. James Hansen, również klimatolog, w swojej książce Storms of My Grandchildren twierdzi, że spalanie węgla i wydobycie nafty łupkowej doprowadzi w rezultacie do niekontrolowanego efektu cieplarnianego„How Likely Is a Runaway Greenhouse Effect on Earth?”. MIT Technology Review. dostęp 2015-10-31.. Ocena wpływu pary wodnej w modelach klimatycznych z 2013 roku wskazuje, że scenariusze przedstawione przez Hansena mogą być możliwe, ale wymagają dostarczenia do atmosfery dziesięciokrotnie większej ilości dwutlenku węgla niż jesteśmy w stanie wyemitować w wyniku spalenia całego węgla, ropy i gazu znajdujących się w skorupie ziemskiejKunzig, Robert. „Will Earth’s Ocean Boil Away?” National Geographic Daily News (July 29, 2013) dostęp 2015-10-31.. Ponadto, Benton i Twitchett zaproponowali inną definicję niekontrolowanego efektu cieplarnianego, której przykładami są zjawiska sugerowane jako przyczyny paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego oraz wymierania permskiego.
Przyszłość Ziemi Większość naukowców uważa, że niekontrolowany efekt cieplarniany w dalszej perspektywie jest nieunikniony, ponieważ starzejące się Słońce emituje coraz więcej energii. Za około miliard lat Słońce stanie się około 10% jaśniejsze, a temperatura powierzchni Ziemi osiągnie 47 °C wywołując dalszy gwałtowny wzrost temperatury, aż osiągnie ona stan podobny do panującego obecnie na Wenus. To potencjalnie położy kres życiu na Ziemi.
Astrobiologowie Peter Ward i Donald Browniee w swojej książce The Life and Death of Planet EarthBrownlee, David and Peter D. Ward, The Life and Death of Planet Earth, Holt Paperbacks, 2004, . twierdzą, że obecna szybkość parowania oceanów wynosi 1 milimetr na milion lat, ale wraz ze wzrostem jasności Słońca będzie ona rosnąć i może osiągnąć wartość 1 milimetra na 1000 lat. Naukowcy przewidują, że wywoła to dwa rodzaje klimatycznego sprzężenia zwrotnego: efekt „wilgotnej szklarni”, w którym para wodna stanie się dominującym składnikiem troposfery i zacznie się kumulować w stratosferze, oraz niekontrolowany efekt cieplarniany, w którym para wodna zacznie być dominującym składnikiem atmosfery, a klimat Ziemi ulegnie gwałtownemu ociepleniu. W efekcie nastąpić mógłby wzrost temperatury powierzchni Ziemi do ponad 900 °C.
Przy takich założeniach, za około 3 miliardy lat, atmosfera zostanie nasycona parą wodną, powierzchnia Ziemi ulegnie stopieniu i wszelkie życie zostanie zniszczone. Utrata oceanów sprawi, że Ziemia stanie się planetą pustynną, z jedynie kilkoma odparowującymi zbiornikami w okolicach biegunów oraz olbrzymimi, przypominającymi obecną pustynię Atakama w Chile lub Badwater w USA, słonymi równinami w miejscach obecnego dna oceanicznego, gdzie ostatnie formy życia będą być może mogły przetrwać przez kolejne kilka miliardów lat. Utrata oceanów przyczyni się do przetrwania ostatnich ocalałych form życia zamiast je zniszczyć kompletnie, jednak złożone formy życia takie jak rośliny czy zwierzęta wymrą znacznie wcześniej. Utrata wody w stanie ciekłym spowoduje zatrzymanie przemieszczania się płyt tektonicznych (woda działa jak lubrykant w procesie ruchów tektonicznych a jej utrata sprawi, że skorupa ziemska będzie zbyt twarda i sucha aby mogła zachodzić subdukcja), w efekcie czego obieg węgla zostanie zatrzymany (wygasną także wulkany emitujące dwutlenek węgla do atmosfery).
Fizyka niekontrolowanego efektu cieplarnianego Zaburzony bilans promieniowania (np. poprzez zwiększenie ilości otrzymywanego promieniowania słonecznego lub zmianę koncentracji gazów cieplarnianych, zobacz wymuszanie radiacyjne) spowoduje, że układ będzie zmieniał swoją temperaturę aż do uzyskania stanu równowagi, między ilością energii absorbowanej i emitowanej przez ciało. Dla przykładu jeśli Ziemia otrzyma więcej promieniowania słonecznego to równowaga termodynamiczna zostanie tymczasowo zaburzona (więcej energii będzie absorbowane, niż emitowane), aż do momentu osiągnięcia równowagi termodynamicznej w wyższej temperaturze.