I ett sällsynt fall av miljöframgång, FN har just meddelat att de tror att skadorna på jordens skyddande ozonskikt kommer att vara helt återställda till år 2050. Detta står i skarp kontrast till det ökande larmet över klimatnödsituationen, orsakas av en ökande växthuseffekt.

Både ozonskiktet och växthuseffekten hjälper i slutändan till att kontrollera hur mycket ultraviolett (UV) strålning från solen som når jordens yta, och hur mycket infraröd (IR) strålning som strömmar ut i rymden. Båda dessa former av strålning har en kritisk inverkan på en raketplanets beboelighet.

Att kontrollera denna strålning är helt klart en brådskande fråga på jorden. Men det är också en utmaning för dem som drömmer om att kolonisera Mars.

Ultraviolett strålning är en form av ljus som har en våglängd som sträcker sig från 10–400 nanometer (1nm är 0,000000001 meter lång). Detta är kortare och mer energiskt än synligt ljus. Däremot våglängden för ett typiskt 4G-telefonnätverk är några tiotals centimeter.

Solar-UV kan driva produktionen av det essentiella D-vitaminet i mänsklig hud, men för höga nivåer kan orsaka en rad hälsoproblem inklusive solbränna, hudcancer och grå starr. Det kan också skada växter och skada växtodlingen.

På jorden, nästan all sol-UV absorberas av ozonskiktet, en region av jordens atmosfär som sträcker sig från cirka 15–30 km på höjden. Utan det, livet på jorden skulle vara i mycket problem.

Ozon är en naturligt förekommande molekyl som består av tre syreatomer. Bildandet av denna molekyl balanseras noggrant av en process som kallas Chapman-cykeln, där ultraviolett ljus bryter ner ozonet till en enda syreatom och en syremolekyl. Naturliga faktorer kan fungera som katalysatorer för detta såsom vulkanisk aktivitet och jordens strålningsbälten.

De första observationerna att ozonbalansen var i problem gjordes på 1980-talet. Det fastställdes att den utbredda användningen och utsläppen av vissa kemikalier som klorfluorkarboner hade orsakat allvarliga skador på ozonskiktet.

Detta fick det internationella samfundet att anta Montrealprotokollet 1987 – hittills det enda FN-avtal som någonsin ratificerats av varje medlemsstat.

IR-strålning har en subtilt annorlunda effekt på jorden och andra planeter. Alla föremål avger ett spektrum av ljus beroende på deras temperatur. Ett föremål med en medeltemperatur på en miljon grader skulle i första hand sända ut röntgenstrålar (som vissa stjärnsystem gör).

Solen, vid en medeltemperatur på 5, 700°C, avger starkast i synligt ljus (särskilt i gult), medan föremål vid rumstemperatur avger IR. Det är därför människor syns tydligt i en infraröd kamera.

Solljus, främst vid synliga våglängder, passerar genom atmosfären och värmer upp jordens yta. För att upprätthålla termisk jämvikt, jorden sänder sedan ut ljus tillbaka till rymden, men det gör det i IR. Vissa molekyler i atmosfären låter en stor mängd synligt ljus passera igenom (vilket är anledningen till att de är osynliga för det mänskliga ögat) men reflekterar tillbaka eller sprider IR-ljuset som sänds ut av ytan – vilket gör ytan varmare.

Kemikalierna som är involverade i denna process är vad vi känner som växthusgaser, den mest kända är koldioxid, men metan och lustgas är också viktiga. Det som komplicerar klimatfrågan är att vattenånga och ozon i sig också är växthusgaser.

Detta är en av många faktorer som gör klimatmodellering till ett mycket komplext ämne. Växthuseffekten i sig brukar beskrivas som en dålig sak, men det är faktiskt viktigt för livet. Utan någon växthuseffekt, det är relativt lätt att visa att jorden skulle ha en medeltemperatur på -24°C, istället för våra nuvarande 14°C.

Men som många naturliga processer, mänsklig aktivitet har modifierat växthuseffekten så att denna väsentliga egenskap hos vår planets beboelighet nu blir farlig. Vi har gott om bevis för att människor har ökat mängden växthusgaser i atmosfären, och som resultat, den globala medeltemperaturen.

Lektioner för kolonisatörer

Utmaningen för framtida kolonister som hoppas kunna leva på Mars är den omvända mot den på jorden. Dess tunna atmosfär gör att även om det finns en stor koncentration av koldioxid, växthuseffekten är ganska svag och behöver förstärkas. Men en nyligen genomförd studie har visat att även om den återstående koldioxiden i stenar på Mars förångades och fördes ut i atmosfären, det skulle inte finnas tillräckligt av det för att generera en tillräcklig växthuseffekt för att göra planeten varm nog att leva på.

Jämfört med jorden, det finns också väldigt lite ozon på Mars, och den tunna Marsatmosfären tillåter mycket mer sol-UV att nå ytan. Så intensiv är denna strålning att de översta centimeterna av Marsjorden i princip steriliseras en gång om dagen, med alla komplexa molekyler som kan vara användbara för att liv förstörs.

Så vad kan vi göra för att göra klimatet mer likt jordens? Tidigare idéer har innefattat att installera en jättemagnet i rymden nära Mars för att skydda atmosfären och avfyra kärnvapen mot ytan.

En färsk artikel föreslår att vi skulle kunna använda kiseldioxidaerogel - ett syntetiskt och ultralätt material tillverkat genom att ta en gel och ersätta den flytande komponenten med en gas - för att täcka delar av ytan. Detta skulle i själva verket fungera som ett artificiellt ozonskikt, är nästan genomskinlig i synligt ljus men blockerar UV.

Användningen av kiseldioxidaerogel skulle också snabbt värma upp marken under den till över vattnets fryspunkt genom en artificiell växthuseffekt. Att placera kiseldioxidaerogelsköldar över isrika områden på ytan skulle skapa en miljö som lämpar sig för växttillväxt, med minimal mänsklig inblandning.

Detta ensamt kan inte terraforma den röda planeten, eftersom Mars atmosfär ständigt förloras till solvinden. Dock, det skulle åtminstone ge en mycket mindre fientlig miljö, i mindre skala, för framtida besökare. Även om det fortfarande är svårt, detta är för närvarande det mest praktiska sättet att göra områden på Mars till en mindre extrem miljö.

I sista hand, framgången med Montrealprotokollet visar både hållbarheten av kollektiva internationella åtgärder för att lösa ett miljöproblem, och att miljömodifiering är möjlig på planetarisk skala på ganska kort tid. Det visar också tydligt hur känsliga planetariska miljöprocesser kan vara för artificiella förändringar, på gott eller ont.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.