Саймон Кинг – Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде (страница 41)

Глобальное потепление и связанные с ним изменения климата изменят привычные для нас режимы погоды, и хотя в краткосрочной перспективе нескольких дней или месяцев мы можем этого не заметить, предполагается, что экстремальные погодные явления станут чаще – в ближайшие десятилетия стоит ожидать новых рекордов.

Глобальное потепление

Часто эти понятия кажутся полными синонимами – многие действительно полагают, что они обозначают одно и то же. Однако глобальное потепление – это всего лишь один из симптомов изменения климата, к которым относятся не только антропогенные изменения, внесенные в климат суши и морей, но и естественная вариативность атмосферных режимов Земли, в том числе периодические изменения солнечной активности. Включает это понятие и последствия потепления: повышение уровня моря, таяние ледников и экстремальные природные явления. Глобальное потепление – часть большой проблемы, связанной с изменением климата. Под ним понимается потепление климата, связанное с увеличением содержания парниковых газов, которое, в свою очередь, вызвано деятельностью человека: сжиганием ископаемого топлива, методами ведения сельского хозяйства и промышленной деятельностью.

Парниковый эффект и парниковые газы – практически синоним глобального потепления. Цель постройки парника – сосредоточение максимального количества солнечного света в закрытом помещении. В этих условиях свет превращается в тепло, которое задерживается внутри; тем самым температура воздуха в парнике значительно повышается по сравнению с наружной. Парниковые газы удерживают тепло и затем испускают его вновь.

• Водяной пар

• Метан

• Углекислый газ

• Озон

• Окись азота

Энергия света попадает на Землю и поглощается поверхностью планеты, превращаясь в процессе в тепловую. Эта тепловая энергия далее излучается в нижнюю часть атмосферы. Часть ее в процессе пропадает – рассеивается. Однако значительную часть задерживают парниковые газы, поглощая и возвращая обратно. Наличие в атмосфере планеты парниковых газов означает, что процесс этот идет непрерывно, и тепло остается у земной поверхности. Причина, по которой эти газы так хорошо улавливают тепло, связана с их молекулярными строительными блоками. Все эти газы обладают достаточно свободной молекулярной структурой, которая позволяет им вибрировать при поступлении энергии. Эта инфракрасная энергия возбуждает газ и испускается обратно.

Парниковые газы необходимы для поддержания жизни на Земле. Без них общемировая температура на нашей планете была бы примерно нулевой, то есть такой, при которой вода обращается в лед. Парниковые газы – это кровь, текущая по организму, поддерживающая в нем тепло и жизнь. Уровень содержания этих невероятно важных газов должен быть не слишком высоким и не слишком низким. Как оценить это содержание? Концентрация каждого из газов оценивается по трем характеристикам:

1. Количество газа в атмосфере

2. Продолжительность пребывания в атмосфере

3. Влияние на атмосферу (потенциал глобального потепления)

Все парниковые газы удерживают тепло. Одни из них преуспевают в этом больше других. Например, метан как парниковый газ во много раз эффективнее двуокиси углерода, так что изначально оказывает куда более разрушительное воздействие на климат, активно поглощая тепло. Это побочный продукт сгорания природных газов, однако большое количество метана производится при промышленном скотоводстве, много метана выделяет при таянии и вечная мерзлота. Метан не задерживается в атмосфере столь же долго, как углекислый газ. Впрочем, содержание метана в атмосфере, как и содержание углекислого газа, также продолжает расти.

Из всех парниковых газов углекислый – самый распространенный, что и неудивительно: он участвует в процессе дыхания, его постоянно вдыхают и выдыхают животные, растения, планктон, даже камни и почва на суше и в море. Как и цикл круговорота воды, углеродный цикл состоит в поглощении, выделении и перераспределении углекислого газа. Этот цикл относится к биогеохимическим. Во время фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, который наряду с водой и солнечным светом необходим для образования углеводов. Эти углеводы накапливаются в растении, позволяя ему расти, а побочным продуктом всего процесса становится кислород, который и выделяется в атмосферу. Природа утилизирует энергию окружающей среды с невероятной эффективностью. Зеленые растения производят большую часть того кислорода, которым мы дышим, но фитопланктон и цианобактерии, скрытые под поверхностью океана, как предполагают, дают до половины кислорода во всем мире. Органические вещества, накапливающиеся в почве, формируют огромные запасы углерода в форме угля, газа и нефти. Тысячи лет люди ведут поиски залежей этого топлива, а когда поиски приобретают промышленные масштабы, огромное количество углекислого газа поступает в атмосферу и беспрецедентным образом изменяет ее долговременный нормальный состав.

Содержание углекислого газа измеряется в частях на миллион – это число молекул углекислого газа в соответствующем числе молекул воздуха после удаления водяного пара. Например, «372 части углекислого газа на миллион» значит, что в каждом миллионе молекул сухого воздуха в среднем содержится 372 молекулы углекислого газа. Этими измерениями занимаются климатологи: вводя различные значения содержания углекислого газа в компьютерные модели климата, можно вычислить реакцию Земли, которая проявляется в виде повышения общемировой температуры. За последние 800 тысяч лет содержание углекислого газа колебалось от 180 молекул на миллион в ледниковые периоды до 280 молекул на миллион в межледниковье. До промышленной революции в XIX веке содержание углекислого газа также составляло примерно 280 молекул на миллион.

В 1958 году доктор Чарльз Килинг из Океанографического института Скриппса начал регулярно фиксировать уровень содержания углекислого газа на метеостанции в потухшем вулкане Мауна-Лоа на Гавайях. Место было выбрано за отсутствие загрязнений, поэтому наблюдения обеспечивали четкие и точные данные по уровню содержания углекислого газа. Сейчас это седловая точка для климатологов мира, заложившая стандарты измерения количества углекислого газа. С 1958 года и по наши дни данные на Мауна-Лоа получают регулярно. Получившийся график, названный кривой Килинга, многое говорит об изменении содержания углекислого газа за последние 70 лет и считается вехой в истории изучения роста концентрации этого парникового газа.

График Килинга демонстрирует устойчивое повышение концентрации углекислого газа год от года, а в последние десятилетия этот рост ускорился. Интересно, что подробные наблюдения Килинга показали и сезонные вариации: содержание углекислого газа в атмосфере падает весной и летом Северного полушария, когда растущие растения в процессе фотосинтеза поглощают больше CO₂. Пик же приходится на осень и зиму и связан с процессом дыхания растений и почвы, в ходе которых выделяется гораздо больше углекислого газа. Доктор Килинг одним из первых связал рост концентрации углекислого газа со сжиганием углеводородов. Когда он начинал свою работу на Гавайях, содержание углекислого газа составляло около 316 молекул на миллион, что уже значительно превышало доиндустриальный уровень в 280 молекул на миллион. Он отмечал, что если концентрация углекислого газа повысится до 400 молекул на миллион, то угроза стремительного потепления во всем мире будет нешуточной.

В 2013 году на метеостанции в Мауна-Лоа впервые зафиксировали это значение. С того года показатель 400 молекул на миллион стал нормой, теперь же уровень растет еще быстрее. Это не первый случай, когда атмосфера Земли наполнилась углекислым газом и превратила планету в печку. Примерно 55 миллионов лет назад случился кратковременный период аномальной жары: внезапный выброс углекислого газа и метана разогрел планету более чем на 5 градусов. Это привело к массовому вымиранию морских и сухопутных обитателей, большая часть планеты стала непригодной для обитания, а арктические и антарктические воды стали по сути субтропическими. Недавно в 500 км от Южного полюса были обнаружены ископаемые остатки деревьев. Это был так называемый палеоцен-эоценовый термический максимум, продолжавшийся около 100 тысяч лет. Это отдаленное событие, случившееся еще до появления Homo sapiens, позволяет понять, что происходит прямо сейчас. Потепление медленно нарастало более 20 тысяч лет – но нынешняя эскалация выбросов СО₂ длится более 200 лет. Данные о том периоде климатической истории Земли – это не просто важный урок на будущее, но и свидетельство того, как может измениться ситуация на планете.

Основная задача климатологии – изучение чувствительности климата Земли к увеличению выбросов углекислого газа. Этот показатель демонстрирует, каким будет глобальное поверхностное потепление в результате антропогенных выбросов СО₂. Исследования чувствительности климата опираются на климатические модели, последние наблюдении и данные о предыдущих состояниях климата Земли для оценки текущих и будущих температурных тенденций. Все процессы здесь протекают сложно, необходимо учитывать некоторую неопределенность. Многие сценарии учитывают механизмы обратной связи: изменение ледяного покрова, образование облаков в связи с учащением штормовой погоды, задержка реакции океанической среды и поглощение углекислого газа. Все это значит, что в результате получается скорее некий диапазон общемировых температур в будущем, нежели четко определенный показатель.