Читать книгу "Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы - Брайан Грин"

То был знаменательный день для дипломатии. Непросто заставить 195 стран сойтись хоть в чем-то, не говоря уже о таком сложном вопросе, как изменение климата и меры по его предотвращению. Это соглашение стало важным посылом мировых лидеров о реальности климатической угрозы.

Переговоры в Париже опирались на экспертизу тысяч ученых. Более века наблюдений потребовалось, чтобы получить хоть какое-то представление о климатической системе. Основываясь на полученных данных и их интерпретации, научное сообщество сделало вывод – нельзя допустить глобального повышения температуры более чем на 2 °C относительно доиндустриальной эпохи. Лучше было бы даже не приближаться к этой отметке. Означенная цифра соответствует количеству углерода, который мы еще можем себе позволить сжечь. В этом вопросе есть много неопределенностей. Мы точно не знаем, насколько теплее станет планета, если мы удвоим количество диоксида углерода в атмосфере. И мы не можем предвидеть эффект, который такое потепление окажет на человечество.

Но все же мы довольно много знаем о рисках и угрозах. С учетом этих известных факторов был достигнут широкий консенсус: 2 °C – верхний возможный лимит, а 1,5 °C было бы лучше. Чтобы не пересекать этих воображаемых границ, страны утвердили общий план. Он сводится к тому, чтобы сократить выбросы парниковых газов до нулевого нетто-показателя ко второй половине XXI века. В 2070-х годах остаточные выбросы должны будут компенсироваться соответствующими поглотителями углерода.

Вот еще один снимок Земли. Но в отличие от первого, он сделан при помощи камеры, чувствительной к инфракрасному (тепловому) излучению (см. с. 4 вклейки). Ключевое отличие от «Голубого шарика» в том, что здесь вы не видите поверхности планеты, потому что атмосфера непрозрачна для инфракрасного излучения. Тепловое излучение, поднимаясь с Земли, несколько раз поглощается атмосферой. При каждом поглощении оно излучается вновь в случайном направлении. В итоге получается, что излучение с одинаковой вероятностью отражается обратно, в сторону поверхности, или продолжает свой путь наверх. В то же время в атмосфере есть и другие физические процессы, например, конвекция, выталкивающая тепло наверх. В конце концов, инфракрасное излучение достигает высоты, на которой лежащие выше слои атмосферы достаточно прозрачны, чтобы излучение могло ее покинуть, оказаться в космосе. Здесь его и улавливает фотокамера.

Характерная температура исходящего от Земли теплового излучения – около –15 °C. Это заметно ниже температуры замерзания. Кислород и азот, составляющие до 99 % атмосферы, прозрачны для инфракрасного излучения. Если бы в нашей атмосфере не было следовых газов – непрозрачного водяного пара, углекислого газа, метана и других – нечему было бы удержать это излучение, и температура поверхности Земли составляла бы те самые –15 °C. Именно парниковый эффект нагревает нашу планету до среднего значения примерно +15 °C – вполне комфортного для жизни.

Не будь парникового эффекта, мы здесь не сидели бы. Так что это, в целом, отличная штука. Но добавляя диоксид углерода в атмосферу (сжигая ископаемое топливо), мы сделали ее менее прозрачной. Даже интуитивно понятно, что такие перемены приведут к потеплению. И здесь интуиция вас не обманывает.

Когда я руководил Британской антарктической службой, наши гляциологи приняли участие в европейском проекте по глубокому бурению антарктического льда. Лед и снег в Антарктике ложится на землю слоями, год за годом. По мере бурения на все большую глубину мы как бы путешествуем назад во времени. Самые большие ледяные керны достигают длины в три с половиной километра. Льду, лежащему на их дне, – 800 000 лет. Дальше (ниже) мы пока не смогли попасть. Есть места, где рассчитывают найти слой еще более древнего льда, которому может быть миллион лет или еще больше. В этом льду содержатся пузырьки воздуха – образцы воздуха прямиком из доисторических времен. Эти образцы намного старше, чем само человечество.

Мы измеряем химический и изотопный состав воздуха в этих пузырьках, чтобы изучить эволюцию концентрации углекислого газа и температуры в Антарктике за эти восемьсот тысяч лет. А затем мы строим график, который явно свидетельствует о некоей периодичности. Эти колебания – ледниковые периоды. Небольшие изменения в форме орбиты Земли и ее наклона относительно Солнца влияют на количество поглощаемой солнечной энергии и ее географическое распределение. Эти изменения задают циклы с периодом в 110 тысяч лет, в течение которых ледяные покровы растут, а потом тают. В течение таких циклов глобальная температура колеблется в пределах примерно 5 °C, а количество диоксида углерода в атмосфере – между примерно 180 единицами в холодной фазе и примерно 280 единицами в теплой. Количество парниковых газов и температура планеты – связанные показатели. Измени одно – и второе тоже изменится. Обратите внимание, что естественное колебание уровня диоксида углерода – примерно 100 единиц.

За последние сто лет мы сожгли столько ископаемого топлива, чтобы построить и обеспечить современный мир, что содержание диоксида углерода в воздухе повысилось еще на сто единиц – мы преодолели отметку в 400. Если вы сделаете глубокий вдох, то в ваших легких окажется такой воздух, каким никогда не дышали наши предки. Планета совершенно точно не видела таких высоких концентраций углекислого газа за последние 800 тысяч лет, а скорее всего, за 15 миллионов лет. Всего за один век мы подняли содержания диоксида углерода в атмосфере до значений, достигаемых за весь цикл ледникового периода. И мы движемся в сторону потепления, подобного которому планета не видела уже много миллионов лет.

Мы убедились, что, добавляя двуокись углерода и другие парниковые газы в атмосферу, нарушаем энергетический баланс планеты. Так куда уходит «лишняя» энергия? Около 93 % уходит в океан. Это происходит потому, что океаны темные и занимают 70 % поверхности земли. Оставшиеся 7 % распределяются – часть растапливает льды, а часть нагревает континенты и атмосферу. Так что, если мы ищем признаки энергетического дисбаланса, то смотреть нужно в океан. И мы действительно смотрим туда. У нас есть специальные поплавки, их почти 4000, каждый периодически ныряет на глубину в пару тысяч метров и по возвращении передает результаты измерения по спутниковой связи. Показатели, снятые этими поплавками, свидетельствуют, что теплосодержание океанов стабильно растет.

Альтернативный чрезвычайно надежный способ выяснить, что происходит в океане, заключается в замере повышения уровня моря. Вода действует как термометр. Те из вас, кто помнит жидкие градусники, знают, что при нагревании жидкость в резервуаре расширяется и отметки на градуснике отражают ее температуру. В случае с океаном жидкость дополнительно удерживается гравитацией. Но все же, когда океан нагревается, он расширяется. Это расширение питается также водными потоками от таяния льда на суше. Современные спутники, оснащенные сверхчувствительными радарами, могут измерять повышение уровня моря по всему земному шару. Данные усредняются, чтобы мы имели одну цифру для всей планеты. Такие наблюдения со временем показали, что уровень Мирового океана сегодня увеличивается более чем на 30 сантиметров в столетие. Это значимые с геологической и практической точки зрения показатели. Нынешние темпы составляют примерно одну четвертую от того устойчивого повышения уровня моря, которое имело место между последним ледниковым периодом и нынешним межледниковьем, когда ледяные покровы таяли, а океан нагревался. Все это угрожает прибрежным сообществам и инфраструктуре. Каждый десятый из нас – всего около 750 миллионов человек – живет в низменном прибрежном районе.