«Динозавры тоже могли рассуждать о климате, но ударил астероид — и всё»
Климатолог Александр Чернокульский объясняет, когда уйдет под воду Лондон и почему парниковый эффект — это хорошо
— Против теории глобального потепления высказывается множество скептиков. Астрофизики обещают, наоборот, глобальное похолодание, связанное со снижением активности Солнца. Что нас ждет на самом деле?
— Среди ученых, среди физиков, среди тех, кто реально занимается теорией климата, споров нет последние лет 25‒30. Были за это время, скорее, количественные уточнения, но споры закончились еще в 1990-х.
— Само по себе отсутствие споров в науке — это звучит уже странно.
— Ученые отлично понимают, что климат менялся всегда и продолжает меняться, и споров нет именно о причинах современного потепления. Это как работа скульптора, задача которого — взять глыбу мрамора и отсечь от нее лишнее. Ученые постепенно отсекли все лишнее, и в итоге выкристаллизовалась именно та теория, которая есть на данный момент.
Причин для изменения климата, на самом деле, много, современная климатология старается учитывать все:
- солнечную активность,
- астрономические факторы,
- химический состав атмосферы,
- вулканическую активность,
- внутренние циклы.
И результаты исследования ледниковых кернов, и данные прямых наблюдений показывают: рост содержания СО2 в атмосфере сейчас достиг беспрецедентных значений за последние 800 тысяч лет. В течение миллиона лет его концентрация колебалась в пределах значений 180–300. Речь идет о количестве вещества: из миллиона всех молекул воздуха, сколько приходится на молекулы СО2.
Так вот, за последние 100 лет концентрация СО2 резко рванула вверх и уже выросла до 415.
— С чем вы связываете этот «рывок»?
— Логично предположить, что откуда-то идет большой поток СО2. Теоретически он может идти от вулканов. Может быть, у нас за последние 100 лет резко выросла вулканическая активность? Нет, ничего подобного вулканологи не фиксируют. Смотрим другие факторы — и доходим до потока от сжигания ископаемого топлива. Эти цифры известны: сколько угля, нефти, газа мы сжигаем ежегодно. Можно вычислить поток СО2. Что-то добавляет сельское хозяйство, но меньше. Суммарный поток углекислого газа в атмосферу сейчас — около 10 гигатонн углерода в год. Балансовые оценки и измерения говорят нам, что около 6 гигатонн поглощают примерно поровну океан и наземные экосистемы. От этого биота становится более зеленой, океан — более кислым. В атмосфере остаются 4 гигатонны углерода. Они-то и дают тот самый рост концентрации СО2.
Но выводы ученые делают не только по балансовым оценкам. Наблюдения показывают, что меняется изотопный состав углекислого газа в атмосфере. В середине XX века ученые отметили снижение концентрации изотопа 14С, который образуется в верхних слоях атмосферы. Это подсказало физикам, что появился какой-то новый источник СО2, не содержащий этого изотопа. Потом ученые смогли оценить уже и соотношение 12С и 13С — и увидели сокращение содержания последнего. А это уже — как отпечатки пальцев.
И зная, сколько сжигается углеводородов, ученые смогли утверждать, что рост содержания СО2 в атмосфере связан именно со сжиганием ископаемого топлива.
— И это показывает, что виноват именно человек?
— Давайте не будем использовать слово «виноват». Никто из физиков-климатологов никому в вину ничего не ставит. Ученые вообще не говорят о вине.
— По-другому спрошу: человек за это отвечает?
— Отвечает. Ученые — физики, химики — в результате наблюдений и исследований абсолютно уверенно определили, что причина роста содержания СО2 — сжигание ископаемого топлива.
— Какой тут механизм?
— В атмосфере земли есть так называемые парниковые газы. Основной из них — водяной пар, на втором месте — СО2, потом другие газы. Парниковые газы обладают важным свойством: практически не реагируют на коротковолновое излучение и, наоборот, активно реагируют на длинноволновое. Со школы вы должны знать, что чем жарче тело — тем на более коротких волнах от него идет максимум излучения. А Земля гораздо холоднее Солнца. Часть коротковолнового излучения от Солнца уходит обратно в космос, отраженная облаками и поверхностью Земли, но основная часть нагревает Землю. И Земля потом излучает сама. Не буду утомлять вас теорией, но смысл в том, что обратно в космос уходит меньше излучения, чем в случае, если бы у нас не было атмосферы. Это и есть парниковый эффект, важнейшее свойство нашей планеты.
Без него температура на Земле была бы в среднем –18 градусов. А так она +15 градусов. То есть благодаря парниковому эффекту мы получаем разницу в среднем 33 градуса.
— То есть парниковый эффект — это хорошо.
— Конечно. Это еще в начале XIX века рассчитал физик Жозеф Фурье. Он понял, что в атмосфере есть некое излучение, благодаря которому температура выше, чем должна быть, учитывая расстояние до Солнца и его светимость. Он это назвал «невидимым излучением атмосферы».
— Тогда почему парниковый эффект ругают, из-за него, мол, потепление?
— А мы его немного усиливаем именно тем, что добавляем в атмосферу СО2. Сейчас мы его усилили условно на 3%, от этого температура повысилась примерно на 1 градус. Атмосферу в этом смысле можно сравнить с луковицей. То есть излучение идет как бы «слоями». Один слой поглотил — переизлучил, потом второй, потом третий.
— Как одеяло?
— Как много-много одеял. Увеличив концентрацию СО2, мы как будто накрываем планету еще одним одеялом. В начале XXI века это было подтверждено еще и инструментально. Были проведены уже детальные эксперименты по измерению количества энергии, приходящей к Земле от атмосферы в очень узких спектральных каналах, связанных с переизлучением именно от молекул СО2. В 2015 году на эту тему выходила статья в Nature. То есть было инструментально подтверждено, что рост СО2 в атмосфере конвертируется в то, что к Земле приходит больше энергии. В последние годы появилось несколько работ, где показано по спутниковым данным, что к Земле приходит больше энергии, чем от нее уходит.
— Пока все это не опровергает теорию о возможном будущем похолодании. В любом случае, энергия идет от Солнца, и если оно снизит активность, то «лишнее одеяло» может «греть» недостаточно.
— Солнце светит очень стабильно, его изменчивость во времени — это примерно 0,1% в изменении климата. Если перевести это в ватты на метр квадратный, то в целом энергии от Солнца к нам приходит 340 Вт/м2. Изменчивость, связанная с Солнцем, дает примерно 0,2 Вт/м2. А суммарное антропогенное воздействие — около 2,5 Вт/м2. То есть в 10 раз больше, чем изменчивость солнечной активности.
Кроме того, если бы за изменение климата отвечало только Солнце, то атмосфера нагревалась бы равномерно — и нижние слои, и средние, и верхние. В Институте физики атмосферы с 1958 года ведутся наблюдения, которые показывают: верхние слои атмосферы становятся холоднее. Усиливается парниковый эффект — и тепло остается внизу, у поверхности Земли, а наверх идет меньше, там холодает.
Наконец, важный элемент в атрибуции нынешнего потепления — результаты климатических моделей. У нас нет еще одной Земли, на которой можно было бы провести эксперимент, например — удвоить там концентрацию СО2 и посмотреть, как изменится температура. Поэтому создаются для экспериментов «цифровые двойники» Земли. Увеличиваем, например, солнечную активность и смотрим, как меняется температура в разных слоях атмосферы, что происходит с осадками и так далее. А что если «включить» посильнее вулканы? А если теперь учесть антропогенный фактор?
Эксперименты показывают: без учета антропогенных факторов воспроизвести современное потепление невозможно.
— При этом прогнозы астрофизиков о будущем новом ледниковом периоде подтверждают и геологи.
— Причем у тех и других в прогнозах речь идет о разных «ледниковых периодах». Астрофизики говорят о повторении снижения солнечной активности, наподобие того, что было в XVII веке. Тогда еще и вулканы прилично добавляли аэрозоль в атмосферу, в сумме это привело к достаточно холодным векам, которые и назвали малым ледниковым периодом. У геологов свое «глобальное похолодание», они как раз говорят, скорее, о настоящей ледниковой эпохе.
— А на самом деле?
— Температурный максимум нашего межледниковья был 5‒7 тысяч лет назад, с тех пор Земля стала двигаться к новой ледниковой эпохе, которая должна была наступить через несколько тысяч лет. Заметьте: не завтра, не послезавтра и даже не в ближайшее 100‒200 лет.
И температура на Земле действительно понижалась. Понижалась, понижалась, а потом бац — и резко пошла вверх. Просто потому, что человек стал сжигать углеводороды.
По некоторым прогнозам, в середине XXI века действительно ожидается снижение температуры. Но ведь это еще не климат, надо делать следующий шаг. И его уже сделали климатологи — на основе данных как раз от астрофизиков. Несколько независимых научных групп посчитали, что ожидаемое снижение солнечной активности, если оно будет таким, как предсказывают, приведет разве что к замедлению потепления. Слишком высока сейчас концентрация парниковых газов в атмосфере.
— Получается, была какая-то цикличность в изменениях климата, а тут человек возьми да и вмешайся?
— Совершенно верно. Но я предлагаю рассматривать воздействие человека просто как одно из так называемых импактных событий. Например, ударяет по планете астероид, поднимает в атмосферу тучу пыли, которая отражает солнечный свет, начинается резкое похолодание — и все живое вымирает. Астероид — тоже импактное событие.
— Ядерную зиму так описывают.
— Механизм похожий, да.
И ядерный удар тоже стал бы импактным событием. Но сейчас, в данный конкретный момент, импактное событие — это человек, который выкопал уголь, нефть, копившиеся миллионы лет, сжег их за десятки лет и резко изменил химию атмосферы, усилив парниковый эффект.
Вот, собственно, и все. Я часто слышу, как скептики говорят: климат всегда менялся, миллионы лет назад тоже было холодно, потом теплело… Знаете, динозавры тоже могли рассуждать о естественности перемены климата, но вот ударил астероид — и всё.
— Правильно ли я поняла, что изменение климата — это нормально, он меняется миллионы лет, не будь человека, он бы все равно менялся?
— Как физик-климатолог я тоже скажу: да — это нормально, если под нормой понимать то, что система реагирует на внешнее воздействие. Вот если бы она не реагировала — это было бы не нормально.
— Почему тогда столько шума вокруг того, что люди должны как-то ослабить влияние на климат?
— Люди обсуждают не столько само изменение климата, сколько его влияние на нас, на нашу цивилизацию. Для человеческой цивилизации отрицательные последствия преобладают над положительными.
— Растительность становится зеленее, зима теплее. В чем именно отрицательные последствия?
— Поднимается уровень океана. Усиливается жара. Тают многолетнемерзлые породы. В ряде субтропических регионов учащается засуха. Где-то учащаются наводнения. В общем, быстро меняется климат — и в итоге вы живете в условиях, к которым не привыкли. Вы приспособились к одной температуре, а она резко меняется на другую. В каких-то регионах поднимается до таких значений, при которых человеческий организм вообще не может долго существовать.
Есть, конечно, и положительные перемены. Да — биота становится зеленее. В нашей стране морозы ослабевают. Смертность от холода снижается. Но это все вопросы разного порядка. Я физик, я стараюсь отвечать на вопрос «почему меняется климат?». Этот вопрос нельзя подменять дискуссией «плохо это или хорошо». Это просто разные вещи. Физика не зависит от оценок, насколько хорошо или плохо человеку. Хотя глобально человечеству действительно будет плохо, если повышение дойдет до 3‒4 градусов. А такие расчеты есть.
— Насколько обоснованны жуткие прогнозы, будто ледники растают, Лондон уйдет под воду, половина Европы потонет?
— По прогнозам, к концу XXI века уровень океана поднимется на полметра-метр. Давайте посмотрим на физическую карту Лондона и подсчитаем, уйдет ли он под воду. Есть вещи, которые должны рассчитывать уже не столько климатологи и физики, сколько технологи, экономисты и политики. Если государства правильно оценят прогнозы, верно подсчитают риски, они поймут, например, что где-то надо укреплять береговую линию.
Есть вероятность, хотя ученые пока оценивают ее как очень низкую, что к концу XXIII века, если ничего не изменится, уровень Мирового океана может подняться на 15 метров. Но то, что с ускорением тает Гренландия, видно по спутниковым данным уже сейчас.
Уровень Мирового океана растет с ускорением, у него есть, что называется, «рост роста». Это грозит затоплением достаточно многим территориям.
— Вот как верить таким прогнозам? В 1972 году советский климатолог Михаил Будыко предсказывал, что к 2019-му исчезнет половина многолетних льдов Арктики. Разве это случилось?
— Около 40 процентов льда в Арктике действительно исчезло. Сократилась не только площадь, но и толщина льда. Если раньше она была в среднем около 3 метров, то сейчас — около полутора. То есть это Будыко как раз очень точно все предсказал. И рост средних температур он 50 лет назад предсказал практически идеально.
— В XX веке производства в мире в целом были более грязными, а потом человечество начало принимать меры по снижению выбросов. Климатологи пересмотрели прогнозы?
— Пока о результатах мер по снижению выбросов говорить рано. С точки зрения влияния на климат ничего особенно не изменилось. Из-за пандемии в 2020 году выбросы СО2 снизились на 7%, но сейчас снова идет рост. Климатологи рассчитывают изменения по разным сценариям. Если дальше человечество пойдет по «зеленому» пути развития, прогноз один. Если продолжит максимально использовать углеводороды, но при этом вложит максимальные деньги в адаптацию к изменению климата, то это уже другой прогноз. И так далее. Зависит все от того, как люди смогут договориться о вариантах поведения.
— О чем именно надо договориться?
— Очевидно, что надо снижать углеродный след. Как именно снижать — вопрос, скорее, не к физику. Задайте его экономистам, энергетикам, политикам, технологам. Очевидно, что ключевые отрасли — энергетика, транспорт, промышленность, сельское хозяйство. Нужны технологии, нужны исследования, нужен анализ действий. Регуляторика тоже нужна — хотя бы для того, чтобы бизнесу было выгодно заниматься новыми технологиями, пытаясь улавливать СО2. Очевидно, что это не может подменить собой снижение эмиссий, но если мы хотим удержать потепление в разумных пределах, то наряду со снижением придется научиться улавливать СО2.
— Нельзя ли улавливать СО2, просто сажая больше лесов и садов?
— Это самый простой способ, но потенциал у него ограничен. И с ним есть несколько проблем. Во-первых, рост температуры влияет на дыхание почвы: при очень большом потеплении оно может стать настолько сильным, что вместе с дыханием растений перекроет поглощение СО2 при фотосинтезе. То есть будет выделяться больше СО2, чем поглощаться. Во-вторых, деревья стареют, их способность поглощать СО2 снижается. И что делать дальше с посаженным лесом? Рубить и сажать новый? А срубленный куда девать? Еще один важный момент — пожар. При пожаре весь углекислый объем газа, поглощенный лесом из атмосферы, возвращается обратно.
— Вы хотите сказать, что улавливать надо в прямом смысле? Изымать СО2 из атмосферы и куда-то девать?
— Есть такая идея: хранить СО2 в геологических резервуарах. Подобными проектами сейчас активно занялись многие нефтяные компании. Правда, если они улавливают СО2 при сжигании нефти и закачивают в резервуары, чтобы добыть еще больше нефти, то это климату, конечно, никак не помогает.
— Почему идея глобального потепления вызывает столько недоверия?
— Здоровый скептицизм есть и в среде ученых: с самим глобальным потеплением и его причиной уже все понятно, но есть количественные вопросы. Например, на сколько именно вырастет температура из-за удвоения СО2. Не решен вопрос прогнозов в масштабах от сезона до десятилетия. Вообще, в этой теме много истерики. С одной стороны — скептики, с другой — слишком много алармистских прогнозов, которые доверию совсем не способствуют.
Что касается скептицизма в среде непрофессионалов, то этот вопрос мы обсуждали с разными специалистами, в том числе и с психологами.
Человеку трудно сразу принять какую-то глобальную опасность, он склонен ее приуменьшать, отодвигать от себя: это будет не со мной, не здесь, не сейчас.
Но дело, конечно, не в одной психологии. Климатология — наука мультидисциплинарная, в нее вовлечены физики, химики, энергетики, социологи, экономисты и другие ученые. И очень важно, чтобы они друг друга слышали. Вмешивается в дело политика: речь ведь идет не о каких-то отстраненных звездах, не о физических формулах, тут надо принимать конкретные меры, причем в условиях неопределенности. Все эти причины наслаиваются друг на друга — и получается такой «слоеный пирог». Разобраться во всем не так просто, но все-таки можно.
