Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде

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.

Что такое углеродный цикл?

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.

Измерение содержания двуокиси углерода

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.