Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы

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.