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

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.

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.

Что такое чувствительность климата?

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.

Каковы глобальные последствия разогревания планеты?

Изучение последствий изменения климата – не новая отрасль науки, хотя в последнее время количество исследований такого влияния на все сферы жизни значительно выросло. Тем не менее, поиски в этом направлении ведутся больше века и начались еще до достижения научного консенсуса. Первой указала на наличие парникового эффекта американская исследовательница Юнис Фут в своей работе 1856 года «Обстоятельства, влияющие на тепло солнечных лучей». Ученая заключила, что углекислый газ захватывает тепло, так что атмосфера, богатая этим газом, будет иметь более высокую температуру. Сорок лет спустя шведский ученый Сванте Аррениус провел первое исследование антропогенного влияния на климат, в котором предположил, что уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере может привести к наступлению нового ледникового периода, а удвоение этого содержания повысит температуру в мире на 5–6 °C.

К середине XX века опасения по поводу повышения уровня углекислого газа в атмосфере распространились в научном сообществе и среди первых защитников окружающей среды. Первые компьютерные модели стали подсчитывать парниковый эффект, еще без учета механизмов обратной связи, таких как ускорение таяния льдов. Так выяснилось, что удвоение концентрации СО2 в атмосфере повысит общемировую температуру на 2 °C

С тех пор компьютерное моделирование стало учитывать больше факторов, и сценарии будущего стали мало-помалу очевидны. Фактически исследования сорвали завесу с того, что происходило на заднем плане промышленной революции. Сыграло свою роль в увеличении наших знаний о предмете и появление спутниковых снимков: мы стали постоянно отслеживать температуру на суше и на море, фиксировать таяние и уменьшение ледяного покрова планеты, отступление ледников, опустынивание и общее изменение ландшафта Земли.

Мы стали свидетелями того, как сбываются прежние прогнозы: изменение климата происходит прямо у нас на глазах. Первые суперкомпьютеры работали сутки, чтобы предсказать погоду на сутки вперед. После этого произошел взрывной рост вычислительной мощности