«Без парникового эффекта на Земле было бы минус 18 градусов»

Что такое климат, как в нём участвуют люди и есть ли у человечества шанс не допустить критически опасное повышение температуры на Земле на два градуса? Об этом рассказывает Александр Чернокульский, старший научный сотрудник Лаборатории теории климата Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, кандидат физико-математических наук.

«Климат теплеет, и ответственен за это человек»

— В мире то и дело возникают прямо-таки ураганы из геополитических спекуляций на климате. Но если отрешиться от геополитики, каковы основные климатические тенденции на Земле? Что самое важное в климатических событиях?

— Когда мы говорим об изменении климата, важно понимать, о каких горизонтах речь. Естественно, людей прежде всего интересует, что происходит с климатом сейчас, а не миллионы лет назад. Обывательское представление о климате — это «средняя погода» конкретного места, региона. Едем в Анапу отдыхать и смотрим, какой там климат, к чему готовиться.

А для учёных климат — система из пяти оболочек: помимо атмосферы это обязательно гидросфера, в первую очередь океан, криосфера — ледники, биосфера — леса, болота, все наши экосистемы — и литосфера — верхний слой суши, поскольку он тоже участвует, например, в био- и геохимических циклах, обмене углеродом на больших временных промежутках. Где-то в середине XX века пришло понимание, что климат — это не какое-то устойчивое состояние и что среднее за относительно короткий промежуток времени само по себе тоже может меняться.

Стали смотреть, почему климат меняется. Сербский учёный Милутин Миланкович в начале XX века нашёл связь изменения климата, а именно перестройки ледниковых и межледниковых эпох, с астрономическими параметрами. Сжатость орбиты, наклон земной оси, её прецессия — их цикличность немного перераспределяет энергию от Солнца по планете. Для смены ледниковых и межледниковых эпох важно, сколько энергии приходит от Солнца летом к Северному полушарию.

— Почему именно к Северному полушарию?

— В Северном полушарии больше суши, здесь запускается цепочка обратных связей, обусловленных снегом. Из-за изменений параметров орбиты меньше приходит солнца летом, дольше лежит снег, он белый, отражает солнечные лучи, ещё чуть холодает и ещё дольше лежит снег и так далее — и нарастает ледник. А потом снова изменения: тепла от солнца приходит больше — ледник отступает. Это длинные циклы: 40 тыс. лет—100 тыс.—400 тыс. лет.

Есть и другие циклы: солнечной активности, колебания в океане и так далее.

А есть так называемые импактные воздействия — например, метеорит упал, взорвался, в атмосферу поднялось гигантское количество пыли, она накрыла планету таким своеобразным аэрозольным экраном, он отражает часть солнечного света. Начинается резкое похолодание. Похожий сценарий мог бы воплотиться и после ядерного конфликта — это называется «ядерная зима». Или извержение супервулкана, при котором в атмосферу также попадает много аэрозолей.

— А сегодня что происходит?

— Мы переживаем такое импактное воздействие на климат, не цикличное, а разовое — воздействие человека. В последние 200 лет мы начали массово сжигать ископаемое топливо, которое копилось миллионы лет, и увеличивать концентрацию парниковых газов в атмосфере, прежде всего углекислого газа, а ещё метана, закиси азота. Концентрация этих парниковых газов сейчас выросла беспрецедентно, что хорошо видно по ледниковым кернам. Мало того, что высокая концентрация, которой не было уже несколько миллионов лет, так ещё и беспрецедентная скорость, с которой она нарастает. Беспрецедентная по крайней мере для последнего миллиона лет: всё это время концентрация колебалась в пределах 180–300 частей на миллион, а сейчас — уже 415 частей. По изотопному составу мы видим, что это происходит именно из-за использования ископаемого топлива.

Мы отправляем в атмосферу порядка 10 гигатонн углерода. Океан и биосфера пытаются поглотить часть этого, примерно по три гигатонны каждый — всего шесть. Поэтому океан становится кислым, а биота — более зелёной.

Её разнообразие мы теряем, но у многих видов растений становятся более сочными и крупными листья и так далее. Но 4 гигатонны каждый год остаются в атмосфере, и концентрация углекислого газа растёт, а это второй по значению парниковый газ после водяного пара. Водяной пар даёт две трети парникового эффекта на Земле, углекислый газ — 25%, на остальные газы приходится порядка 9%. Если бы не было парникового эффекта, у нас равновесная температура (рассчитана в зависимости от того, сколько света приходит к нам от Солнца) составляла бы –18 градусов. Благодаря парниковому эффекту часть длинноволновой радиации от земли переотражается и возвращается обратно. В результате равновесная температура уже составляет +15 градусов. Так что парниковый эффект составляет 33 градуса.

Сейчас, увеличивая содержание углекислого газа в атмосфере, мы увеличиваем этот эффект ещё на градус. Антропогенное воздействие оценивается порядка 2 Ватт на квадратный метр. Парниковый эффект даёт порядка 3 Ватт, охлаждающее воздействие аэрозолей, твёрдых частичек, которые тоже выделяются в атмосферу при антропогенной деятельности, компенсирует 1 Ватт.

И мы видим рост температуры воздуха и серьёзное накопление тепла в океане.

Он поглощает 90% возвращающегося тепла, 4–5% поглощают криосфера и суша и 1% — атмосфера. Куда уходит избыток тепла — сейчас активно исследуется: видимо, идёт в глубинные слои, частично обратно в атмосферу. Мы сейчас живём в эпоху радиационного неравновесия — 340 Ватт на квадратный метр от Солнца к нам приходит, и лишь 339 Ватт уходит в космос. 1 Вт на кв. м — разбаланс. Скептики говорят: ну что тут такого, 340 Ватт доставляет Солнце и какие-то 2 Ватта добавляют люди в парниковый эффект, но изменчивость Солнца в зависимости от 11-летней цикличности составляет порядка 0,2 Ватта, а мы своей жизнедеятельностью добавляем в десять раз больше! Современные изменения климата учёными уверенно связываются с использованием ископаемого топлива — это видно и по изотопному составу, и по балансовым оценкам, сколько всего добывается и сжигается ископаемого топлива. Мы знаем, что климат сейчас теплеет и что ответственен за это человек!

«Проблема в том, что пока никто ничего сокращать не собирается»

— Могут ли международные соглашения в области климата как-то изменить ситуацию к лучшему?

— Это вопрос скорее политический и экономический. Понятно, что мы
общество потребления и сейчас завязаны на использование ископаемого топлива. В начале этого века в Китае наблюдался просто безумный рост сжигания угля, поскольку почти все транснациональные корпорации вынесли туда своё производство. Уголь — самая дешёвая энергия. Сейчас дешевеет солнечная энергетика, но она пока не замещает традиционные источники, а скорее дополняет.

Если вернуться к теме климата, то если мы сейчас выведем на ноль этот углеродный след, перейдём на атомную, гидро-, солнечную и ветровую энергетику, мы останемся в парадигме более тёплого климата, но не перейдём опасный рубеж в два градуса.

Переход этого рубежа может привести к существенному изменению климата, дестабилизации покровных ледников Антарктиды, большему росту уровня океана, большим экономическим и природным потерям.

Проблема в том, что пока никто ничего сокращать не собирается. Только Евросоюз что-то делает, а азиатские страны, США, да и мы не особо перестраиваем нашу энергетику. Мне кажется, люди и не очень понимают, как её перестраивать. Это огромный процесс, который быстро не запустится и будет происходить долго.

— А есть ли ещё способы изменить ситуацию к лучшему?

— Да, есть другое направление, и уже есть наработки по извлечению углекислого газа из атмосферы — это так называемая негативная эмиссия, по-русски звучит странно, но вот такой термин прижился. Речь идёт, например, о том, что надо повсеместно высаживать леса из тех пород деревьев, которые более активно поглощают углекислый газ. Правда, сразу возникает вопрос, а что с этими лесами делать, потому что через несколько десятков лет эффект от выросшего леса становится незначительным. Его нужно вырубать, куда-то использовать, сажать новые деревья. Есть предложения о прямом улавливании углекислого газа, например о распылении базальтовой крошки, которая будет активно выщелачиваться за счёт поглощения углекислого газа из атмосферы. Все эти эксперименты пока проводятся в маленьком масштабе — где-то в размере килотонны углерода в год, разница в шесть порядков с выбросами.

Пока это лишь разработки учёных, и не до конца понятно, получится ли что-то делать в больших масштабах.

Сейчас важно, чтобы параллельно шло несколько процессов для снижения углеродного следа: мы должны потреблять меньше энергии, вырабатывать её на источниках, не связанных с ископаемым топливом, а также пытаться улавливать углекислый газ. Только тогда можно предотвратить убегание климата в «красную зону». И ещё один момент важен: надо научиться адаптироваться к изменениям климата…

«Территория страны уменьшается»

— Место России в этих процессах? Как меняется климатическая ситуация в нашей стране?

— Как раз переходя к России, хотелось бы отметить, что мы уже давно говорим про адаптацию. У нас потепление идёт более быстрыми темпами — в 2,5 раза быстрее, чем в мире в целом. С нами сравнимы разве что такие же северные страны: Канада и скандинавские государства.

Среднегодовая температура в России выросла за 40 лет примерно на два градуса, а в мире — на 0,8 градуса.

Поэтому у нас изменения климата более яркие, но надо отметить, что климат у нас изначально очень холодный, и во многих местах жить становится даже комфортнее. Исторически люди в основном селились в местах со среднегодовой температурой порядка +13–15 градусов, а у нас она составляет от 0 до +5 градусов, так что мы скорее находились в зоне некомфорта и только приближаемся к более приятной зоне с точки зрения человека как биологического вида. Проблема в другом. Можно вспомнить китайскую пословицу: «Не дай вам бог жить в эпоху перемен!». Мы слишком уж быстро подходим к этой зоне, и вот эта скорость изменений может приводить к неприятным обстоятельствам.

— А что тут особенно плохого?

— Самое негативное последствие для России — это таяние вечной мерзлоты, где все наши умения жить в таких обстоятельствах приходят в негодность. В условиях долгой зимы многие населённые пункты привыкли жить при отсутствии дорог, передвигаться по зимникам, по льду, иметь связь с Большой землёй, например, девять месяцев в году, а тут вдруг вместо девяти этих месяцев становится восемь, затем семь и так далее! В этом смысле нам надо адаптироваться.

Вдобавок на юге России уменьшается количество осадков, всё чаще наступает засуха.

Очевидно, что смягчение зимних температур — плюс для организма, но одновременно растёт повторяемость и интенсивность волн жары, к чему большинство населения страны, за исключением юга, не привыкло. Для нашей средней полосы +40 — невероятная жара, а недавно в Канаде на широте между Волгоградом и Саратовом фиксировалось почти +50 градусов — абсолютный рекорд для страны. Это то, к чему нужно быть готовым адаптироваться и нам — прийти к пониманию, например, что кондиционеры нужны всем. Зато на отопление мы будем тратить меньше.

Земля теплеет быстрее в полярных областях, на юге не так, потому что Антарктида — высокий континент, в Арктике это заметнее. Арктика открывается, становится меньше льда, растёт уровень воды в океане за счёт таяния покровных ледников и термического расширения воды. С уходом льда в Северном Ледовитом океане усиливается ветровое волнение.

В наши арктические берега, сложенные из тающей мерзлоты, начинают бить высокие волны, в итоге Россия в прямом смысле теряет метры береговой линии, территория страны уменьшается!

И не только у нас: похожий процесс наблюдается, например, на Аляске. Это создаёт проблемы для формирования береговой инфраструктуры, необходимой для обслуживания Северного морского пути, о котором так много говорится и так далее. И это тоже существенный вызов.

— Простите за обывательский вопрос, но в обществе популярна тема климатического оружия. Возможно ли его создание, ведь точечно люди научились управлять природой, например разгонять облака перед парадами?

— Здесь важно слово «управлять». С точки зрения общих физических принципов в климате сложно сделать что-то управляемое без последствий для своей страны. Оружие, которое бьёт и по врагу, и по себе, как минимум странное. Воздействовать точечно на погоду мы научились, но это очень локальный, кратковременный и, самое главное, дорогой, энергозатратный процесс. Может быть, с точки зрения подавления града это и оправданно, но даже там эффективность подтвердить сложно. Про климат в целом — не думаю, что такое оружие возможно, поскольку нет границ в атмосфере, воздействовать на кого-то целенаправленно очень сложно, не получив при этом неожиданного побочного эффекта в своей стране.

СШАснегокеанРоссияПроизводствоизмененияЧеловекпроблемаскоростьсценарийКанадатемператураЕвросоюзОТ и ДОэффект4космосТОледникрекордтенденциимиллионстранысодержаниетопливоростлюдидеревьянакоплениеуровеньшансочередьсолнцесолнечная энергияместолучизимаместапроблемы