Михаил Краснянский, д.х.н., профессор

Глобальное потепление или глобальное недопонимание?

Начиная с 2-й половины ХХ века многие ведущие ученые мира (климатологи, метеорологи, океанографы, геофизики и др.) начали тревожиться: климат Земли стал проявлять стойкую тенденцию к потеплению (в большинстве научных публикаций используются не словосочетание "глобальное потепление", а выражение “Climat echange” - "Изменение климата"). Причиной этого многие ученые считают увеличение содержания в атмосфере так называемых "парниковых газов" - к таким газам отнесли углекислый газ (CO2), метан (CH4), пары воды (Н2О). Суть их "парникового эффекта" заключается в том, что эти газы препятствуют рассеиванию в космос “лишнего” (инфракрасного диапазона) тепла Земли, получаемого, главным образом, от Солнца. Парниковый эффект атмосферы– благо для человечества, без него температура на Земле была бы в глубоком минусе.

Но в 20-21-м веках углекислого газа в атмосфере стало примерно на 40% больше, чем в доиндустриальный период (а еще ведь часть СО2 – около 30% - поглощает Мировой океан), что привело к «излишнему» парниковому эффекту. Увеличение содержания СО2 в атмосфере не удивительно, если учесть, что сегодня в мире сжигается за год 10 миллиардов тонн всех видов топлива, при этом только углекислого газа выбрасывается в атмосферу около 20 миллиардов тонн/год, не говоря о прочих токсичных гадостях, да еще и потребляются миллиарды тонн кислорода. Для метана, основными источниками его эмиссии являются: добыча нефти и газа (особенно на шельфе), а также угля; животноводство; свалки бытового мусора. Парниковый эффект молекулы метана в 20 раз выше СО2, но его доля в атмосфере (а значит и совокупное влияние на парниковый эффект) по сравнению с СО2 раз в 5 меньше. Поэтому главным “виновником” глобального потепления назначен углекислый газ (см. рис. 1) (антропогенные потоки СО2 в атмосферу оцениваются в 10 Гигатонн/год).

Рис. 1. Изменение средней температуры поверхности Земли (красная линия), концентрации СО2 в атмосфере (синяя линия) и солнечной активности (желтая линия) за 1860 – 2020 гг.

Чем нам угрожает дополнительный "парниковый эффект" («лишний» радиационный нагрев за счет антропогенного СО2 оценивается в 2вт/м2 поверхности Земли)? К сожалению, многими факторами. Прежде всего, по прогнозам ученых, до 2100 г. средняя температура на Полюсах Земли вырастет на 4-5 °С. Это может привести (и уже частично приводит):

а) к здвигу климатических поясов, изменению сельскохозяйственной специфіки регионов, а также к исчезновению на Земле до 40% биологических видов;

б) к нагреву Мирового океана за счет поглощения «лишнего» тепла из атмосферы (нагревается, в основном, его верхний слой 500 м, содержание кислорода в такой воде падает, а сами воды становятся всё более кислотными из-за растворения в них дополнительного углекислого газа, из-за чего гибнут тысячи тонн рыбы и планктона).

в) к значительному таянию северных льдов (так, в начале н.э. площадь льдов в Арктике была ок. 8,5 млн. км2, а в 2011 году сократилась вдвое- до 4,2 млн. км2);

г) к затоплению больших территорий, расположенных ниже уровня Мирового океана (по оценкам, в 22-м веке уровень Мирового океана поднимется на 1 м или более, что может потребовать переселения до 100 млн. людей по всему миру);

д) к резкому росту частоты природных катастроф (см. рис. 2).

Рис. 2. Рост количества природных и техногенных катастроф

Экологические катастрофы – вполне реальные явления, но все они, в отличие от разговоров о ГЛОБАЛЬНОМ потеплении, абсолютно ЛОКАЛЬНЫЕ. Только в течение 2017-2020 годов ужасные ураганы на Атлантическом побережье США и лесные пожары в Калифорнии уничтожили около 100.000 домов, убили около 150 человек, уничтожили территорию площадью более 2500 км2. В Австралии в 2019 году в результате лесных пожаров погибло не менее 27 человек и более миллиарда животных. Шлейф от австралийских пожаров преодолел почти 2000 км и достиг территории Новой Зеландии. В 2020 г. пожары, ураганы и наводнения по всей планете нанесли общий прямой ущерб около 500 миллиардов долларов (в 2014 г. ущерб от стихийных бедствий составил 200 млрд долларов, а в 2020 г. он уже достиг $500 миллиардов – за 6 лет ущерб возрос в 2,5 раза!)

Отзываясь на угрозу глобального потепления, мировая научная элита, экологические общественные движения и, наконец, политики “взялись за работу”. На Всемирном экологическом форуме в 1997 г. в японском Киото был подписан так наз. "Киотский Протокол", по которому каждому государству был разрешен лишь ограниченный объем выбросов CO2, а до 2012 г. наиболее промышленно развитые страны должны были сократить выбросы СО2 в атмосферу на 4-8%. В Дурбане (ЮАР), где в ноябре 2011 г. на саммите ООН по клімату собрались представители 200 стран, в итоговом резюме была подтверждена опасность глобального потепления. Наконец, в декабре 2017 г. в Париже, вместо Киотского Протокола было подписано Парижское Соглашение, которое рекомендовало "приложить усилия для ограничения роста глобальной температуры на величину не более 1,5 °C".

Однако, объективности ради, следует отметить, что, кроме не опровержимого "человеческого (антропогенного) фактора" здесь действует еще ряд глобальных факторов, влияние которых изучено недостаточно. Более того, ряд учёных утверждает, что науки под. названием "глобальное потепление" не существует вовсе, а есть раздел науки под названием "Физика климата"; ну а ФИЗИКА - хоть атома, хоть климата - требует ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ.

И вот тут как раз есть ряд фундаментальных научных вопросов, требующих более глубокого изучения в свете теории изменения климата. Главное, что нужно здесь понимать:

  1. Климатические модели и обобщения корректны только на масштабах времени во многие сотни и даже тысячи лет;
  2. Мы не имеем длительных и надежных («приборных») наблюдений за изменением климата на Земле (ну, 200 лет максимум, это мизер); и пока их не станет достаточно, чтобы применить к их обработке, например, преобразование Фурье - мы не можем никакие выводы климатологов считать долгосрочно - достоверными.
  3. Мы недостаточно понимаем роль Мирового океана в «климатической турбулентности». С одной стороны, Мировой океан поглощает более 90% излишков тепла и примерно треть антропогенного углекислого газа (это около 7 млрд тонн/год). За все время наблюдений (1955-2020 гг.) тепловая энергия, запасенная в водах Мирового океана, увеличилась на 380 зетта джоулей (зетта - 1021), причем около 100 зетта джоулей из них (ок. 25%) сконцентрировано в верхних слоях Мирового океана (500 м). Поглощая избыточное тепло, Мировой океан тормозит изменение климата, однако это негативно влияет на водные экосистемы. С другой стороны, при поглощении океаном излишков тепла, растворимость в нем СО2 падает, и этот СО2 выбрасывается назад в атмосферу (растворимость СО2 в чистой воде при 10 °С – 2,3 г/л, а при 30 °С – лишь 1,4 г/л).
  4. Самым важным (и самым тревожным!) выводом для ученых стал не сам факт «глобального потепления», а то, что климат Земли способен меняться куда быстрее и радикальнее, чем мы думали раньше, и человечество может не успеть за этими изменениями климата ни технологически, ни тем более эволюционно.

Современная геологическая эпоха, начавшаяся примерно 12 тысяч лет назад и продолжающаяся по настоящее время, носит название «Голоцен». Голоценовая эра, или человеческая эра, — это календарная эра, летоисчисление по которой начинается примерно в 10000 году до н. э. Наш 2020 год нашей эры соответствует 12020 гóду голоценовой эры (10.000 до н.э. +2020 н.э. =12200). Голоцен характеризуется сменой периодов потепление - похолодание длительностью в среднем 20 тысяч лет. Последнее похолодание имело место примерно 18 тыс. лет назад. В этот период температура в каждом регионе планеты была на 4−7 °C ниже, чем в настоящее время. Уровень Мирового океана в то время был в среднем на 1 метр ниже современного (из-за того, что часть Мирового океана «хранилась» в виде льда в ледниковых покровах толщиной 3—4 км). Ледники занимали 8% поверхности Земли и 25% площади суши (в настоящее время соответственно 3,1% и 10,7%). Эти периоды получили название «циклы Мила́нковича» (в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича). Эти циклы обусловлены:

  • Прецессией земной оси (это как вращение волчка): поворот земной оси с периодом около 26.000 лет, в результате которого меняется сезонная амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;
  • Колебаниями угла наклона земной оси к плоскости её орбиты (нутация)с периодом около 41.000 лет, вызванные возмущающим действием других планет;
  • Колебаниями эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 93.000 лет (земная орбита постепенно меняется от круга до эллипса и обратно);
  • Перемещением перигелия (это ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли) орбиты Земли с периодом 10 тысяч лет.

С циклами Миланковича согласовывается и теория "минимумов Маундера" (Edward Maunder): первуй минимум – период длительного уменьшения количеству "пятен" на Солнце приблизительно с 1645 по 1715 годы, который совпал с так наз. "малым ледниковым периодом”. (Также, на Земле имеют место коротко периодичные и менее резкие колебания климата периодом 50- 60 лет.)

Т.е. развитие человеческой цивилизации, человеческого общества, человеческой хозяйственной деятельности, похоже, укладывается в последние 10 тысяч относительно «теплых» лет. Да, человечество хорошо приспособилось к относительно теплым условиям «позднего Голоцена», именно это мы считаем нормой, и мы лишь беспокоимся, как бы не стало еще теплее…

Т.к. последний ледниковый максимум был примерно 18 тысяч лет назад,то, если верить теории, мы уже должны были пройти пик «теплого двадцати тысячелетия», и сейчас Земля должна начать постепенно и медленно остывать (следующие примерно 8.000 - 10.000 лет).Но более детальное моделирование(с учетом не только нагревания твердой поверхности Земли, но и тепла, которое накапливается в верхнем слое Мирового океана) показывает: происходящие сейчас процессы не укладываются в циклы Миланковича — промышленная революция конца XIX века все же переломила природную тенденцию.

Но надо бы хорошенько разобраться вот в чем:если Земля сейчас должна находиться в фазе остывания, но продолжает нагреваться из-за «лишнего» углекислого газа в атмосфере - то может ли так случиться, что в не таком далеком будущем остывание Земли «переломит» утепляющее парниковое влияние «лишнего» СО2? И тогда, лет через 200, не потребуется ли человечеству «лишний процентик» СО2 в атмосфере, чтобы слегка согреться?…

*****

Тем не менее, я полагаю, что воспринимать изменение климата нужно без всякой истерики (в которую любят впадать общественные деятели и политики, но отнюдь не ученые!). Рецептом решения всех прежних проблем человечества были переходы на более высокую технологическую стадию: от сыроедения до разведения огня, от сбора ягод и орехов до оседлого земледелия, от каменного века до железного, от коня до «Форда». Проблемы изменения климата будут решаться именно этим путем. Например, не надо так сильно «колотиться» по поводу сокращения выбросов СО2 - рынок довольно скоро сделает это сам: так, по многим прогнозам, к 2030 г. 1 «зеленый кВт*ч» энергии будет стоить заметно меньше, чем 1 «угольный или нефтяной кВт*ч», а к 2040 г. 90% всех вновь проданных в мире легковых автомобилей будут электрическими, и т.д. Также, давно пора переходить от высоковольтных наземных линий электропередачи (которые рушатся от каждого урагана или лесного пожара) на криогенные сверхпроводящие подземные кабели (рис. 3). Использование таких кабелей для сетей большой мощности (5 Гвт и больше) на больших расстояниях (1-2 тысячи км и больше) может принести много выгоды:

Рис. 3. Сравнение обычной высоковольтной линии (1) и криогенного cверхпроводящего подземного кабеля (2)

а) эффективность передачи электроэнергии по сверхпроводному кабелю представляет почти 95% (то есть почти нет потерь!); б) один сверхпроводный кабель для линии 5 GW будет в 10 раз тоньше, чем обычный медный кабель; в) криогенный кабель может быть положен под землей с "зоной безопасности" 5-10 м, в то время как обычный ЛЭП той же мощности требует полосу отчуждения шириной 100-200 м, и сотни металлический опор высотой 30-50 м. И разумеется, в нынешней фазе климата, не обходимо быть готовым к увеличению числа и масштабов катастрофических ураганов, наводнений, “диких” лесных пожаров, засух и, как следствие, к взрывному росту расходов из госбюджета на ликвидацию последствий “климатических катастроф”. Например, одним странам, которым грозят затопления из-за поднятия уровня Мирового океана (а также частые ураганы), нужно уже сей час начать проектирование и строительство плотин, углубление русла рек, и др. гидротехнические работы; в других странах, которым грозит засуха, селекционеры уже сейчас должны начать выводить растения (как сельскохозяйственные, так и декоративные), которые способны расти и давать высокие урожаи в новых условиях. И т.д. Сегодня выживание человечества в условиях изменения климата в ближайшие, по крайней мере, 100 лет не кажется непосильной задачей.

Итак, что же из всего выше изложенного следует? Ответ на этот вопрос уже дал замечательный поэт Юрий Левитанский в своем известном стихотворении, положенным на музыку С. Никитиным и прозвучавшим в оскароносном фильме «Москва слезам не верит»:
«— Что же из этого следует? — Следует жить…»