Что такое глобальное потепление: как жарко может стать на Земле?
В далеком прошлом Земля была намного жарче, чем сегодня, а значит глобальное потепление может серьезно накалить планету. В последнее время на ней и так становится все теплее. В ноябре 2015 года британцы получили самые жаркие ноябрьские деньки из всех, что были в Великобритании с начала ведения записей. Вскоре после этого последовали новости от Всемирной метеорологической организации: 2015 год, вероятнее всего, станет самым жарким годом с начала ведения записей.
Мировые температуры стали на 1 градус по Цельсию выше доиндустриального уровня. Это половина от политически согласованного верхнего предела в 2 градуса, который был установлен мировыми лидерами в 2009 году. Все идет к тому, что температура мира будет становиться все выше и выше. Насколько жаркой может стать Земля? Существует ли какой-нибудь предел потепления, к которому могут привести действия людей?
Изменения климата Земля переживала и раньше. Планета прошла через бесчисленное количество температурных колебаний за свою 4,6-миллиардолетнюю историю, от «земли-снежка» до палящей тропической жары. И несмотря на все эти изменения, Земля всегда возвращается примерно в тот же диапазон температур. Потому что у нее есть механизмы для управления собственной температурой.
Один из них - парниковый эффект. Парниковые газы в воздухе, в основном диоксид углерода, метан и водяной пар, улавливают излучение Солнца и действуют как тепловое одеяло вокруг планеты. Без парникового эффекта средняя температура на Земле составляла бы -18 градусов по Цельсию, и планета была бы покрыта льдом. Известная нам жизнь вряд ли смогла бы выжить. Парниковый эффект, безусловно, хорошая вещь, но, как и со всеми хорошими вещами, его может быть чересчур много.
Люди были здесь относительно недолго, но успели стать самым важным фактором изменения климата на планете. Сжигая ископаемое топливо и вырубая деревья, мы выпускаем все больше и больше углекислого газа в атмосферу, и это приводит к росту температуры.
В период между 2000 и 2010 годом наши темпы выбросов умножились в четыре раза по сравнению с предыдущим десятилетием, и пока нет никаких признаков, что эта тенденция повернется вспять. Вопрос в том, как сильно эти парниковые газы нагреют планету в ближайшие десять и сто лет?
Чтобы спрогнозировать состояние планеты в будущем, ученые строят компьютерные модели, имитирующие то, что произойдет с климатом Земли. Эти модели очень сложные, но в большей степени полагаются на базовую физику, вроде поведения воздуха и воды. Совмещая техногенные и природные изменения, эти модели могут оценить, как изменится климат при выбросе определенного количества парниковых газов.
Эти прогнозы были оформлены в доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC) в последний раз в 2013-2014 годах. Из них следует, что если наши выбросы парниковых газов будут увеличиваться в таком же темпе, как за последние 50 лет, к концу века мир будет как минимум на 4 градуса по Цельсию теплее, чем был до промышленной революции.
Но к концу столетия потепление не прекратится.
Чем дальше мы заглядываем в будущее, тем сложнее предсказать, что случится.
Согласно моделям, мы достигнем уровня на 7 градусов выше доиндустриального к 2200 году, но при условии, что мы прекратим выпускать парниковые газы, температура стабилизируется. Но учитывая сложность земного климата (а это комплексная система), в этом никто не может быть уверен. По мере потепления климата, некоторые процессы могут запустить еще большее потепление.
К примеру, в более теплом мире снег и лед растают, обнажив темную землю, которая будет поглощать солнечное тепло, а не отражать его. С поверхности будет испаряться больше воды, и этот дополнительный парниковый газ в виде водяного пара будет удерживать еще больше тепла.
Океаны замедляют изменение климата, поскольку в них растворятся углекислый газ из воздуха. Но более теплые океаны смогут удержать меньше углекислого газа, а значит он будет больше оставаться в атмосфере.
Эти последствия относительно хорошо понятны, но другие сложнее отследить: к примеру, как изменение облачного покрова повлияет на климат или что будет, когда взлетит метан, замкнутый в вечной мерзлоте на полюсах. Климатические модели могут делать прогнозы лишь на основе того, что нам известно, поэтому если температуры поднимутся выше ожиданий людей, их прогнозы будут менее надежны.
Таким образом, вместо того чтобы пытаться предсказать, как будет меняться климат, мы можем применить другой подход: взглянуть, что происходило в прошлом.
Примерно 55 миллионов лет назад Земля пережила одно из самых быстрых повышений температуры в своей истории.
Во время «палеоцен-эоценового теплового максимума» средняя температура на поверхности моря доходила до 10 градусов по Цельсию, по сравнению с -2 сегодня. То были времена, когда пальмовые деревья росли далеко на севере от полярного круга, а на полюсах совершенно не было льда. Некоторые виды процветали в изнуряющей жаре, другие же были уничтожены.
Очевидно, основным двигателем были парниковые газы. Огромное количество метана вышло из морского дна в атмосферу планеты, усугубив парниковый эффект. Правда, не совсем понятно, как это произошло. Выдвигались варианты с вулканическими извержениями или столкновением кометы, но, скорее всего, Земля уже постепенно нагревалась по другой причине. Достигнув определенной температуры, хранилища метана под морским дном стали нестабильными.
Этот период демонстрирует очевидные параллели с современным миром. В частности, импульс парниковых газов, который запустил потепление, тогда был примерно эквивалентен тому, что могли бы выпустить люди, если бы сожгли все извлекаемого ископаемое топливо. Эти газы нагрели бы планеты минимум на 5, а может, и на 8 градусов за пару тысяч лет.
Это предел или же планета может быть еще жарче, чем во время ПЭТМ?
Существует теоретический механизм, который может серьезно перегреть Землю: нарастающий парниковый эффект.
Мы уже видели, что нагрев планеты выпускает больше парниковых газов, вызывая еще большее потепление. В теории, этот самоподпитывающийся механизм может стать неостановимым, нагрев планету на сотни градусов.
На Земле такого никогда не было: а если бы было, то не было бы нас. Но ученые считают, что это произошло с ближайшей к нам планетой Венерой 3-4 миллиарда лет назад.
Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому начинала с температуры повыше. Температура на ее поверхности поднялась настолько, что вся жидкая вода испарилась в воздух. Этот водяной пар уловил еще больше тепла, а отсутствие воды на поверхности означало, что негде было удерживать диоксид углерода.
Это привело к экстремальным парниковым условиям. В конце концов все пары воды были потеряны в космосе, и Венера осталась с атмосферой, на 96% состоящей из диоксида углерода. Теперь на этой планете средняя температура 462 градуса. Это достаточно горячо, чтобы расплавить свинец; Венера является самой горячей планетой в Солнечной системе, обходя по этому параметру даже Меркурий, который ближе к Солнцу и буквально «отполирован» его жестоким воздействием.
Все идет к тому, что Землю может постичь подобная катастрофа через пару миллиардов лет.
По мере старения Солнца, оно медленно выжигает свое топливо и становится красным гигантом. Однажды оно станет таким ярким, что Земля уже не сможет рассеивать лишнее тепло в космос. Поверхностная температура планеты вырастет, вскипятит океаны и запустит парниковый эффект, который положит конец любой известной жизни и превратит Землю в выпечку под толстым саваном двуокиси углерода.
Впрочем, это произойдет не скоро, поэтому эта проблема не первостепенная. Вопрос в том, сможем ли мы самостоятельно запустить нарастающий парниковый эффект?
В 2013 году было опубликовано исследование, которое показало, что это возможно, если мы высвободим поистине ошеломляющее количество углекислого газа. Сейчас этого газа в воздухе 400 частей на миллион (до промышленной революции было 280 чнм). Чтобы запустить нарастающий парниковый эффект, нам придется поднять этот показатель до 30 000 чнм.
Мы могли бы в 10 раз увеличить объем углекислого газа, если бы сожгли все известное ископаемое топливо. Существуют и другие источники парниковых газов, вроде метана на дне морском, который убежал во время ПЭТМ, так что исключать этот вариант не стоит. Но кажется очень маловероятным, что мы волей или неволей превратим планету в Венеру.
Также это не означает, что подогрев планеты будет безопасным для нас. Подъем температуры даже на пару градусов вызовет нежелательные эффекты. Отдельные части планеты и без того слишком жаркие, чтобы люди могли там жить.
В самом горячем месте на Земле сегодня, вроде калифорнийской Долины Смерти, температура может превышать 50 градусов по Цельсию. Такая жара опасна, но при должных мерах с ней можно жить. Потому что воздух сухой и мы можем остужать себя за счет пота.
Если воздух будет одновременно горячим и влажным, как в тропических джунглях, с температурой будет сложнее справиться. Влажность воздуха означает, что пар медленнее испаряется, а значит сложнее остыть.
Лучший способ оценить сочетание тепла и влажности - измерить «температуру по влажному термометру». Это температура, которую покажет термометр, если обернуть его во влажную ткань и направить на него поток воздуха из вентилятора. Если вы потеете, это самая низкая температура, до которой вы могли бы охладить свою кожу.
Люди должны поддерживать температуру тела в 37 градусов. Чтобы убедиться, что мы всегда можем остыть, поддерживаем температуру кожи близкой к 35 градусам. Это означает, что температура влажного термометра в 35 градусов или выше, если бы ее поддерживали дольше, чем пару часов, была бы фатальной. Даже если бы мы могли ее пережить, нам пришлось бы сидеть неподвижно.
Даже в самых жарких тропических лесах максимальная зарегистрированная температура по влажному термометру никогда не превышала 31 градус. Это потому что жаркий и влажный воздух нестабилен. Он поднимается, а его место занимает воздух похолоднее, что становится причиной тропических ливней.
Но это может измениться.
Воздух может подниматься, только если воздух вокруг него холоднее и плотнее. Поэтому если изменение климата нагреет тропики, этот воздух будет еще жарче и влажнее, прежде чем начнет подниматься. Исследование, опубликованное в 2010 году, показало, что с каждым повышением средней глобальной температуры на 1 градус максимальная температура влажного термометра будет подниматься на 0,75 градуса.
Это, в свою очередь, приводит к пугающим выводам. Подъем глобальной температуры на 7 градусов, с которым мы можем столкнуться уже к 2200 году, превратит некоторые части земного шара в совершенно непригодные для жизни людей. Повышение же на 12 градусов сделает половину Земли необитаемой.
Конечно, мы могли бы попытаться адаптироваться, устанавливая множество оборудования для кондиционирования воздуха. Но, помимо дороговизны этой затеи, это также заточит людей в тюрьме внутри зданий на дни или недели.
Даже если не доводить все до крайности, согласно текущей тенденции Земля станет на 4 градуса теплее к концу этого века, чем была до промышленной революции, и на 3 градуса теплее, чем сейчас. Это не убьет нас непосредственно и не сделает части планеты необитаемыми, но все равно создаст огромное потрясение.
20 000 лет назад Земля была на 4 градуса холоднее, чем сейчас. Этот период известен как «последний ледниковый максимум». Льды покрывали большую часть Канады и северной Европы, включая все Британские острова.
С тех пор Земля нагрелась на 4 градуса. Этого было достаточно, чтобы счистить льды с Европы и Северной Америки. Таяние льда привело к повышению уровня моря на десятки метров и утопило много мелких островов. Когда вы это понимаете, нетрудно представить, к чему могло бы привести очередное потепление на 4 градуса.
