0

24 января

Окончание статьи Игоря Эзау, кандидата физико-математических наук, Ph.D., старшего исследователя Центра дистанционного зондирования Земли и изучения окружающей среды им. Ф. Нансена и Центра исследований климата им. В. Бьеркнеса, Берген, Норвегия. Начало см. по ссылке.

Реально ли потепление климата?

Почему изменения климата так трудно заметить

Почему вы считаете, что глобальное потепление — реальность? Где мы можем увидеть его проявления вокруг нас?

Изменения климата — процесс медленный и всё ещё малозаметный на фоне межгодовых аномалий погоды в большинстве районов мира (Mahlstein et al., 2011). В первую очередь изменения климата заметны там, где и сама погода мало меняется, то есть в тропиках над океанами. Но как раз там-то и не на чем это продемонстрировать, кроме сухих статистических цифр. Рисунок 5 наглядно демонстрирует эти трудности. Исследования общественного мнения показали, что люди гораздо охотнее соглашаются с выводами климатологов о глобальном потеплении, если уже на их памяти, экстремально тёплые годы случались относительно недавно. В этом смысле исключительно жаркое лето в центральной России в 2010-м и в арктических районах в 2016-м помогли серьёзно изменить мнение россиян о климатических процессах.

Отличные анимированные иллюстрации меняющегося климата предлагает в своём твиттере Гэвин Шмидт(см., например, Рисунок 6).

Рисунок 6. Изменения разброса температур по месяцам и 30-летиям.

Где признаки потепления климата очевидны для каждого?

Тем не менее в мире есть регионы, где изменения климата более чем наглядны. Это крайний Север и Арктика, хотя и там находятся «понимающие» люди, которые наотрез отказываются верить своим глазам. Рисунок 7 более чем наглядно показывает отступление ледника в Норвегии за 121 год. Причём ледник успел исчезнуть даже с перевала в горах! Ледники отступают по всему миру, хотя в отдельных местах некоторые ледники растут из-за выпадения большего количества снега. Тот очевидный факт, что горные ледники отступают, очень важен. Именно потепление климата за счёт выбросов углекислого газа должно приводить в первую очередь к прогреву верхней атмосферы (3—6 км над поверхностью Земли), а уж потом и самой поверхности. Ни Солнце, ни космические лучи, ни естественные климатические изменения не приводят к такому хитрому эффекту.

Рисунок 7. Энгабреен — ледник в северной Норвегии (Му-и-Рана). Фотографии сделаны с одной точки в 1889 и 2010 годах.

Рисунок 8 показывает куда более масштабное исчезновение льдов в Ледовитом океане. И хотя Ледовитый океан по-прежнему замерзает, этот лёд уже не тот. Он гораздо тоньше, более солёный и потому тает и ломается быстрее.

Рисунок 8. Возраст (белый лёд — старый) и положение льдов в Ледовитом океане по данным зондирования Земли из космоса.

Потепление реально, ну и что?

Дождь сегодня обещают синоптики. Врут, конечно, но зонтик захватить с собой всё-таки будет не лишне!

Аномалии погоды приходят и уходят, а климатические изменения медленно, но неумолимо, меняют нашу окружающую среду и нашу жизнь, в конечном итоге и само наше общество. То, что в погоде понимают все — неудивительно, в конце концов, у нас у всех есть более или менее полные традиционные знания об окружающей среде. Однако, ни это наше понимание, ни наш скептицизм по отношению к синоптикам и их прогнозам, ни даже самодеятельные прогнозы некоторых особо «понимающих» товарищей, не мешают нам прислушиваться и даже следовать официальным прогнозам погоды.

Все меняется, как только мы «погоду» поменяем на «климат». Теперь уверенность «понимания» достигает невероятных вершин! И действительно, ценные указания мастеров пера и экономических советников, если им следовать, не принесут немедленного ущерба, как попадание молнии в самолёт, но зато более отдалённый ущерб может быть куда серьёзней.

Например, недостаточный учёт потепления (и пренебрежение температурным режимом почвы) в городах крайнего севера привёл к тому, что до 70% зданий в них оказались повреждены протаиванием мерзлоты (Grebenets et al, 2012; Streletskiy et al., 2012).

Увы, есть различие в спорах по вопросам строительства пирамид 5000 лет назад и строительства атомных электростанций сейчас. Различие это в том, что альтернативное мнение по второму вопросу может отразиться за здоровье и жизни любого слушателя. Точно также и пренебрежение «официальными знаниями» климатологов отразится на каждом, даже и незаинтересованном гражданине. Отразится не сразу, но масштабно и очень дорого.

Спросите себя, а Вы хотите рискнуть своим имуществом или здоровьем, отвергая с порога результаты, полученные «официальными учёными», даже если и есть некоторая вероятность того, что они неточны и где-то может быть и неверны?

Чем мы рискуем, пренебрегая зловредными «официальными знаниями»?

Как на нашей жизни может сказаться глобальное потепление? На экономике? На чём ещё? Чем вообще это грозит людям? Ну подумаешь, чуток теплее будет.

Верно, что климат менялся в прошлом, меняется сейчас и будет меняться в будущем, в том числе, и по не зависящим от человека причинам. Рисунок 9, взятый с известного научного сайта климатологов RealClimate, показывает изменение климата в исторической и геологической перспективе. Действительно, на Земле были периоды, когда температура была намного выше и намного ниже современной. Даже сравнительно недавно, последний межледниковый период был гораздо теплее современного климата. Более того, даже и в наш межледниковый период, во время оптимума, температуры были выше. Например, всего лишь 6 тысяч лет назад в Прибалтике климат напоминал Северную Францию, развивалось земледелие, и было довольно многочисленное, по сравнению с более поздними эпохами, население (Warden et al., 2017).

Рисунок 9. Изменение глобальной температуры поверхности Земли за последние 550 миллионов лет. Источник: http://www.realclimate.org/index.php/archives/2014/03/can-we-make-better-graphs-of-global-temperature-history/.

Казалось бы, никакой опасности нет и незачем удерживать потепление в пределах 1,5 °C от современных температур. В реальности, однако, в дело вмешивается геополитика и экономика. Мир поделён на страны, и в каждой стране города, земледелие, дороги, да и весь образ жизни приспособлены к существующему климату. Ухудшение условий жизни, стихийные бедствия и даже сравнительно небольшие подвижки климатических норм ведут к необходимости расплачиваться большим ущербом и новыми капиталовложениями, а часто и жизнями.

Интересный пример мы видим в Норвегии. Здесь 99% электричества производится на гидроэлектростанциях. В горах построены большие водохранилища, в которых с периода осенних дождей держат воду, чтобы в достатке производить электроэнергию зимой, когда вода копится в виде снега, а спрос на энергию наибольший. Поэтому, к концу октября, когда в горах ложится снег, водохранилища полны до краёв. И вот климат теплеет, и дожди, а не снег, все чаще идут в ноябре и декабре. Воду приходится сбрасывать. В течение ряда последних лет дождей в ноябре было настолько много, что сброс воды приводил к массовым разрушениям дорог и зданий. Ущерб осенью дополнялся ущербом весной, когда из-за недостатка снега (он же растаял и был сброшен) не хватало электричества, и предприятия были вынуждены останавливать производство, так как покупать энергию из Швеции слишком дорого.

Ущерб в менее развитых странах, как правило, гораздо больше. Посмотрите на Сирию, где засуха в течение ряда лет привела к массовой миграции, политической нестабильности и гражданской войне.

Мало ли парниковых газов выбрасывает человек?

Какова роль человеческой деятельности в том, что происходит с климатом на планете? Я слышал, что парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу предприятиями, относительно мало. И что, мол, потепление — это естественный процесс, на который человек никак не влияет.

В том, что изменения атмосферы происходят именно от парниковых газов, которые выбросил человек — сомнения нет. И не только и даже не столько потому, что эти изменения согласуются с изменениями экономической активности человечества, с количеством добытых угля, нефти и газа, а главным образом потому, что изотопный состав сжигаемого углерода согласуется с составом появляющегося углекислого газа. И он отличен от такового естественного происхождения.

Поясню. Человечество меняет химический состав атмосферы, главным образом, через выбросы CO2. В настоящее время, начиная примерно с 1920-х годов, человечество является главным источником нового CO2 в атмосфере. Конечно, существует круговорот CO2 в природе. Растения и океан поглощают (растворяют) CO2 из атмосферы, а процессы дыхания, горения и испарения возвращают его обратно. Нам известно, что содержание углекислого газа в воздухе менялось в очень узких пределах на протяжении сотен тысяч лет. Чтобы найти такое высокое содержание CO2, которое имеется сейчас, то есть 400 частей на миллион частей воздуха, нам нужно пойти назад аж на 3 миллиона лет. Ни наступления и отступления ледников, ни изменения уровня океана на сотню метров, ни извержения или молчание вулканов не приводили за эти миллионы лет к таким большим концентрациям углекислого газа. Таким образом, нового CO2 поставляется в атмосферу много, и поставляет его именно человечество, что установлено не подсчётами баланса, а точными методами изотопного анализа — «старый» углерод из ископаемого топлива + «новый» кислород из современной атмосферы. В настоящее время прирост содержания CO2 в воздухе составляет 0,5% в год и колеблется в согласии с экономической активностью. Кризис 2008-го года вполне чётко виден на рисунке ниже, как замедление прироста CO2 в 2009-м. Так же как, кстати, и кризис, связанный с распадом СССР в 1989 — 1993-м. Этот же рисунок показывает, что прирост содержания CO2 за пять лет перекрывает размах сезонного цикла (синий зигзаг на верхнем графике), то есть способности северных лесов поглощать углекислый газ летом. Рисунок подготовлен в Институте океанографии Скриппса (США).

В дополнение к CO2 человечество выбрасывает и другие парниковые газы, как то метан, окислы азота, галокарбоны (галогензамещённые углеводороды) и прочая. Но их совместное влияние сравнительно невелико, а главное, они не живут долго, то есть если выбросы прекратить, то через некоторое время, порядка 30 лет, их влияние полностью исчезнет.

Новый CO2, который добавило человечество в воздух, приводит к изменению свойств атмосферы таким образом, что для поддержания баланса между потоком тепла к Земле и от Земли требуется, чтобы Земля была теплее. То есть попросту вызывает рост температуры, в первую очередь в атмосфере на высотах 3—6 км над землёй, а затем и у поверхности. Именно это мы и наблюдаем. Это очень важный эффект. Как только кто-то особо «понимающий» хочет предложить что-то своё, то он должен сразу объяснить, каким таким образом у него температура растёт вначале на высотах в несколько километров, а уж потом у поверхности. Побочный, но очень мощный, эффект от такого высотного потепления, состоит в том, что атмосфера начинает вмещать больше обычного водяного пара. Его человечество почти не добавляет, он сам по себе испаряется с океанов, как только у воздуха появляется возможность больше его захватить. Способность воздуха удерживать водяной пар ОЧЕНЬ быстро растёт с ростом температуры. В самой сухой пустыне при 40 градусах жары в воздухе содержится больше водяного пара, чем под проливным дождём при +10. Этой особенностью пользуются в тропиках. На Канарских островах виноградники получают воду от того, что холодная почва по ночам выжимает её из тёплого воздуха. Так же образуется изморось на стёклах авто, которую владельцам приходится чистить по утрам. Во влажном воздухе Норвегии, на стекло машины может осесть до 2 см измороси за ночь.

Итак, верхняя атмосфера греется от CO2, при этом там скапливается больше водяного пара с океанов, но водяной пар сам по себе мощный парниковый газ. Он усиливает в 6 (шесть) раз начальный прогрев от CO2. Но водяной пар живёт в атмосфере лишь 4—8 дней, то есть если внезапно убрать CO2 из воздуха, то и дополнительный прогрев от водяного пара исчезнет за неделю. Таким образом, выбросы CO2 являются тем самым изменением, которое приводит весь климат земли в движение. CO2 живёт долго (по меркам цивилизации), и он запускает целую серию эффектов, которые приводят к усилению потепления, окислению океанов и, в конечном итоге, к необратимым климатическим изменениям.

Итак, уже выброшенные парниковые газы способны нагреть климат Земли гораздо больше, чем мы сегодня наблюдаем. Но часть этого нагрева пока не усвоена Землёй, и в силу этого температуры будут расти ещё многие десятилетия. А часть нагрева компенсируется охлаждающими эффектами: вырубка лесов, выброс пыли и сульфатных частичек, некоторый избыток вулканической активности и недостаток солнечной активности в последние десятилетия.

Изменение климата состоит из взаимосвязанных процессов и их можно предсказать!

Среди публики распространено мнение, что любое утверждение можно рассматривать само по себе, вне связи с комплексом разнообразных следствий. Это не так. Процессы в земной климатической системе взаимосвязаны. Если предположить, что климат меняется из-за солнечной активности или активности космических лучей, то в таком случае мы бы наблюдали определённый набор взаимосвязанных изменений в температуре воздуха, осадках, облаках и т.п. Однако, то, что мы наблюдаем, хорошо согласуется только с гипотезой об антропогенных изменениях климата, и плохо с иными популярными гипотезами.

Некоторые думают, что изменения климата нужно признать только потому, что существует консенсус (согласие) относительно этой гипотезы у 2—3-х тысяч учёных-климатологов. На самом деле, согласны учёные или не согласны с интерпретацией наблюдений и причин изменений, не имеет большого значения. Эксперты, конечно, рассмотрев проблему, скорее приблизятся к правильному решению, но объективная истина существует сама по себе, вне зависимости от наших субъективных, пусть даже и экспертных знаний о ней. Верно ли наше понимание истины, нам помогают понять предсказания будущих изменений. Так понимание сторонников цикличности климата неверно не потому, что их мало, а потому, что их прогноз оказался неверен. А верен ли прогноз сторонников антропогенного потепления? Рисунок 10 ниже показывает, что таки да! Современные модели климата совместно со сценариями изменений состава атмосферы (выброса парниковых газов) достаточно хорошо предсказывают изменения глобальной температуры, несмотря на вулканы и прочие случайные климатические воздействия. Обратите внимание, что модели действительно довольно плохо предсказывают случайную составляющую климатической изменчивости в интервале времени прогноза от года до десятилетия. Тут требуется знание о состоянии океана, а в океане, особенно в тропиках, очень мало наблюдений. Там же где наблюдений в океане достаточно (например, в Северной Атлантике), модели имеют предсказательную силу и на десятилетнем интервале (см. по ссылкам Årthun et al., 2017). Однако для более долгих интервалов времени модели весьма точно предсказывают изменения.

Напомню, что климат — это средний режим погоды за 30 лет наблюдений. Это определение климата использовано для построения таблиц климата в российских СНиПах, например. То есть, наблюдаем температуру по градуснику за окном 30 лет каждый день или чаще, осредняем и получаем одну цифру — среднюю климатическую температуру за вашим окном. Средняя температура не значит, что она же и наблюдается чаще всего. Например, у вас может быть зимой −30, а летом +30, при этом средняя будет 0, хотя этот ноль, может быть, наблюдался-то всего пару дней в году.

На практике, нередко говорят о климате как о среднем режиме погоды, определяя это среднее как кому удобно, скажем за 10 или даже 5 лет. Для обсуждения современного потепления, как правило, пользуются 10-летним средним, а иначе наиболее интересные свежие данные были бы исключены из анализа.

В настоящее время в точности глобальных предсказаний сомнений нет и их можно самостоятельно получить и проверить у ведущих научных центров. Метеорологический центр Великобритании выдал вот этот прогноз на Рисунке 11. Проблема в том, чтобы детализировать такие прогнозы на меньшие регионы, где они были бы крайне полезны для принятия решений. То есть нужно превратить климатические исследования в климатические технологии и услуги. Задача не то что бы новая, но на современном техническом уровне ещё не решённая.

Рисунок 10. Сравнение наблюдаемых изменений климата и предсказаний климатических моделей (серый фон) и их среднего (чёрная кривая).Рисунок 11. Изменения глобальной температуры воздуха и её прогноз на 2018 по версии Метеорологического офиса Великобритании (https://www.metoffice.gov.uk/news/releases/2017/2018-global-temperature-forecast).

Кому выгодно «глобальное потепление»?

А ещё говорят о «всемирном заговоре климатологов», и о том, что «корпорациям выгодна идея глобального потепления». Что можно на это возразить?

Климатологам выгодны глобальные изменения климата

Несомненно, любой мощный общественно-экономический процесс, каким является и влияние изменений климата, оказывается выгодным многим сторонам. Климатологам изменения климата выгодны в том смысле, что это позволяет получать финансирование исследований. Это даёт работу тем самым 3000 авторам международных докладов и ещё десяткам тысяч менее заметных специалистов-климатологов. В свою очередь и перераспределение специалистов из других наук в климатологию, и главным образом в тематику глобального потепления, увеличивает количество тех, кто жизненно заинтересован в продолжении климатических исследований.

За климатологами идут чиновники и специалисты по окружающей среде частных компаний. В Норвегии на одного климатолога-учёного приходиться до 5 таких околоклиматических рабочих мест. Им всем тоже выгодно внимание к изменениям климата.

Впрочем, нужно признать, что и учёным и чиновникам все равно, идёт ли похолодание или потепление, ведь любое изменение требует исследований и мониторинга. Так что им нет особого смысла держаться именно за идею глобального потепления — это данные и модельные расчёты убеждают их, что климатическая система работает именно так, как работает.

За ними идут политики, которые делают на этом активизме карьеру. Идут энергетические компании, получающие субсидии, идут компании, продающие «зелёные» продукты. Им, в значительной мере, интересно именно потепление. Но, в то же время имеется большое количество и богатых компаний, которым интересно отсутствие потепления. Поэтому можно сказать, что идёт борьба интересов. В этой борьбе побеждает всё-таки здравый смысл. Даже если компания и сделала свой капитал на выбросах парниковых газов и готова до последнего бороться за свою прибыль, то компанию будет волновать и безопасность её имущества. По мере накопления свидетельств влияния глобального потепления, даже самые консервативные компании начинают переоценивать свои риски. Ураган, обрушившийся на нефтяную столицу США — Хьюстон — в 2017-м, заставил многих призадуматься, а не нанесли ли они сами себе ущерб.

В настоящее время можно смело утверждать, что, как раз наоборот, идея отсутствия глобального потепления выгодна только фрикам, даже если в числе таковых оказывается Трамп, которые высказывают её лишь ради мелких сиюминутных выгод от интереса лично к себе.

А что мы можем с этим сделать?

А может ли человек предотвратить потепление? Какие меры нужно предпринимать? Или надо смириться?

Природа глобального потепления такова, что изменения баланса тепла и состава нашей атмосферы необратимы, по крайней мере на масштабах столетий. Это не загрязнение, которое можно было бы очистить и все вернуть в прежнее состояние. Это не временное воздействие, которое можно было бы снять и всё бы было как прежде через некоторое время. Эксперименты с моделями климата показывают, что даже если бы удалось каким-то чудесным образом удалить весь накопленный человечеством углекислый газ в атмосфере, то климат бы все равно не вернулся к своим историческим нормам. В том числе и поэтому изменения климата вызывают такую озабоченность специалистов. В силу этих же причин, геоинженерные решения могут мало чем помочь. Они не просто дороги и сложны технически, но и приводят к наибольшим изменениям совсем в других районах, не там, где наблюдаются наибольшие изменения от потепления климата. В итоге человечество рискует получить дополнительные проблемы, а не ослабления проблем потепления.

Итак, тот потенциал, который заложен прошлыми выбросами газов, уже необратим. Человечество должно как-то приспосабливаться, ну и, конечно, постараться не увеличивать своё воздействие на климат в будущем. Рисунок 12 показывает, сколько углекислого газа человечество ещё может выбросить до достижения условной границы в 1,5 градуса потепления, когда запустятся мощные механизмы глобальных изменений (таяния ледниковых щитов, сдвига экологических зон и подъёма уровня моря), которые сделают приспособление крайне дорогим удовольствием для любой страны.

Рисунок 12. Зависимость изменения температуры Земли от количества углекислого газа, накопленного вследствие деятельности человека.

Увы, реальность такова, что сокращать выбросы нужно прямо сейчас, а к 2050-му необходимо избавиться практически от всех выбросов парниковых газов, которые не связаны с производством продовольствия.

Но можем ли мы это сделать? Мы ведь не можем остановить жизнь. Как это ни удивительно, но процесс уже начался. Рисунок 13 показывает, как быстро нарастает производство энергии из источников без выбросов парниковых газов. За 10 лет доля энергии без таких выбросов выросла в 3—10 раз в разных странах. В 2017-м в отдельные дни до 93% всей электроэнергии в Европе производилось из таких источников. Более того, цены на электроэнергию на оптовом рынке уже в 2018-м трижды становились отрицательными в Германии и Дании (последний раз 3 января 2018) из-за её перепроизводства ветряными станциями. Показателен и коллапс производства энергии на тепловых станциях в Великобритании, доля которых на рынке электричества сократилась с львиной доли до незначительной части всего лишь за 5 лет.

Рисунок 13. Производство электричества (по некоторым странам) из возобновляемых источников энергии без выбросов парниковых газов.