Глобальное потепление: как работает наука. Глобальное потепление и его последствия

Анализ химического состава микрометеоритов древностью в 2,7 миллиарда лет показал, что они проходили через атмосферу, . Это противоречит всему, чему нас учили в школе. Известно, что в то время на Земле царили анаэробные организмы, а они в кислородной атмосфере жить не смогли бы. Учёные разрешили этот парадокс: микрометеориты оплавляются в верхних слоях атмосферы. Там кислород в ту эпоху вполне мог образовываться при распаде углекислого газа под действием ультрафиолета. Правда, непонятно, почему он тогда не опускался вниз и не отравлял тогдашние бактерии. Получается, что на планете тогда была "атмосфера-матрёшка" с неперемешивающимися слоями. Пока нечто подобное описывали только теоретические модели для далёких экзопланет, и открытие таких странностей в прошлом Земли никем не ожидалось. Кстати, из открытия следует вполне практический вывод: экзопланета может иметь много кислорода в атмосфере, даже если там вообще нет жизни.

2. Атмосфера 2,7 миллиарда лет назад была вдвое менее плотной, чем сегодняшняя

Другая группа исследователей сравнивала размер воздушных пузырьков в лаве возрастом в 2,7 миллиарда лет с современными и пришла к удивительному выводу: атмосфера нашей планеты в ту пору была , чем сегодня. Примерно такое же давление действует на человека, забравшегося выше пяти километров. Это означает, что на Земле 2,7 миллиарда лет назад были условия, которые учёные справедливо обозначают как "инопланетные". Вода должна была кипеть при температурах меньше 70 градусов, и никакие птицы в той атмосфере летать не смогли бы в принципе, даже несмотря на наличие кислорода в её верхних слоях. На этой "инопланетной" Земле по-другому выглядели бы даже восходы и закаты: при вдвое более разреженной атмосфере красных тонов там было бы куда меньше.

3. Бактерии молодой Земли чуть не съели весь её воздух

Новые сведения о плотности атмосферы в то время очень остро поставили вопрос: куда три миллиарда лет назад девалась половина земной атмосферы, где она "пряталась" так долго и откуда появилась вновь? Международная группа учёных быстро отреагировала на вызов и рассчитала, что единственной мыслимой причиной всех этих странностей была . Бактерии не имели мозга, зато очень активно размножались, используя азот как строительный материал для своих новых копий. Как оказалось, всего за пару миллиардов лет их деятельности они должны были поглотить и "спрятать" в нерастворимых соединениях больше половины всей атмосферы - то есть столько же, сколько и обнаружилось при анализе образцов лавы.

Такая безудержная гонка за едой и размножением должна была привести к климатической и экологической катастрофе. Вычёрпывая азот из воздуха, бактерии резко снижали парниковый эффект, а Солнце тогда и так светило почти на 20 процентов слабее, чем сегодня. Планете угрожало глобальное замерзание. К счастью, группа аэробов (бактерий, использующих кислород) тогда преуспела в массовом производстве кислорода за счёт фотосинтеза и отравила этим газом анаэробов, загнав их во второстепенные экологические ниши. В присутствии такого сильного окислителя, как кислород, связанный азот постепенно вернулся в атмосферу. Его соединения были химически неустойчивы в присутствии кислорода и окислялись, образуя оксиды азота и водяные пары. Оксиды азота со временем разлагались на азот и кислород. Этим он спас Землю от замерзания, а также сделал возможным последующее процветание сложной жизни. Кстати, расчёты показали, что если бы не гибель от кислорода, азотфиксирующие анаэробы к сегодняшнему дню уже съели бы практически всю атмосферу планеты.

4. На Земле 3 миллиарда лет назад было тепло, несмотря на "слабую" атмосферу

История с аномальными резкими изменениями плотности газовой оболочки Земли миллиарды лет назад указала на то, что наука пока не понимает, почему планета тогда не замерзала. Если сейчас мы ослабим Солнце на 20 процентов, то Земля довольно быстро покроется льдами. Однако три миллиарда лет назад на ней не было никаких следов льдов. Как это было возможно при истощённой жадными бактериями атмосфере, слабее удерживавшей тепло?

Предполагается, что всё дело в неких мощных парниковых газах, которые тогда присутствовали в ней в изобилии. Однако пока все расчёты показывают, что углекислого газа в нужных объёмах там не было. Что же конкретно не давало планете замерзнуть до 2,4 миллиарда лет назад (время появления на ней первых ледников) - пока, увы, неизвестно. В 2016 году возникло предположение , что в первый миллиард лет планету разогревали астероиды. При падении они испаряли много замерзших газов за счёт энергии сверхмощных взрывов и тем самым усиливали парниковый эффект. Однако этот эффект должен был сойти на нет уже во второй миллиард лет земной истории, и, что спасало планету от замерзания дальше, не вполне ясно.

5. Подземные океаны оказались полноводнее наземных

Одним из наиболее распространённых водосодержащих материалов на Земле является брусит, существующий в верхних слоях её мантии. Однако поскольку доступ на сотни километров вниз у учёных отсутствует, они оценивали нижнюю границу распространения брусита на основе его устойчивости к давлению. Считалось, что начиная с 400 километров и глубже брусит разлагается. Освобождающаяся вода быстро поднимается вверх и возвращается в моря Земли.

Однако в 2016 году , что при таком высоком давлении брусит зачастую просто образует новую более устойчивую фазу, что позволяет ему существовать на куда больших глубинах. Он на 30% состоит из воды, а значит, её в мантии намного больше, чем считалось ранее. Теперь геологи пытаются вычислить, сколько именно воды может быть связано в брусите на 400-600 километров ниже уровня моря.

Если бы Земля была равномерно покрыта водой, всех её океанов хватило бы для создания слоя глубиной в три километра. Если хотя бы несколько процентов мантии на такой глубине состоят из брусита (а на это указывает ряд признаков), там может быть намного большее количество воды, чем во всех океанах планеты.

6. Магнитное поле планеты показало свою ненадёжность

Недавние данные наблюдений спутников за магнитным полем Земли показали неожиданное: всего за пару лет его сила в различных густонаселённых районах планеты на 2–3 процента, в основном - в сторону снижения. До этого считалось, что заметные изменения в его силе происходят довольно редко. Исследователи отмечают, что их данные могут указывать на куда меньшую стабильность поля, чем предполагалось ранее. Возможно, его радикальнейшие изменения - включая фактические "отключения" при инверсии магнитных полюсов планеты - также распространены сильнее, чем принято считать.

Во время ослабления магнитного поля поток космических лучей, достигающих поверхности планеты, становится сильнее. Пока не ясно, насколько это может отражаться на здоровье её жителей. Известно, что 780 000 лет назад магнитное поле ослабевало не менее чем в в 20 раз. Предположительно, нечто подобное могло случиться и 40 000 лет назад. И в том, и в другом случае никаких вымираний отмечено не было, хотя уровень радиационного фона на Земле должен был на некоторое время значительно возрасти.

7. Стало ясно, почему на Земле так холодно и мало кислорода

Основную часть своей истории наша планета была куда теплее, чем сегодня, и потому свободна от постоянных ледниковых шапок. Из геологических данных ясно, что достигалось это за счёт большего количества углекислого газа в воздухе. Но вот почему оно в последние миллионы лет так резко упало, что прежде цветущая и лесистая Новая Земля и другие арктические районы стали пустыней, долго оставалось неясным.

Группа американских учёных объяснение ситуации. С помощью моделирования исследователи показали, что когда одна литосферная плита слегка поддевает край другой, то может вынести вверх океаническую кору и таким образом сделать её сушей. Такая кора очень долго не контактировала с воздухом планеты и поэтому практически не имеет в своём составе углекислого газа. Из-за этого бывшее дно океана может поглощать этот газ в больших количествах.

В последние миллионы лет Австралия, двигаясь на север, поддела океаническую кору близ Явы и выносит её вверх. Из-за высокой скорости эрозии (сильные дожди, высокие температуры) в экваториальных областях процесс связывания углекислого газа там идёт очень хорошо. Остальная планета при этом охлаждается, что и ведёт к странностям вроде ледниковых периодов, появления тундр и тому подобного.

Кстати, другая группа учёных достоверно , что последние 800 тысяч лет из-за этого похолодания содержание кислорода в атмосфере падает. Превращение большой части суши в арктические и тропические пустыни неизбежно снижает производство кислорода растениями. Поэтому ещё 800 тысяч лет назад этого газа в атмосфере было на 0,7 процента больше. Такая разница не выглядит большой. Примерно на столько снижается содержание кислорода в воздухе плохо проветриваемого помещения. Однако если бы жившие тогда предки человека перенеслись в наше время, то первое время непроизвольно зевали бы чаще, пытаясь компенсировать нехватку этого газа в воздухе.

8. Глобальное потепление поставило серию рекордов

В 2016-м году температура на планете чем за все 137 лет систематических наблюдений. Правда, в наше время такие новости, в принципе, появляются едва ли не каждый год. Куда значимее то, что концентрация углекислого газа над Антарктидой впервые за миллионы лет . Биологическая и индустриальная активность там минимальна, поэтому достижение над Антарктидой концентрации парникового газа, которой ещё в XX веке не было ни над одним континентом Земли - действительно значимый результат.

9. Россия взяла неподъёмные обязательства по борьбе с потеплением, но, к счастью, пока не должна их выполнять

С учётом череды температурных и углеродных рекордов не замечать реальности глобального потепления стало довольно трудно. На него внимание даже российские астрономы, которых оно лишило большинства ясных ночей для наблюдений за звёздами. Поэтому на 2016 год пришлось сразу множество подписаний Парижского соглашения по борьбе с глобальным потеплением. Не избегла общей участи и Россия.

Соглашение призывает не дать глобальной средней температуре вырасти на 2,0 градуса Цельсия и "приложить усилия" для ограничения роста температуры на величину не более 1,5 градуса. Достигнуть этой цели можно, только если уже во второй половине века выбросы углекислого газа станут нулевыми. Чтобы сделать это, России в теории придётся резко изменить технологии практически во всех отраслях промышленности, транспорта, сельского хозяйства и строительства. К счастью, пока это дело далёкого будущего. Соглашение призывает страны уменьшить свои выбросы относительно уровня 1990 года. Наша страна сделала этого до его подписания, ведь её промышленность всё ещё слабее, чем в 1991 году. Поэтому первые годы выполнять соглашение нам не придётся.

Куда хуже ситуация станет через 10–20 лет, когда его выполнение потребует либо сокращения промышленного производства, либо закрытия работающих электростанций (и, как следствие, роста цен на энергию). Впрочем, пока до этого ещё далеко, поэтому беспокоиться рано. К тому же ещё до этого Парижское соглашение приведёт к такому ограничению потребления российских углеводородов за рубежом, что новые проблемы вряд ли радикально ухудшат ситуацию.

10. Глобальное потепление заставило планету расцвести и сократило площадь пустынь

Многочисленные температурные рекорды не прошли бесследно для биосферы. Как показала другая работа 2016 года, по мере нагрева планеты общее количество осадков будет расти - особенно в ранее засушливых зонах. К тому же из-за роста концентрации углекислого газа растениям теперь и они могут расти даже там, где прежде им бы не хватало дождей.

В общем, страны типа Эфиопии из-за этого процесса : там увеличится и общее количество растительности, и урожайность сельхозкультур. Более того, специалисты по изучению Сахары отмечают, что в последние 30 лет из-за роста осадков пустыня в целом и в особенности её южная окраина - Сахель - стали постепенно зеленеть. Однако Парижское соглашение (и ему подобные) вряд ли даст этому процессу завершиться, поэтому плавное озеленение земных пустынь едва ли станет долговременным.

Физика

• Перевод

Наука – это факты. Дома делают из камня, а науку – из фактов. Но куча камней – это не дом, и куча фактов – это не обязательно наука.
- Жюль Анри Пуанкаре

С чем большей высоты вы упадёте, тем быстрее вы будете двигаться в момент встречи с землёй.

Это кажется весьма очевидным. Это понятно интуитивно, на основании полученного вами опыта. Если уронить яйцо с достаточно большой высоты, оно разобьётся.

И если с трамплина прыгать не так страшно, прыжок с большей высоты уже может начать вас волновать.

Даже если вы никогда этого не делали, вы предполагаете, что, прыгнув с достаточно большой высоты, в конце прыжка вы можете разбиться. Так как вы можете узнать, безопасно это или нет? Слишком ли вы высоко для того, чтобы прыгать?

Хотите – верьте, хотите – нет, но именно из этого и состоит наука, и именно так мы становимся учёными.

Нам внушают один большой миф насчёт научного метода, будто существует один неизменный способ заниматься наукой. Если убрать всю претенциозность, окажется, что наука – это способ разбираться в окружающем мире.

Если случится это, тогда что случится далее? Вы не сидите, сложа руки, напыщенно рассуждая о своих мыслях по этому поводу – вы идёте и проводите расследование. Вы ведёте наблюдения, делаете измерения всех тех вещей, что случаются в разных условиях.

Возможно, вы узнаете, что существуют такие высоты, с которых нельзя спрыгнуть безопасно, и даже сможете обозначить их количественно. И когда вы удовлетворены вашими находками, вы можете собрать все полученные знания вместе, и сказать что-нибудь умное и информированное, типа:

С чем большей высоты вы падаете, тем быстрее вы будете двигаться при встрече с землёй.

И это утверждение собирает все ваши расследования, наблюдения, измерения и опыт вместе, и описывает не только полученный вами опыт, но и экстраполирует его на более общий случай, позволяя вам делать предсказания того, что случится в тех случаях, которые вы ещё не пробовали пережить.

Достигнув этой точки, вы окажетесь на старте того, что можно назвать научной теорией. Вы можете начать делать предсказания, если настроите систему определённым образом. Если происходит то, что предсказывала ваша теория, это подтверждает её. Но у всякой теории есть ограничения, точка, где она перестаёт работать.

В нашем примере теория перестаёт работать, когда объект достигает установившейся скорости, когда сила сопротивления воздуха сравнивается с силой гравитации, ускоряющей падение. В этот момент высота, с которой вы упали, уже не важна – быстрее вы падать не будете.

Но наука, конечно, может больше. Вместо качественного утверждения, приведённого выше, мы можем определить, на основании точного определения всех взаимодействующих сил (включая гравитацию, сопротивление воздуха, скорость ветра, и т.п.), как быстро и в каком направлении падающий объект будет двигаться в любой момент времени. Количественно.

И проверяя эту теорию каждый раз в новых условиях и при новых обстоятельствах, мы либо получаем подтверждение, что лучшая наша теория справляется с новыми условиями, или обнаруживаем, что теория описывает не всё.

И большую часть истории человечества наука продвигалась невероятно медленно.

Магнетизм был впервые открыт в XIII веке (его открыл Пьер Пелерен де Марикур), но лишь в XIX веке была понята его связь с электричеством и электрическим зарядом, а успешное описание квантовой механики , обуславливающей магнетизм, было сделано сравнительно недавно.

Последующие открытия не отменяли ранние теории, они просто открывали ограничения ранних идей и шли за их пределы.

Биология не началась с открытия фундаментального источника генетического кода. До того, как стали известны структура и работа ДНК, учёные уже многое знали о генетике и наследственности. Если мы скрещивали определённые существа с определёнными характеристиками, мы давно уже могли предсказывать характеристики, которыми будет обладать их отпрыск.

А до понимания генетики – механизмов наследования – мы могли определить, что свойства живых существ со временем меняются, включая и основной механизм этого изменения.

И ещё до того, как дарвинизм стал ведущей научной теорией, люди занимались животноводством для получения нужных характеристик в течение 10 000 лет.

Конечно, сегодня науке известно уже слишком много для того, чтобы один человек смог стать экспертом по всем вопросам всех наук. Поэтому у нас есть научные эксперты , знающие важные детали своих областей. Альтернативная теория эволюции должна не только объяснить всё то, что объясняет теория эволюции, но и включать генетику, ДНК и всё остальное, что было построено на эволюции.

То же касается и Вселенной.

В какой-то момент в прошлом теория Большого взрыва была даже не лидирующей теорией о первых этапах развития Вселенной. Но появились наблюдения – реликтового излучения, эволюции галактик, изначального обилия элементов – и альтернативы отпали, не способные продолжать. Сегодня модель Большого взрыва предсказывает различные явления – гравитационное линзирование, крупномасштабные космические структуры, флюктуации в микроволновом фоновом излучении, и т.п. – и все они отлично соответствуют наблюдениям, в отличие от любых альтернатив.

Достичь научного консенсуса по любой проблеме очень сложно, поскольку доказательства должны быть весьма убедительными. Если существует несколько разумных объяснений, соответствующих полученным данным хотя бы с некоей погрешностью, консенсуса не достичь.

Мы скептики. Мы не верим объяснениям, просто звучащим правдоподобно. Мы наблюдаем. Мы подсчитываем. Мы предсказываем. Мы проверяем и изменяем наши теории. Мы тестируем их границы и идём дальше. Мы требуем повторения экспериментов и количественной точности предсказаний теории.

Но если все альтернативы оказываются гораздо хуже – как в случае эволюции и Большого взрыва – вы увидите, что более 95% специалистов в этой области согласятся. А когда эти факты представляют собой угрозу общественному здоровью и безопасности, это очень важно.

Вы не умрёте, если не поверите в Большой взрыв. Вы просто будете неправы, и у вас не будет глубокого и основательного понимания ваших истоков и существования. Вы свободны выбирать, разумеется. Но если вы решите попробовать на вкус ртуть или свинец, выкуривать упаковку сигарет в день, дышать сильно загрязнённым воздухом или проглотить небольшое количество полония , последствия будут куда как более серьёзными. То же верно и для Земли.

Учёные, изучающие глобальное потепление и изменение климата, достигли консенсуса . Я встречал много скептицизма, и хотя я с удовольствием описывал те детали, в которых я разбираюсь, я не климатолог, и не могу быть тем экспертом, который доказывает мотивированность теории. Мне приходится верить экспертам и достигнутому ими консенсусу.

У этого консенсуса четырех простых компоненты:

1. Земля нагревается и это нагревание ускоряется.
2. Нагревание в основном вызвано человеческой деятельностью, характеризующейся выбросом парниковых газов.
3. Если выброс газов продолжится, продолжит и подниматься температура. В результате растают ледяные шапки, повысится уровень моря, и климат многих регионов кардинально поменяется.
4. Всех этих возможностей – и сопутствующих им стихийных бедствий – нужно избежать, ибо они вредны и опасны.

По первым трём пунктам консенсус очень твёрд (соответствует упомянутым мной 95%), и хотя я не слышал, чтобы кто-либо значимый возражал против четвёртого пункта, возможно, что есть и такие мнения.

Против второго и третьего пункта очень трудно возражать с научных позиций, поскольку люди уже выбросили более триллиона тонн парниковых газов, что привело к увеличению температуры точно так же, как приведёт к увеличению вашей температуры завёртывание в одеяла. Физика настолько ясна и проста, что – за исключением задачи количественного моделирования пределов увеличения температуры – не остаётся места для дискуссий.

Поэтому скептически относящиеся к изменению климата личности сфокусировались на первом пункте: они пытаются отрицать повышение температуры Земли и её ускорение. Ричард Мюллер [Richard Mueller ], известный скептик, призвал измерить и тщательно изучить предыдущие измерения глобальной средней температуры, и проверить, насколько мы должны быть уверены в заявлениях NOAA, NASA GISS и других источников, что температура Земли повышается. Что в результате?

Объединённая база данных по температурным данным содержит 1,6 миллиарда записей, доступных на сайте www.BerkeleyEarth.org . Там же можно почитать работы и проверить их . Как можно видеть, они с большой точностью подтверждают результаты предыдущих работ, показывая, что за последние 60 лет температура в среднем выросла на 1 градус Цельсия, и что за последние 30 лет скорость роста увеличивается.

Глобальное потепление 2016 может стать началом конца и это отнюдь не шутка. Потепление на нашей планете приняло бесповоротный характер, считают ученые. Таковы выводы глобального исследования, проведенного 413 климатологами из 58 стран. Об этом сообщает ежегодный бюллетень Американского метеорологического общества.

Даже если человечество резко сократит выбросы углекислого газа, Мировой океан продолжит нагреваться в течение ближайших сотен, если не тысяч, лет, считают ученые. Повышение температуры водного покрова планеты влечет за собой рост средней температуры атмосферы, таяние ледников, усиление прогрева верхних слоев суши.

Томас Карл, координатор работы над бюллетенем Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), отмечает, что все индикаторы свидетельствуют об изменении климата нашей планеты во всех ее уголках, начиная от океанских глубин и заканчивая верхними слоями атмосферы. Обнародованные NOAA данные действительно пугают: в прошлом году содержание углекислого газа в атмосфере составило 397,2 части на миллион (ppm) против 354 частей 25 лет назад. И это неудивительно, ведь с 1990 года промышленные выбросы в атмосферу увеличились в 4 раза.

В 2014 году был установлен рекорд температуры над поверхностью суши, начиная с начала подобных наблюдений с 1880 года. В прошлом году она оказалась выше на 0,88 градуса, чем в конце XIX века, и на 0,37-0,44 градусов больше, чем в конце XX – начале XXI вв.

Уровень Мирового океана по сравнению с концом прошлого века вырос на 6,2 сантиметра. Это не катастрофично, но куда большую озабоченность ученых вызывают изменения основных течений: так, Гольфстрим, который всегда служил своеобразной печкой для Европы, слабеет буквально на глазах. При этом число ураганов, возникающих над океаническими массивами, выросло на 10 процентов по сравнению с 90-ми годами прошлого столетия.

В 2016 выбросы углекислого газа побьют рекорд

Объем выбросов двуокиси углерода, главной причины глобального потепления, снова увеличивается c 2015 года, достигая рекордной отметки - 40000000000 тонн. Обнародованные данные Глобального углеродного проекта показывают возможное увеличение на 2,6%. Информация была опубликована накануне саммита по климатическим проблемам в Нью-Йорке, где мировые лидеры обсуждали будущие действия в связи с изменениями климата.

Последний годовой отчет в рамках Глобального углеродного бюджета - проекта, который исследует, в частности, круговорот углекислого газа в атмосфере - указывает: в дальнейшем выбросы СО2 не могут превышать 1,2 триллиона тонн. При таком условии остается шанс, что годовое повышение средней температуры составит менее двух градусов по Цельсию. По нынешним темпам выбросов «квота» в 1,2 триллиона будет превышена в течение следующих 30 лет. Иными словами, это произойдет через одно поколение. Если срочно не принять мер, то вскоре добиваться уюта и комфорта в маленькой квартире будет некому.

Глобальное потепление 2016 не остановить – ученые

Экологи отмечают, что во избежание значительного изменения климата на планете более половины всех горючих полезных ископаемых должны оставаться неразведанными. Пока будут разработаны и внедрены новые технологии для хранения углерода в недрах.

Профессор Корин Ле Кер, директор Центра исследования климата имени Тиндел (Великобритания), отмечает:

Влияние человека на климатические изменения налицо. Если мы хотим их замедлить, тогда нам нужно стабильное уменьшение выбросов двуокиси углерода от сжигания полезных ископаемых. Мы сейчас слишком далеки от выполнения условий, необходимых для содержания летнего повышения температуры в пределах двух градусов. Для многих стран мира, даже самых богатых, достичь этого уровня уже сложно. Политикам на Нью-Йоркском саммите следует очень хорошо подумать над ограничением возможностей их выбора, что и показала климатология.

Годовой Глобальный углеродный бюджет содержит прогноз общих показателей 2015 года, а также приводит прошлогодние данные по странам и в расчете на душу населения.