Концепция антропогенного изменения климата состоит в том, что при сжигании ископаемого топлива (нефть, газ, уголь) в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа (диоксид углерода, CO2), а увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере разогревает Землю. Процесс идет поступательно, и в конечном счете может произойти коренная перестройка всех атмосферных процессов. Если это случится, то мы даже представить не можем, в каком мире окажемся.
Эта концепция разделяется большинством ученых. То есть в мировой научной среде имеется консенсус по поводу антропогенного происхождения наблюдаемого роста средней температуры на Земле.
Однако, несмотря на это, существуют и так называемые «климатические скептики», или «климатические отрицатели» (если переводить термин дословно), которые оппонируют данной концепции. Они представляют собой достаточно обширное сообщество со своими сайтами и форумами в интернете. В 2009 году они опубликовали обширный (более 700 страниц!) доклад, в котором попытались разбить все доводы сторонников концепции антропогенного изменения климата.
На мой взгляд, само существование климатических скептиков связано с тем, что они недооценивают то, что уже зафиксировано и доказано наукой.
Так, например, известно, что атмосфера Земли разогревается. За последние 100 лет температура выросла на 0,86°C. Это установлено абсолютно точно по сети метеостанций, которые были отобраны для подобного рода измерений. Причем в эту сеть не вошли те станции, которые показывали какие-то аномальные значения температуры и осадков по сравнению с ближайшим окружением. Так вот, отобранная сеть станций однозначно показывает, что существует тренд повышения температуры. Этот тренд является математически доказанным, так как проводились вычисления его достоверности (на вероятность случайности).
Конечно, можно предполагать, как это и делают климатические скептики, что были отобраны не те метеостанции. Но на самом деле эти наблюдения достоверны, и они показывают повышение температуры, которое идет по нарастающей: 2/3 разогрева приходятся на последние 30-40 лет.
Повышение на 0,86°C может казаться не очень значительным изменением температуры, но надо знать очень простую вещь: если сейчас средняя температура на Земле составляет +15°C, то в ледниковую эпоху, когда мир был совершенно другим, средняя температура была +11°C. Разница всего в 4 градуса. Поэтому принято считать пороговым значением разогрев Земли на 2 градуса. То есть предполагается, что до тех пор, пока средняя температура не достигла +17°C, мы еще живем в привычной системе атмосферной циркуляции. А после того, как средняя температура на планете достигнет этой величины, никто не знает, какие изменения произойдут в атмосфере и насколько удачно мы сможем к ним приспособиться.
Установлено также, что, помимо роста средней температуры, в атмосфере идет процесс увеличения концентрации углекислого газа. Это тоже инструментально доказано. Есть одна уникальная фоновая станция «Мауна-Лоа» на Гавайских островах. Когда в 1959 году Чарльз Килинг устраивал эту станцию, он вдруг решил наблюдать за углекислым газом, который тогда вообще никого не интересовал, потому что это нетоксичный газ и его много в атмосфере. И вот благодаря этим наблюдениям мы имеем целый график с 1959 года по настоящее время, отображающий поступательное увеличение концентрации углекислого газа.
На данный момент CO2 присутствует в земной атмосфере в таком количестве, которого в ней не было за последние 800 000 лет. Мы узнали это, измерив содержание СО2 в пузырьках воздуха в ледниковых кернах, которые были получены при бурении ледникового панциря на станции «Восток» в Антарктиде.
Нормальной концентрацией CO2 в атмосфере считается 280 миллионных частей (280 молекул CO2 на 1 миллион молекул всех веществ в некотором объеме воздуха). Такой концентрация была еще в доиндустриальную эпоху. В феврале 2015 года содержание CO2 превысило 400 миллионных частей. Таким образом, концентрация углекислого газа выросла на 40%. Это тоже является фактом.
В итоге мы имеем рост средней температуры на Земле, рост концентрации CO2, и вопрос только в одном: как правильно связать увеличение количества углекислого газа с ростом температуры?
Здесь климатические скептики указывают на то, что CO2 не является главным парниковым газом.
И это действительно так. Главным парниковым газом является пар воды. Если бы у нашей планеты не было атмосферы, то средняя температура на Земле была бы не +15°C, а –18°C. Разница в 33 градуса. 33 градуса — это количественно измеренный парниковый эффект на Земле. И вода ответственна примерно за 90% этого разогрева. То есть за 30 градусов несет ответственность водяной пар и только за 3 градуса — все остальные парниковые газы. CO2 отвечает примерно за половину этого разогрева в 3 градуса. И скептики говорят, что это не такой уж большой вклад и что трудно представить, будто увеличение концентрации CO2 даже на 40% могло бы дать такой эффект, как разогрев на 0,86°C.
Второе их возражение еще более серьезное. Дело в том, что вещества, которые мы относим к парниковым, поглощают исходящую длинноволновую радиацию в определенных диапазонах. Парниковый эффект заключается в том, что сначала на Землю от Солнца поступает коротковолновая солнечная радиация, которая проходит через атмосферу и разогревает планету. А обратно в космос исходит уже длинноволновая радиация, тепловая. При этом атмосфера Земли является прозрачной для некоторых диапазонов исходящей длинноволновой радиации и полупрозрачной или непрозрачной для других. CO2 также работает в определенном диапазоне, то есть поглощает энергию только в своем определенном спектре (частоте).
Скептики говорят, что CO2 было достаточно и в доиндустриальную эпоху, чтобы поглотить точно такое же количество исходящей радиации, которая имеется в данном диапазоне. И это очень существенный момент. Они правы, что радиации, исходящей в этом диапазоне, не очень много, а увеличение концентрации CO2 не увеличивает количества поглощаемой радиации.
Но на это есть ответ, как мне кажется, вполне разумный. Дело в том, что молекулы CO2 не поглощают исходящую от Земли радиацию, а просто задерживают ее рассеивание в космос. CO2 состоит из атома углерода и двух атомов кислорода, которые связаны не совсем жесткими связями, а двигаются как на шарнирах, т. е. все время находятся в некотором колебании. Когда радиация в диапазоне, соответствующем диапазону CO2, попадает на молекулу, та начинает вибрировать. За счет этой вибрации и происходит задержка радиации, исходящей в космос. Соответственно, если в атмосфере становится больше CO2, то процесс задержки начинает происходить ближе к поверхности Земли. Ведь если молекул CO2 становится больше, то и вероятность встречи с ними у уходящей радиации увеличивается.
Соответственно, радиация рассеивается в космос медленнее, а Земля из-за этого разогревается.
Что еще можно сказать о скептических высказываниях по поводу возможной незначительной роли CO2 в разогреве атмосферы Земли? Идеальным случаем было бы прямое измерение колебаний баланса тепла на входе и выходе из атмосферы, чтобы доказать тренд на удерживание исходящий радиации в воздушной оболочке Земли. В этом направлении ведутся современные климатические исследования.
Еще в 1970 году был запущен спутник, который проработал, к сожалению, всего лишь 9-10 месяцев. Он измерял исходящую радиацию во всех диапазонах. Второй такой спутник был запущен в 1997 году. Затем в 2006 году был запущен еще один спутник. Естественно, на каждом из них устанавливались разные инструменты для измерения, но, тем не менее, их смогли откалибровать с помощью модели. Эта модель рассчитывала, сколько и в каком диапазоне радиации должно задерживаться на выходе при определенных количествах CO2. Оказалось, что модельные расчеты одинаково хорошо согласуются и с измерениями 1970 года (когда концентрация CO2 была значительно ниже), и с измерениями, ведущимися с 1997 и 2006 годов.
В итоге мы можем сравнить уровни исходящей радиации для этих трех периодов, и сравнение показывает, что, действительно, в тех диапазонах, которые соответствуют диапазону поглощения радиации углекислым газом, она уменьшается. Таким образом, в отношении CO2 доказано прямым наблюдением, что повышение его концентрации приводит к поглощению тепла атмосферой. Остается доказать, что этого достаточно для наблюдаемого роста глобальной температуры на Земле.
