Почему глобальное потепление — реальность?

За последние 100 лет температура Земли повысилась на 1°. Этого оказалось достаточно, чтобы с лица земли исчез вид животных — рифовая мозаичнохвостая крыса. Можно ли остановить глобальное потепление и как это сделать?

Почему происходит глобальное потепление

Чем стремительнее происходит развитие технологий, тем большую экологическую нагрузку человек оказывает на окружающую среду. Инструменты добычи полезных ископаемых, транспортные средства и другие технологии совершенствуются каждый день, но экологичность их использования вызывает большие вопросы. Концентрация углекислого газа увеличилась на 40% по сравнению с доиндустриальным периодом. В основном это произошло потому, что мы начали активно сжигать углеводороды, то есть использовать их в качестве источника энергии для транспорта, производства и других целей. 

Что происходит при сжигании углеводородов: угля, нефти и газа? Этот процесс сопряжен с химической реакцией, в результате которой образуется углекислый газ (СО2) и вода (H2O). При этом выделяется тепло, которое мы используем для получения энергии. Помимо углекислого газа в атмосфере оказываются угарный газ, диоксид серы, оксид азота и углеводороды, в том числе и метан.

Чем опасен углекислый газ? Концентрация этого и других веществ достигла рекордного уровня, не наблюдавшегося за последние 800 тысяч лет. Чем она выше, тем стремительнее повышается температура Земли. Только за последнее столетие она поднялась на 1 °С. Углекислый газ — одна из разновидностей парникового газа. Существует парниковый газ антропогенного и природного происхождения. Его уровень в доиндустриальную эпоху составлял 511 мг/м3, но увеличился до 876 мг/м3, то есть в 1,5 раза. Эти изменения стали одной из причин глобального потепления.

Земля получает солнечный свет и испускает излучение в инфракрасной области спектра. Оно не может покинуть атмосферу нашей планеты беспрепятственно. Молекулы углекислого газа поглощают тепло и переиспускают его во всех направлениях, в том числе посылают обратно, на поверхность земли. Процесс становится цикличным, а мы оказываемся внутри «парника», где температура растет. И чем выше уровень парниковых газов в атмосфере, тем интенсивнее идет этот процесс.

В 1970-х годах советский климатолог Михаил Иванович Будыко рассчитал, что удвоение концентрации углекислого газа влечет за собой рост радиационного баланса на 4,5 ватта на квадратный метр. Этого числа достаточно, чтобы температура Земли повысилась на 1,5–5 °С. Человечество активно стимулирует этот процесс. Помимо сжигания углеводородов для получения тепла, наш транспорт работает на двигателях внутреннего сгорания и выбрасывает углекислый газ в атмосферу; сельское хозяйство использует удобрения, которые насыщают почву азотом, но увеличивают выбросы оксида азота; а во время пищеварительных процессов крупного рогатого скота вырабатывается метан. Такими темпами удвоение концентрации парниковых газов может произойти уже к 2050 году. 

Природа реагирует даже на небольшие изменения радиационного баланса. Мировой океан уже поглотил ⅓ углекислого газа, который произвел человек. Это привело к масштабному закислению вод. Процесс происходит стремительно: в 2014 году была зафиксирована самая высокая скорость повышения кислотности вод за последние 300 миллионов лет, и она продолжит увеличиваться вплоть до середины XXI века. Для морских организмов, которые получают карбонат кальция и строят известковые раковины, это очень опасно, потому что кислотность водной среды увеличивается, что может повлиять на их численность, а вместе с этим и на численность животных, которые ими питаются. С разрушением пищевых цепей происходит вымирание видов, а это сказывается на жизни не только отдельных видов морских обитателей, но и целых экосистем.

Уровень Мирового океана за 100 лет поднялся на рекордные 20 сантиметров. Это происходит по нескольким причинам. Температура поверхности земли повышается, а вместе с ней нагреваются и водные массы. Происходит тепловое расширение, и по законам физики теплая вода начинает занимать больше места, чем холодная. Увеличение температуры атмосферы, воды и материков приводит к таянию ледников. Этот процесс происходит так стремительно, что в ближайшие десятилетия ученые прогнозируют, с одной стороны, затопление многих земель, а с другой — засухи в других районах.

Средняя температура нашей планеты постепенно растет вместе с концентрацией парниковых газов в атмосфере: 2016 год считают самым теплым за всю историю человечества. Ученые все чаще фиксируют так называемые периоды аномальной жары, или «волны тепла». Высокая температура держится дольше, чем это было даже 20–30 лет назад, а в будущем число таких температурных экстремумов только увеличится.

Как изменится мир в связи с глобальным потеплением

Предыдущий период межледниковья (около 130 000 лет назад) был теплее доиндустриального примерно на 2 °С. Повышение температуры на 2 °С не сказалось катастрофически на климате планеты: на Северном полюсе сохранялся лед, атмосфера Земли оставалась стабильной, а ее процессы не меняли своего характера. В наши дни мы понимаем, что если планета нагреется до 2 °С, то глобальных изменений не произойдет. Но если температура поднимется выше чем на 2 °С, перемены будут и количественные, и качественные. Чтобы их предсказать, ученые создают математические модели и компьютерные программы, которые описывают взаимодействие разных климатических факторов. В результате мы получаем сценарии климатических изменений в зависимости от разных условий. Совершенно очевидно, что многое будет зависеть от мирового социально-экономического развития и от вектора, который выберет человечество: сохранять окружающую среду или стремиться к экономическому росту, объединиться или действовать разобщенно. Лучший вариант развития событий предполагает, что страны договорятся и объединятся, чтобы спасти планету. Худший сценарий выглядит следующим образом: экономика нацелена только на производство, и все действуют автономно в соответствии со своими целями и задачами.

При наиболее благоприятном сценарии к концу XXI века температура поверхности земли увеличится на 1 °С по сравнению со средней температурой в начале века. Количество вредных выбросов начнет сокращаться еще в первой трети столетия, но экологическая обстановка не поменяется еще несколько десятилетий. Это запаздывание будет связано с тем, что сокращение эмиссии не приведет к мгновенному уменьшению количества парниковых газов в атмосфере, особенно углекислого газа и N2O. Изменения Мирового океана также окажутся медленными в связи с тем, что его температура повысится. И при благоприятном, и при неблагоприятном сценарии стоит ожидать, что уровень воды на нашей планете поднимется на 50 сантиметров. Это изменение окажется опасным для стран и городов с низкой прибрежной зоной: под угрозой окажется Флорида, Бангладеш, часть азиатского побережья Северного Ледовитого океана и некоторые острова, которые не защищены специальными гидротехническими сооружениями, какие существуют в Нидерландах или Санкт-Петербурге. Кроме того, в зоне риска будут находиться и портовые сооружения: при подъеме уровня воды они окажутся более подверженными штормам и другим катаклизмам.

Вне зависимости от того, по какому сценарию будет меняться климат, прогнозы до середины ХХI века не сильно друг от друга отличаются — показатели начинают расходиться с 2050-х годов. Так что до этого времени искать ответ на вопрос, как именно будет меняться климат, бессмысленно. А вот предсказать, с какими угрозами и опасностями этот процесс будет связан, необходимо. 

Повышение температуры на несколько градусов интенсивнее всего будет происходить в Арктике, потому что в этом регионе растают ледники, земля окажется открытой и существенно прогреется. Придется подумать и о постройках в зоне вечной мерзлоты: они не смогут удержаться в подтаявшем грунте, и целые города придется приспосабливать к новым температурным режимам.

Рост температуры будет связан и с увеличением частоты засушливых периодов. В регионах, отмеченных засухой, ситуация станет еще более напряженной. На Земле будет развиваться опустынивание, оно приведет к росту голода и нехватке питьевой воды, особенно в развивающихся странах. 

А в районах вечной мерзлоты все будет наоборот: торфяные отложения, которые вечная мерзлота сковывает, частично оттают. Слой, в котором происходит процесс разложения органики, увеличится, как и период разложения. Это спровоцирует выброс парниковых газов в атмосферу. Что касается обитателей земного шара, то у людей, которые плохо переносят жару, увеличатся риски развития многих заболеваний. Человечество будет более уязвимо перед различными инфекциями из-за переносчиков, которые до глобального потепления жили в теплом или жарком климате, потому что они смогут мигрировать в другие районы — например, малярийные плазмодии или иксодовые клещи. Помимо миграции, мы будем наблюдать за тем, как сокращается биоразнообразие Земли, ведь флора и фауна не будут успевать приспосабливаться к климатическим изменениям.

Как остановить глобальное потепление 

Ученые уверены, что температурным рубежом, при котором климатические изменения дадут максимально негативные эффекты, является рубеж в 2 °С. С начала века средняя температура на Земле выросла на 0,8 °С, и для того, чтобы рост замедлился и не превысил этот показатель, нужно сократить выбросы углекислого газа на 70%. К сожалению, сделать это невозможно, иначе придется остановить работу всей мировой энергетики, а значит, и экономики. Поэтому многие специалисты начали разрабатывать геоинженерные способы решения этой задачи. Например, посадить такое количество деревьев, чтобы они максимально переработали углекислый газ, или откачивать СО2 из атмосферы и держать его в отработанных шахтах. Этот план реализовать непросто, потому что на каждом предприятии, выбрасывающем углекислый газ, понадобится специальная установка, и для работы ей потребуется около ⅓ мощности производства, а это спровоцирует дополнительные выбросы СО2. Так что пока это инструмент экономически выгоден только для крупных предприятий, например, нефтяной и угольной промышленности. Однако точечные нововведения не смогут решить проблему системно. 

В разные годы специалисты высказывали самые невероятные и оригинальные идеи. Например, расположить в стационарной позиции между Солнцем и Землей систему экранов так, чтобы управлять потоком солнечной радиации. Ученые смогут регулировать их таким образом, чтобы создать полутень и уменьшить приток солнечной энергии. Чем ее меньше, тем медленнее происходит процесс нагревания планеты. Другая идея заключается в том, чтобы запустить в стратосферу искусственные облака из серосодержащих аэрозолей, которые поддерживались бы с помощью высокопотолочных самолетов. Они должны были бы охлаждать Землю по аналогии с частицами аэрозоля из сернистого газа, которые извергает крупный вулкан — на протяжении еще трех лет после извержения он остужает поверхность планеты. В качестве вещества для рассеивания в стратосфере можно было бы использовать соединение Н2S, потому что в нем содержится большое количество серы и его дешево транспортировать в стратосферу. У этой идеи есть множество минусов. Вмешательство в климатическую систему чревато непредсказуемыми последствиями. Однажды мы можем оказаться на планете, где температурный баланс будет поддерживаться исключительно искусственным образом. 

К сожалению, пока ни одна технологическая разработка или идея, связанная с глобальным решением климатического вопроса, до сих пор не звучит всерьез. И тем не менее сделать кое-что в наших силах. Мы можем замедлить процесс повышения температуры, если сократим потребление ископаемого топлива и будем системно переходить на возобновляемые источники электроэнергии, развивать атомную энергетику. Реализовать эту стратегию можно двумя путями: административным и рыночным. Рыночная стратегия может включать в себя углеродный налог. Административные методы — запрет особо «грязных» технологий и указание использовать «чистые» решения. Экономическими или рыночными инструментами может стать введение налога на выбросы парникового газа, субсидии на сокращение выбросов или система торговли квотами.