АРИОЗО, ДА КАПО — Атмосферные изменения

Когда вы сжигаете что-то — Александрийскую библиотеку, кустарник в Калифорнии, здание в Дрездене, старые газеты, скрипку Страдивари, — неизбежным побочным продуктом будет углекислый газ. Тысячи лет с тех пор, как люди эпохи палеолита научились добывать огонь, наш вид сжигал топливо, чтобы согревать жилище, готовить еду и освещать путь сквозь ночную тьму. Долгое время углеродный «отпечаток» людей — вклад антропогенного углерода в атмосферу — был нейтральным. Мы сжигали дерево и производили углекислый газ, новые деревья поглощали этот углекислый газ и вырастало больше деревьев.

Равновесие начало рушиться с открытием находящегося на глубине богатого углеродом топлива. Некоторые количества торфа, битуминозного каменного угля и нефти использовались тысячелетиями, хотя и не в таких объемах, чтобы существенным образом изменить атмосферный баланс. Промышленная революция, за которой последовали революции в производстве электричества и механизированной транспортировке, — вот что изменило правила игры. Резко возросший спрос на энергию в совокупности с открытием нефти и антрацита наделил бурно развивающееся технологическое общество могуществом, сопровождавшимся процветанием и материальным комфортом.

За последние 200 лет мы добыли сотни миллиардов тонн богатых углеродом угля и нефти. При сжигании этих угля и нефти в атмосферу ежегодно высвобождается около 40 млрд т углекислого газа — в 1000 раз больше, чем дают выбросы всех вулканов мира. Человечество радикально изменило ту часть уравнения, в которой отображается углерод, возвращающийся обратно наверх.

Правда

Нам не следует закрывать глаза на информацию об углероде и его роли в изменении климата. Вот четыре неоспоримых факта.

Факт первый. Углекислый газ и метан — сильнодействующие парниковые газы. Их молекулы поглощают солнечную радиацию, уменьшая количество энергии, излучаемой в космос. Чем выше концентрации углекислого газа и метана в атмосфере, тем больше солнечной энергии поглощается.

Факт второй. Количество углекислого газа и метана в атмосфере Земли быстро увеличивается. Убедительные доказательства этого поступают из разных источников, но пузырьки газа, вмерзшие в полярный лед, — километровые образцы ледяных кернов, содержащие миллионы ежегодных слоев льда, — обеспечивают прямое и неопровержимое свидетельство того, что изменения в воздухе произошли недавно. В течение почти всех прошедших миллионов лет концентрация углекислого газа колебалась между 200 и 280 ppm, самые низкие значения приходились на эпизодические ледниковые периоды. В середине XX столетия содержание превысило 300 ppm, возможно впервые за десятки миллионов лет. В 2015 г. уровень CO2 достиг 400 ppm. Каждый новый анализ показывает все ускоряющийся рост этого критического параметра — он происходит быстрее, чем когда-либо за многие миллионы лет.

Рост содержания атмосферного метана еще более резкий. Миллион лет концентрация метана колебалась между 400 и 700 частями на миллиард (ppb) — опять же в зависимости от периодов наступления и отхода ледников. За последние 200 лет это значение утроилось, взлетев почти до 2000 ppb. Как и в случае с CO2, содержание метана сейчас выше и поднимается быстрее, чем когда-либо ранее за прошедшие миллионы лет.

Факт третий. Человеческая деятельность — в первую очередь сжигание миллиардов тонн углеродного топлива ежегодно — является причиной почти всех изменений в составе атмосферы.

Факт четвертый. Земля начала нагреваться более столетия назад. Записи, которые ведутся с 1880 г., показывают, что 12 самых жарких лет за весь период наблюдений приходятся на последние два десятилетия. 2014 г. был жарче, чем любой из предшествующих ему, 2015-й стал жарче 2014-го почти на четверть градуса, 2016-й установил новый рекорд, а 2017-й оказался почти таким же жарким, что и 2016-й. В среднем за первые десятилетия XXI в. стало более чем на 1 °C теплее по сравнению с предыдущим столетием.

Почти все ученые, изучавшие эти убедительные и неопровержимые факты, приходят к одному и тому же однозначному выводу: человеческая деятельность вызывает нагревание Земли. Заключение это — не чье-то личное мнение или домысел. Оно не обусловлено политикой или экономикой. Это не уловка исследователей, желающих получить больше спонсорской поддержки, или специалистов по окружающей среде, стремящихся завоевать внимание прессы.

Мы не всё знаем о Земле, но эта информация — чистая правда.

Последствия

Удвоение содержания углерода в воздухе и следующее за ним нагревание земного шара за такое короткое время беспрецедентны. Человечество проводит не имеющий аналогов геоинженерный эксперимент безо всякой страховки, а нежелательные последствия уже начали проявляться.

С ростом концентрации атмосферного CO2 предсказуемо и соответственно повысились уровень углекислого газа в океане и — пусть немного, но губительно — его кислотность, изменение которой ослабляет карбонатные раковины и убивает кораллы. Некоторые морские биологи опасаются повсеместного разрушения мелководных морских экосистем.

Рост температуры воздуха и морской воды приводит также к небывалой потере ледникового льда — как высокогорных ледников средних широт, так и льдов полярных регионов. Нам не избежать повышения уровня моря, уже заметного вдоль многих побережий, — возможно, на десятки сантиметров, а возможно, и гораздо, гораздо больше. Подобные изменения глубин не новы. За последний миллион лет уровень моря опускался на 30 и более метров во время по крайней мере десяти эпизодов оледенения, когда чуть ли не 5% воды Земли оказалось заморожено в ледовых шапках и горных ледниках. И порядка десяти раз, когда менее 2% воды Земли было заперто во льду, уровень моря приближался к современному или был даже выше.

Сегодняшняя проблема заключается в небывалой скорости, с которой исчезают горные ледники и раскалываются шельфы Антарктического ледяного щита. Чем больше льда тает, тем глубже становятся океаны. Повышение уровня моря на 30 м в истории Земли тоже уже было. Но если текущая тенденция сохранится, сотням миллионов человек, живущих в прибрежных регионах, через несколько столетий, возможно, придется переехать. Целые штаты (например, Флорида и Делавэр) и страны (Нидерланды, Бангладеш и некоторые островные государства Тихого океана) могут практически исчезнуть.

Повышение температуры воздуха и океанов влияет еще и на климат. Частота атмосферных осадков меняется, и увеличивается интенсивность суровых штормов. Океанические течения, которые в некоторые части земного шара несут тепло, а другие охлаждают, также могут меняться. В исследовании 2017 г. Дэниел Скотт из Университета Уотерлу (Онтарио, Канада) смоделировал парадоксальный эффект последствий климатических изменений в 21 месте проведения уже минувших зимних Олимпийских игр. В XX столетии все эти территории были холодными достаточно, чтобы гарантировать с 90%-ной вероятностью, что во время проведения Игр температура будет ниже нуля. Модели Скотта прогнозируют, что к 2040 г. девять из этих олимпийских столиц, среди них Ванкувер в Канаде, Осло в Норвегии и Инсбрук в Австрии, окажутся не столь надежными — температура более четверти их зимних дней будет выше нуля. Еще критичнее ситуация в Сочи, столице зимних Олимпийских игр 2014 г., — здесь к 2040 г. температура большей части зимних дней станет положительной.

От разрушительного влияния климатических изменений страдают экосистемы по всему земному шару. Но нет худа без добра. Жители арктических регионов Гренландии, которые в течение тысячелетия холодными и темными зимними месяцами кормились подледной рыбалкой, теперь наслаждаются водами, открытыми круглогодично. Фермеры Центральной Канады извлекают выгоду из более длинного вегетационного периода. Свободный ото льда Северо-Западный проход между Атлантическим и Тихим океанами способствует ускорению морских перевозок по всему миру. А горнорудные компании с наслаждением разведывают запасы полезных ископаемых там, где впервые за всю человеческую историю на поверхности показались породы, покрытые ранее льдом.

Но есть и иные последствия климатических изменений, которые только тревожат и никому не приносят пользы. Быстрое наступление Сахары в Африке угрожает стабильным некогда поселениям. Арктические биосообщества, условия в которых в течение бесчисленных столетий были слишком холодными для насекомых-вредителей, сейчас — впервые за всю известную нам историю — страдают в июле и августе от роев москитов и черных мух. Экозоны ежегодно смещаются на север на несколько километров — быстрее, чем могут приспособиться леса, поля и мигрирующие птицы.

Ученые способны предсказать, а возможно, даже и уменьшить влияние целого ряда из постоянно увеличивающегося списка изменений, вызванных нагреванием планеты. Чего мы не можем прогнозировать и где нам угрожает наибольшая опасность — это критические точки, положительные обратные связи, которые внезапно и фундаментально меняют скорость и последствия изменений. Не исключено, что самый большой риск в этом плане представляет метан — парниковый газ, действующий намного сильнее, чем углекислый. Почти весь метан Земли заперт в ее коре и хранится в виде огромных слоев насыщенного им льда под замерзшей тундрой и континентальными шельфами. Точное его количество сложно оценить, но эксперты приходят к единому мнению, что запасы метана, заключенного во льдах по всему миру, в сотни раз больше, чем во всех других источниках, а объемы связанного с ним углерода, возможно, превышают общее содержание углерода во всех других видах ископаемого топлива. Тысячи лет этот метан был спящей, погребенной, пассивной составляющей углеродного цикла Земли.

Предельный катастрофический сценарий — критическая точка, мысль о которой заставляет некоторых из нас просыпаться ночью в холодном поту, — глобальная положительная обратная связь метана. Потепление вызывает таяние льда и высвобождение этого газа, что приводит к еще большему потеплению и еще большему таянию. Концентрация метана в атмосфере может повыситься, подняв вместе с собой и температуру. Мы не знаем, наступит ли эта обратная связь, но если да, то ее, скорее всего, уже будет слишком поздно пытаться остановить.

Можете не сомневаться. Что бы мы ни сотворили с планетой, какие бы изменения ни предстояли, жизнь продолжит свое существование, а углерод — свой цикл. Но готовы ли к грядущим изменениям мы?

Решения

Человечество без остановки вываливает огромные количества углекислого газа в небо — его нерегулируемый, невидимый поток представляет собой изменение, равного которому не было за миллионы лет истории до появления человека, т.е. в прямом смысле слова глобальное. Это не ложная тревога. Увеличивающееся количество CO2 реально, и оно имеет последствия. Те, кто отрицает это, — люди невежественные либо алчные или одновременно и те и те.

Что же делать отдельно взятому человеку? Вести углеродно-нейтральный образ жизни в наше время довольно сложно, поскольку выбросы углерода пронизывают все наше общество и препятствуют многим нашим лучшим намерениям. Вы бы хотели построить гигантскую ветряную турбину для получения экологически чистой энергии? Но весьма вероятно, что в процессе строительства вам придется вырубить гектары зеленых массивов и вылить тонны испускающего CO2 бетона для фундамента. Предпочли бы водить электромобиль? Но электричество, скорее всего, вырабатывается на электростанции, которая использует ископаемое топливо. Общественный транспорт, органическое земледелие, переработка алюминия, использование многоразовых подгузников вполне достойные способы уменьшить потребление энергии, но они все еще зависят некоторым образом от топлива, основанного на углероде. Независимо от того, где вы живете — в городе, на ферме да практически где угодно между ними, — в любом случае вы, по всей вероятности, производите парниковые газы.

Ученым свойственно быть оптимистами. Невзирая на глобальные изменения, которые могут привести к непреднамеренной катастрофе, мы ищем решения и видим возможности. Один такой оптимист — знакомый нам Питер Келемен. Он работает в уже упоминавшейся заслуженно уважаемой Обсерватории Земли Ламонт — Доэрти, принадлежащей Колумбийскому университету. Расположенная на знаменитых базальтовых утесах в районе Палисейдс-парк неподалеку от реки Гудзон, на противоположном берегу от главного манхэттенского кампуса Колумбийского университета и к северу от него, эта обсерватория — настоящий оазис исследований горных пород, океанов и атмосферы.

Отринув непосредственное соседство с прекрасными каменными образованиями, Келемен направил свой взор на тысячу километров вдаль, в сторону величественной гористой местности Султаната Оман на Аравийском полуострове. Там, на выжженной солнцем территории, которая нагревается до 60 °C бóльшую часть года, он изучает одни из самых странных горных пород Земли под названием офиолиты — это огромные куски земной мантии, которые должны находиться на глубине десятков километров, но каким-то образом оказались на высоте 3000-метровых пиков.

На первый взгляд Питер Келемен кажется беззаботным человеком. У него мягкая борода с проседью. Старому другу или новому знакомому он непринужденно улыбается, пожимая руку, тон его речи успокаивающий и уравновешенный. Он производит впечатление обычного парня, с которым вы хотели бы вместе прогуляться. Но это первое впечатление может оказаться обманчивым.

Проводить геологические исследования в Омане — занятие не для рядового специалиста. Культура Омана до определенной степени гостеприимна, но полевую геологию местные жители могут воспринять как экспансию. Когда иностранцы копают их земли, это уже вызывает недовольство. А Келемен хочет не просто отбить молотком несколько камней из придорожных обнажений. Он желает пробурить глубокие скважины и поднять километровую колонку породы — это уже критический геологический акт проникновения. Поэтому понятно, что возникают задержки и трудности. Разрешения министров по управлению земельными ресурсами, водными ресурсами и горными работами должны быть требуемым образом представлены и одобрены. Нужно пользоваться услугами местных буровых компаний Омана и платить соответствующие налоги. И поскольку никто никогда не пытался бурить в этих офиолитовых массивах, могут применяться новые правила и законы; по-видимому, никто из властей до конца не знает точно, какие.

Задержки означают, что исследования студентов находятся в подвешенном состоянии, экспедиции откладываются, а поездки планируются, однако потом отменяются. Принимая во внимание подобные бюрократические препятствия, многие ученые сдались бы. Но Питер Келемен настойчив, решителен, и у него есть то, что внешнему миру кажется бесконечным запасом терпения и спокойствия. В итоге после нескольких лет отсрочек Проект бурения в Омане был запущен и приносит результаты исторического значения.

Исследование Келемена подтвердило кое-что из того, что мы уже знали. Офиолиты гор Омана представляют собой «неожиданный» блок земной мантии, который выдвинуло на лежащую выше базальтовую океаническую кору силами сходящихся литосферных плит. Этим мантийным породам, богатым магнием и кальцием, но практически лишенным кремния, химически некомфортно находиться в прямом контакте с атмосферой Земли. Особенно быстро они «реагируют» на углекислый газ, образуя изящные взаимопересекающиеся белые жилы карбонатов магния и кальция.

Келемен с коллегами обнаружил поистине необыкновенную скорость образования этих карбонатных минералов. Офиолит буквально высасывает углекислый газ из воздуха, создавая новые карбонаты с поразительной проворностью. Вы можете чуть ли не воочию наблюдать, как образуются и растут кристаллы в поверхностных водоемах, когда насыщенные минеральными компонентами подземные воды просачиваются из обнажений. В отличие от многих минералообразующих процессов, которые протекают быстро только при высоких температурах глубоких недр Земли, эти происходят при комнатной температуре (которая, впрочем, в среднем по Оману намного выше, чем в вашей гостиной). Кроме того, новые минералы занимают значительно больший объем, чем старые. Возможно, расширением толщ можно объяснить, почему горы Омана все еще растут вверх на несколько миллиметров в год, несмотря на то что там почти нет местной сейсмической активности.

Келемен тут же делает вывод: углекислый газ потребляется горными породами в режиме реального времени. А в Омане объемы офиолитов огромны — их достаточно, чтобы поглотить весь углекислый газ, выработанный человечеством за сотни лет. В наши дни правительство Омана не хочет заниматься всякими там схемами связывания углекислого газа. Основа экономики страны — нефть, а не связывание углерода. Но камни никуда не денутся, и эта перспектива решения углеродного кризиса Земли ждет своего часа. Питер Келемен — терпеливый оптимист.

Отправить