Портал 66.ru при поддержке Уральского федерального университета продолжает спецпроект о том, чем на самом деле занимаются ученые Екатеринбурга. В очередной серии о своей работе рассказывает старший научный сотрудник лаборатории физики климата и окружающей среды Константин Грибанов.
Совместно с иностранными коллегами эта лаборатория построила в Арктике станции наблюдения за изменениями климата на планете. Потому тема нашего диалога (из которого мы, как обычно, выкинули все вопросы, оставив только самые интересные ответы) — глобальное потепление, о котором написано и рассказано уже столько, что не ясно, есть оно вообще или нет. И чем вообще оно нам грозит. И грозит ли.
Константин Грибанов. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики климата и окружающей среды Института естественных наук и математики (ИЕНиМ) Уральского федерального университета
Наша общая и главная цель — спрогнозировать изменение климата на планете. Мы ведем исследования в Арктике, потому что самые серьезные и неприятные изменения, которые влечет за собой глобальное потепление, ожидаются именно там. А для нашей страны это опаснее, чем для всех остальных. Города вроде Ханты-Мансийска, Салехарда и Норильска стоят на вечной мерзлоте, все здания там строят на 10-метровых сваях. Между грунтом и фундаментом оставляют свободное пространство, чтобы мерзлота не прогревалась и не таяла. А на Ямале мне рассказывали о еще более современной технологии — там каждая свая сама по себе является холодильником и при потеплении замораживает грунт вокруг себя, чтобы здание не перекосило.
Я видел дома, покореженные вечной мерзлотой, — в Игарке есть здание, которое просто зигзагом сломано. И в связи с потеплением будет усиливаться таяние вечной мерзлоты, а все конструкции, которые там стоят, оказываются под угрозой. Поэтому идея наших исследований состоит в том, чтобы спрогнозировать, когда ждать неприятностей и когда начать принимать меры.
Изначально мы в лаборатории, которая тогда называлась «лаборатория глобальной экологии и спутникового мониторинга», занимались исключительно дистанционным зондированием Земли со спутников, чтобы определять содержание парниковых газов в атмосфере. Затем выиграли мегагрант и подключились к большому проекту по климатическому моделированию, который возглавляет известный французский ученый Жён Жузель. Объект нашего исследования — изотопологи воды. Мы построили три станции наблюдения за изотопным составом водяного пара в воздухе и на двух из них анализируем изотопный состав дождя и снега.
Все со школы знают, что формула воды — Н2О, но на самом деле кроме основных изотопов водорода, который имеет единицу атомного веса, и основного кислорода, имеющего атомный вес 16, существуют и другие изотопы тех же элементов: дейтерий, водород, у которого ядро вдвое тяжелее, потому что кроме протона он содержит нейтрон. Мы измеряем такие изотопологи (т. е. изотопические модификации молекулы), как HDO, где один атом водорода замещен на дейтерий, который несколько тяжелее, и Н2-18, где основной изотоп кислорода с весом 16 замещен изотопом с весом 18. Суть в том, что эти молекулы тяжелее основного изотопа и поэтому хуже испаряются. И если все это учитывать, то можно создать более детальную климатическую модель, которая лучше описывает происходящее на планете.
По сути, мы пытаемся составить некую картину будущего. Есть целая межгосударственная группа экспертов по изменению климата — МГЭИК (или IPCC), в которой специалисты оценивают вероятные сценарии будущего поведения человечества для того, чтобы получить вводные для климатической модели. Факторов — масса, например, рост числа автомобилей или лесные пожары. За последние 10 лет только за счет сжигания топлива в атмосферу было выброшено 10 гигатонн углерода! Частично его поглощает океан — примерно 2,6 гигатонны, еще около 3 гигатонн забирают растения. Остается еще почти 4,5 гигатонны, которые накапливаются в атмосфере. Если бы был баланс того, что мы сжигаем и что природа в состоянии переварить, у нас бы все было хорошо. Но для этого объемы выбросов углерода нужно сократить примерно в два раза. Тогда у нас хотя бы было больше времени на то, чтобы придумать, как сохранить планету и не выгореть совсем.
Если мы продолжим вести себя так же, как сейчас, то до крупных неприятностей осталось еще лет 100. Но никто не хочет ничего менять, потому что основной поток углекислого газа в атмосферу идет от того, что всем так нравится: от автомобилей. Каждый человек, отказавшись от поездки на машине, вносит вклад в увеличение времени, которое нам осталось. Мощность всех бегающих по планете автомобилей примерно в 10 раз больше мощностей всех электростанций. И если мы захотим разом пересадить всех на электромобили, придется удесятерить производство электроэнергии, но не тепловыми электростанциями, а ветряными, атомными, солнечными. Но и это не панацея — такие станции выделяют тепло, которое через ряд механизмов также приводит к выбросам парниковых газов или сокращению их стока.
Самый страшный факт: углерода в земной коре достаточно, чтобы создать такую же атмосферу, как на Венере. А на Венере парниковый эффект разогнался до того, что на поверхности достигнута температура плавления свинца. Так что мы вполне себе здесь можем организовать Венеру. А это условия, несовместимые с жизнью вообще.
Хорошее сравнение можно привести с кастрюлей, в которой кипит вода. Если открытую кастрюлю с кипящей водой прикрыть крышкой, то она закипит интенсивнее. А крышка — это и есть те самые парниковые газы в атмосфере. Усилившееся же кипение можно сравнить с большей хаотизацией погоды: когда она скачет от невыносимой жары к сильным холодам (в этом году на Урале что-то подобное мы с вами и наблюдаем).
Я сейчас закончил небольшой проект по изучению изменения климата на Ямале. Экватор — это самое горячее место на планете, солнце туда светит под прямым углом. Там происходит испарение из океанов, конвекция, все эти массы теплого и влажного воздуха поднимаются вверх и начинают разбегаться от экватора к полюсам — Южному и Северному. Тепло с большой поверхности сходится на меньшую территорию. И если, скажем, средняя температура на планете изменится на градус, то для Арктических широт это будет несколько градусов. Мои наблюдения показывают, что за последние три десятилетия средняя температура на Ямале поднялась на 4–5 градусов для его северной оконечности.
Это опасно не только для строений. Скажем, лемминги могут размножаться, только когда над ними достаточно снега — им так безопаснее, до них хищники не докопаются. И сейчас, как рассказывают мне биологи, лемминги там вообще перестали размножаться — снега мало. А живут эти грызуны пару лет, так что скоро их вообще может там не остаться. Эта проблема, конечно, не сильно беспокоит людей, которые не занимаются экосистемами Севера, но она очень просто показывает, насколько все связано.
Если быть честным, то нет у нас пока никакой информации о том, что с нами будет в случае таяния всех льдов на планете. Запасов льда на планете столько, что если вдруг он весь растает, уровень Мирового океана поднимется на 70 метров. И понять, кого в этом случае затопит, легко: берете данные топографии и запрашиваете информацию по всем областям, которые ниже 70 метров. Но такой сценарий маловероятен, потому что это очень далекий прогноз и есть другие варианты развития. Например, если Гольфстрим изменит свое течение, несмотря на глобальное потепление, в северных широтах Евразии, вероятно, наступит похолодание.
Климатические величины — это не сегодняшняя погода, это долговременные усредненные величины, средние показатели за 10 лет и больше. Поэтому о климате нельзя судить, глядя на погоду за окном. Наши морозы в ноябре ни о чем не говорят, несмотря на то что в Екатеринбурге было -30, этот год все равно остается самым теплым за последний период. Если, конечно, в декабре температура вдруг не опустится до -50. Вот на том же Ямале — действительно заметное потепление, а у нас в среднем ничего особенного не происходит. Метеостанция в Екатеринбурге хранит данные о погоде с 1900 г., и по ним видно, что действительно есть небольшой тренд на повышение температуры, возрастает и разброс между крайними показателями.
Предположим, что мы ничего не сможем сделать, не сможем уговорить людей не жечь газ и дрова, отказаться от автомобилей. Ну не слушаются люди ученых. Более того, нефтедобывающие компании регулярно нанимают своих ученых, которые докажут ровно обратное. Поэтому появляются различные геоинженерные проекты, предлагающие, например, поднять грузовую авиацию, насыпать в стратосферу сажи или любого другого аэрозоля — он будет отражать солнечное излучение, вернется баланс на планету, глядишь, мы и выживем. Однако просчитать все последствия такой технологии очень сложно.
Есть космические проекты: взять кучу отражателей, вывести их в точку Лагранжа между Землей и Солнцем, где при относительно небольшом расходе топлива можно удерживать аппарат, и навешать там экранов, которые часть излучения отразят, на Землю попадать будет меньше, и она охладится. А мы тут с удовольствием продолжим пока жечь нефть.
Я все время привожу пример спускового крючка. Есть один механизм, связанный с растворением углекислого газа в воде, эта растворимость зависит от температуры. Чем теплее, тем хуже растворяется газ в воде океана. Лишняя порция углекислого газа, сколь бы ни была она мала, немного подогревает атмосферу. В результате подогревается и океан. Растворимость газа падает. Его избытки снова попадают в атмосферу. В физике это называется «положительная обратная связь». Грубо говоря, люди уже нажали на спусковой крючок, орудие уже выстрелило, и снаряд уже летит. Уже, может быть, нет ни стрелка, ни орудия, а боеприпас летит и вот-вот взорвется, отменить это обстоятельство невозможно.
Текст: Элина Тихонова; Константин Мельницкий; 66.RU; 66.ru. Иллюстрации: Google Earth
