Прирожденные самоубийцы. Как люди сломали древний климатический механизм всего за 2 века

В течение 11,5 тыс. лет концентрация углекислого газа в атмосфере составляла приблизительно 280 частей на миллион ("нормальный" доиндустриальный уровень), а средняя температура поверхности – около 15°C. Но после промышленной революции этот уровень непрерывно рос и к 2018-му году достиг 410 мд. Каким же образом человечество умудрилось всего за пару веков изменить климат Земли, сделав то, на что ранее планете требовались тысячи и даже миллионы лет.

Нажать на газ

Главным двигателем климата в мире является Солнце. В среднем наша звезда ежегодно излучает на поверхность планеты 342 Вт/м2 энергии. Около 70% от этого объема поглощается Землей, а остальное – отражается. Но если бы это был единственный климатический механизм, то средняя температура на планете составляла бы -15°C, то есть на 15 градусов ниже точки замерзания воды. Вероятно, в таких условиях поддержание жизни было бы невозможным.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Теперь дошло. Почему о глобальном потеплении надо говорить с юмором

К счастью, часть поглощенной энергии повторно испускается в виде инфракрасного излучения, которое, в отличие от видимого света, взаимодействует с парниковыми газами в атмосфере, и тепло возвращается обратно к поверхности планеты. Этот эффект в настоящее время поддерживает среднюю температуру на Земле на уровне около 15 °C.

Основными парниковыми газами являются водяной пар и широко обсуждаемый CO2. На углекислый газ приходится до 30% от общего парникового эффекта, на водяной пар – около 70%. Однако, в отличие от последнего, у СО2 имеется "врожденная" теплотворная способность. Пар находится в атмосфере очень короткое время (от часов до дней), и его концентрация может увеличиваться только при повышении температуры. Углекислый газ, в свою очередь, сохраняется в течение сотни лет, а его концентрация не зависит исключительно от температуры, и если она повышается, то и на планете становится теплее.

Изъять и перепрятать

Как же регулируется содержание СО2 в атмосфере? Если мерить геологическими временными рамками (а это более 100 тыс лет), то основным его источником являются вулканические газы, которые в среднем обеспечивают 0,4 млрд тонн двуокиси углерода (0,4 Гт) в год. Однако СО2 не накапливается в воздухе бесконечно, он удаляется и сохраняется в природных "резервуарах".

В океане, например, содержится в 50 раз больше углекислого газа, чем в атмосфере. Но куда более надежными "хранилищами" выступают геологические поглотители СО2, к которым относятся осадочные органические вещества.

Живые организмы содержат органические соединения углерода, образованные из атмосферного CO2 посредством фотосинтеза, а мертвые часто отправляются на дно океана, в озера и болота. Таким образом, в морских и континентальных отложениях со временем накапливаются огромные количества органических соединений углерода, некоторые из которых в конечном итоге превращаются в ископаемое топливо (нефть, газ и уголь).

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Водяной страж. Какой ценой океаны сдерживают натиск глобального потепления

Еще одним геологическим поглотителем выступают известковые породы. В результате воздействия поверхностных вод из гранитных и базальтовых скал в океан вымываются ионы кальция и гидрокарбоната. Морские организмы используют их для создания твердых оболочек из карбоната кальция, который в конечном итоге откладывается на морском дне в виде известняка.

Насколько эффективны данные поглотители? По разным оценкам в этих "хранилищах" содержится в 50-100 тысяч раз больше углерода, чем в атмосфере в ее нынешнем состоянии.

Коротко говоря

Да, именно в нынешнем состоянии, поскольку концентрация СО2 в атмосфере сильно варьировалась за те 4,4 миллиарда лет, что прошли с момента полного формирования Земли.

На первых порах содержание углекислого газа было чрезвычайно высоко (в 10 тыс. раз выше, чем сейчас), а кислорода было мало. Во времена архейского эона (от 3,8 до 2,5 млрд лет назад) появилась жизнь, сформировались первые континенты. Развитие фотосинтеза способствовало снижению концентрации СО2 в воздухе и скачку уровня О2 во время кислородной революции (ее также называют кислородной катастрофой), произошедшей примерно 2,3 миллиарда лет назад. Тогда количество углекислого газа резко упало (до уровня, "всего" в 20-100 раз превышающего доиндустриальный). С тех пор оно не возвращалось к отметкам, присущим самым ранним эонам.

Два миллиарда лет спустя ситуация вновь резко изменилась. К концу девонского – началу каменноугольного периода (приблизительно 350 млн лет назад) концентрация CO2 составляла около 1000 мд. Млекопитающих не было. Появились и распространились растения, способные синтезировать лигнин – устойчивую к микробной деградации молекулу, позволившую накопить запасы органических соединений углерода в виде угля. Уровень углекислого газа в атмосфере снизился до значений, близких к тем, что мы наблюдаем сегодня.

Маятник вновь качнулся в другую сторону лишь к концу юрского периода (145 млн лет назад), когда Землей правили динозавры, развивались млекопитающие, повышалась тектоническая активность, и последний суперконтинент Пангея распадался на части. Тогда содержание СО2 в атмосфере подскочило до 500-2000 мд и задержалось на достаточно высоком уровне на сотню миллионов лет, поддерживая на планете теплый тепличный климат.

Затем 7 млн лет назад в результате эволюции появились гоминиды, а примерно еще через 5 млн лет Земля вошла в новое состояние, характеризующееся чередованием ледниковых и межледниковых периодов. Наконец, 11,5 тыс лет назад, когда планета вступила в последнее межледниковье, СО2 достиг уровня, ныне называемого доиндустриальным.

Ломать – не строить

До XIX века история атмосферного углекислого газа и климата Земли была делом геологии, биологии и эволюции. Все изменилось после промышленной революции, когда современные люди начали добывать и сжигать ископаемое топливо в огромных масштабах.

К 1950 году было доказано, что данный аспект человеческой деятельности влечет за собой повышение концентрации углекислого газа в атмосфере. Еще через 2 десятилетия климатологи обнаружили быстрый сдвиг в сторону более высоких температур на планете. В 2012-м Межправительственная группа экспертов по изменению климата, созданная в конце 80-х, показала, что в среднем на планете стало на 0,9°C теплее, чем было в 1901-м. Конечно, это скромное изменение по сравнению с тем, которое наблюдалось в последнюю дегляциацию, когда средняя температура на Земле выросла примерно на 6°C. Но тогда на это потребовалось 7000 лет. Излишне говорить, насколько выше нынешние темпы.

Потепление продолжается, и естественными факторами, вроде солнечной активности или вулканизма, его объяснить нельзя. Причина однозначно кроется в увеличении уровня парниковых газов в атмосфере.

За 160 лет индустриальное общество сожгло около 25% ископаемого топлива Земли и нарушило естественный порядок извлечения диоксида углерода из атмосферы. Вместо этого человечество ежегодно выбрасывает в нее 28 Гт CO2 – в 50 раз больше, чем вулканы. Природные геологические механизмы не могут переварить такой поток, и уровень углекислого газа продолжает расти.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Градус обреченности. Стоит ли ждать климатического апокалипсиса

Последствия неминуемы, многочисленны и ужасны: экстремальные погодные явления, повышение уровня моря, отступление ледников, закисление океана, разрушение и исчезновение экосистем.

Звучит все это угрожающе, но следует учесть важный момент: Земле уже доводилось переживать катастрофы. Хотя при нынешних темпах глобального потепления многие виды не успеют адаптироваться к переменам, жизнь все равно будет продолжаться. На карту поставлена не судьба самой планеты. Под вопросом сейчас стоит будущее человечества. Наше будущее.

По материалам The World Economic Forum