Глобальное потепление земного климата из-за антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу вызывает много споров среди специалистов. По оценкам одних, масштабов человеческой промышленной деятельности недостаточно для того, чтобы парниковый эффект усиливался в наблюдаемых масштабах, другие готовы считать важными даже такие локальные и краткосрочные факторы, как лесные пожары и гниение биомассы в результате нашествия короедов.
Кен Кальдера из Института Карнеги в калифорнийском Стэнфорде совместно с Ричардом Зиби из Гавайского университета в Маноа впервые показали, что существуют две группы факторов, влияющих на атмосферную концентрацию углекислого газа в относительно краткосрочном периоде (тысячи лет) и долгосрочной перспективе (сотни тысяч лет). Эти две группы факторов уже не первый год поддерживают баланс углерода на поверхности Земли и спасают Землю от катастрофического парникового эффекта, миллиарды лет назад погубившего Венеру. Статья ученых опубликована в последнем выпуске Nature Geosciences.
Известно, что природными источниками углекислого газа являются вулканические процессы, выбрасывающие CO2 из слоев мантии и земной коры, удваивающие его атмосферное содержание примерно каждые 600 тысяч лет. С другой стороны, двуокись углерода выводится из циркуляции в ходе разрушений силикатных горных пород под действием выветривания и размывания атмосферными осадками. Ионы кальция и магния, высвобождаемые при разложении этих пород, соединяются с углекислотой и в итоге навсегда оседают на дно мирового океана в виде карбонатных соединений.
При этом разложение силикатов идет тем быстрее, чем больше углекислоты содержится в грунте и чем выше её температура.
Поль Крутцен, нобелевский лауреат в области химии, уже не первый год вместе с коллегами всерьез рассматривает идею использования сернокислого аэрозоля, который человечество могло бы впрыскивать в стратосферные слои. Сульфаты, обладающие колоссальной теплоемкостью таким образом могли бы защитить нижние слои атмосферы от нагревания.
Такой подход, который сам ученый и его коллеги успели звучно окрестить «геоижинирингом», судя по всему, никогда не получит свою реализацию.
Благодарить в этом стоит Симону Тилмс, сотрудницу Национального центра атмосферных исследований США. По её подсчетам, такие меры по управлению температурой земли существенно растянут сроки затягивания гигантской антарктической озоновой прорехи и существенно сократят толщину озонового щита над Арктикой.
Идей Крутцена, надо признать не беспочвенна. Выдвигая её, ученый в первую очередь ссылался на природные процессы – вулканизм, в ходе которого в атмосферу выбрасывались огромные количества соединений серы, в прошлом не раз провоцировал многовековые обледенения нашей планеты. Если же выбрасывать сульфаты в атмосферу в небольших количествах и делать это с небольшой периодичностью, охлаждения земного климата добиться было бы вполне реально.
Однако статья Тилмс, принятая к публикации в Science, развеяла миф о безопасности такого «преднамеренного и контролируемого» вмешательства в окружающую среду.
Сами по себе сульфаты не оказывают негативного воздействия на озоновый слой, однако мельчайшие частицы могут легко стать активаторами процессов разложения О3 под действием галогенидов, скопившихся в атмосфере над полюсами. Адсорбируясь на поверхности частиц, галогениды, и в первую очередь хлор, несмотря на очень холодный воздух, становятся химически очень активны благодаря интенсивному УФ излучению Солнца.
Для того, чтобы предсказать такое развитие событий команда Тилмс использовала комбинацию различных метеорологических данных и математическое моделирование. Согласно расчетам, подобные меры по охлаждению климата могут быть допустимы только в середине следующего века, когда законодательные меры, ограничивающие выпуск бытовых химикатов содержащих свободный хлор, приведут к существенному сокращению этих газов в атмосфере земли.
Механизмы поддержания этого баланса в прошлом могли быть иными — как учитывающими влияние развитой земной биосферы, так и работавшими ещё до её появления.
Такая стройная и непротиворечивая гипотеза о глобально углеродном балансе часто становится объектом критики со стороны оппонентов. Например, некоторые ученые считают, что необходимое условие баланса процесса выброса и поглощения СО2 нарушится, если учесть постоянный подъем континентов за счет наслаивания осадочных пород. Другие видят единственным механизмом поддержания баланса атмосферного СО2 только отлаженную работу биосферы Земли — основного потребителя углекислого газа.
Сторонники гипотезы поддержания баланса выветриванием считают, что её подтверждением могли бы стать большие вариации атмосферной концентрации газа вблизи некоторого среднего значения, даже если последний и имеет какой-то тренд. Однако найти такое подтверждение до сих пор не удавалось из-за невозможности проконтролировать уровень атмосферного СО2 в масштабе миллионов лет.
Кальдеру и Зиби удалось найти такие доказательства.
Чтобы поместить масштабы долгосрочных природных потоков углерода в какие-то рамки, ученые обратились к данным о содержании углекислого газа в ледниковых массивах. На сегодняшний день они позволяют заглянуть в прошлое на глубину до 650 тысяч лет. Подобные работы уже проводились, однако имели своей целью установить корреляцию между концентрацией СО2 в атмосфере и глобальным оледенением планеты. Такая корреляция действительно была установлена: больше всего углекислого газа в атмосфере оказывается именно в межледниковье.
Главный вывод новой публикации ученых заключается в том, что хотя в масштабах тысячелетий концентрация СО2 и демонстрирует сильные вариации, её тренд в масштабе сотен тысяч лет весьма незначителен —
за последние 650 тысяч лет концентрация СО2 в атмосфере Земли изменилась всего на 0,0022%.
И, кстати говоря, снизилась.
Национальное управление по изучению океана и атмосферы США опубликовало свои данные о наблюдениях за концентрацией парниковых газов. Как можно догадаться, ничего обнадеживающего для нас в этом отчете нет.
В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере достигла 385 объемных миллионных долей (ppm), и прирост её составляет 2.5 ppm ежегодно, тогда как в доиндустриальную эпоху уровень CO2 держался на отметке в 280 миллионных долей.
Однако ученые уже давно следят за концентрацией и приростом углекислого газа, а потому даже такие пугающие цифры не произвели на них большого впечатления. Удивило ученых другое – за последний год абсолютное содержание метана в атмосфере увеличилось на 27 миллионов тонн, после того, как в течение примерно десяти лет держалось на постоянном уровне.
Метан является куда более опасным парниковым газом, так как его вклад в парниковый эффект сильнее такового у СО2 в 25 раз. Так что даже совсем казалось бы незначительные его концентрации – 1.8 миллионных долей – в атмосфере должны быть учтены.
Ученые полагают, что постоянная концентрация метана в атмосфере в последние десять лет держалась в связи обустройством свалок в западной Европе, когда мусор сжигают и перерабатывают практически сразу, он не лежит и не выделяет метан. Еще одним фактором мог стать экономический коллапс бывшего Советского Союза, промышленность которого так же вносила существенный вклад в рост концентрации метана в атмосфере.
Новый всплеск его концентрации пока тоже довольно загадочен. Ученые уверены, что это точно не горение биомассы, которое должно было сопровождаться увеличением концентрации СО.
Записи 60 станций слежения по всему миру, на которых и базируется отчет управления, свидетельствуют о том, что источники метана находятся в тропических и арктических широтах. Возможно, потепление климата привело к бурному росту и размножение океанических бактерий, вырабатывающих метан в ходе жизнедеятельности. С другой стороны источником метана могли стать слои арктической вечной мерзлоты, содержащие в себе огромные количества законсервированного метана и других парниковых газов. По оценкам ученых суммарное количество углерода, томящееся в ледяном капкане эквивалентно всему углероду, циркулирующему между атмосферой и биомассой в наши дни.
Выброс метана из метангидратных слоев вечной мерзлоты так же мог быть спровоцирован масштабным глобальным потеплением.
Впрочем, ученые из управления пока не спешат делать выводов и хотят еще понаблюдать за концентрацией метана. Возможно, скоро шумиха вокруг СО2 совсем сойдет на нет, и головы всех экологов мира будут заняты только проблемой метана.
Последние определяют выброс и захват СО2 в долгосрочных масштабах. С одной стороны, здесь выброс углекислого газа из мантийных слоев и хранилищ этого газа в нижних слоях земной коры в ходе преобразования горных пород и вулканизма. С другой – оседание карбонатных солей на дно океана по мере разрушения силикатных горных пород под действием факторов выветривания. Именно вторая группа определяет полное количество углерода на поверхности планеты, в то время как первая лишь перераспределяет это заданное количество между своими составляющими.
Однако между этими факторами существует и взаимодействие.
Например, периодические обледенения и потепления климата Земли, имевшие место в плейстоценовой эпохе, по мнению ученых, могут быть связаны именно с этим взаимодействием. Так, увеличение концентрации CO2 в атмосфере постепенно ускоряет размывание силикатных горных пород, приводит к росту активности биосферы (прежде всего растений), что приводит в итоге к увеличению темпов консервирования углекислого газа в виде карбонатов и осаждению его на дне океанов. Следующее за этим похолодание снижает и интенсивность осадков и сокращает объемы углекислого газа, поглощаемого растениями; затем цикл повторяется вновь.
Правда, такая слаженная работа в результате взаимодействия двух групп факторов возникает лишь на масштабах в десятки и сотни тысяч лет. Активной хозяйственной деятельности человека, способной повлиять на благополучие всей планеты, лишь несколько веков. Таких испытаний климатическая система сдержек и противовесов ещё не знала.
