Обеспокоенность глобальным антропогенным изменением климата вполне понятна. Все очевиднее становится факт, что человечеству придется еще не раз споткнуться о собственную недальновидность, прежде чем стать полноправным хозяином своей «колыбели». Многие учёные полагают, что и текущий экономический кризис – следствие излишней уверенности в возможности экспоненциального роста мирового хозяйства в условиях ограниченности природных ресурсов.
Сверяясь с десятизначными суммами на банковском счету, трудно поверить, что существуют силы, способные разом уничтожить все основы мирового порядка. Томас Кроули, специалист по наукам о земле из Эдинбургского университета в Шотландии, и Уильям Хайд, физик из канадского Университета Торонто, показали, что такие силы есть и они вот-вот себя проявят. Анализируя динамику оледенений и оттепелей Земли за последние 3 миллиона лет, ученые показали, что
наша планета стоит на пороге резкого оледенения, которое покроет ледниками практически всю территорию Евразии и соединит ледовым мостом Африку с Антарктидой.
Впрочем, согласно весьма осторожным формулировкам публикации в последнем номере Nature, будущие земляне, если они к этому времени не сгинут, будут иметь шанс противостоять космическим силам.
Природный кислород представлен тремя изотопами - 16O, 17O, и 18O. Наиболее распространенным является 16O, в то время как количества 17O ничтожны и говоря о соотношении изотопов кислорода подразумевают соотношение 18O/16O.
Так как восемнадцатый кислород тяжелее шестнадцатого на целых два нейтрона в ядре, молекулы воды, содержащие этот атом, конденсируются быстрее, чем обычные. Причем, чем ниже температура, при которой происходит транспорт влажных воздушных масс, тем больше в атмосферных осадках содержится воды с тяжелым изотопом кислорода.
Таким образом, испарение такой тяжелой воды в регионах формирования воздушных масс сильно зависит от среднегодовой температуры. Чем больше эта температура, тем больше тяжелых изотопов поднимается вместе с водой в воздух и переносится к северным широтам планеты, где и выпадает в виде осадков.
Примерно 900 тысяч лет назад амплитуда колебаний мирового климата заметно усилилась, а их период возрос до 100 тысяч лет. Этот феномен ученые связывают с тем, что решающую роль в формировании климата на определенном этапе понижения фоновой концентрации углекислого газа в атмосфере Земли стали играть колебания формы орбиты планеты вокруг Солнца, которая то чуть-чуть вытягивается, то становится более круглой.
По мнению авторов публикации, такое поведение колебаний климата может указывать на то, что
система приближается к точке бифуркации – крайне неустойчивому состоянию, в котором малейшее внешнее воздействие будет иметь решающее значение для дальнейшего поведения системы.
После пересечения этой точки на Земле должно произойти формирование стабильного климата.
Приобретение нового качества в движениях динамической системы при малом изменении ее параметров. Знание основных бифуркаций позволяет существенно облегчить исследование реальных систем (физических, химических, биологических и др.), в частности предсказать характер новых движений, возникающих в момент перехода системы в качественно другое состояние, оценить их устойчивость и область существования.
Кроули и Хайд применили так называемую модель связанного энергетического баланса, учитывающую объем ледяного покрова планеты. Эта модель состоит из четырех компонент, предсказывающих потоки ледников, баланс массы, контролируемый осадками, температуру и осаждение горных пород. Ряд параметров этой модели считается постоянным, такие же параметры, как интенсивность осадков и динамика температур, рассчитываются из статистических данных. Модель имеет пространственное разрешение до 0,5ºx0,5º (по широте и долготе), а по времени рассчитана с разрешением от 40 до 2,5 тысяч лет, в зависимости от этапа развития климатической системы. В качестве параметра, определяющего состояние системы, в модели используется интенсивность солнечной радиации, напрямую связанная с параметрами колебаний земной орбиты и оси вращения планеты.
Чтобы определить все характеристики модели, учёные подставили в ней данные за последние 3 миллиона лет и меняли неизвестные параметры до тех пор, пока не добились совпадения расчётного поведения климата и данными изотопного анализа. Когда это удалось, они позволили модели считать поведение земного климата дальше.
По этим расчётам, оледенение, начало которого намечено на ближайшие 10–100 тысяч лет, может стать куда более глобальным, чем все оледенения за последние 50 миллионов лет.
Земля быстро покроется ледниками, а сезонный снежный покров обоих полушарий сместится в область более низких широт на 1,5–2 тысячи километров. Это значит, что большая часть России, и без того лишь ненадолго оттаивающей каждое лето, покроется вечными ледниками, лишь кавказские республики и Краснодарский край будут летом выглядывать из-под снега.
Более того, если прежде в северном полушарии под слоем льда оказывались существенно большие площади, чем в южном, то грядущее оледенение будет очень симметричным. И как результат, полагают учёные, стабильным на протяжении нескольких миллионов лет, пока вулканы вновь не насытят атмосферу углекислым газом.
Впрочем, ни нам, ни нашим потомкам унывать не стоит: процессами оледенения и оттепели можно управлять.
Насыщение атмосферы углекислым газом могут взять на себя и люди, и пока они с этой задачей успешно справляются.
Как перед бурей часто бывает затишье, так и ослабление климатических колебаний может быть предвестником грядущего резкого изменения климата. Палеоклиматические данные, накопленные в ледниковых шапках и донных отложениях земных водоемов, свидетельствуют, что в течение всей истории планеты каждой резкой смене климата предшествовал промежуток времени с необычно устойчивым на масштабах столетий климатом.
Группа ученых из Нидерландов и Германии показала, что такая динамика изменения климата может объясняться наличием некоторой критической точки системы влияющих на климат параметров, при приближении к которой динамическая система становится более стабильной, а при пересечении – наоборот, претерпевает резкое изменение.
Для эмпирического доказательства своей правоты исследователи изучили восемь доисторических климатических скачков и показали, что каждый из них характеризовался предварительным установлением относительно устойчивого климата. В середине же промежутков между такими событиями климат был куда более изменчивым. Так было и перед похолоданием на границе эоцена и олигоцена, и в конце каждого ледникового периода. Даже молодой дриас и опустынивание Африки произошли внезапно после того, как климат в течение нескольких столетий демонстрировал поразительную стабильность.
При этом речь не идёт о том, что сильные климатические колебания в промежутках между резкими изменениями просто «не дотягивали» до статуса резкого изменения. Во всех восьми случаях речь идёт о существенной перестройке климатической системы. Кроме того, всем им предшествует монотонный рост параметра климатической стабильности, введённого в статье исследователей, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Поскольку человечество, судя по последним данным, приближается к подобному изменению климата, подобный подход к вопросу может помочь хотя бы примерно предсказать сроки, когда резкий скачок температуры в разных регионах Земли, наконец, произойдет. Ни одна из современных климатических моделей не способна на подобные прогнозы.
Повышение концентрации атмосферного углекислого газа может вовсе остановить дрейф климата и не допустить бифуркации. Правда, точка бифуркации тем и опасна, что даже ничтожные факторы способны радикально изменить направление всего будущего развития. Если мы хотим быть настоящими хозяевами планеты, углекислый газ все-таки придется укротить.
