Наука в "Деле": Как земляне проспали глобальное потепление и что можно еще успеть сделать

12 ноября 2020 года в журнале Nature в открытом доступе было опубликовано исследование под незамысловатым названием "Модель земной системы показывает самоподдерживающееся таяние вечной мерзлоты, даже если все антропогенные выбросы парниковых газов прекратятся в 2020 году". Основной смысл в том, что мы пропустили точку невозврата по СО2 примерно тогда, когда появились первые научные исследования об изменении климата.

Что происходит с планетой (спойлер: ничего хорошего), почему не стоит сильно надеяться на ВИЭ и что с этим всем делать — в материале Delo.ua. 

Необратимый процесс

В одном из обзоров ранее мы писали о том, что ученые требуют объявить ЧП всепланетного масштаба, поскольку девять маркеров, которые являются признаками цепной реакции изменения климата (это арктические льды, вечная мерзлота, тропический лес Амазонки, кораллы и так далее), уже активированы. 

Йорген Рандерс и Ульрих Голуке из Норвежской Школы Бизнеса BI пошли дальше и сделали прогноз изменения средней температуры воздуха на период до 2500 года с помощью модели ESCIMO. Она включает блоки океана, атмосферы, различных биомов суши и описывает взаимодействия между ними. Есть три ключевых показателя для повышения температуры: самоподдерживающееся таяние вечной мерзлоты, альбедо земной поверхности (способность отражать солнечные лучи) и содержание водяного пара в атмосфере. Ученые прогнали два сценария. Первый — полное прекращение антропогенных выбросов парниковых газов в 2100 году. Второй — уже в этом, 2020 году. 

"В этой статье мы сообщаем, что в климатической модели ESCIMO мир уже  преодолел точку невозврата глобального потепления. В ESCIMO мы наблюдаем самоподдерживающееся таяние вечной мерзлоты в течение сотен лет, даже если глобальное общество немедленно прекратит все выбросы техногенных парниковых газов. Мы призываем других разработчиков моделей исследовать наше открытие на своих (более крупных) моделях и сообщать о своих выводах", — пишут исследователи в статье в Nature. 

Если совсем просто, вечная мерзлота продолжит таять, даже если в 2020 году человечество полностью прекратит выбрасывать СО2. 

Происходит это из-за совокупного эффекта трех физических процессов.

Во-первых, существует такая неочевидная вещь, как альбедо земной поверхности. Это способность отражать солнечные лучи. Как известно из школьного курса по физике, более темные тела нагреваются куда сильнее. Именно это и грозит планете: белый арктический ледниковый покров тает, Земля синеет, становится темнее. 

Во-вторых, более высокие температуры увеличивают количество водяного пара в атмосфере. 

В-третьих, меняются концентрации парниковых газов в атмосфере, которые выбрасывает тающая вечная мерзлота. 

То есть, если мы остановимся — ничего не изменится. Теперь основным невыполнителем всех Парижских соглашений стала вечная мерзлота. 

Мало того. Оказывается, согласно моделированию ученых, точку невозврата человечество прошло с самого начала техногенного потепления — то есть еще в 1950-х годах. 

В общем, тот самый парниковый эффект, механизм которого впервые изложил в 1827 году математик и физик Жозеф Фурье. 

Подробности

"ESCIMO — это климатическая модель 5 "земной системы пониженной сложности", которую мы использовали с 1850 по 2500 год. В ESCIMO глобальная температура продолжает повышаться до 2500 и выше, независимо от того, насколько быстро человечество сокращает выбросы парниковых газов (ПГ). Причина — цикл самоподдерживающегося таяния вечной мерзлоты (вызванный выбросом метана), более низкое альбедо поверхности (вызванное таянием льда и снега) и более высокая влажность воздуха (вызванная более высокими температурами). Этот цикл, по-видимому, вызван глобальным потеплением всего на + 0,5 ° C по сравнению с доиндустриальным уровнем", — говорится в научной статье. 

В обоих сценариях температура продолжает расти в течение сотен лет — примерно до + 3°C в 2500 году. Уровень моря постепенно возрастает до примерно + 3 м в 2500.

В сценарии 1 (более реалистичен, выбросы прекращаются в 2100 году) температура достигает временного пика около 2075 г. при + 2,3°C по сравнению с доиндустриальными временами. Затем температура падает на 75 лет (2075–2150) до + 2 ° C. Есть две причины: концентрация парниковых газов в атмосфере снижается; тепло уходит на таяние ледников на суше и арктических льдов. 

Концентрация СО2, которая достигла исторического пика в 450 частиц на миллион в 2050 году снижается: его постепенно абсорбирует поверхность океана, перенося в глубины; углекислота в атмосфере преобразуется в биомассу. 

К 2150 году снег и лед на суше останутся только в Гренландии и Антарктиде, которым для таяния необходимы тысячи лет. 

После 2150 года температура снова начинает расти: спустя 50 лет после прекращения антропогенных выбросов и после того, как биомасса и океаны поглотили СО2. 

Это происходит из-за влияния альбедо: Земля стала темной, что способствует нагреву системы. "Между 2070 и 2300 годами среднее альбедо океана (в ESCIMO) снижается с 0,080 до 0,067, а альбедо поверхности с 0,127 до 0,117… этого достаточно, чтобы вызвать и вызвать значительные изменения в тонко сбалансированной глобальной климатической системе", — говорится в статье.

Воды становится все больше. Здесь есть и мрачный сценарий: согласно одному из исследований, опубликованному в в Astrophysical Journal Letters, появилось исследование, согласно которому Венера была милым тропическим раем, залитым водой. Куда приятнее, чем в цикле "Купола Венеры" американского фантаста Генри Каттнера. Однако в итоге огромная масса воды затормозила вращение планеты до такой степени, что Венера перестала охлаждаться и вскипела за считанные миллионы лет. 

Но вернемся к оригинальному исследованию и рассмотрим сценарий 2.

Он был создан для проверки, может ли человечество избежать глобального потепления, если выбросы парниковых газов в 2020 полностью остановятся. В общем, ничего не изменится: температура снова начнет расти после 2150 года — в результате цикла самоподдерживающихся процессов уменьшения альбедо, таяния вечной мерзлоты и усиления обратной связи по водяному пару.

Главный вывод — все антропогенные выбросы следовало бы сократить до нуля где-то между 1960 и 1970 годами, когда глобальное потепление все еще было ниже примерно +0,5°C.

Или ежегодно изымать из атмосферы не менее 22 гигатонн СО2 за счет прямого улавливания СО2 или переработки биомассы. Что крайне дорого. Ученые подчеркивают, что есть более дешевые возможности остановить самоподдерживающееся глобальное потепление, но они будут иметь побочные эффекты, которые сложно предсказать. 

На ВИЭ надежды нет?

В сентябре журнал Energies опубликовал анализ "Политика в области энергетики и климата — оценка расходов на изменение глобального климата, 2011–2018 гг." под авторством ученых из Ирландии и США, в котором авторы попытались исследовать, насколько зеленый переход решает климатические проблемы. Выводы получились весьма любопытные.

55% общемировых затрат на климат за 2011-2018 годы потратили на солнечную и ветровую энергетику. В общей сложности $2 триллиона. При этом в 2018 году ветровая и солнечная энергетика производила всего 3% мирового энергопотребления. 85% приходилось на ископаемые источники: нефть, уголь и газ.  

"Мир потратил 2 триллиона долларов, чтобы увеличить долю генерируемой солнцем и ветром энергии с половины процента до трёх процентов, и на это потребовалось восемь лет. Какой будет стоимость повышения ее доли до 100%? И сколько времени это займет?" — говорит ведущий автор анализа Коилин Охаисеадха. 

Также, по мнению исследователей, иногда ВИЭ вызывают проблемы, которые призваны решать. К примеру, под ветропарками повышается температура почвы. Почвенные бактерии начинают выделять больше СО2. 

Чтобы заменить всего 50 млн из 1,3 млрд существующих электромобилей, нужно увеличить добычу кобальта, неодима и лития более чем в два раза, используя при этом половину ежегодного объема меди. 

Солнечные и ветропарки требуют в 100 раз больше поверхности земли, чем станции, работающие на ископаемых видах топлива. Это может повлиять на биоразнообразие. 

Биоэнергетика бьет по природе сильнее всех: культуры под биотопливо вытесняют естественные биомы. 

Также солнечные и ветровые электростанции нестабильны, они работают только при наличии, собственно, солнца и ветра. 

Инженеры всегда знали, что крупные солнечные и ветровые парки преследует так называемая "проблема периодичности". В отличие от традиционных источников генерации электричества, обеспечивающих по запросу непрерывную и надёжную подачу энергии в режиме 24/7, ветровые и солнечные парки вырабатывают электричество только при наличии ветра или солнечного света.

"Потребители в среднестатистическом домохозяйстве ожидают, что их холодильники и морозильники будут работать постоянно, а свет можно включать в любой момент времени по желанию. Те, кто продвигают ветровую и солнечную энергетику, должны признать, что они не способны обеспечить подобную непрерывную подачу энергии по запросу в масштабах страны, к которой привыкло современное общество", — говорит соавтор анализа Ронан Конноли.

Балансирование энергосети — серьезная проблема, от которой страдает и Украина, используя для этого совсем не экологичные тепловые электростанции. 

Впрочем, и батареи Tesla в Австралии — не панацея. В исследовании ученые рассчитали, что если канадский штат Альберта перейдет с угля на ВИЭ, используя как резерв газ и аккумуляторы, для соответствия пиковым нагрузкам им понадобится 100 мегаваттных батарей. К тому же, батареи — это, снова-таки, добыча полезных ископаемых. 

Кроме того, исследования говорят, что углеродный налог больше всего бьет по бедным домохозяйствам и жителям сельской местности. 

Не говоря уже о добыче. "Конфликт между племенем сиу Стэндинг-Рок и Dakota Access Pipeline широко освещался во всем мире, но как насчет воздействия добычи кобальта на жителей Демократической Республики Конго и влияния добычи лития на людей в пустыне Атакама? Помните лозунг, произносившийся в Стэндинг-Рок? Mni Wiconi! Вода — это жизнь! Это справедливо и для сиу Стэндинг-Рока, беспокоящихся о том, что утечка нефти может загрязнить реку, и для жителя пустыни Атакама, озабоченного тем, что добыча лития загрязнит грунтовые воды", — говорит Коилин Охаисеадха.

Ну и что?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте представим себе мир, в котором средняя температура на Земле выросла. Не 14, как сейчас, а 16 градусов по Цельсию. Что же происходит на планете? 

Если вы думаете, что можно сложить руки и будь что будет, вот три причины, почему остаться в стороне не получится.

Во-первых, средняя температура — это не предельная температура. Поэтому мы будем сталкиваться с температурными рекордами. Мир и так все жарче с каждым годом. 

Во-вторых, представьте себе чайник, который закипает. Конечно, нам еще далеко до ста градусов, но процесс начался. Помните, что происходит с водой? Она начинает двигаться. Как и воздух, хотя этого мы не видим. Примерно то же самое происходит с земным климатом. Система ускоряется, а это значит, что последствий тоже становится больше, они заметнее. 

Вероятно, вы уже сталкивались с чем-то подобным: торнадо в Украине. Пыльные бури в Киеве. Аномальная засуха и пожары. И, главное, разбалансировка системы приведет к ускорению ветра. Добро пожаловать в мир ураганов. Фантаст Паоло Бачигалупи нарисовал нечто подобное в своем "Разрушителе кораблей". В этом будущем ресурсы исчерпаны, социальная пропасть между владельцами новых технологий и остальным нищим населением огромна. Детский труд, наркотики — и полный разбаланс климата. 

В-третьих, одна из очевиднейших проблем заключается в том, что изменение климата полностью изменит пищевую промышленность планеты. Потому что то, что отлично растет в умеренном климате лесостепи, отказывается восходить в степи или пустыне.

Это затрагивает в том числе и Украину, давая нам как преимущества — возможность с помощью теплиц собирать больше урожая в год; так и недостатки — привычные культуры нужно менять на более приспособленных новичков. 

В этом мире рано или поздно на первый план выходит генная инженерия, как у того же Бачигалупи в "Заводной", или создание синтетической пищи — из хлореллы ("Торговцы космосом"Фредерика Пола и Сирила Корнблата) или при помощи 3D-печати, что приближает к нашим кухням фабрикаторы еды из множества научно-фантастических произведений. 

Но в целом мы испортили планету. 

Как ее починить? Сажать деревья, хуже не будет. 

В теории можно к 2100 году разобрать Луну и построить из нее полусферу, которая будет одновременно собирать солнечное излучение и создавать из него необходимую энергию — и закрывать нас от прямых лучей. Или переселиться на Марс. Или стать энергетической формой жизни. 

Прыгнуть в прошлое, в 1950-е, с помощью машины времени, чтобы начать бороться с глобальным потеплением, не получится — мы писали, почему. 

В реальности же стоит готовиться тушить ряд мелких пожаров, пока в совокупности они не сольются в один единый супермегапожар. Главное, что нужно помнить: уже никто ни в чем не виноват. Пора как-то решать, что делать дальше. 

Дмитрий Бунецкий, специально для Delo.ua