Изменения климата: факты, модели и механизмы

Print PDF

Я коллегам предсказывал, что за несколько дней перед пятым отчётным докладом группы Международной группы экспертов по изменению климата в СМИ с блогосферой будет буквально шквал лжи на тему «никакого потепления нет, и климат поворачивает к похолоданию» с вариациями. И действительно, не только правые Daily Mail или Fox News (по подсчётам специалистов, в изданиях медиаимперий Мердока и Хёрста 80% информации относительно изменений климата ложны в научном смысле, причём именно о том, «что происходит», а не что антропогенной природы происходящего. Последняя здесь просто не обсуждаема, но и вроде бы объективная ВВС выдавала такие картинки про «никакого потепления нет, лишь вековые циклы». А идейные блоггеры вроде realwired постили это враньё и всяко изворачивались, отстаивая его в спорах.


А вот как менялась температура на самом деле (с усреднением по десятилетиям) – данные из того самого отчётного доклада, что поставил все точки над ё

Однако должен заметить, что для иллюстрации факта потепления куда более убедительней разного рода неметеорологические данные. И особенно сдвиги границ природных зон в направлении с юга на север, или распространение в последние годы южных видов растений и животных к северу, включая тропические. Вот, например, разные птички, которых пришлось включить в гнездовую авифауну Европы в издании определителя птиц Западной Палеарктики (Parey’s Vogelbuch) конца 1990-х годов. В предыдущем издании, 1988 года, их ещё не была, натурализация, как правило с ростом численности, заняла порядка 15-20 лет.

Попугаи – по городам западной и южной Европе

Вьюрковые ткачики (астрльды) – в Иберии

Вот более подробная статья о таких видах. Другой вид неметеорологических данных, важный для нашей проблемы — сдвиги границ природных зон с ареалами ключевых видов природных сообществ в направлении с юга на север, не только на суше, но и в океане. Или, скажем, в прекращении циклически повторяющихся вспышек массового размножения у леммингов, а теперь и у их родственников — полёвок лесной зоны. Дело в том, что популяции разных видов животных отшлифованы эволюцией к разным приспособлениям в зависимости от того, какова динамика изменений среды обитания — то ли это периодические колебания вокруг средней, то ли они включают в себя направленный тренд. В первом случае виды «держат» свой ареал, не пытаясь расширить его, во втором — направленно расширяют, не «откатываясь» назад на тех временных промежутоках, когда циклическая компонента происходящего задаёт изменения в обратном направлении (в условиях потепления климата это прохладные-влажные периоды см.ниже).

Дело в том, что происходящие изменения климата (в сторону потепления везде, в сторону большей влажности лет и сырости-мягкости зим в одной части суши, с аридизацией в другой) давно уже общепризнанный факт. Но в объяснении факта конкурируют две гипотезы или, сейчас уже можно сказать, модели климатических изменений, поскольку каждая имеет веские доводы в подтверждение.

Первая – модель вековых климатических циклов. Климат периодически меняется в теплого-сухого на прохладный-влажный, под действием колебаний солнечной активности – увеличение её индикатора, числа Вольфа, ведёт к первому, снижение – ко второму, и наоборот. Периодичность этих процессов сложная, более «короткие» циклы вложены в длинные и т.д. В целом, если бы не было человека с его деятельностью, климат плавно менялся бы в названном направлении в среднем 3 раза за столетие (годовые циклы), 3 раза за 1000-летие (вековые циклы) и т.д., каждый раз с повышением амплитуды.

Учёные-сторонники этой точки зрения (самый яркий из них – известный орнитолог Виталий Кривенко, связывающий с такими циклами периодические колебания обводнённости озёр в аридной зоне, развитие растительности и фауны в них и в плакорных ландшафтах вокруг, а также динамику ареалов околоводных птиц) считают, что сейчас происходит не потепление, а мы просто находимся в повышательной фазе цикла, на восходящей ветви синусоиды, которая потом закономерно пойдёт вниз. См. рисунки из его книги «Водолавающие птицы и их охрана» (1990).

Оба процесса развиваются по экспоненте и, поскольку вследствие законов физики рост концентрации парниковых газов не может не «греть», происходит антропогенное потепление, тренд которого «накладывается» на природные колебания, описанные выше, и чем дальше, тем больше пересиливает их. Сейчас уже совсем пересилил. То есть антропогенный тренд, чем сильней проявляется, тем больше усиливает и продлевает во времени колебания, связанные с тёплой-сухой фазой климатических изменений, и ослабляет-укорачивает колебания, связанные с прохладной-влажной.

Процесс будет развиваться до тех пор, пока естественные колебания на фоне усиливающегося тренда сойдут на нет. Важно подчеркнуть, что такой ход событий был исключительно точно предсказан моделью потепления климата, изложенной в статье в Science аж 1981 года.

Но она оказалась в забвении, и была обнаружена чисто случайно совсем недавно. Увы, изобретение Интернета с электронным доступом к научным журналом при усилении конкурентности в научной среде имело один неприятный, но закономерный эффект – ускорилось забывание статей, сразу не привлекших внимание.

Так или иначе, обе модели вполне подтверждаются фактами и не антагонистичны друг другу, но требуют синтеза.

Вот здесь я рассказываю, как выглядит такой синтетический взгляд на механизмы изменения климата, каковы их социальные последствия и какие практические выводы отсюда следуют (+ответы на вопросы).

Самый важный момент – антропогенный характер наблюдаемых изменений климата надо доказывать в принципиально иной логике, «биологической», а не «технической». Роль человека существенна не только в том, что выбросы парниковых газов растут по экспоненте и даже не столько в этом. В плиоцене и в другие моменты геологического прошлого их концентрация была и повыше, но худого с биосферой не происходило, только хорошее – на месте путыни в Сахаре была саванна, с полноводными реками, по долинам которых человечество распространялось из Африки, с обильной охотничьей фауной и пр.

Проблема состоит в том, что перед тем, как произвести выбросы, на стадии  добычи – транспортировки ресурсов, и после них – на стадии потребления товаров, произведённых благодаря этим выбросам, и превращения потреблённых товаров в отходы идёт нарушение естественных экосистем по всему пространству биосферы. А оно, вкупе с разогревом, следующим из уже произведённого выброса, — законы физики никто не отменял, — в нарушенных сообществах и ландшафтах активизирует т.н. «контуры разрушения». Это положительные положительные обратные связи, работающие на усиление производимых воздействий, т.е. на ещё большее разрушение экосистемы и ещё больший разогрев за счёт дополнительно продуцируемых при разрушении парниковых газов, прежде всего СО2 и/или метана СН4.

Работа таких «контуров разрушения» хорошо иллютрируется крахом идеи про «удобрение углекислым газом». Если бы у нас вся природа была б ненарушенной, то в ответ увеличение концентрации С02 сообщества гомеостатически б менялись так, чтобы интенсифицировать фотосиснтез, нарастить фитомассу, интенисифицровать торфообразование и другие процессы, выводящие органику из круговорота на существенные интервалы времени. Существенные здесь значит — сравнимые с многолетними климатическими цилами естественного происхождения или более продолжительные; помимо биоценотической работы болот здесь существенно «запасание» углерода надолго при гумификации плюс накопление мортмассы, не минерализующейся полностью в прохладном и влажном климате, ноначинающей это делать при потеплении.

Что сейчас мы и наблюдаем отчасти, на клочках тех сообществ, что сохранили остатки естественности. В подавляющем большинстве случаев же, увы, это не происходит, нарушенные сообщества в ответ на потепление с ростом концентрации углекислого газа изменяются так, что ещё более увеличивают продукцию углекислого газа в процессах дыхания относительно его связывания в процессах фотосинтеза. Это способствует ещё большему потеплению, и круг замыкается.

На приведённой схеме описан механизм, почему так происходит. Долговременный (десятки лет) тренд изменений концентрации С02, знаменитая кривая Киллинга, экспоненциален, но с регулярной сезонной периодичностью. Каждый год весной, в связи с оживлением растительности, началом интенсивного фотосинтеза кривая концентрации С02 «ныряет» под линию тренда – это т.н. весеннее пересечение. Осенью, при прекращении фотосинтеза с переходом к зимнему покою она обратно подскакивает выше тренда – это т.н. осеннее пересечение. Так вот, в связи с потеплением весеннее пересечение каждый год подвигается на всё более и более ранние даты. Поскольку одновременнго зимы становятся всё более и более мягкими, можно было бы ожидать, что осеннее пересечение будет двигаться на всё более поздние даты. Тогда фиксация С02 растительностью интенсифицируется настолько, что как раз поглотит лишнее, реашлизуя чаемую гомеостатическую реакцию.

Однако нет, осеннее пересечение тоже сдвигается на всё более ранние даты, кое-где даже опережая сдвиг весеннего пересечения. Дело в том, что на фоне нарушений сообществ потепление интенсифицирует их дыхание (микробное и корневое прежде всего) существенно больше, чем фотосинтез, для которого эффективность использования климатических ресурсов падает, а не растёт. Поэтому в учащающиеся тёплые осени дыхание сообщества чем дальше, тем больше превалирует над фотосинтезом, вместо связывания дополнительного С02 происходит его продуцирование и т.д.