Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде - Саймон Кинг
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Альбедо океанов безо льда составляет около 0,06, то есть всего 6 % поступающей солнечной энергии отражается обратно в атмосферу, а 94 % поглощается и используется для нагрева океана. Альбедо морского льда равно примерно 0,5–0,7, то есть поглощается только 30–50 % поступающей энергии, из-за чего поверхность остается более прохладной. Если на льду имеется слой снега, то альбедо еще выше – порядка 0,9, то есть поглощается всего 10 % солнечной энергии, а 90 % отражается обратно в космос. И все эти цифры действительно значимы. Летом и осенью происходит значительное нагревание этих ледовых районов, что сокращает время на восполнение запасов льда и снега за зиму. Равновесие здесь очень хрупкое. Общее альбедо снижается, система поглощает больше тепла, что ускоряет таяние льдов. Чем быстрее тают льды, тем ниже альбедо, и этот процесс вызывает значительное беспокойство, поскольку формируется положительная обратная связь. Правда, усмотреть положительные моменты здесь сложно: в системе климата таяние льдов – свой собственный злейший враг, поскольку таяние льдов вызывает еще большее таяние льдов.
Поверхность земли на 75 % состоит из воды, которая на 97 % соленая и только на 3 % пресная. Значительная часть пресной воды заключена в ледниках и ледовых шапках планеты. За лето таяние небольшого количества этого льда в горных районах обеспечивает людей необходимой пресной водой, а также снабжает сельское хозяйство, ирригационные системы, промышленность и гидроэлектростанции. Поскольку полярные области очень чувствительны к изменениям климата, а здешний лед особенно уязвим для антропогенных изменений, ученые интенсивно их изучают. Ледовые шапки и ледники сформировались здесь сотни тысяч лет назад: год за годом в этих местах выпадает и накапливается снег. Толщина некоторых ледников несколько километров. Каждый год количество выпавшего снега зависит от климата, и химия льда на молекулярном уровне может многое рассказать нам о состоянии атмосферы. Пробурив скважину в ледяном покрове и добыв ледяные керны[10], ученые могут изучить толщину соответствующих слоев льда и присутствующие в нем пузыри. Это может многое рассказать нам о концентрации парниковых газов, продолжительности ледниковых периодов и общей стабильности климата за последние 10 тысяч лет.
Изучив ледяной керн, ученые выясняют, какое количество углекислого газа, метана и других парниковых газов было в атмосфере в определенный период. Наличие пепла, пыли или других аэрозольных частиц может свидетельствовать о вулканической активности и ее влиянии на климат того времени. Изучение молекулярной структуры ледяного керна позволяет ученым получить представление о выпадавших в прошлом осадках, что, в свою очередь, может рассказать о стоявших в то время температурах. Как археолог или палеонтолог раскапывает почву или окаменелости, чтобы узнать что-то новое о прошлом, так и палеоклиматологи «копаются» в ледяном керне, чтобы узнать, какая погода была в прежние времена. Чем глубже слой, с которого мы можем извлечь ледяной керн, тем дальше мы можем путешествовать назад во времени. Одна из скважин, которые пробурили в Антарктиде, позволила извлечь образцы льда возрастом 2,7 миллиона лет. Это невероятное вещественное доказательство давно ушедшего климата, со всеми ледниковыми периодами и изменениями концентрации углекислого газа. В Антарктиде, Гренландии, Арктике и даже некоторых ледниках пробурено множество ледяных скважин. Ученые стараются собрать как можно больше данных для построения глобальной компьютерной модели. При помощи знаний в области атмосферной физики климатологи анализируют климат прошлых эпох и строят компьютерную модель для предсказания будущих изменений климата на нашей планете.
Насколько опасно таяние льдов?
Мы уже говорили, как от таяния льдов изменяется альбедо поверхности Земли – она меньше отражает и больше поглощает солнечной энергии. Впрочем, вероятно, большинству людей не это кажется основной проблемой, связанной с таянием льдов. Одним из самых серьезных последствий глобального потепления и изменений климата считается подъем уровня моря. Однако не любое таяние льдов действительно приводит к подъему уровня моря – все зависит от того, где этот лед расположен.
Когда Саймон был еще юн и только собирался стать метеорологом, он посетил организованную Британской антарктической службой дискуссию о климате на этом огромном ледяном континенте, который простирается во все стороны от Южного полюса. Выступающие применили простой, но эффективный способ демонстрации разных типов влияния таяния плавучего льда и ледников суши. Этот эксперимент поразил его воображение и укрепил в намерениях!
Участники выступления взяли два стакана – один наполовину заполненный водой, другой – пустой. В каждый стакан бросили по паре кубиков льда и оставили таять. Многие из вас, вероятно, посчитают (как и Саймон), что уровень воды повысится в обоих стаканах. Однако когда весь лед растаял, в пустом сухом стакане появилась вода, а уровень воды во втором стакане, изначально наполненном водой наполовину, не изменился. Этот процесс можно масштабировать в миллион раз, но результат не изменится. Причина, по которой мы не видим существенных изменений уровня Мирового океана при таянии морских льдов, состоит в том, что имеющийся лед уже вытесняет определенный объем воды. А таяние – это просто восстановление того же объема воды, который был изначально вытеснен. Однако здесь есть один немаловажный факт: соленая и пресная вода имеют разную плотность. Пресная вода менее плотная, чем соленая, так что пресноводный лед обладает большим объемом, чем эквивалентная масса морской воды. Поэтому когда тает пресноводный лед, образуется больший объем воды, чем изначально вытесненный. Эта разница очень невелика – по оценкам ученых, таяние плавучего льда повышает уровень моря всего на 0,005 мм в год.
Мы имеем здесь в виду, что, хотя таяние льдов в Арктике определенно приводит к глобальному потеплению из-за снижения альбедо, уровень моря при этом почти не повышается. Но в случае с таянием континентальных ледников это не так. Главный фактор беспокойства за подъем уровня моря – разрушение и таяние ледяных щитов в Гренландии и в Антарктиде. Если растают и они, и другие континентальные ледники, то общий уровень моря может подняться на 70 метров. Последствия будут невероятными: сотням миллионов людей придется покинуть родные места, так как 40 % населения Земли живет в пределах 100 километров от морского побережья.
Может ли вода замерзнуть, но не стать льдом?
Все мы знаем, что H2O может существовать в одном из трех состояний: газообразном (водяной пар), жидком (вода) или твердом (лед). Хорошо известно также, что если нагреть воду,
