Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого - Вацлав Смил
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Я предпочитаю утилитарный — и нестандартный — подход. Начнем с объяснения жизненной необходимости парникового эффекта, без которого поверхность Земли замерзла бы и который мы невольно усилили своими действиями, в первую очередь сжиганием ископаемого топлива, что стало главным фактором антропогенного глобального потепления. Затем я покажу, как вопреки общему мнению современная наука обнаружила это явление больше ста лет назад, как мы на протяжении нескольких поколений игнорировали четко сформулированные потенциальные риски, как до сих пор не желаем принимать действенных мер для изменения хода глобального потепления — и как трудно будет переломить эту тенденцию.
Почему Земля не покрыта льдом
Как мы видели в первой главе, изобилие ископаемого топлива и все более эффективное его преобразование были главными двигателями современного экономического роста, обеспечив нам более благополучную и долгую жизнь — вместе с опасениями относительно долгосрочного воздействия выбросов CO2 на климат планеты (обычно это называют глобальным потеплением). Наши страхи по поводу последствий глобального потепления можно объяснить с помощью элементарной физики. Мы слишком сильно озабочены тем, без чего не могли бы жить: парниковым эффектом. Этот экзистенциальный императив представляет собой регулирование температуры земной атмосферы с помощью нескольких газов, присутствующих в атмосфере в небольших количествах (так называемые примесные газы) — прежде всего углекислого газа (CO2) и метана (CH4). По сравнению с двумя газами, составляющими большую часть атмосферы (азот 78 %, кислород 21 %), их присутствие пренебрежимо мало (доли процента), но именно их влияние определяет разницу между безжизненной, замерзшей планетой и цветущей сине-зеленой Землей[516].
Атмосфера Земли поглощает приходящее извне коротковолновое солнечное излучение и испускает в космос волны большей длины. Без парникового эффекта температура на поверхности планета была бы –18 oC. Примесные газы изменяют радиационный баланс Земли, поглощая часть испускаемого (инфракрасного) излучения, в результате чего температура на планете повышается. Это обеспечивает существование жидкой воды, в результате испарения которой в атмосферу попадает водяной пар (еще один газ, поглощающий невидимые инфракрасные волны). В конечном итоге температура на поверхности Земли на 33 oC выше, чем она была бы в отсутствие примесных газов и водяного пара, а средняя температура 15 oC делает возможной жизнь во всем ее разнообразии.
Термин «парниковый эффект» — не слишком удачная аналогия, потому что тепло внутри парника обусловлено не только инфракрасным излучением, но и ограничением циркуляции воздуха. В отличие от теплицы, природный «парниковый эффект» вызван исключительно поглощением примесными газами небольшой части инфракрасного излучения, а атмосфера планеты пребывает в постоянном, свободном и зачастую бурном движении. До сих пор главным поглотителем инфракрасных лучей был водяной пар, и поэтому именно этот газ определял нагревание атмосферы в прошлом и будет определять в будущем. Водяной пар — основная движущая сила природного парникового эффекта, но он не является причиной нагревания атмосферы, потому что не влияет на ее температуру. На самом деле все наоборот: изменение температуры определяет, какое количество воды может существовать в газообразном виде (с повышением температуры влажность воздуха растет) и какое ее количество конденсируется, превращаясь в жидкость (конденсация способствует снижению температуры).
Естественное нагревание Земли определяется примесными газами, на концентрацию которых не влияет окружающая температура — то есть они не конденсируются и не выпадают в виде осадков при снижении температуры. Но относительно небольшое повышение температуры, которое они вызывают, усиливает испарение воды, увеличивая ее концентрацию в атмосфере, и такая обратная связь вызывает новое повышение температуры. Из всех природных примесных газов основным всегда был углекислый газ (CO2), меньший вклад вносят метан (CH4), оксид азота (N 2O) и озон (O3) — последний известен в основном по вызвавшему столько шума в СМИ озоновому слою. Деятельность человека начала влиять на концентрацию некоторых примесных газов, создавая дополнительный рукотворный (антропогенный) парниковый эффект, несколько тысяч лет назад, когда общества, перешедшие к оседлому образу жизни, начали заниматься сельским хозяйством, использовать дерево (и получаемый из него древесный уголь) в домашнем хозяйстве, выплавлять металлы, изготавливать кирпичи и черепицу. Превращение лесов в поля привело к увеличению выбросов CO2, а выращивание риса на проливных полях увеличило выбросы CH 4[517].
Но влияние этих антропогенных выбросов стало существенным только после повышения темпов индустриализации. Увеличение выбросов CO2, которое вызвало усиление антропогенного парникового эффекта, было обусловлено в основном сжиганием ископаемого топлива и производством цемента. Выбросы метана (от рисовых полей, мусорных свалок, скота и производства природного газа) и оксида азота (в основном из-за использования азотных удобрений во все больших объемах) также стали заметными источниками парниковых газов. Реконструкция их концентрации в прошлом показывает резкий рост с началом индустриализации.
До 1800 г. уровень CO2 на протяжении многих столетий менялся незначительно, оставаясь близким к 270 частям на миллион (ppm) — то есть 0,027 % объема. К 1900 г. его концентрация немного выросла до 290 ppm, еще через 100 лет достигла 375 ppm, а летом 2020 г. превысила 420 ppm, что на 50 с лишним процентов больше, чем в конце XVIII в.[518]. Уровень метана в доиндустриальную эпоху был на три порядка меньше — менее 800 частей на миллиард (ppb), — но к 2020 г. этот уровень удвоился, до почти 1900 ppb, концентрация оксида азота выросла с приблизительно 270 до 300 ppb[519]. Эти газы поглощают исходящее излучение в разной степени: если сравнить их влияние за 100-летний период, то одна единица CH4 оказывает такое же влияние, как 28–36 единиц CO2, а для N 2O эта разница составляет 265–298 раз. Несколько новых, созданных человеком газов — прежде всего хлорфторуглеродов (фреона, использовавшегося в прошлом поколении холодильников) и фторида серы SF6 (превосходный изолятор, применяемый в электрооборудовании) — оказывают гораздо более сильное воздействие, но, к счастью, их концентрация в атмосфере незначительна, а согласно Монреальскому протоколу 1987 г., производство фреона постепенно запрещается[520].
На CO2 (главным источником служит сжигание ископаемого топлива, затем идет вырубка лесов) приходится около 75 % антропогенного эффекта потепления, на CH4 — 15 %, а все остальное в основном на N 2O[521]. Продолжающийся рост выбросов парниковых газов в конечном счете приведет к такому повышению температуры, которое нанесет существенный вред окружающей среде, что дорого обойдется как в
