Физика будущего - Мичио Каку

•На каждый метр подъема уровня Мирового океана приходится в среднем 100 м отступления береговой линии. За последние сто лет уровень уже поднялся на 20 см, в основном в результате теплового расширения воды. По данным ООН, уровень морей к 2100 г. может подняться еще на 20–60 см. Некоторые специалисты, правда, считают, что ООН слишком осторожничает в оценке имеющихся данных. Ученые из Института арктических и альпийских исследований Университета Колорадо утверждают, что к 2100 г. уровень моря может подняться на 1–2 м. Так что постепенно карта береговых линий Земли будет меняться.

•Достоверные данные о температурах начали регистрироваться в конце XVIII в. При этом 1995, 2005 и 2010 гг. фигурируют среди самых жарких в истории наблюдений, а десять лет — с 2000-го по 2009-й — стали самым жарким десятилетием за все это время. Заметно растет и содержание двуокиси углерода в воздухе. Нынешний ее уровень — самый высокий за последние 100 000 лет.

•По мере прогревания земного шара тропические болезни начинают постепенно мигрировать на север. Недавняя вспышка лихорадки Западного Нила, переносимой комарами, может оказаться предвестницей грядущих бедствий. ООН особенно обеспокоена продвижением на север малярии. Обычно яйца множества вредных насекомых гибнут каждую зиму при промерзании почвы. Но зимы становятся короче, и опасные насекомые, скорее всего, тоже начнут неостановимое наступление на север.

Двуокись углерода — парниковый газ

Согласно Межправительственной комиссии ООН по изменению климата, ученые пришли к выводу[26] о том, что с 90 %-ной вероятностью изменение климата вызвано деятельностью человека, в особенности выпуском в атмосферу углекислого газа при сжигании нефти и угля. Солнечный свет легко проходит сквозь углекислый газ и нагревает землю, а вот возникшее при этом инфракрасное излучение уже не может так легко пройти обратно сквозь слой углекислого газа. Энергия солнечного света, попавшая на Землю, оказывается в ловушке и не может уйти обратно в космос.

Нечто подобное можно наблюдать в парнике или в салоне автомобиля. Солнечный свет нагревает воздух внутри, а стекло не дает нагретому воздуху выйти наружу.

Ситуация угрожающая. Количество выделяемого углекислого газа резко выросло, особенно за последние сто лет. До Промышленной революции содержание углекислого газа в воздухе составляло 270 частей на миллион, или 0, 0270 %; сегодня оно подскочило до 387 частей на миллион, или 0, 0387 %. (В 1900 г. в мире потреблялось 150 млн баррелей нефти. В 2000 г. потребление достигло 28 млрд баррелей, т. е. увеличилось в 185 раз. В 2008 г. в воздух было выпущено 9, 4 млрд т углекислого газа от сжигания ископаемого топлива, но лишь 5 млрд т было переработано в океанах, почве и растительности. Остальное так и останется в воздухе на ближайшие десятилетия, нагревая Землю.)

Визит в Исландию

Подъем температуры — не газетная утка, в этом можно без труда убедиться, изучив ледяные керны. Ученые пробурили в древних льдах Арктики немало скважин и сумели извлечь из них пузырьки воздуха возрастом в несколько тысяч лет. Химический анализ воздуха из этих пузырьков позволил ученым реконструировать температурный режим и содержание углекислого газа в атмосфере более чем на 600 000 лет назад. Очень скоро мы сможем узнать, какие погодные условия преобладали на Земле миллион лет назад.

Я видел все это своими глазами. Однажды мне довелось прочесть лекцию в Рейкьявике, столице Исландии, и посетить Исландский университет, где, собственно, и исследуются ледяные керны. Когда самолет приземляется в Рейкьявике, поначалу вы не видите вокруг ничего, кроме снега и дикого камня; если бы не снег, пейзаж очень напоминал бы лунный. Тем не менее бесплодная и неприветливая земля Арктики представляет собой идеальное место для исследования климата Земли на сотни тысяч лет назад.

При посещении лаборатории, температура в которой всегда поддерживается ниже точки замерзания, мне пришлось пройти через тяжелые теплоизолирующие двери. Внутри я увидел бесконечные стеллажи с длинными металлическими трубками длиной около 3 м и диаметром около 4 см. В каждой из таких трубок содержится образец льда, извлеченный из скважины при бурении, который был снегом, выпавшим в этих краях тысячи лет назад. Если снять металлические трубки, то каждый такой образец можно тщательно рассмотреть и исследовать. Правда, лично я с первого взгляда увидел только длинную тонкую колонку белого льда. Но затем, при ближайшем рассмотрении, я заметил, что лед на самом деле полосат и состоит из тонких разноцветных слоев.

Чтобы точно датировать ледяные образцы, ученые используют самые разные методы. В некоторых слоях содержатся маркеры, отмечающие различные важные события, к примеру выпадение сажи после извержения вулкана. Даты крупных извержений известны достаточно точно, так что слои-маркеры могут служить опорными точками при датировании остальной части керна.

Из ледяных кернов затем делаются тонкие срезы, которые можно подробно исследовать. Посмотрев на один такой срез под микроскопом, я увидел крошечные, поистине микроскопические пузырьки. По спине пробежал холодок, когда я понял, что вижу воздушные пузырьки, запертые в ледяной массе десятки тысяч лет назад, еще до возникновения человеческой цивилизации.

Содержание углекислого газа внутри каждого пузырька измерить несложно, гораздо сложнее определить температуру воздуха в момент залегания льда. (Для этого ученые анализируют воду в пузырьке. Молекулы воды могут содержать разные изотопы водорода. Когда температура падает, вода с более тяжелыми изотопами конденсируется быстрее, чем обычная. Следовательно, измерив содержание в воде молекул с тяжелыми изотопами, можно определить, при какой температуре сконденсировалась эта вода.)

Наконец, тщательно проанализировав состав тысяч ледяных кернов, ученые смогли сделать несколько существенных выводов. Они выяснили, что температура и содержание углекислого газа на протяжении многих тысяч лет изменялись параллельно и даже синхронно. Когда росла одна из этих величин, росла и другая.

Самое важное то, что удалось зафиксировать резкий скачок температуры и содержания углекислого газа за последние сто лет. Это очень необычно, так как в большинстве своем уровни менялись постепенно, на протяжении тысяч лет. Ученые утверждают, что этот необычный пик не является частью естественного процесса потепления, а прямо указывает на вмешательство человека.

Существуют и другие способы показать, что внезапный резкий рост вызван именно деятельностью человека, а не проявлением естественных циклов. Компьютерное моделирование на сегодняшний день так развито, что мы вполне можем посчитать температурную динамику Земли с учетом деятельности человека и без нее. По результатам такого моделирования получается, что без цивилизации и искусственного производства углекислого газа температурная кривая была бы относительно плоской. Но стоит добавить человеческий фактор, и можно показать, что возникает резкий скачок и температуры, и содержания двуокиси углерода. При этом предсказанный пик в точности совпадает с реальным наблюдаемым пиком.

Наконец, количество солнечной энергии, падающее на каждый квадратный метр земной поверхности, можно измерить непосредственно. Можно также подсчитать количество тепла, отраженного Землей в открытый космос. В нормальных условиях эти две величины должны совпадать[27], так чтобы количество попадающего на планету тепла равнялось количеству тепла уходящего. Но в реальности мы обнаруживаем, что эти величины не равны, и разница между ними в настоящее время нагревает Землю. Затем, если мы вычислим количество энергии, производимое человеком, получим точное соответствие[28]. Следовательно, именно деятельность человека вызывает нагрев Земли и глобальное потепление климата.

К сожалению, даже если бы сегодня человечество полностью прекратило производство углекислого газа, уже имеющихся в атмосфере запасов было бы достаточно, чтобы глобальное потепление продолжалось еще несколько десятков лет.

В результате к середине века положение может достичь критической точки.

Ученые предсказывают, что если подъем уровня Мирового океана продолжится, то к середине века или немного позже многие прибрежные города исчезнут с лица земли. Значительную часть Манхэттена придется эвакуировать, а Уолл-стрит полностью окажется под водой. Правительствам придется решать, за какие из крупных прибрежных городов стоит бороться, а какие просто обречены. Некоторые города, возможно, удастся спасти при помощи сложной системы дамб и шлюзов. Другие придется бросить, что вызовет массовую миграцию людей. А поскольку большинство деловых центров и самых населенных городов мира располагаются на океанском побережье, последствия для мировой экономики могут быть катастрофическими.