Яблоко раздора»: полемика вокруг климата

Что правда по эту сторону Пиренеев – заблуждение по ту сторону.

Б. Паскаль

Доводы времени весомее доводов разума.

Т. Пейн

Итак, из всего вышесказанного вытекает, что «руководящая и направляющая» роль в глобальном потеплении ХХ века принадлежит самому человеку, обусловившему своей деятельностью усиление парникового эффекта (в отчете 2007 г. Межправительственной группы экспертов по изменению климата говорится, что этот факт установлен с 90 %‑й вероятностью). Данный вывод разделяют большинство специалистов, но далеко не все: кто‑то отрицает сам факт глобального потепления, кто‑то – его антропогенные корни. Дискуссии в защиту и в опровержение такой точки зрения можно посвятить отдельную книгу, но наша задача значительно скромнее: познакомить читателя с современными представлениями о климате Земли. Поэтому мы ограничимся некоторыми общими соображениями и замечаниями.

Главная причина всех разногласий, бесспорно, кроется в чрезвычайной сложности климатической системы и, как следствие, – недостаточности наших знаний о ней, особенно в области взаимодействия ее отдельных частей.

Климатология как наука строится исключительно на данных наблюдений. Даже самые длинные ряды климатических параметров (прежде всего, температуры) охватывают период в лет 150 или немногим более. Эти ряды, конечно же, слишком коротки, чтобы по ним с уверенностью судить о состоянии климата Земли за продолжительное время. В такой ситуации открываются две возможности. Либо сидеть и ждать в течение нескольких столетий, пока длина ряда станет достаточной (как говорят статистики, репрезентативной) для того, чтобы делать научно обоснованные выводы (надеясь при этом, что, несмотря на текущие изменения, климат останется «совместимым с жизнью»…). Либо, базируясь на имеющемся недостаточном материале, выдвигать гипотезы, подтверждать или опровергать их и не без ошибок и отступлений выходить на новый уровень познания, в точном соответствии с притчей о двух попавших в молоко лягушках, в которой одна, покорившись судьбе, «опустила лапы» и пошла ко дну, а вторая отчаянно била лапками, в результате чего сбила молоко в масло и спаслась.

И сторонники, и противники глобального потепления основываются на одних и тех же рядах наблюдений. Почему? Да потому, что нет других! При этом противники глобального потепления настаивают на «ревизии» имеющихся рядов. Многократно приходилось сталкиваться с их публичным недоверием к части имеющихся данных мониторинга. Аргументация в таких случаях почти всегда одна: плохое качество измерительной аппаратуры, отсутствие должной выучки обслуживающего ее персонала, изменение условий в окрестностях метеостанций (сельскохозяйственное освоение близлежащих земель, урбанизация и пр.). Бесспорно, ошибки измерений случаются и действовавшие век и даже несколько десятилетий назад приборы уступали в точности современным. Однако отказаться от полученной с их помощью информации аналогично закрытию всех поселковых больниц на том основании, что в них нет такой, как в столице, аппаратуры и врачей уровня Л. Рошаля. И где гарантия, что через тридцать – сорок лет современные данные не будут отвергаться на том же основании? Иногда довод формулируется еще проще: «Эти данные не вызывают у меня доверия!» (помните реплику булгаковского кота Бегемота: «Мне это отделение известно! Там кому попало выдают паспорта! А я б, например, не выдал такому, как вы! Нипочем не выдал бы!»).

Столь вольное обращение с без того короткими рядами наблюдений вовсе не так безобидно, как может показаться. Легко представить, как изменится результат примера измерения скоростей ветра (см. табличку на с. 28), если выбросить замеры № 4 и № 5, посчитав их нереально высокими, или оставить лишь отрицательные значения, поскольку положительные «не вызывают доверия», и к каким взаимоисключающим выводам в этом случае мы придем!

Антропогенное воздействие, как главная причина наблюдаемого потепления, также принимается не всеми. И вот почему.

Во‑первых, мощь природных стихий не сопоставима с ничтожными возможностями человечества влиять на них (упомянутое соотношение энергии, вырабатываемой человечеством за год, и приходящей от Солнца, – лишнее тому подтверждение). А раз так, трудно представить, что людские деяния стали той каплей, которая переполнила чашу «стабильного» климата, и мысли устремляются в поисках причины куда более весомой. Где взять таковую? Геологи находят ее в недрах Земли, астрономы – в космосе и т. д.

Во‑вторых, наблюдаемые изменения климата – результат совместных «усилий» разнообразных и разномасштабных природных явлений, функционирования их неисчислимых положительных и отрицательных обратных связей (о существовании некоторых мы, увы, пока даже не догадываемся). Многие из них усиливают или нейтрализуют действие парникового эффекта в том или ином регионе или в тот или иной момент, но при этом доминирующий вклад в глобальное потепление остается за ним. Как следствие, нет и быть не может теории, объясняющей абсолютно все данные мониторинга. А потому находятся факты, необъяснимые сегодня с позиций теории антропогенного потепления климата. Это с удовольствием подмечается авторами альтернативных теорий и гипотез, хотя подобный недостаток присущ их детищам в куда большей степени. Но увлеченные идеей люди, увы, всегда субъективны.

В‑третьих, существует вненаучная составляющая. Факт признания значимости антропогенного влияния на климат предполагает в качестве логического продолжения принятие адекватных контрмер. Но любые ограничения и реформы порождают массу неудобств, требуют энергичных действий и больших вложений. Куда спокойнее существовать в привычном неизменном режиме! А для этого надо подвергнуть критике основы теории, несущей угрозу тихому благополучию. Было бы желание, а исполнители найдутся. Нынешняя ситуация очень схожа с той, что предшествовала подписанию и вступлению в силу Монреальского протокола. Тогда, в свете нежелательности закрытия отлаженного производства одних ХФУ и разработки и внедрения технологий по выпуску других, была организована кампания, ставящая под сомнение причастность ХФУ к возникновению «озоновой дыры». Сторонников «фреонной теории» тут же записали в «агенты Дюпона» («Дюпон де Немур», Du Pont de Nemours – американская химическая корпорация, обеспечивавшая своей продукцией значительную часть потребностей мировой экономики в ХФУ, оперативно перестроившаяся на выпуск «дружественных озону» ХФУ), обвинив «мировой империализм» в удушении советской холодильной промышленности и атаке на ее конкурентоспособность.

Приведенное ранее сравнение последствий истощения озонового слоя с бомбой замедленного действия в полной мере применимо и к последствиям глобального потепления. Именно отложенность «исполнения приговора» позволяет до поры до времени оппонентам антропогенной версии вальяжно защищать «суверенное право» бесконтрольного загрязнения окружающей среды (в том числе и парниковыми газами), оправдывая его неизбежной платой за цивилизацию. Однако еще Жан Жак Руссо утверждал, что «закон необходимости с ранней поры учит человека делать то, что ему не нравится, дабы предотвратить зло, которое еще больше пришлось бы ему не по вкусу».

Итак, можно заключить, что изменения климатической системы во времени и пространстве происходят при совместном действии антропогенных (т. е. возникших в результате различных аспектов человеческой деятельности) и естественных климатоформирующих факторов.

На рис. 15 цв. вклейки представлены графики изменений с широтой среднегодовых потоков излучения – солнечного, поглощенного системой «Земля – атмосфера», и длинноволнового теплового, уходящего в космос с верхней границы атмосферы, а также разность этих потоков, называемая радиационным балансом этой системы. Видно, что в зоне примерно 40° с. ш. – 40° ю. ш. радиационный баланс в среднем положителен, т. е. приход энергии от Солнца выше, чем ее уход с длинноволновой радиацией, а вне данной зоны среднегодовой радиационный баланс отрицателен. При этом в зонах 15–70° обоих полушарий радиационный баланс меняет знак с плюса летом на минус зимой, а полярные зоны выше 70° постоянно имеют отрицательный баланс.

Такая неоднородность распределения радиации порождает перенос тепла (энергии) от тропиков к полюсам (меридиональная циркуляция), способствующий пространственному выравниванию радиационного баланса. Этот перенос осуществляется движениями воздуха в атмосфере и воды в океанах, главным образом, – в Атлантическом и Тихом. При этом вклады атмосферы и океанов в перенос примерно одинаковы. В то же время на движущиеся массы воздуха и воды на вращающейся Земле действует сила Кориолиса, которая направляет эти массы вдоль кругов широты, образуя зональные потоки (зональная циркуляция) воздуха с запада на восток в тропосфере вне тропиков.

Конечно же, перенос воздуха в атмосфере происходит не только вдоль параллелей и меридианов. В нижней части тропической тропосферы (до уровня 8–12 км) существует система пассатов – постоянных ветров (в англ. языке они имеют «говорящее» название – «торговые» (trade winds)), дующих с северо‑востока на юго‑запад в северном и с юговостока на северо‑запад в южном полушариях. Действующие также в тропической зоне муссоны, особенно развитые над южной Азией, представляют собой устойчивые сезонные ветры, меняющие направление на противоположное при переходе от зимы к лету или обратно. В зональных потоках вне тропиков существуют так называемые планетарные волны (волны Россби), длина и амплитуда которых в атмосфере достигают нескольких тысяч километров, образующиеся и разрушающиеся за несколько суток (иногда недель). Картину дополняют и усложняют ветры «местного значения», такие, например, как мистраль – северный или северо‑западный холодный ветер, дующий с гор в южной Франции, или байкальский баргузин.

Вообще именно «географические» факторы зачастую формируют региональный и местный климат. На распределение температуры в пространстве, ее сезонные изменения и на формирование осадков сильно влияет земной рельеф, в первую очередь расположение материков и океанов, крупные горные системы и т. д.

Например, воздушная масса, несущая много влаги, испарившейся с поверхности океана, выносится зональным потоком на материк и поднимается по склону горного хребта. Водяной пар в этой массе, поднимаясь, охлаждается, конденсируется и выпадает в виде осадков. По мере удаления от океана (и морей) осадков выпадает меньше, климат становится более «континентальным», сухим с холодной зимой и жарким летом.

В итоге взаимодействия всех этих естественных факторов получается наблюдаемая картина климата. Антропогенные факторы, вызывающие изменения климата, воздействуют в основном на описанный выше радиационный режим атмосферы или на режим испарения с подстилающей поверхности.

Формирующие глобальный и региональный климат множество естественных и антропогенных факторов образуют разветвленную систему их взаимодействий с петлями положительных и отрицательных обратных связей.

Одной из самых сильных таких связей является связь «температура – альбедо»: при повышении температуры нижней атмосферы тают снега и льды, в результате чего альбедо уменьшается, а значит, растет доля солнечного излучения, поглощенного поверхностью; она нагревается и увеличивает температуру нижней атмосферы, образуя таким образом положительную обратную связь. Эта связь играет очень важную роль в современном глобальном потеплении климата.

Некоторые обратные связи в климатических факторах ведут себя не одинаково при разных условиях: так, потепление нижней атмосферы, увеличение ее влагосодержания приводят к росту балла (количества) облаков. Если это плотная (слоистая) облачность, она отражает солнечную радиацию и меньшее количество ее энергии поступает на подстилающую поверхность, которая соответственно охлаждается, – имеет место отрицательная обратная связь. Однако при росте балла облаков верхнего яруса, которые пропускают солнечную радиацию почти без задержки, но хорошо поглощают и переизлучают вниз и вверх тепловую, длинноволновую радиацию, поток суммарного излучения к подстилающей поверхности увеличивается, она разогревается, и имеет место положительная обратная связь.

Итак, круг процессов, способных зримо повлиять на климат Земли, очерчен. Процессы эти очень разные по своей природе, масштабам и степени воздействия на климат. Чтобы каким‑то образом их систематизировать, выстроив в порядке значимости, нужен универсальный критерий. Требования к такому критерию очевидны. Он должен быть способным «приводить к единому знаменателю» самые разнородные явления и процессы. В то же время отличаться простотой и наглядностью, поскольку пользоваться им предстоит не только специалистам, но и всем заинтересованным лицам: политикам, бизнесменам, экономистам, журналистам. И все это должно быть сосредоточено «в одном флаконе», то есть в одной характеристике, имеющей ясный физический смысл. За последние 20 лет на эту роль пробовался добрый десяток индексов. Ни один из них, надо признать, до конца не удовлетворяет всем вышеперечисленным условиям, хотя каждый имеет свои преимущества перед «соперниками» и бывает удобен в том или ином направлении исследований. И все же в этом конкурсе побеждает радиационный форсинг (от англ. forcing – воздействие) – чаще других цитируемый в научной периодике и, следовательно, самый популярный индекс.

Радиационный форсинг определяется как

Δ F= F _возм – F _невозм,

где F – разность потоков коротковолнового и длинноволнового излучения на уровне тропопаузы – границы раздела

тропосферы и стратосферы; F демонстрирует, насколько нарушен баланс между солнечной и уходящей от земной поверхности радиацией на этом уровне (невязку). Расчеты показывают, что F чутко реагирует на различные природные явления и катаклизмы, будь то крупные извержения вулканов или лесные пожары, усиление солнечной активности или массовый выброс в атмосферу парникового газа.

Радиационный форсинг – это разность величины F в возмущенном (F _возм) и невозмущенном (F _невозм) состояниях. Например, для случая с вулканом в качестве F _невозм мы должны взять невязку баланса радиации в момент, предшествовавший извержению, а в качестве F _возм – аналогичную невязку, но после того, как оно произошло. По существу радиационный форсинг представляет собой аналог частной производной в математике.

Чтобы дать представление читателю о значимости различных явлений для изменения климата, далее приведена таблица 4, в которой содержатся оценки значений радиационного форсинга, обусловленного отдельными климатоформирующими факторами, причем все они, за исключением солнечной радиации, относятся к разряду антропогенных. В последнем столбце указана суммарная оценка их совокупного действия.

Данные, представленные в таблице 4, предметно (в конкретных цифрах) подтверждают некоторые высказанные ранее положения.

А именно: превалирование углекислого газа над остальными парниковыми газами, значительный вклад атмосферных аэрозолей, а также разное по знаку влияние тропосферного и стратосферного озона на парниковый эффект.

Таблица 4. Оценки величин радиационного форсинга (Вт/м²) некоторых климатоформирующих факторов на 2005 г. (относительно «доиндустриального» периода – 1750 г.)*

* Концентрации CO₂, СН₄, N₂O измерены (взяты) из ледовых кернов, ХФУ тогда не было (они почти все антропогенного происхождения и начали массово выпускаться в 1930‑е), озон – модельный, остальное – либо косвенные, либо модельные оценки

Итак, мы уже имеем каркас здания наших знаний о явлениях и процессах, обеспечивающих современное состояние климатической системы. Здания, которому предстоят отделочные работы, а не исключено, и какая‑нибудь реконструкция. Но неизменно на всех этапах, от закладки здания до «доведения его до ума», строительным материалом – «кирпичиками» – всегда являлись и будут являться многочисленные и разноплановые данные климатического мониторинга.