Апокалипсис уже завтра. Разогревающаяся планета будет экстремальной

Версия для печати

Как человечество разбалансировало углеродный цикл Земли и чем за это поплатится. Чтобы исправить причиненный вред, надо сделать очень много - и не только "сократить выбросы".

Но сможем ли мы это сделать? А если нет, то что нас ждет?

Авторитетное издание The Economist объясняет, насколько значительным является влияние человечества на климат Земли и насколько разнообразными будут последствия для самого человечества. И не только для него.

В конце концов, все сводится к химии, отмечает The Economist. Двуокись углерода является формой неорганического углерода - это простая молекула, которая химически довольно постоянна. Зато ископаемые формы топлива, такие как нефть, уголь и природный газ - это часто сложные органические молекулы, которые имеют большую химическую активность. Сожжение и переработка часто превращает их обратно в простые вещи: ту же двуокись углерода, водяной пар - и энергию. Иначе говоря, тепло.

Из энергии, которую использует человечество, сейчас в мире 34% происходит от сжигания нефти, 27% - от угля, 24% - от природного газа. Атомная энергия, а также гидроэлектростанции и другие возобновляемые источники - все вместе сейчас дают только 15%.

Результат сожжения ископаемых видов топлива - нынешняя промышленная экономика человечества. А для планеты в целом это ежегодно 9.5 миллиардов тонн углерода, который из-под земли переходит в атмосферу.

Из-за последствий для растений, животных и микроорганизмов, составляющих в совокупности биосферу, последствия для климата и океанов - это в промышленных масштабах поток углерода, который, так сказать, сочетает далекое геологическое прошлое Земли с ее будущим на тысячелетия вперед.

На эту тему: Глобальное потепление в вопросах и ответах

Это наиболее явное свидетельство в пользу того мнения, что сейчас человечество оказывает на планету столь же значительное влияние, как и силы природы. И что использование человечеством всей этой энергии открыло новую геологическую эпоху, часть ученых уже назвали "антропоцен".

Чтобы понять масштабы и важность массового перетока углерода из-под земли в атмосферу, надо понимать углеродный цикл, в который он включен. Сначала контекст вызовет, казалось бы, определенное успокоение: почти все микробы и все животные получают необходимую им энергию, разлагая пищу, сделанную из органических молекул. Эта внутренняя форма "сожжения", окисления - дыхание также производит двуокись углерода. Как и промышленность.

Однако в естественном углеродном цикле дыхание имеет свою противоположность - фотосинтез, с помощью которого растения, простые водоросли и некоторые бактерии используют энергию солнца и превращают, наоборот, неорганический углерод в органические молекулы. Именно эти новые молекулы - сырой материал, из которого, в конце концов, состоят практически все живые существа на Земле. Солнечная энергия, накопленная внутри - это источник всей энергии, которая затем возвращается и высвобождается из-за окисления - дыхания после того, как эти живые существа были потреблены другими живыми существами. В том числе нами, людьми.

Так же сбалансирован и другой большой цикл перетока двуокиси углерода в атмосферу. Углекислый газ, растворенный в большой массе морской воды, естественным образом переходит в воздух над ней. А углекислый газ в атмосфере растворяется, переходя в морскую воду. Сами по себе эти два потока балансируют друг друга, как показано на диаграмме. Вот о чем на ней говорится:

Люди разбалансировали углеродное давление: смогут ли они его починить?

Общее количество и ежегодные потоки углерода - в гигатоннах углерода.

Верхний рисунок: доиндустриальное прошлое

Слева - биосфера, по центру - атмосфера, справа - океан. Внизу - геосфера.

Средняя картина: ранний антропоцен, современность. 325 гигатонн углерода взято из геосферы, 240 из этой массы оказалось в атмосфере. Видно, как соответственно увеличился обмен между атмосферой и океанами и биосферой.

Нижний рисунок: поздний антропоцен, желательно "почти нулевое" будущее. В частности, средства "отрицательных выбросов" (то есть, поглощение углерода благодаря человеческой деятельности): 1. увеличенное выветривание (связывание углерода в минералах). 2. воспроизводство лесов. 3. улучшение почвы. 4. BECCS (см.ниже). 5. DAC (см. В тексте ниже) - все цифры неизвестны.

На среднем рисунке (ранний антропоцен, современность) темно-синим показано дополнительные 240 гигатонн углерода, которые мы вынули из геосферы и выпустили в атмосферу. Хорошо виден масштаб

Все эти потоки, без людей, создают то, что называется динамическим равновесием. Ее нарушение «тянет» всю систему в противоположную сторону - к восстановлению баланса. Если уровень двуокиси углерода в атмосфере возрастает, то возрастет и скорость поглощения океанами и растениями. Это уменьшает избыток, воспроизводя статус кво.

Вплоть до 19 века вот это динамическое равновесие выдерживало уровень двуокиси углерода в атмосфере практически на одном уровне со времен последнего ледникового периода, который закончился десять тысяч лет назад.

Впрочем, ветвь цикла, состоящего из растений и пищи, несовершенна. Это как кусочек в углу банки сардин, который невозможно достать: не все органическое вещество, накопленное путем фотосинтеза, затем используется в виде энергии созданиями, которые дышат. Этот "кусочек в углу банки" остается в виде осадков в почве и под ним.

Количество углерода, убегающего из биосферы таким образом, невелик по сравнению с ежегодным потоком, который постоянно циркулирует и возвращается в атмосферу. Однако эта утечка длился очень долго - и это позволило земной коре накопить большое количество органической материи. А теперь промышленность человечества использует наиболее концентрированную часть этих залежей - и за несколько веков вернула в углеродный цикл Земли значительную часть того, что накапливалось сотни миллионов лет.

И именно этот новый, дополнительный источник углерода в атмосфере исказил углеродный цикл планеты.

Моря и растения старались, как могли, сохранить равновесие: рост количества углекислого газа в атмосфере привел к увеличению его поглощения биосферой и океанами. Они до сих пор "всасывают" примерно половину избытка двуокиси углерода, который промышленность выбрасывает в атмосферу. Делают все, что могут. Но больше все-таки не могут. И поэтому количество углерода в атмосфере возрастает.

Эта интенсификация углеродного цикла имеет побочные эффекты. Растения лучше растут - если позволяют обстоятельства. По нынешним оценкам, уровень фотосинтеза на планете на 3-7% выше, чем был 30 лет назад. Спутниковые снимки показывают, что Земля зеленеет. Такое "углекислый удобрение" улучшило урожаи некоторых сельскохозяйственных культур, а также рост некоторых лесов и других экосистем. Этого недостаточно для компенсации ущерба, который создают изменения климата из-за роста температур и изменения цикла дождей. Но если взять все совокупности - кажется, что проблема не такая уж и большая.

А вот об увеличении количества двуокиси углерода в океане этого не скажешь. Больше растворенного диоксида углерода в воде означает большую ее кислотность. Насколько плохим это окисление воды окажется - можно дискутировать. Однако процессы очевидно изменят некоторые экосистемы, включая рифы, которые уже находятся в состоянии напряжения из-за увеличения температур. Даже ископаемое топливо так не нагревало планету - окисление океана само по себе является изменением планетарного масштаба, которое пугает.

Рост двух поглотителей углерода также не является устойчивым само по себе. Во-первых, теплая вода поглощает меньше углекислого газа, чем холодная (вспомните "газировку" из холодильника и на солнце). Поэтому с параллельным нагревом океанов, их способность балансировать наши выбросы ослабляется. Что касается поглощения на суше - это увеличение температур усиливает дыхание микробов, особенно в почвах, значительно последовательнее роста скорости фотосинтеза.

Парижское соглашение от 2015 года ставит идеальную цель прекратить рост уровня двуокиси углерода в атмосфере из-за сжигания ископаемых топлив к середине этого века. Впрочем, даже если завалить этот дедлайн, все равно в конце концов или катастрофа, или истощение ресурсов, или политические решения - некое сочетание этих трех факторов - прекратят этот рост. Вопрос только, когда. Однако тогда, когда поток дополнительного углерода из-под земли в атмосферу прекратится, океаны и биосфера восстановят равновесие.

Однако восстановленное таким образом равновесие будет иным, чем в промышленную эпоху. Уровень двуокиси углерода установится недалеко от пикового уровня 21 века, каким бы он ни оказался. Это значит, что температуры также установятся высоко - со всем, что из этого последует для урожаев, для ледников и так далее.

В конце концов, плато понемногу будет спадать. Эрозия выводит на поверхность силикаты, которые связывают двуокись углерода, в конце концов образуя твердые минералы, из которых углерод уже так легко, как из угля или нефти, не высвободится. Однако это "химическое выветривание" работает значительно медленнее океанического и биосферного поглощения. По оценкам геохимиков - тысяча лет понадобится только для того, чтобы уровень углекислого газа, который наступит после завершения эпохи ископаемых топлив, вернулся к уровню середины 20 века.

Проблематичное движение в обратном направлении

Но что, если бы антропоцен перешел от раннего антропоцена, где доминируют источника углерода, к более позднему антропоцену с созданным человеком поглощением углерода? Есть две причины, почему это может оказаться привлекательным. Первая: некоторые из видов выбросов, возможно, очень трудно устранить. Если их сбалансировать "негативными выбросами", то есть поглощением углерода, то парижских целей - прекратить дальнейший рост уровня двуокиси углерода в атмосфере - можно достичь значительно легче.

Второе преимущество такой идеи следует из еще одной цели Парижского соглашения: попытаться удержать глобальное повышение температуры по сравнению с доиндустриальной эпохой меньше 2°C. Просто уменьшить для этого выбросы потребует значительно больших ограничений, чем мы пока видели, на многие десятилетия подряд. Однако, если бы человечество разработало технологии "негативных выбросов", то есть поглощения углерода - это позволило бы сделать сокращения выбросов значительно "нежными" и плавными.

Есть формы "отрицательных выбросов", которые выглядят довольно хорошо: выращивание сельскохозяйственных растений; воспроизводство лесов и посадка новых. Более амбициозная, но пока призрачная идея - "запрячь" в промышленность фотосинтез. Выращивать растения для сжигания (дрова, по существу, но в промышленном масштабе) и получения электроэнергии - при этом химически связывая двуокись углерода и накапливая его под землей. Этот подход называется "биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода”, BECCS. Далее, есть идея ловли двуокиси углерода из атмосферы с помощью химической инженерии, "прямое улавливания из воздуха” - DAC. Также можно помочь упомянутому выше процессу химического выветривания, перемалывая обычные силикатные камни, которые составляют 90% земной коры, в мелкую пыль, этим увеличивая их поверхность и ускоряя реакции, связывающие углерод в стабильных карбонатах.

Но, как вы уже догадались, со всеми этими идеями есть проблемы. Во-первых, имеет значение масштаб, в котором их следует осуществить. Представьте себе, что к 2060 году мир с помощью невероятных усилий отказался от использования 90% ископаемых по сравнению с сегодняшним уровнем. Чтобы сбалансировать остальные 10%, все еще необходимо поглощать около миллиарда тонн углерода в год. Системы поглощения углерода, о которых идет речь сейчас, едва ли способны поглотить хотя бы одну тысячную долю этого количества. Обеспечение же необходимого поглощения путем фотосинтеза потребует дополнительного насаждения леса, например, на площади размером в четыре Украины.

Что приводит к другой проблеме. Мнимые последствия опасны. Если правительства начнут думать о "негативных выбросах", то есть об их поглощении как части решения - это неизбежно замедлит сокращения выбросов: мол, позже можно будет "убрать". В то же время, не факт, что кто-то возьмется за огромные проекты, необходимые, чтобы реализовать это на практике. Тот факт, что человечество эпохи антропоцена вызывает процессы геологического масштаба на планете, не означает, что мы можем так просто взять и изменить эти процессы - тем более, просто фантазируя.

Ущерб от климатических изменений будет масштабным, разнообразным и неожиданным

21 ноября 2016 года в австралийском штате Виктория прошла целая волна гроз - к концу следующего дня в больнице оказались три тысячи человек. Обычно ураганы вредят людям, разрушая дома и затапливая улицы. В этом случае люди оказались в больницах из-за астмы. Мощный поток понес холодный воздух, переполненный пыльцой растений, пылью и песком. Десять человек умерли.

Большинство проблем человечества из-за погоды и климата связаны с погодными и климатическими крайностями.

Когда средние значения меняются "немного" - это значит, что крайние значения меняются вовсе не "немного". Нынешние редко экстремальные случаи становятся завтрашними регулярными бедствиями. А завтрашние крайности могут оказаться чем-то совершенно новым.

Чем краснее на карте - тем менее пригодным для людей станет климат

Некоторые регионы (самые красные на карте) могут оказаться просто непригодными для "нормальной" жизни человека.

Количественные изменения могут вылиться в изменения качественные, порой непредсказуемые - например, если говорить о краткосрочных событиях, потоке насыщенного пыльцой воздуха, который приходит за считанные минуты и убивает слабых. Если говорить о долгосрочных - вспомним хотя бы поднятие уровня океанов.

Тропические циклоны формируются только при температуре поверхности воды более 27°C. Поверхность, над которой это возможно, однозначно растет. Это само по себе не означает большего количества ураганов - скажем, в Атлантике их, согласно моделями, может стать меньше.

Однако рост температуры означает, что те тропические циклоны, которые все-таки образуются, будут сильнее. Собственно, это уже происходит и доказано.

Кроме того, к 2070 годам многие участки окажутся в климатических зонах, которые по нынешним меркам являются "нежилыми". Возможно, люди приспособятся к новым условиям - но, очевидно, эти условия будут не слишком комфортными, если исторически люди в подобных местах просто не селились.

Эконометрические исследования показывают, что в целом более высокая и экстремальная температура связана с меньшей производительностью людей - и с большим количеством насилия.

Но это какой-то 2070-й. А что в краткосрочной перспективе? В краткосрочной перспективе - большая вероятность тех недельных и двухнедельных волн жары, которые все мы уже хорошо знаем. И это не просто "раздражает". Во время волны жары, которая длилась 3-16 августа 2003 года, в Евросоюзе было статистически на 39000 смертей больше, чем в другие годы в тот же время. То лето было, по некоторым оценкам, самым горячим за последние 500 лет.

Весна и урожай. Известные и неизвестные

Сухие весны и холодные лета также прямо и косвенно - через увядание и недостаток воды - повредят многим секторам сельского хозяйства. Теплые зимы - это еще и больший шанс выживания для вредителей.

Когда необычно сухие условия высасывают влагу из земли - это значит не только пылевые бури, но и пожары в лесах. Причем, они становятся характерными не только для Австралии и других сухих регионов, но и там, где раньше характерными ни были.

Ну и, конечно, таяние ледников и повышение морей. Сейчас уровень океана поднимается на 1 сантиметр каждые три года, и эта скорость постоянно растет. В зоне побережья это значит все более частые и сильнее затопления. Особенно когда воду будут толкать внутрь суши все более сильнее ураганы, о которых сказано ранее.

Но "наибольшая неизвестная" - это стабильность больших массивов льда. Многие ученые говорят о "точке невозврата", после которой большие ледники обречены будут (или уже есть) медленно растаять полностью. Где именно эта точка невозврата - неясно. Возможно, она уже пройдена.

На эту тему: Что будет через 20 лет - версия разведки США: упадок экономики, тотальная слежка за людьми 

Велика вероятность засух и неурожаев. Изменения в региональном климате, которые повлекут нестабильность экономик в целых странах. Более сильные, более разрушительные штормы. Морская вода, проникающая в пресную. Даже того, что уже известно о влиянии климатических изменений - вполне достаточно, чтобы вызвать "глубокую обеспокоенность". Добавляют причин для нее и "известные неизвестные", такие как точка невозврата для ледников. Потому что есть и другие: возможные изменения течений, которые приведут к дальнейшим и непредсказуемым изменениям. Или расширение пустынь. Ну и, чтобы заполнить пробелы между всеми этими бедствиями и проблемами - еще и "неизвестные неизвестные", такие как внезапный шторм, который убивает пыльцой растений.

—

Источник: The Economist

Перевод  опубликован в издании "ТЕКСТИ"

На эту тему:

• 7 научных теорий о происхождении жизни. И 5 ненаучных версий
• 18 главных вопросов жизни, Вселенной и всего остального
• Ученые обнаружили связь между глобальным потеплением и вкусом яблок
• Как вылечить Землю и самих себя
• Загрязнение среды портит иммунитет на несколько поколений вперёд