1. Количество газа в атмосфере

2. Продолжительность пребывания в атмосфере

3. Влияние на атмосферу (потенциал глобального потепления)

Все парниковые газы удерживают тепло. Одни из них преуспевают в этом больше других. Например, метан как парниковый газ во много раз эффективнее двуокиси углерода, так что изначально оказывает куда более разрушительное воздействие на климат, активно поглощая тепло. Это побочный продукт сгорания природных газов, однако большое количество метана производится при промышленном скотоводстве, много метана выделяет при таянии и вечная мерзлота. Метан не задерживается в атмосфере столь же долго, как углекислый газ. Впрочем, содержание метана в атмосфере, как и содержание углекислого газа, также продолжает расти.

Из всех парниковых газов углекислый – самый распространенный, что и неудивительно: он участвует в процессе дыхания, его постоянно вдыхают и выдыхают животные, растения, планктон, даже камни и почва на суше и в море. Как и цикл круговорота воды, углеродный цикл состоит в поглощении, выделении и перераспределении углекислого газа. Этот цикл относится к биогеохимическим. Во время фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, который наряду с водой и солнечным светом необходим для образования углеводов. Эти углеводы накапливаются в растении, позволяя ему расти, а побочным продуктом всего процесса становится кислород, который и выделяется в атмосферу. Природа утилизирует энергию окружающей среды с невероятной эффективностью. Зеленые растения производят большую часть того кислорода, которым мы дышим, но фитопланктон и цианобактерии, скрытые под поверхностью океана, как предполагают, дают до половины кислорода во всем мире. Органические вещества, накапливающиеся в почве, формируют огромные запасы углерода в форме угля, газа и нефти. Тысячи лет люди ведут поиски залежей этого топлива, а когда поиски приобретают промышленные масштабы, огромное количество углекислого газа поступает в атмосферу и беспрецедентным образом изменяет ее долговременный нормальный состав.

Содержание углекислого газа измеряется в частях на миллион – это число молекул углекислого газа в соответствующем числе молекул воздуха после удаления водяного пара. Например, «372 части углекислого газа на миллион» значит, что в каждом миллионе молекул сухого воздуха в среднем содержится 372 молекулы углекислого газа. Этими измерениями занимаются климатологи: вводя различные значения содержания углекислого газа в компьютерные модели климата, можно вычислить реакцию Земли, которая проявляется в виде повышения общемировой температуры. За последние 800 тысяч лет содержание углекислого газа колебалось от 180 молекул на миллион в ледниковые периоды до 280 молекул на миллион в межледниковье. До промышленной революции в XIX веке содержание углекислого газа также составляло примерно 280 молекул на миллион.

В 1958 году доктор Чарльз Килинг из Океанографического института Скриппса начал регулярно фиксировать уровень содержания углекислого газа на метеостанции в потухшем вулкане Мауна-Лоа на Гавайях. Место было выбрано за отсутствие загрязнений, поэтому наблюдения обеспечивали четкие и точные данные по уровню содержания углекислого газа. Сейчас это седловая точка для климатологов мира, заложившая стандарты измерения количества углекислого газа. С 1958 года и по наши дни данные на Мауна-Лоа получают регулярно. Получившийся график, названный кривой Килинга, многое говорит об изменении содержания углекислого газа за последние 70 лет и считается вехой в истории изучения роста концентрации этого парникового газа.

График Килинга демонстрирует устойчивое повышение концентрации углекислого газа год от года, а в последние десятилетия этот рост ускорился. Интересно, что подробные наблюдения Килинга показали и сезонные вариации: содержание углекислого газа в атмосфере падает весной и летом Северного полушария, когда растущие растения в процессе фотосинтеза поглощают больше CO₂. Пик же приходится на осень и зиму и связан с процессом дыхания растений и почвы, в ходе которых выделяется гораздо больше углекислого газа. Доктор Килинг одним из первых связал рост концентрации углекислого газа со сжиганием углеводородов. Когда он начинал свою работу на Гавайях, содержание углекислого газа составляло около 316 молекул на миллион, что уже значительно превышало доиндустриальный уровень в 280 молекул на миллион. Он отмечал, что если концентрация углекислого газа повысится до 400 молекул на миллион, то угроза стремительного потепления во всем мире будет нешуточной.

В 2013 году на метеостанции в Мауна-Лоа впервые зафиксировали это значение. С того года показатель 400 молекул на миллион стал нормой, теперь же уровень растет еще быстрее. Это не первый случай, когда атмосфера Земли наполнилась углекислым газом и превратила планету в печку. Примерно 55 миллионов лет назад случился кратковременный период аномальной жары: внезапный выброс углекислого газа и метана разогрел планету более чем на 5 градусов. Это привело к массовому вымиранию морских и сухопутных обитателей, большая часть планеты стала непригодной для обитания, а арктические и антарктические воды стали по сути субтропическими. Недавно в 500 км от Южного полюса были обнаружены ископаемые остатки деревьев. Это был так называемый палеоцен-эоценовый термический максимум, продолжавшийся около 100 тысяч лет. Это отдаленное событие, случившееся еще до появления Homo sapiens, позволяет понять, что происходит прямо сейчас. Потепление медленно нарастало более 20 тысяч лет – но нынешняя эскалация выбросов СО₂ длится более 200 лет. Данные о том периоде климатической истории Земли – это не просто важный урок на будущее, но и свидетельство того, как может измениться ситуация на планете.

Основная задача климатологии – изучение чувствительности климата Земли к увеличению выбросов углекислого газа. Этот показатель демонстрирует, каким будет глобальное поверхностное потепление в результате антропогенных выбросов СО₂. Исследования чувствительности климата опираются на климатические модели, последние наблюдении и данные о предыдущих состояниях климата Земли для оценки текущих и будущих температурных тенденций. Все процессы здесь протекают сложно, необходимо учитывать некоторую неопределенность. Многие сценарии учитывают механизмы обратной связи: изменение ледяного покрова, образование облаков в связи с учащением штормовой погоды, задержка реакции океанической среды и поглощение углекислого газа. Все это значит, что в результате получается скорее некий диапазон общемировых температур в будущем, нежели четко определенный показатель.

Изучение последствий изменения климата – не новая отрасль науки, хотя в последнее время количество исследований такого влияния на все сферы жизни значительно выросло. Тем не менее, поиски в этом направлении ведутся больше века и начались еще до достижения научного консенсуса. Первой указала на наличие парникового эффекта американская исследовательница Юнис Фут в своей работе 1856 года «Обстоятельства, влияющие на тепло солнечных лучей». Ученая заключила, что углекислый газ захватывает тепло, так что атмосфера, богатая этим газом, будет иметь более высокую температуру. Сорок лет спустя шведский ученый Сванте Аррениус провел первое исследование антропогенного влияния на климат, в котором предположил, что уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере может привести к наступлению нового ледникового периода, а удвоение этого содержания повысит температуру в мире на 5–6 °C.

К середине XX века опасения по поводу повышения уровня углекислого газа в атмосфере распространились в научном сообществе и среди первых защитников окружающей среды. Первые компьютерные модели стали подсчитывать парниковый эффект, еще без учета механизмов обратной связи, таких как ускорение таяния льдов. Так выяснилось, что удвоение концентрации СО₂ в атмосфере повысит общемировую температуру на 2 °C

С тех пор компьютерное моделирование стало учитывать больше факторов, и сценарии будущего стали мало-помалу очевидны. Фактически исследования сорвали завесу с того, что происходило на заднем плане промышленной революции. Сыграло свою роль в увеличении наших знаний о предмете и появление спутниковых снимков: мы стали постоянно отслеживать температуру на суше и на море, фиксировать таяние и уменьшение ледяного покрова планеты, отступление ледников, опустынивание и общее изменение ландшафта Земли.

Мы стали свидетелями того, как сбываются прежние прогнозы: изменение климата происходит прямо у нас на глазах. Первые суперкомпьютеры работали сутки, чтобы предсказать погоду на сутки вперед. После этого произошел взрывной рост вычислительной мощности компьютеров (его удвоение каждые 18 месяцев в соответствии с законом Мура[29]), что породило новое поколение климатических моделей с возможностями глубокого обучения, и их результаты показывают еще большую зависимость от повышения уровня СО₂.

Однако необязательно заглядывать далеко вперед, чтобы понять, что нас ожидает.

На Марсе слишком мало парниковых газов. Хотя тонкая атмосфера Марса по большей части состоит из углекислого газа, в ней недостаточно метана и водяного пара, так что парниковый эффект крайне незначителен. Поэтому поверхность Марса в основном холодная, свидетельств жизни на планете пока не найдено.

Напротив, на Венере переизбыток парниковых газов. Содержание углекислого газа в атмосфере Венеры в 19 тысяч раз больше, чем на Марсе, и в 154 тысячи раз больше, чем на Земле. Хотя Меркурий ближе к Солнцу, именно Венера – самая горячая планета Солнечной системы, и все из-за значительного влияния парникового эффекта!

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в составе ООН публикует регулярные отчеты, предсказывающие будущий климат на Земле. Она пользуется трудами тысяч климатологов со всего мира. Последние изыскания этого научного органа отражены в обновленном отчете МГЭИК за 2018 год и имеют значительно более определенный характер, чем прежние выводы. Климатологи всего мира стоят сейчас плечом к плечу и выдают одни и те же предупреждения. Сейчас ожидается повышение общемировой температуры на 1,5–4,5 °C, и этот прогноз, скорее всего, сбудется к концу XXI века. Диапазон опирается на различные варианты прогнозируемого объема будущих выбросов углекислого газа – от значительного их понижения до сохранения текущей нормы.

Выводы МГЭИК суммируют исследования ведущих климатологов всего мира – научные теории, эксперименты, мнения и консенсус со стороны тех, кто посвятил свою жизнь изучению климата на Земле. Эти грустные выводы побудили правительства принимать профилактические меры и заключать международные соглашения. В 2015 году по Парижскому соглашению большинство стран взяло на себя обязательства следить за тем, чтобы глобальное потепление не составило более 2 °C. Через три года в отчете МГЭИК за 2018 год основное внимание было уделено последствиям глобального потепления на 1,5 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Отчет содержал 6000 ссылок, он был подготовлен 91 автором из 40 стран и носил действительно глобальный характер. В отчете указывалось, что потепление на 1,5 °C далеко не так фатально, как потепление на 2 °C. Это показывает, в частности, сколько сейчас вкладывается труда и проводится интенсивных исследований для этой научной отрасли: уровень неопределенности снижается, укрепляется уверенность в точности будущих прогнозов.

Если приглядеться к последствиям, которые глобальное потепление обещает человеческой жизнии природе, порой кажется, что его вызвал какой-то мрачный жнец с гигантским серпом, отбрасывающий откуда-то из космоса жуткую тень на нашу прекрасную голубую планету. Отчеты МГЭИК – это сложные доклады, предназначенные не для всех, но в них содержатся и позитивные решения, которые могут умерить масштабы, казалось бы, неотвратимого апокалипсиса. Поддержание текущего уровня глобального потепления может спасти множество жизней. Сочетание изменений в поведении, инноваций в финансировании экоустойчивого развития, запрет методов, наносящих урон экологии, как на уровне гигантских корпораций, так и для малого бизнеса – вот практические предложения, содержащиеся в этом отчете.