Представьте себе мир, который в начале своего существования был очень похож на наш. Там случались природные катаклизмы, огромные вулканы извергали лаву, а иногда из космоса прилетали астероиды и оставляли после себя кратеры. Но первые миллиарды лет это место можно было назвать настоящим раем. Ученые предполагают, что именно такой когда-то была Венера в ту пору, когда Солнечная система только формировалась. Однако все изменилось кардинальным образом. Некогда цветущий мир превратился в сущий ад. Оказалось, что грань между жизнью и гибелью планеты невероятно тонка, гораздо тоньше, чем мы можем себе вообразить. Достаточно лишь запустить определенный процесс, и обратной дороги уже не будет.
Именно так сегодня выглядит Венера — наш космический сосед, который служит нам суровым предупреждением о последствиях изменения климата.
Венера как урок для человечества
Океаны, которые когда-то могли плескаться на Венере, исчезли навсегда. Ее поверхность сейчас раскалена настолько, что легко плавит свинец, а температура там выше, чем в самой горячей духовке. Возникает закономерный вопрос: почему так произошло? Логично было бы предположить, что дело в близости к Солнцу, ведь Венера находится на треть ближе к нашей звезде, чем Земля. Но это лишь часть правды. Вся планета окутана плотными облаками, состоящими из серной кислоты. Эти облака настолько непроницаемы, что отражают обратно в космос почти весь солнечный свет, который до них добирается. По идее, это должно делать Венеру очень холодной планетой, даже холоднее Земли. Однако на деле мы видим обратное: там стоит невыносимая жара. Секрет кроется в атмосфере. То небольшое количество солнечной энергии, которое все же пробивается сквозь облака к поверхности, не может уйти обратно в космос. Его задерживает плотная газовая оболочка, почти полностью состоящая из углекислого газа. Этот газ действует как гигантское одеяло, которое накапливает тепло и не дает ему рассеяться. Важно понимать, что на Венере нет заводов, никто не сжигает уголь и не ездит на автомобилях. Этот пример доказывает, что природа способна разрушить среду обитания и без вмешательства разумных существ. Венера попала в ловушку так называемого неудержимого парникового эффекта.
Дыхание Земли
Наша планета разительно отличается от соседки — она живая. И она действительно дышит, хотя этот процесс растянут во времени: один полный вдох занимает целый год. Основные легкие Земли — это леса, и большая их часть находится в Северном полушарии. Когда там наступает весна, деревья и растения начинают активно расти, поглощая углекислый газ из воздуха. В это время весь континент словно покрывается зеленой краской, а содержание CO₂ в атмосфере заметно снижается. Когда же приходит осень, листва опадает и перегнивает, возвращая углекислый газ обратно в воздух. В Южном полушарии все происходит с точностью до наоборот, но там гораздо меньше суши, в основном океан. Поэтому именно северные леса задают ритм глобальным годовым колебаниям углекислого газа. Такой цикл продолжается десятки миллионов лет, но люди заметили его только в середине XX века. В 1958 году океанограф Чарльз Дэвид Килинг придумал способ точно измерять концентрацию CO₂ в атмосфере. Однако Килинг обнаружил нечто шокирующее: общий уровень углекислого газа начал стремительно расти, причем такими темпами, каких не было за всю историю человеческой цивилизации. Подобных концентраций Земля не знала последние три миллиона лет.
Откуда у ученых такая уверенность? Они научились читать древние дневники планеты, которые записаны во льдах. Буря глубокие ледяные керны в Гренландии и Антарктиде, климатологи извлекают образцы воздуха, законсервированного тысячелетия назад. Анализируя пузырьки газа из разных слоев, можно восстановить картину атмосферы за последние 800 тысяч лет. И эта летопись неумолима: все это время уровень CO₂ никогда не поднимался выше трех сотых процента. Так было вплоть до начала индустриальной эпохи и глобального потепления.
А затем кривая резко поползла вверх. Сейчас углекислого газа в воздухе более чем на 40% больше, чем до промышленной революции.
Как действует парниковый эффект?
Наша планета постоянно излучает тепло в космос. Если посмотреть на Землю в инфракрасном диапазоне, можно увидеть ее собственное свечение. Механизм работает так: солнечные лучи падают на поверхность и нагревают ее. Нагретая поверхность начинает излучать инфракрасный свет, уносящий энергию обратно в космос. Но углекислый газ, находящийся в воздухе, действует как ловушка. Он поглощает большую часть этого уходящего теплового излучения и отправляет его обратно к земле. В результате планета получает дополнительный подогрев. Это и есть парниковый эффект. Это не теория заговора, а элементарный физический закон, простой учет энергии. Без него Земля была бы ледяным шаром, непригодным для жизни. Умеренный парниковый эффект — наше благо. Но когда он становится слишком сильным, климат теряет стабильность, что угрожает нашему привычному укладу жизни.
Виноваты ли в глобальном потеплении люди?
Скептики часто спрашивают: может быть, рост CO₂ — это естественный процесс, например, из-за вулканов? Давайте разберемся. Вулканы действительно выбрасывают много газа. Например, сицилийская Этна регулярно выпускает огромные столбы дыма и пепла. По самым смелым оценкам, все вулканы планеты вместе производят около 500 миллионов тонн CO₂ в год. Цифра кажется колоссальной. Но она составляет менее двух процентов от 30 миллиардов тонн, которые ежегодно выбрасывает в воздух наша промышленность, энергетика и транспорт.
Ирония судьбы в том, что главный отход нашей технологичной цивилизации — это не безобидный мусор, а газ, который регулирует температуру на всей планете, словно ручка гигантского термостата. Очень жаль, что CO₂ не имеет цвета и запаха. Если бы мы могли видеть этот газ, плывущий в небе огромными облаками, возможно, человечество раньше осознало бы масштаб своего влияния и преодолело отрицание.
Но доказательства потепления и без того повсюду. Метеостанции по всему миру, начиная с 1880-х годов, ведут аккуратные записи температуры. Ученые NASA собрали и проанализировали эти данные, создав карту изменения средних температур. Цвета на ней менялись с годами: желтый сменился оранжевым, а затем и красным. Мир стал значительно теплее, чем в позапрошлом веке.
Человечество уже предупреждали о изменении климата
Еще в 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус математически доказал, что удвоение концентрации CO₂ приведет к таянию арктических льдов.
Последующие предупреждения:
- В 1930-х годах американский физик Эдвард О. Халберт из Военно-морской исследовательской лаборатории США подтвердил расчеты о влиянии CO₂ на климат — на тот момент это оставалось лишь теорией.
- Вскоре английский инженер Гай Стюарт Каллендар собрал реальные данные, показывающие, что концентрация CO₂ и средняя температура на планете действительно растут.
- В 1960 году Карл Саган в своей докторской диссертации впервые подробно описал механизм неудержимого парникового эффекта на Венере.
- В 1980 году в сериале «Космос: персональное путешествие» Саган предупредил зрителей, что выбросы углекислого газа усиливают парниковый эффект и могут превратить Землю в подобие ада.
С тех пор человечество добавило в атмосферу еще более 400 миллиардов тонн CO₂. Если мы продолжим в том же духе, научные прогнозы о глобальном потеплении рисуют мрачную картину будущего для наших детей: смертоносные волны жары, небывалые засухи, затопление прибрежных городов из-за повышения уровня моря и массовое вымирание видов.
Обратные связи, ускоряющие глобальное потепление
Дополнительная энергия, запертая CO₂, нагревает не только воздух, но и океан. Быстрее всего это происходит в Арктике. Там есть опасный механизм обратной связи. Лед и снег — лучшие отражатели солнечного света на планете. А темная вода океана — лучший его поглотитель. Когда лед тает из-за глобального потепления, он открывает темную воду, которая начинает активно поглощать солнечное тепло, нагревается сама и ускоряет таяние окружающих льдов. Процесс идет по нарастающей. Жители побережья Аляски, например, в районе Дру-Пойнт, видят это своими глазами: береговая линия, которая раньше отступала на несколько метров в год, теперь отступает на десятки метров. Океан теплеет, штормы становятся сильнее, и волны размывают берег все быстрее.
Другая опасность — вечная мерзлота. На севере Аляски, в Сибири и Канаде огромные территории веками оставались замерзшими. В этой мерзлой земле законсервировано огромное количество органических остатков — древних листьев и корней. Когда мерзлота тает (а в Арктике теплеет быстрее всего), эти остатки начинают разлагаться бактериями. При разложении выделяются углекислый газ и метан, причем метан — парниковый газ в десятки раз более мощный, чем CO₂. Это еще одна петля обратной связи: потепление вызывает таяние мерзлоты, что ведет к выбросу метана, что усиливает потепление. В вечной мерзлоте хранится столько углерода, что если он весь вырвется наружу, содержание CO₂ в атмосфере может более чем удвоиться. Это может подтолкнуть климат к точке невозврата.
Может, в в глобальном потеплении виновато Солнце?
Раз воздух, вода и суша теплеют, значит, глобальное потепление — факт. Но может, это естественный цикл, связанный с Солнцем? Ученые тщательно следят за светилом десятилетиями с помощью спутников. Его активность и излучаемая энергия остаются стабильными. Кроме того, характер потепления не похож на солнечный: Земля нагревается сильнее ночью, чем днем, и сильнее зимой, чем летом. Это именно то, что предсказывает теория парникового эффекта. Солнце — не проблема. Но оно может стать решением, и мы знаем об этом уже очень давно.
Разница между погодой и климатом
Люди часто путают эти понятия. «Какой же это глобальный климат, если у нас была холодная зима?» — спрашивают они. Погода — это то, что происходит в атмосфере здесь и сейчас, в течение часов или дней. Она хаотична. Именно поэтому точные прогнозы на месяц вперед практически невозможны. Климат же — это усредненная погода за долгий период, за десятилетия. Следить нужно за глобальной тенденцией, а не за сиюминутными колебаниями температуры за окном.
Зеленая энергетика могла спасти мир давно
Вернемся в Париж, в сентябрь 1878 года. Эйфелева башня еще не построена, электричества в домах нет, мир крутится на ручном труде и лошадиной силе. На Всемирной выставке, где собраны тысячи изобретений, публику поражает учитель математики Огюст Мушо.
Его устройство — концентратор солнечной энергии. Мушо демонстрирует, как можно концентрировать бесплатную энергию Солнца, чтобы превращать ее в механическое движение, приводить в действие машины, печатать газеты и даже… делать лед в жаркий день! Он получает золотую медаль и говорит, что когда-нибудь уголь кончится, а Солнце будет светить вечно. Но уголь в те годы резко подешевел, и солнечная энергия стала никому не нужна. Истинная цена сжигания топлива тогда еще не была понята, и финансирование Мушо прекратили.
Спустя 35 лет, в 1913 году, появился еще один шанс. Американец Фрэнк Шуман, самоучка и гениальный изобретатель, построил в Египте на берегу Нила огромную солнечную электростанцию. Его концентраторы питали паровой двигатель, который качал воду для орошения полей. Шуман мечтал покрыть пустыню Сахара зеркалами и обеспечить энергией весь мир, сделав ее дешевле угля.
Проект имел оглушительный успех, но началась Первая мировая война. Концентраторы демонтировали и переплавили на оружие, а рынок захватила дешевая и удобная нефть. Мечта о зеленой цивилизации была отложена на сто лет.
Энергии больше, чем нужно
Сегодня мы понимаем, что ресурсов вокруг нас более чем достаточно. Ветер дует потому, что Солнце неравномерно нагревает атмосферу. Волны в океане — тоже следствие действия солнца.
Ветряные электростанции, особенно в море, где ветры сильны и постоянны, могут давать огромную мощность. А солнечная энергия, падающая на Землю всего за один час, превышает всю энергию, которую человечество потребляет за целый год. Если бы мы научились улавливать даже ничтожную долю этого потока, мы могли бы навсегда закрыть свои энергетические потребности, не выбрасывая в атмосферу ни грамма углерода. У Венеры, если там когда-то и была жизнь, не было выбора. Неудержимый парниковый эффект был для нее приговором. У нас же такой выбор есть. Сегодня нет научных или технологических препятствий для защиты нашего мира от глобального потепления. Все зависит только от нашей воли и от того, что мы действительно ценим.
Человек, который одинаково уверенно чувствует себя среди формул по физике, запаха реактивов в химической лаборатории и новостей с орбитальных телескопов. Пишет не сверху вниз, а будто сидит рядом за столом: делится наблюдениями, вспоминает забавные случаи из практики, подкидывает сравнения, которые помогают увидеть в науке не набор сухих терминов, а живую, очень логичную и временами даже романтичную историю.
