Как климат реагирует на углекислый газ?

Вернём ли мы климат в ту эпоху, когда вымирали динозавры? Хочется ли нам узнать, что бывает, когда атмосфера накачивается парниковыми газами с невиданной скоростью?

Как показали недавние события, даже Всемирному банку хочется понять траекторию глобального потепления. Для этого есть несколько способов, но большинство полагается на такой показатель, как чувствительность климата. Метод грубоват, но прост: при удвоении атмосферной концентрации углекислого газа средняя температура на планете увеличивается на определённое значение.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) полагает, что это 2–4,5 ˚C с наиболее вероятной величиной около 3 ˚C. Ряд исследований показал, что верно более высокое значение, но очередные штудии, проведённые большой группой учёных и охватившие миллионы лет истории Земли, говорят о том, что МГЭИК всё же более или менее права.

Климатическая летопись (фото JPL / NASA).

При добавлении двуокиси углерода в атмосферу температура растёт нелинейным образом. ИК-фотон может быть поглощён молекулой парникового газа только один раз. Чем больше таких газов, тем выше вероятность поглощения. Поэтому и считается, что каждое удвоение концентрации углекислого газа (он используется в качестве эквивалента общего содержания парниковых газов в атмосфере) даёт примерно одинаковый эффект.

Чтобы вычислить этот эффект, надо взять все известные силы и обратные связи и заложить их в климатическую модель, потом удвоить углекислый газ и посмотреть, что получится, когда система достигнет равновесия. Именно так и поступила МГЭИК. Но климатические модели бывают разными, поэтому получилось не одно значение, а диапазон от 2,1 до 4,4 К.

Альтернативный вариант — попытаться измерить чувствительность климата в периоды крупных климатических изменений в прошлом. К сожалению, эти оценки не всегда совпадают с МГЭИК и к тому же не всегда согласны друг с другом. Эти разногласия и побудили большую коллаборацию PALAEOSENS выяснить, что происходит.

Отчасти проблема вызвана банальной неполнотой данных. Керны льда, способные рассказать о климате последних 800 тыс. лет или около того, — прекрасные летописцы, а захваченные ими пузырьки газа позволяют сделать разумную оценку глобальной атмосферы. Но они свидетельствуют лишь о местной температуре. И там, где нет ледяных кернов, приходится полагаться на другие методы. Например, до сих пор нет удовлетворительного способа прояснить историю концентраций метана — мощного парникового газа.

Ещё одна проблема состоит в том, что Земля представляет собой динамическую систему. Иногда она реагирует на повышение температуры довольно быстро — например, потерей снежного покрова (который имеет охлаждающий эффект, отражая солнечный свет обратно в космос). Иногда — постепенно. Океаны, например, выступают в роли гигантского радиатора, способного замедлить любое потепление на многие столетия. В результате найти точку равновесия очень сложно.

Ну и добавим сюда тот факт, что разные исследователи пользуются разными методами оценки чувствительности климата.

Поэтому учёные заново проанализировали уже опубликованные исследования на основе единого показателя чувствительности климата и разделили быстрые реакции на изменение климата в результате выброса парниковых газов и долгосрочный отклик, необходимый для достижения равновесия. Авторы считают, что на быстрое реагирование приходится около двух третей от общего изменения температуры и что, как правило, они происходят в течение 100 лет.

Благодаря повторному анализу кое-что прояснилось. Во-первых, чувствительность климата меняется со временем. В каком-то смысле это было известно: давно замечено, что конфигурация континентов способна повлиять на климат независимо от атмосферных и орбитальных факторов. В последние 800 тыс. лет континенты пребывали более или менее на тех же местах, что и сегодня, однако чувствительность климата не была одинаковой. Вариативность небольшая — в пределах полутора кельвинов, но её нельзя сбрасывать со счётов.

Расширив анализ до 65 млн лет, авторы подсчитали, что оценка МГЭИК верна где-то на 70%. Если быть более точным, интервал от 2,2 до 4,8 К имеет 68-процентную степень доверия. 95-процентный интервал намного шире, но и он включает диапазон МГЭИК.

Учёные делают тревожный вывод о том, что мы вернёмся к точке, в которой вымерли динозавры. При этом сегодня концентрация парниковых газов (из-за антропогенных выбросов) растёт намного быстрее, чем в кайнозойскую эру (по естественным причинам). Такой скорости изменения радиационного нагрева планета ещё не знала. Предсказать, что нас ждёт, очень сложно.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Ars Technica.