Что происходит на самом деле — глобальное потепление или похолодание

В течение всей истории Земли ледниковые периоды сменялись более теплыми эпохами. И сейчас как раз такое межледниковое время, однако поверхность планеты нагревается быстрее, чем ожидалось. РИА Новости разбирается, кто в этом виноват и что делать.

То холодно, то жарко

Согласно гипотезе сербского математика и геофизика Милутина Миланковича, сформулированной им сто лет назад в работе "Математическая теория тепловых явлений, вызванных солнечным излучением", из-за регулярных изменений параметров орбиты — эксцентриситета, наклона оси вращения и прецессии — земная поверхность нагревается Солнцем по-разному. В результате возникают оледенения, сменяющиеся более теплыми периодами — межледниковьями. Это так называемые циклы Миланковича, на их основе строят долгосрочные климатические прогнозы.

Орбитальные параметры Земли: А — эксцентриситет; В — наклон оси вращения; С — прецессия

У каждого орбитального параметра своя цикличность. Например, эксцентриситет: траектория вращения Земли вокруг Солнца с круговой переходит на более эллиптическую каждые 95, 125 и четыреста тысяч лет. Ось вращения планеты отклоняется в пределах трех градусов от эклиптики — плоскости обращения Земли вокруг Солнца — примерно каждую 41 тысячу лет. А цикл прецессии — вращения земной оси по конусу на манер гироскопа — в среднем 26 тысяч лет. За это время земная ось описывает полный круг.

Все эти факторы вместе дают периодичность климатических эпох в 41 и сто тысяч лет. При этом, согласно расчетам Миланковича, разница в количестве солнечного света в Северном полушарии достигает двадцати процентов.

Периодичность изменения орбитальных параметров, определяющая циклы Миланковича

"Климатическая клюшка"

В эпоху плейстоцена — от 2,6 миллиона до 11,7 тысячи лет назад — Земля пережила несколько холодных периодов, когда ледники занимали до 30 процентов планеты и доходили в Северном полушарии до 40-й параллели.

Последний ледниковый максимум был примерно 18 тысяч лет назад, а сейчас, согласно циклам Миланковича, продолжается голоценовое межледниковье, начавшееся около 12 тысяч лет назад. Именно на это ссылаются противники гипотезы антропогенного влияния на климат, когда заходит речь о глобальном потеплении. Однако более детальное моделирование показывает: происходящее сейчас никак не укладывается в природные циклы — ни по силе, ни по динамике.

Так, судя по графику среднегодовых температур на Земле, прозванном "климатической клюшкой", максимум голоценового потепления — Средневековый климатический оптимум — был в X-XIII веках. Тогда на планете было даже теплее, чем в середине прошлого столетия. После этого началось медленное общее похолодание.

Реконструкция климатических изменений за последние 2000 лет на основе данных 11 различных исследований. Для построения графика использовали прямые измерения температуры за 1902-2016 годы и косвенные данные, полученные по результатам анализа годовых колец деревьев, кораллов, ледяных кернов и летописных записей за период до 1980 года. Калибровочный период — 1902-1980 годы, для которого приведены обе группы данных, показал полную их сходимость.

Человек оказался сильнее природы

По циклам Миланковича Земля сегодня должна постепенно остывать, но промышленная революция в конце XIX века переломила природную тенденцию. Сейчас среднегодовые температуры превышают принятые за точку отсчета значения 1960-1990-х годов на 0,6-0,8 градуса Цельсия. Главная причина — антропогенные выбросы парниковых газов, прежде всего двуокиси углерода.

Ученые из Потсдамского института изучения климатических изменений отмечают, что концентрация СО2 в атмосфере достигла максимума за три миллиона лет. Исследование показывает, что средние температуры, никогда не поднимавшиеся за этот период более чем на два градуса Цельсия выше доиндустриального уровня, уже в следующие 50 лет могут превысить этот предел.

Об этом же убедительно свидетельствуют данные, регулярно публикуемые в оценочных докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), созданной в 1988 году Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП).

В последнем, пятом, докладе МГЭИК по климатическим изменениям AR5 Synthesis Report: Climate Change 2014 говорится: "Какое бы реалистичное значение чувствительности температуры планеты к балансу тепла мы ни выбрали, наблюдаемые изменения могут быть вызваны только накоплением СО2 в атмосфере".

Этот вывод подтверждают и результаты анализа глобальных климатических моделей, проводимого в рамках проекта CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) Рабочей группой по совместному моделированию (WGCM) Всемирной программы исследования климата (ВПИК). По модельным экспериментам CMIP3 и CMIP5 температуры заметно превышают ожидаемые от природных трендов с конца 1970-х годов.

Слева — изменения среднегодовой температуры относительно уровня 1961-1990 годов: а — с учетом только природных факторов; b — с учетом природных и антропогенных факторов. Справа — температурные изменения за период 1951-2010 годов: с — по данным наблюдений; d — с учетом только природных факторов; e — с учетом природных и антропогенных факторов.

Пауза в глобальном потеплении

Однако с 1998 по 2013 год климатологи отметили странное явление — при продолжающемся увеличении содержания СО2 в атмосфере рост температуры будто бы остановился. Это зафиксировали специалисты МГЭИК в Пятом оценочном докладе, опубликованном в 2014-м. Правда, авторы доклада высказались весьма осторожно: "Глобальная температура поверхности Земли демонстрирует гораздо меньшую возрастающую линейную тенденцию за последние 15 лет, чем за более длинные периоды — 30 и 60 лет".

Ученые не могли понять, что происходит: наблюдения противоречили всем климатическим моделям. Спор между сторонниками и противниками гипотезы антропогенной природы глобального потепления разгорелся с новой силой.

Но в 2013-м температура снова пошла вверх и климатологи заговорили о том, что, вероятно, подобные 15-летние паузы возникают с определенной периодичностью, примерно раз в 30 лет.

Роль океана

Парадокс стабилизации глобальных температур на фоне роста концентрации СО2 в атмосфере надо было как-то объяснить. Иначе прогнозные модели, построенные на простой экстраполяции, лишатся доверия.

Китайские ученые из Университета Ланьчжоу предложили уточненную климатическую модель, с учетом перераспределения энергии между атмосферой и океаном. Выяснилось, что в период кажущейся паузы в потеплении Земля продолжает нагреваться, но тепло накапливается в глубинах Мирового океана. После того как теплоемкость океана достигает определенного уровня, снова повышается температура верхних слоев воды — с этим и связана цикличность.

Ранее ученые доказали, что именно ослабление циркуляции воды в океане способствовало удлинению ледниковых периодов в плейстоцене и переходу примерно миллион лет назад с 41-тысячелетних циклов Миланковича на стотысячелетние. В палеоклиматологии это известно как "проблема ста тысяч лет".

Циклы Миланковича важны не только в геологии и климатологии. Так, недавно антропологи из Висконсинского университета в Мэдисоне установили, что эти циклы в течение сотен тысяч лет определяли периодичность смены мест обитания древних людей, включая начавшееся 125 тысяч лет назад расселение наших предков за пределы Африки — на Ближний Восток и в Средиземноморье, где установился влажный субтропический климат.