Система за окном

Проблема изменений климата становится все актуальнее. Еще сравнительно недавно существовали разные точки зрения на причины и масштабы происходящего. Сейчас профессиональное научное сообщество придерживается общего мнения: глобальное потепление есть, дискуссия идет только о сравнительной роли разных механизмов и прогнозах. Это мы и обсудили с профессором, выпускником Физтеха, академиком РАН Игорем Моховым.

Игорь Иванович Мохов, выпускник ФМХФ МФТИ, академик РАН, участник подготовки докладов по изменению климата межправительственной группы экспертов по изменению климата, получившей в 2007 году Нобелевскую премию мира, научный руководитель Института физики атмосферы (ИФА) им. Обухова РАН, руководитель отдела исследований климатических процессов и лаборатории теории климата ИФА, профессор кафедры термогидромеханики океана МФТИ и заведующий кафедрой физики атмосферы МГУ.

 

Как Физтех стал климатологом

Я окончил факультет молекулярной и химической физики Физтеха. Его тематика очень широкая: там и биофизика, и физика плазмы. Меня всегда тянуло к пониманию естественных процессов, в частности, атмосферы и климата. Хотелось в этом разобраться с использованием физмат-методов. Поступил в аспирантуру в Институт физики атмосферы, под научное руководство Георгия Сергеевича Голицына. Тематика диссертации была связана с климатическими моделями, в том числе моделями термодинамического типа. 

Были получены довольно интересные результаты, на которые ссылаются до сих пор. Я показал аналитически с использованием простой модели, что климат Земли близок к состоянию максимального производства энтропии в системе. Кроме того, получил условия устойчивости и чувствительности климата нашей планеты в зависимости от разных климатических обратных связей — положительных и отрицательных. Я искал, например, ответ на вопрос, при каком изменении приходящей солнечной радиации Земля может «свалиться» в состояние белого шарика, покрытого снежно-ледовым покровом. Оказалось, климат Земли более устойчив, чем ранее считалось, и тем более устойчив, чем больше облачный покров. 

 

Про глобальное потепление

Когда говорят о глобальном потеплении, обычно имеют в виду изменения у поверхности планеты и в тропосфере — в нижних 10–15 километрах. Выше — в стратосфере и мезосфере — наоборот идет выхолаживание. Это один из индикаторов того, что современные изменения климата связаны с антропогенным фактором.

Если говорить про изменения климата глобальные и у поверхности, казалось бы, они небольшие — порядка градуса. На региональном уровне эти изменения существенны. В России теплеет в 2,5 раза быстрее, чем в целом на планете, а в отдельных северных регионах разница еще больше, в том числе и потому, что на севере существенна роль снежного покрова.

Недостаточно наблюдать за изменениями климата только у поверхности — важно понимать как на разных высотах меняется температурный режим. По этим изменениям можно оценивать роль различных механизмов: вулканической и солнечной активности, парниковых газов, антропогенного аэрозоля. В ИФА с конца 50-х годов проводились измерения светимости ночного неба, по которым восстанавливалась температура на уровне мезопаузы — около 90 км. Казалось бы, какое отношение к изменениям у поверхности — слишком высоко. Выяснилось, что в последние десятилетия там очень быстро падала температура, гораздо быстрее, чем росла у поверхности. Это важный индикатор механизмов происходящих изменений климата и роли изменений в атмосфере содержания парниковых газов.

 

Два полюса

Самые яркие изменения климата происходят в Арктике. Они наиболее заметны, поскольку проявляются, в том числе, в виде деградации ледяного покрова. В Антарктиде таяние льдов проявляется в меньшей степени. Это была одна из проблем до последних лет — «крест», или противонаправленная динамика, в изменениях площади морских льдов. В Северном Ледовитом океане наблюдалась быстрая деградация, а в это время у южного полюса морской лед не уменьшался в площади, а даже несколько рос. 

В последние годы эта тенденция меняется. Площадь морского льда в Антарктике начала резко сокращаться —судя по всему, начинают оправдываться модельные прогнозы, в которых южная полярная область должна чувствительно реагировать на глобальные изменения климата. Ближайшие годы покажут, насколько значимы эти изменения. 

 

Изменения, заметные для людей

Средние изменения человеку трудно почувствовать — что такое для нас градус? Наиболее чувствительны мы к экстремальным явлениям, например, осадкам — ливням, затяжным дождям, многодневным снегопадам. Они наблюдаются из-за того, что при потеплении растет влагоемкость атмосферы. 

Еще одно заметное проявление потепления климата — холодные зимы, которые наблюдаются в XXI веке. На первый взгляд, это противоречит идее глобального потепления, но на самом деле подтверждает ее. При увеличении содержания углекислого газа в атмосфере зимой над континентами усиливается эффект атмосферных блокирований, вызывающий засухи летом и морозы зимой, которые мы наблюдаем в последние годы.

Ледник Solheimajokull в Исландии в 2007 году слева и в 2015 году — справа. Фотографии Extreme Ice Survey. © James Balog

 

Метан и СО₂

Разные парниковые газы влияют на происходящее с разной силой. Одни — более долгоживущие, как углекислый газ со временем жизни порядка столетия, другие — более короткоживущие, как метан, у которого время жизни порядка десятилетия. При этом метан примерно в 20 раз более радиационно-активный в расчете на молекулу, чем СО₂. 

Для России роль метана очень важна, потому что существенная часть территории страны покрыта вечной мерзлотой — своего рода хранилищем этого газа. Таяние вечной мерзлоты приводит к формированию болот, озер и деградации метангидратов. Это потенциальная дополнительная положительная обратная связь, которая способствует усилению чувствительности земной климатической системы ко внешним воздействиям. При этом Россия покрыта лесами, и это стабилизирующий фактор. Леса поглощают СО₂ из атмосферы и формируют кислород. 

 

Предсказывая климат

Я начал заниматься климатом в 1975 году. Будучи в аспирантуре, прослушал два доклада известных ученых. В одном говорилось о предстоящем глобальном потеплении, в другом — о предстоящем глобальном похолодании. Больше сорока лет назад уже были количественные оценки потепления, которые в целом оправдываются. Мы сейчас живем в климате, который тогда большинству казался нереальным. Это не всегда ощущается, но изменения довольно быстрые: за поколение существенно меняется климат, и возникают проблемы адаптации. Уже вы видите растительность, которая нехарактерна для наших регионов, непривычные виды насекомых, заметное обывателю таяние ледников.

Современные модели климата прогрессируют очень быстро. Они уже достаточно детальные. Еще сравнительно недавно для определения антропогенных воздействий на климат в моделях задавались сценарии изменения содержания парниковых газов в атмосфере. Сейчас современные модели включают в себя естественный углеродный цикл, в том числе цикл метана, и для оценки климатических изменений задаются сценарии антропогенных эмиссий парниковых газов. Это уже не только климатические модели, а модели земной системы, с помощью которых уточняются оценки, сделанные десятилетия назад. При этом с каждой моделью могут быть выполнены десятки разных вычислительных прогонов при разных начальных и граничных условиях.

Климатический прогноз можно делать только вероятностный — стопроцентный невозможен из-за сложности системы и огромного числа факторов, которые необходимо учесть. Например, прогностические оценки состояния Каспийского моря связаны с квазициклическими климатическими процессами типа Эль-Ниньо, проявляющимися около Южной Америки в экваториальном Тихом океане. Казалось бы, далеко, но с явлениями Эль-Ниньо связаны сильнейшие межгодовые аномалии глобальной температуры у поверхности, и это сказывается не только в тропиках — Бразилии и Перу — но и в средних широтах — в России — и даже в Арктике. 

«Аннушка пролила масло»

Сейчас и не только на уровне документов человечество совершает коллективные попытки приостановить глобальное потепление, в основном за счет сокращения эмиссий углекислого газа в атмосферу. При этом стоит отметить, что даже если мы сейчас прекратим все антропогенные эмиссии на планете, потепление продолжится, но медленнее. Это связано с инерционностью климатической системы —«Аннушка пролила масло». Можно, конечно, из атмосферы выкачивать парниковые газы…

Уменьшить эмиссии реально, хотя это стоит дорого. В Парижском соглашении зафиксировано решение ограничить потепление на уровне 2 ºC, а желательно — 1,5 ºC. Это существенно. Чем большее потепление мы допускаем, тем больше уменьшение биоразнообразия, таяние льда, деградация вечной мерзлоты. Тут есть и позитивные моменты, например, связанные с Северным морским путем, но я боюсь, что белые медведи с этим не согласятся, потому что для них деградация морских льдов в Арктике — совсем не позитивное изменение.

Мы уже сейчас теряем какие-то виды. Десять лет назад наша команда сделала оценку динамики антарктического ледового щита. Мы посчитали, что при потеплении на 1,6 ºС таяние льдов в Антарктике начнет доминировать над нарастанием. Это точка невозврата, потому что основная масса льда — на юге. Если он растает, уровень моря поднимется на десятки метров. Представьте: при потеплении на 1,5 °C мы не достигли критического уровня, а 2 °C —уже превысили. Это показатель того, как чувствительны могут быть разные компоненты земной системы. 

 

Последствия

Помимо потенциального затопления территорий, разрушения инфраструктуры в районах вечной мерзлоты и других последствий, потепление существенно сказывается на здоровье населения. Экстремальные погодно-климатические явления (засухи, наводнения, лесные пожары), изменения путей миграции животных, появление непривычных видов растений и насекомых приводят к изменению привычного режима, обострению заболеваний,  росту распространенности аллергий. Аналогичные проблемы со здоровьем появляются и при ухудшении качества воздуха. Это не только климатические эффекты, но и экологические: загрязнение атмосферы, воды, пищи, снижение качества жизни. Будущее за «зелеными» технологиями. 

Если бы проблемы изменения климата не было, ее следовало бы придумать, чтобы стимулировать модернизацию нашей экономики и сделать ее более эффективной и экологически чистой. Это я говорил еще во время обсуждения ратификации Россией Киотского протокола в середине 2000-х годов. 

 

Наконец-то очнулись

Полвека назад никто бы не понял про глобальное потепление. Когда я начал заниматься в 75-м году, разные точки зрения были. Сейчас не обсуждается, есть глобальное потепление или нет — обсуждаются причины этого потепления, в какой степени они антропогенные, в какой — естественные, и с какими процессами это связано. До последнего времени не было адекватного понимания, что у нас какие-то проблемы, потому что у нас много ресурсов и большие масштабы. Воды в России залейся, кто еще два десятка лет назад мог предположить, что мы будем бутилированную воду покупать? Нужно учиться разумно использовать воду. В России холодный климат, и наши дома в значительной степени отапливают атмосферу. Нужно переходить на более эффективные системы. Есть проблема свалок из-за отсталой системы работы с отходами. Они являются дополнительными источниками эмиссии метана. Надо с этим со всем разбираться, а пока мы находимся в режиме активного потребления без адекватной оценки последствий. 

 

В атмосфере нет границ

Наряду с государственной, каждый человек должен понимать личную ответственность. Как Маленький принц: «Прибери планету». Роль каждого мала, но важно создать условия для изменения общей психологии. Меня в 90-х годах за границей спрашивали: «Как в России относятся к изменению климата?» Какое изменение климата, когда люди должны каждый день беспокоиться о сиюминутных проблемах? Вопросы климата обсуждаются, когда есть уже довольно устойчивое развитие общества. Мы должны к этому прийти. Это глобальная проблема, потому что в атмосфере границ нет. Одна страна может загрязнять атмосферу, но все переносится, перемешивается. СО₂ — хорошо перемешанный газ, и концентрация его в атмосфере в целом относительно слабо различается в разных регионах.

На глобальном уровне трудно договориться, потому что все страны находятся на разном уровне развития. В Европе высокие технологии широко внедрены, и говорят про ограничения, а другие страны говорят: «Дайте нам до вас дорасти». Возникают вопросы, как оценивать эмиссии: в расчете на душу населения или интегрально по стране, как учитывать эффекты северных широт, например, в России, Канаде или на Аляске? Договориваться с учетом всех различий сложно, но необходимо.