«Если», 2017 № 02

/экспертное мнение

/природопользование

На одном из концертов доктора геолого-минералогических наук, профессора Александра Городницкого спросили, существует ли глобальное потепление. «Ну а сами-то вы как думаете, — ответил бард, — оглянитесь кругом: десять тысяч лет назад здесь был ледник, а сегодня мы с вами стоим без шуб, беседуем…»

Чтобы понять, что же происходит с нашей планетой, следует посмотреть, с чего все начиналось, а для этого придется отправиться в прошлое. Поскольку это прошлое на сегодняшний день уже достаточно подробно описано, нам вполне подойдет машина времени Луи Седлового из отдела Абсолютного Знания.

Итак, мы переместились на четыре миллиарда лет назад. В атмосфере Земли еще нет кислорода, Солнце светит на четверть слабее, чем сегодня, и Земля периодически превращается в гигантский снежный ком — оледенения настолько масштабны, что охватывают планету целиком. Ледниковые панцири смыкаются на экваторе, и океаны промерзают до дна. В таких конвульсиях прошел первый миллиард лет жизни Земли. Но постепенно Солнце разогревалось, а возникшая на Земле жизнь, состоявшая главным образом из анаэробных бактерий, называемых метаногенами, постепенно насыщала атмосферу метаном — одним из парниковых газов.

Впоследствии Земля пережила еще множество оледенений, пока, наконец, около 360 миллионов лет назад полярные шапки не растаяли полностью. В это время концентрация углекислого газа в атмосфере достигла своего максимального значения — в несколько раз выше, чем сегодня — но и концентрация кислорода благодаря бурному развитию зеленой биомассы примерно вдвое превосходила современную. Жизнь на Земле буйствовала и процветала.

Полярные шапки снова появились на нашей планете около 35 миллионов лет назад. Как выяснилось, они представляют собой удивительно редкое явление в истории Земли. В течение 4,5 миллиардов лет ее существования ледяные полярные шапки украшали планету в общей сложности не более 600 миллионов лет.

Таким образом, следует констатировать, что мы сегодня живем в очередную, не являющуюся типичной для Земли, ледниковую эпоху, а нынешнее потепление представляет собой очень короткий период, который в скором времени должен смениться очередным оледенением.

Каждый раз, когда новое оледенение сковывало Землю, концентрация углекислого газа в атмосфере падала ниже двухсот молекул на миллион, а в межледниковый период возрастала до трехсот на миллион.

О парниковом эффекте следует сказать отдельно. Долгое время его существование вообще оспаривалось. Однажды блестящий американский физик Роберт Вуд провел замечательный эксперимент, призванный доказать отсутствие парникового эффекта. Вот как описывает это в своей книге Вильям Сибрук:

Но что же пошло не так? Ведь сегодня мы прекрасно «знаем», что парниковый эффект на самом деле существует, и его величина действительно определяется концентрацией в атмосфере парниковых газов, поглощающих и таким образом «запирающих» инфракрасное излучение. Кому верить: физикам-атмосферщикам или Роберту Вуду?

Давайте посмотрим, чем отличается земная атмосфера от парника. Воздух внутри парника имеет всюду одну и ту же температуру, в то время как температура воздуха в атмосфере — это вам скажет любой альпинист — падает с высотой. А чем меньше температура нагретого тела (а воздух — не смотрите, что он прозрачный — такое же тело, как и любое другое), тем слабее оно излучает. И если в парнике без разницы, откуда излучается в мировое пространство тепло: с поверхности грядки или с поверхности нагретого стекла, то в случае Земли ее поверхность нагрета гораздо сильнее, чем верхние слои атмосферы, а именно они являются «последней инстанцией» по передаче тепла в космическое пространство. Таким образом, получается, что чем больше в атмосфере парниковых газов, и чем выше они поднимаются, тем холоднее последний слой атмосферы, с которого тепло переизлучается в космос, и тем хуже охлаждается наша планета.

Кто виноват?

Хорошо. Потепление есть, но имеет ли оно антропогенную природу? Или, как принято спрашивать в России: «Кто виноват?» С одной стороны, нам пытаются доказать, что сжигание человеком углеводородов приводит к выбросу в атмосферу парниковых газов, с другой — потепление продолжается вот уже десять тысяч лет, и было бы странно предполагать, что оно началось из-за костров, у которых грелись наши предки на своих первобытных стоянках.

Возможно, кто-то помнит еще из школьного курса природоведения, что атмосфера Земли подразделяется на зоны, называемые тропосферой, стратосферой, мезосферой, ионосферой и еще на такое же количество промежуточных сфер. Для нашего рассказа сейчас важны только две из них: тропосфера и стратосфера. В тропосфере живем мы с вами, в ней возникают дождевые облака, выпадают осадки и рождаются циклоны. Стратосфера гораздо более спокойна, в ней обычно летают реактивные самолеты. Главное отличие тропосферы от стратосферы состоит в поведении температуры воздуха. В тропосфере она падает с высотой, а в стратосфере остается постоянной.

Водяной пар обычно не может подняться выше верхней границы тропосферы, потому что из-за охлаждения он конденсируется в воду и выпадает обратно на поверхность. Этот эффект называется холодной ловушкой, он ответственен за удержание воды на Земле.

Увеличение светимости Солнца всего на 10 % приведет к увеличению средней температуры атмосферы, которое в свою очередь поднимет высоту тропосферы до 150 километров.

Если водяной пар сможет подниматься до высоты 150 километров, что превышает высоту озонового слоя, он подвергнется действию интенсивного ультрафиолетового излучения, которое будет разбивать молекулы воды на кислород и водород. Водород, будучи очень легким газом, станет быстро улетучиваться в космическое пространство, откуда он уже никогда не вернется на Землю, чтобы, соединившись с кислородом, вновь образовать воду. Таким образом, за время порядка сотен миллионов лет земные океаны попросту выкипят, превратив планету в сухую безжизненную пустыню. Примерно через сто-двести миллионов лет, задолго до того, как наше Солнце раздуется в красный гигант и физически уничтожит наш мир, его светимость увеличится на те самые критические 10 %, и Земля начнет очень быстро терять воду, а вместе с ней и жизнь. Этот механизм, получивший название механизма влажной стратосферы, явился причиной того, что Венера потеряла свои океаны в самом начале истории Солнечной системы.

Как только Земля потеряет свои океаны, повышение температуры поверхности приведет к выделению углекислого газа из коры планеты. В результате плотность атмосферы увеличится почти в 100 раз и возникнет столь мощный парниковый эффект, что температура на поверхности планеты Земли будет достаточной, чтобы расплавить свинец. Однако одно только повышение уровня углекислоты, приводящее к резкому повышения температуры и выделению в атмосферу огромного количества водяного пара, не приводит к выкипанию океанов, поскольку водяной пар оказывается запертым в тропосфере как в скороварке, сохраняя стратосферу Земли относительно сухой. Для запуска механизма влажной стратосферы содержание углекислого газа в атмосфере Земли должно стать более чем в двадцать пять раз выше нынешнего — а это гораздо больше, чем может быть освобождено путем сжигания всех известных нам запасов ископаемого топлива на планете.

Расчеты показывают, что запуск механизма влажной стратосферы путем сжигания ископаемого топлива лежит за пределами возможностей современной технической цивилизации.

Выходит, что основная опасность для человечества и всей разумной жизни на Земле находится вне Земли и связана с вековым увеличением светимости Солнца, а вовсе не с деятельностью человека.

Безусловно, какая-то доля вины за потепление лежит и на людях, но не столь большая, как считают некоторые ученые. Последние исследования показывают, что концентрация углекислого газа начала быстро повышаться на рубеже XIX века, что совпадает с началом промышленной революции. К 1950 году уровень углекислоты в атмосфере превысил 300 частей на миллион, к 1980 году — 340 частей на миллион и, наконец, в этом году он достиг 400 частей на миллион.

Значит ли это, что наши скромные усилия оказались той соломинкой, которая переломила хребет ледниковому верблюду и, наконец, разорвала климатический цикл, и что Земля через несколько тысяч лет не погрузится в очередную геологическую зиму, а вернется к благодатной девонской эпохе? Если да, то стоит ли этому противиться?

Что делать?

Что принесет нам глобальное потепление? Начнем с отрицательных факторов. Все климатические зоны сместятся к северу. На месте нынешних лесов возникнут пустыни, на месте вечной мерзлоты — болота. Санкт-Петербург окажется в климатической зоне Сочи, но ненадолго. Из-за таяния полярных шапок уровень мирового океана поднимется на шестьдесят метров. Большинство прибрежных городов окажутся на морском дне, множество видов животных вымрут, не сумев приспособиться к новым условиям…

Но давайте посмотрим на все это с другой стороны: необходимость глобального переустройства Земли, строительства новых городов, глобального переселения народов приведет к созданию новых рабочих мест, колоссальным инвестициям в экономику, явится невиданным стимулом к развитию науки и технологий.

Стоят ли упомянутые выше неудобства перспективы погрузиться в новую ледниковую эпоху?

Однако все это планы на ближайшую перспективу — какой-нибудь миллион лет. А что с вековым увеличением светимости Солнца, которому мы не в силах противостоять?

Кажется, что сто миллионов лет — это очень много, но вспомните, что жизнь возникла на Земле около четырех миллиардов лет назад, а сложная животная жизнь — около пятисот миллионов лет назад. И вдруг мы узнаем, что впереди у нес еще не пять миллиардов лет, как считалось ранее, а в пятьдесят раз меньше. Это все равно что сказать тридцатилетнему человеку, что впереди у него не пятьдесят лет, как он рассчитывал, а всего год.

И что же нам делать? Солнце в дальнейшем будет только увеличивать свою светимость, и вариантов не так уж и много: а) свалить на другую планету; б) построить гигантский космический зонтик; в) «прикрутить вентиль подачи топлива» в солнечную печку или г) отодвинуть Землю подальше от Солнца.

На сегодняшнем уровне технологического развития человечества наиболее реальными вариантами являются б) и, как ни странно, г).

В 2007 году астрофизик из университета Калифорнии Грег Лафлин предложил для последнего варианта совершенно реальную технологию: «Мы могли бы изменять орбиты больших комет и астероидов из пояса Койпера и использовать их для передачи части энергии и момента импульса от Юпитера Земле. Направляя каждые несколько сотен лет к Земле по одной комете, мы небольшими толчками за сотню миллионов лет сумели бы поднять ее орбиту до безопасного уровня. Десять лет назад мы с парой друзей подсчитали, что для этого понадобится порядка миллиона таких небольших толчков».

Да что тут думать — прыгать надо!

Когда закончился последний ледниковый период, изменившийся климат заставил подняться с насиженных мест многочисленные неолитические племена, что в итоге привело к возникновению первых древних цивилизаций. Катастрофический взрыв вулкана на острове Санторин уничтожил крито-минойскую культуру, но привел к взрывному развитию эллинистической цивилизации. Великое переселение народов в середине I тысячелетия нашей эры уничтожило Римскую империю, но привело к расцвету современной европейской цивилизации.

Любой вызов, бросаемый человечеству, неизбежно порождает ответную реакцию, результатом которой становится очередной виток развития.

Наступающее глобальное потепление поставит перед нашей цивилизацией новые глобальные проблемы. Не исключено, что в итоге наступят очередные «темные века», но, как показывает опыт, даже если это и произойдет, за ними неизбежно придет новый ренессанс.

Необходимость мобилизации интеллектуальных и экономических ресурсов создаст предпосылки для выхода из кризиса, в который загнала себя западная цивилизация. Если совместными усилиями удастся избежать глобальной войны — это уже задача «мирового правительства» — то необходимость преодоления последствий глобального потепления (возможно, превосходящих по масштабу последствия мировой войны) станет тем жизненно важным стимулом, которого сегодня так не хватает упрямо топчущемуся на месте ослику цивилизации, чтобы преодолеть постиндустриальный барьер.

Кто его знает, может, наконец, и к звездам полетим…