Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого

Как мы видели в первой главе, изобилие ископаемого топлива и все более эффективное его преобразование были главными двигателями современного экономического роста, обеспечив нам более благополучную и долгую жизнь — вместе с опасениями относительно долгосрочного воздействия выбросов CO₂ на климат планеты (обычно это называют глобальным потеплением). Наши страхи по поводу последствий глобального потепления можно объяснить с помощью элементарной физики. Мы слишком сильно озабочены тем, без чего не могли бы жить: парниковым эффектом. Этот экзистенциальный императив представляет собой регулирование температуры земной атмосферы с помощью нескольких газов, присутствующих в атмосфере в небольших количествах (так называемые примесные газы) — прежде всего углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄

). По сравнению с двумя газами, составляющими большую часть атмосферы (азот 78 %, кислород 21 %), их присутствие пренебрежимо мало (доли процента), но именно их влияние определяет разницу между безжизненной, замерзшей планетой и цветущей сине-зеленой Землей[516].

Атмосфера Земли поглощает приходящее извне коротковолновое солнечное излучение и испускает в космос волны большей длины. Без парникового эффекта температура на поверхности планета была бы –18 ^oC. Примесные газы изменяют радиационный баланс Земли, поглощая часть испускаемого (инфракрасного) излучения, в результате чего температура на планете повышается. Это обеспечивает существование жидкой воды, в результате испарения которой в атмосферу попадает водяной пар (еще один газ, поглощающий невидимые инфракрасные волны). В конечном итоге температура на поверхности Земли на 33 ^o

C выше, чем она была бы в отсутствие примесных газов и водяного пара, а средняя температура 15 ^oC делает возможной жизнь во всем ее разнообразии.

Термин «парниковый эффект» — не слишком удачная аналогия, потому что тепло внутри парника обусловлено не только инфракрасным излучением, но и ограничением циркуляции воздуха. В отличие от теплицы, природный «парниковый эффект» вызван исключительно поглощением примесными газами небольшой части инфракрасного излучения, а атмосфера планеты пребывает в постоянном, свободном и зачастую бурном движении. До сих пор главным поглотителем инфракрасных лучей был водяной пар, и поэтому именно этот газ определял нагревание атмосферы в прошлом и будет определять в будущем. Водяной пар — основная движущая сила природного парникового эффекта, но он не является причиной нагревания атмосферы, потому что не влияет на ее температуру. На самом деле все наоборот: изменение температуры определяет, какое количество воды может существовать в газообразном виде (с повышением температуры влажность воздуха растет) и какое ее количество конденсируется, превращаясь в жидкость (конденсация способствует снижению температуры).

Естественное нагревание Земли определяется примесными газами, на концентрацию которых не влияет окружающая температура — то есть они не конденсируются и не выпадают в виде осадков при снижении температуры. Но относительно небольшое повышение температуры, которое они вызывают, усиливает испарение воды, увеличивая ее концентрацию в атмосфере, и такая обратная связь вызывает новое повышение температуры. Из всех природных примесных газов основным всегда был углекислый газ (CO₂

), меньший вклад вносят метан (CH₄), оксид азота (N ₂O) и озон (O₃

) — последний известен в основном по вызвавшему столько шума в СМИ озоновому слою. Деятельность человека начала влиять на концентрацию некоторых примесных газов, создавая дополнительный рукотворный (антропогенный) парниковый эффект, несколько тысяч лет назад, когда общества, перешедшие к оседлому образу жизни, начали заниматься сельским хозяйством, использовать дерево (и получаемый из него древесный уголь) в домашнем хозяйстве, выплавлять металлы, изготавливать кирпичи и черепицу. Превращение лесов в поля привело к увеличению выбросов CO₂, а выращивание риса на проливных полях увеличило выбросы CH ₄[517].

Но влияние этих антропогенных выбросов стало существенным только после повышения темпов индустриализации. Увеличение выбросов CO₂, которое вызвало усиление антропогенного парникового эффекта, было обусловлено в основном сжиганием ископаемого топлива и производством цемента. Выбросы метана (от рисовых полей, мусорных свалок, скота и производства природного газа) и оксида азота (в основном из-за использования азотных удобрений во все больших объемах) также стали заметными источниками парниковых газов. Реконструкция их концентрации в прошлом показывает резкий рост с началом индустриализации.