Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Единственное исключение из этой тесной корреляции, которое мы можем наблюдать, относится к нынешней эпохе. Концентрация CO₂ сегодня составляет 420 миллионных долей, что на 50 % превышает уровень, характерный для доиндустриальных межледниковых периодов, однако температура всего на 1 градус Цельсия выше. Мы уже знаем, откуда взялись все эти дополнительные молекулы, – но почему мы не видим повышения температуры на 10 °C, как предсказывает график на рисунке 11.3? В прошлом температура и содержание CO₂ так тесно коррелировали, что это убедительно свидетельствует о причинно-следственной связи. Почему у нас все еще не наступила невыносимая жара? Ответ кроется в том, что мировой океан способен поглощать огромную энергию.

Интенсивность, с которой Земля получает энергию от Солнца, – мы имеем в виду ее усредненное значение, не зависящее от времени суток, широты и сезона, – составляет 342 Вт/м² (это чуть меньше, чем шесть 60-ваттных лампочек, расположенных над каждым квадратным метром Земли). Как мы уже говорили, 31 % этой энергии отражается обратно в космос, оставляя 236 Вт/м² для нагрева планеты. Все парниковые газы, которые мы добавили в атмосферу за последние 250 лет, в конечном итоге увеличили это значение чуть более чем на 3 Вт/м²

; иными словами, покровный эффект излишка CO₂, CH₄ и других газов эквивалентен увеличению энергии Солнца на 1,25 %. Может показаться, что 3 Вт/м

² – это не столь значительная величина, но если учесть всю поверхность Земли и суммировать итог за год, общая чистая энергия увеличится на 50 миллиардов триллионов джоулей (5 × 10²² Дж). Поскольку для повышения температуры атмосферы на 1 градус требуется всего лишь 0,004 % этой энергии, почему вокруг так до сих пор и не стало теплее?

Теплоемкость воды в четыре раза больше, чем у воздуха. Если выразиться иначе, то для того, чтобы поднять температуру литра воды на 1 градус, требуется в четыре раза больше энергии, чем для такого же повышения температуры литра воздуха. А океаны содержат намного

больше молекул, чем атмосфера, – примерно в 1 миллион раз больше, поэтому земная вода способна поглощать в 4 миллиона раз больше энергии. Конечно, она не может сделать этого мгновенно, потому что только верхние слои океана подвергаются непосредственному воздействию дополнительного тепла, производимого молекулярными покровами. Но, по оценкам, более 93 % дополнительного тепла, которое Земля получила за последние пятьдесят лет, было поглощено океаном²³. Более того, температура поверхности моря отражает это, поднявшись в среднем на 1,5 °C с 1900 года²⁴. Вода способна вбирать огромную энергию, и это объясняет, почему температура воздуха выросла всего на «скромный» 1 °C.

Однако потепление океана не обходится без последствий. Во-первых, поскольку все эти молекулы воды движутся быстрее, они занимают больше места. За последнее столетие уровень моря на наших глазах поднялся на 25 сантиметров, и половина этого повышения вызвана тепловым расширением нагревающейся воды. Потепление воды ускоряет и таяние океанского льда, уменьшая отражательную способность планеты и вызывая дальнейшее повышение температуры.

Этот тип взаимодействия, при котором результат влияет на первоначальную причину, называется петлей обратной связи. В нашем случае петля положительна: нагревающаяся вода растапливает больше льда, уменьшая отражательную способность и увеличивая поглощенное тепло, что приводит к большему нагреву воды и большему таянию льда; так следствие усиливает причину. Несмотря на все смысловые оттенки слова «положительный», такая обратная связь обычно плоха; это приводит к ситуации побега (как в «Ученике чародея»). Иногда следствие ослабляет причину, создавая петлю отрицательной обратной связи: потепление океанов ведет к большему испарению воды, из-за чего образуется больше облаков, а они отражают больше солнечного света, поэтому поглощается меньше энергии и океаны становятся холоднее. Петли отрицательной обратной связи стабильны: если подтолкнуть систему в одном направлении, то возникнет сопротивление, и результат будет обратным. Одна из принципиальных трудностей моделирования климата Земли кроется именно в том, что многие части системы связаны десятками петель отрицательной и положительной обратной связи.