Люди и градусы

Глобальное потепление вызвано деятельностью человека. До конца XXI века оно может привести к масштабному голоду, дефициту воды, массовым переселениям и вымиранию 40% животных видов на планете. Рассказываем, как ученые рассчитывают модели негативных последствий, какие меры предлагает наука и что будет, если усилий окажется недостаточно.

Изменения климата: естественные факторы

Климат на Земле меняется постоянно под воздействием сразу множества факторов. В первую очередь прямое влияние на климат оказывают непрерывные тектонические движения литосферных плит — ведь они приводят к изменению площади, рельефа и расположения континентов и океанов.

Кроме того, наша планета подчиняется законам небесной механики — с определенной периодичностью (речь о периодах в десятки и сотни тысяч лет) меняются различные параметры ее орбиты и оси вращения, а значит, и распределение солнечного света по земной поверхности. Это служит главной причиной постоянной смены глобальных оледенений и климатических оптимумов (периодов потепления).

Периодически меняется и светимость Солнца самого по себе. К примеру, это послужило одной из причин так называемого малого ледникового периода — глобального похолодания в XIV–XIX веках.

На климат влияет и земное альбедо — не отличающаяся постоянностью отражающая способность поверхности Земли. К примеру, ледниковый покров сильнее всего отражает свет, а значит, по мере таяния льдов планета копит все больше тепла, а по мере оледенений — все быстрее его отдает.

Непрерывно меняется и количество тепла, накапливаемого в океанах, а также картина его распределения по планете с движениями водных толщ — на это влияет множество параметров: от объемов мирового океана (то есть уровня воды) до географии течений.

Кроме того, непостоянен и химический состав земной атмосферы — пропорции газов, из которых она состоит, влияют на ее прозрачность, от которой зависит, сколько света, а с ним и тепла достигает земной поверхности, а также на способность задерживать излучение, отражаемое поверхностью планеты.

Наконец, климат не только определяет состояние экосистем и влияет на жизнь на Земле, но и напрямую зависит от нее. В первую очередь экосистемы влияют на химию атмосферы: например, живые растения поглощают углекислый газ, а мертвые — отдают, почвы выделяют метан и так далее.

Фото: ESOlex / iStock

Антропогенный фактор: как на климат влияет человечество

С началом активной индустриализации в XIX веке на климат ощутимо влияет и человечество — через изменение химического состава атмосферы. По мере развития энергетики, промышленности, транспорта и сельского хозяйства в воздух выбрасывается все больше парниковых газов. В настоящее время антропогенный фактор признан решающим.

Парниковые газы — это газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и высоким поглощением в инфракрасном. То есть они хорошо пропускают к земной поверхности солнечный свет, но при этом задерживают исходящее от нее тепловое (инфракрасное) излучение. Этот механизм называется парниковым эффектом.

Вообще, парниковый эффект необходим для существования жизни на Земле. Если бы парниковых газов не существовало, средняя температура у поверхности планеты составляла бы -18 °C. В таких условиях не смогли бы появиться многие растения и другие формы жизни.

Интересно, что за большую часть (до 70%) парникового эффекта ответственен простой водяной пар. Его концентрация в атмосфере постоянно колеблется — она зависит от температуры воздуха: чем он теплее, тем быстрее испаряется влага, насыщая атмосферу паром.

По мере интенсивного технологического развития человечества объем парниковых газов в атмосфере стал расти, а парниковый эффект — усиливаться, что приводит к нагреву Земли сверх меры.

76% парниковых выбросов по всему миру приходится на углекислый газ (оксид углерода, CO2). Его естественные источники — дыхание практически всех живых существ, разложение растений, продукты жизнедеятельности животных, вулканическая активность. Антропогенный же CO2 выделяется в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, твердых отходов, деревьев и других биоматериалов, а также в ходе различных химических реакций — например, при производстве цемента. С начала промышленной революции содержание диоксида углерода в земной атмосфере повысилось на 149%.

16% от глобальных парниковых выбросов приходится на метан (CH4), который поглощает инфракрасное излучение в 25 раз сильнее, чем CO2. В природе метан выделяется болотистыми и переувлажненными почвами, а также в результате пищеварения многих животных. Человечество генерирует выбросы метана в результате добычи, транспортировки и переработки угля, природного газа и нефти, а также ведения сельского хозяйства — главным образом разведения жвачных животных и возделывания рисовых плантаций. В сравнении с доиндустриальным уровнем концентрация метана в атмосфере выросла на 262%.

6% парниковой эмиссии представляет собой закись азота (оксид азота, N2O). Ее парниковая активность (способность к поглощению инфракрасного излучения) в 310 раз сильнее, чем у CO2, поэтому даже небольшое повышение ее концентрации достаточно для заметного усиления парникового эффекта. Источники закиси азота в атмосфере — сельское хозяйство, промышленность, сжигание ископаемого топлива и отходов, очистка сточных вод.

Не более 2% парниковых выбросов приходится на фреоны — синтетические фтор-, хлор- и бромсодержащие производные метана, этана и других насыщенных углеводородов (CFC, HFC, HCFC). Они выделяются в результате многих промышленных процессов и представляют опасность, поскольку их парниковая активность в тысячи раз выше, чем у CO2.

Согласно выводам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), с 1850–1900 годов в результате роста антропогенных парниковых выбросов средняя глобальная температура на планете повысилась приблизительно на 1 °С, а если точнее, то на 0,8–1,2 °С.

По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), в 2021 году средняя температура была на 1,11 °С (плюс-минус 0,13 °С) выше доиндустриального уровня. Согласно заявлению генерального секретаря ВМО Петтери Тааласа, наблюдаемое с конца XIX столетия глобальное потепление является сильнейшим за последние 200 тысяч лет, что было бы невозможно без интенсивных парниковых выбросов в результате деятельности человека.

Архивное фото вулкана Мауна-Лоа на Гавайских островах
Фото: ilbusca / iStock 

Как человечество узнало о своей роли в изменении климата

Первым механизм парникового эффекта описал французский математик и физик Жозеф Фурье в 1827 году. Он же выделил основные парниковые газы: водяной пар, углекислый газ, метан и озон. В 1859-м ирландский физик Джон Тиндалл подтвердил существование парникового эффекта в ходе лабораторных экспериментов. Он же первым сформулировал предположение о том, что, меняя концентрацию парниковых газов в атмосфере, можно влиять на климат на всей планете.

Эту гипотезу развил шведский физикохимик Сванте Аррениус, лауреат Нобелевской премии по химии 1903 года. В 1896-м он выполнил расчеты, которые показали, что рост концентрации углекислого газа в атмосфере от сжигания ископаемого топлива человеком способен привести к существенному повышению температуры на планете. Таким образом, он первым заявил об опасности глобального потепления, обусловленного антропогенным фактором. Однако в то время этот вывод не нашел широкого отклика — большинство ученых были уверены, что человек слишком ничтожен, чтобы влиять на климат.

В 1938 году британский метеоролог Гай Каллендар проанализировал данные 147 метеостанций с середины XIX века и установил, что за предыдущие 50 лет глобальная температура выросла на 0,3 °С. Причиной исследователь указал выбросы парниковых газов от деятельности человека — однако на тот момент это было лишь предположением.

Первым же научным доказательством антропогенного вклада в изменение климата стала работа американского климатолога Чарльза Килинга. Случилось это в 1958-м, когда он приступил к непрерывным наблюдениям за концентрацией углекислого газа в атмосфере (в обсерватории на вулкане Мауна-Лоа, Гавайские острова; замеры продолжаются по сей день). Первые же результаты показали, что среднегодовые температуры растут одновременно с концентрацией CO2.

Термин «глобальное потепление», которым обозначают рост глобальной температуры, наблюдающийся с конца XIX века и обусловленный антропогенными выбросами, первым употребил американский климатолог Уоллес Брокер в своей работе в 1975-м. В то время — 1970–1980 годы — по всему миру активно развивалось природоохранное движение. Проблема изменения климата, о которой до того знали только ученые, становилась публичной — на нее начали обращать внимание общественные активисты, политики и представители бизнеса.

Метеостанция на Северном полюсе
Фото: itchySan / iStock

Как мир борется с глобальным потеплением

В 1988 году в структуре ООН была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). Орган занялся оценкой рисков глобального потепления, его потенциальных последствий и вариантов борьбы с этим явлением на международном уровне. В 1990-м МГЭИК опубликовала свой первый доклад, в котором был сделан однозначный вывод: выбросы парниковых газов действительно приводят к дополнительному нагреву земной поверхности, и при сохранении современных темпов уже к середине XXI столетия будут достигнуты температуры, которых человечество еще не знало.

На основе этого заключения в 1992 году более 180 стран мира подписали Рамочную конвенцию ООН об изменении климата — первый международный документ, направленный на борьбу с глобальным потеплением. Впрочем, в этой конвенции не прописывались четкие цели и пути их достижения, а лишь очерчивались общие направления деятельности по снижению антропогенной нагрузки на атмосферу.

Первым же документом, где четко прописывались обязательства стран по сокращению выбросов, стал Киотский протокол, принятый в дополнение к конвенции в 1997 году. Страны мира договорились сократить свою эмиссию в 2008–2012 годах на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 года. Документ вступил в силу в 2005 году, однако оказался неэффективен. Квоты по выбросам он устанавливал лишь для нескольких развитых стран, причем США впоследствии из соглашения вышли, а остальные на этом фоне отказались выполнять свои обязательства.

В 2015 году на смену Киотскому протоколу пришло Парижское соглашение. Документ подписали 195 государств и Евросоюз, документ вступил в силу 4 ноября 2016 года. На настоящий момент его ратифицировали 186 стран и ЕС. Соглашение установило две ключевые цели:

• не допустить увеличения средней температуры на планете более чем на 2 °С от доиндустриального уровня к 2100 году;
• сделать все возможное для удержания потепления в пределах 1,5 °С.

Чтобы достичь их, стороны соглашения взяли на себя следующие обязательства:

• выработать национальные планы по снижению выбросов, технологическому перевооружению и адаптации к климатическим изменениям;
• пересматривать их в сторону повышения каждые пять лет;
• к 2020 году разработать национальные стратегии перехода на безуглеродную экономику, в которой промышленность не сжигает ископаемое топливо и не выбрасывает в атмосферу парниковые газы;
• начать в период 2050–2100 годов ограничивать выброс парниковых газов, получаемых в результате промышленной деятельности человека, до уровня, который деревья, почва и Мировой океан могут переработать естественным образом.

В последующие годы страны мира начали активно объявлять о планах по достижению углеродной нейтральности, то есть такого баланса парниковых выбросов, при котором вся эмиссия компенсируется поглощающей способностью экосистем страны. Первым государством, установившим цель по достижению углеродной нейтральности (к 2045 году) на законодательном уровне, стала Швеция в 2017 году. На сегодняшний день подобные цели задекларировали 136 стран мира. На них приходится 83% глобальной парниковой эмиссии, 80% населения планеты и 91% мирового ВВП.

Около половины этих государств ориентируются на достижение углеродной нейтральности после 2040 года, еще половина — после 2050-го. На июнь 2022-го у 65% стран эти цели закреплены на законодательном уровне. Для сравнения: в 2020-м таких государств было лишь 10%.

Россия ратифицировала Парижское соглашение 23 сентября 2019 года. Углеродной нейтральности страна планирует достигнуть к 2060 году. На это направлена стратегия низкоуглеродного развития страны, которую правительство РФ утвердило 1 ноября 2021-го.

Ожидаемые последствия глобального потепления

Согласно последним выводам МГЭИК, к 2100 году рост глобальной температуры от доиндустриального уровня (1850–1900 годов) по различным сценариям может составить от 1,5 °С до более 4 °С. Плохая новость — сценарий удержания потепления на уровне в 1,5 °С практически неосуществим. В докладе МГЭИК от августа 2021 года шансы на это оценивались в 50% при условии, что в атмосферу в период с 2020-го и до конца века будет выброшено не более 500 миллиардов тонн углекислого газа. Для этого мировые выбросы должны достичь своего пика до 2025 года, к 2030-му — снизиться на 43%, а к 2050 — упасть до нуля.

Однако тех обязательств, что страны мира взяли на себя на сегодняшний день, для этого недостаточно. Сейчас в атмосферу выбрасывается порядка 40 миллиардов тонн углекислого газа в год. При полном исполнении нынешних климатических обязательств эмиссия CO2 в ближайшие 10 лет не только не сократится, но и, более того, вырастет на 14%. В результате, по прогнозам экспертов, отметка в 1,5 °C будет пройдена к 2040 году.

Уже к середине века глобальное потепление грозит стать причиной глобального голода, дефицита питьевой воды и массовых переселений. Даже при уровне потепления в 1,5 °C человечество лишится 8% сельхозугодий. При потеплении на 2 °C — до 3 миллиардов человек, в том числе более трети населения Южной Европы, столкнутся с дефицитом воды.

Ожидается, что к 2030-му 700 миллионов человек будут вынуждены покинуть свои дома только в результате засух. Число беженцев возрастет, если учесть жителей побережий, которые окажутся вынуждены спасаться от повышения уровня моря. До конца века оно может составить 0,15–0,75 метров в зависимости от того, насколько теплее станет на планете.

Глобальное потепление угрожает не только человечеству, но и жизни на Земле в целом. При потеплении на 1,6 °C более 10% видов животных окажутся под угрозой вымирания. При потеплении на 2,1 °C эта доля вырастет до 20%, а при потеплении на 4 °C — до 40%.

Уже при потеплении на 1,5 °C исчезнет 70–90% всех коралловых рифов, которые обеспечивают значительную долю биоразнообразия океанов, выступая кормовой базой для тысяч видов морских животных. Если же температура поднимется на 2 °C они исчезнут полностью. Рост глобальной температуры на 3 °C серьезно повредит среду обитания 80% всех морских видов Индийского и Тихого океанов, после потепления на 4 °C половина из них вымрет.

Как видно, ничтожные шансы удержать потепление на уровне 1,5 °C — вовсе не повод опускать руки. Наоборот, миру необходимо приложить все усилия, чтобы сдержать глобальное потепление настолько, насколько это возможно, чтобы избежать самых страшных последствий.

Автор: Иван Болотов
Фото на обложке: Durand Thibaut / ABACA