НО ЧЕЛОВЕК ТУТ НЕ ПРИЧЁМ
Интервью журналу «Коммерсант-наука» директора Института биофизики Сибирского отделения РАН, академика РАН Андрея Георгиевича Дегерменджи.
— Почему Институт биофизики вдруг занялся проблемой глобального потепления?
— Имея тридцатилетний опыт создания замкнутой системы жизнеобеспечения для лунного модуля, ученые этого института отлично представляли себе, как она работает. И хотя система на Земле устроена гораздо сложнее, чем в герметичном космическом модуле, основные принципы круговорота веществ никто не отменял. Так российские биофизики взялись за изучение глобальной международной проблемы. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) за десятилетия своей работы создала подробнейшую модельную карту климата на Земле, включая чуть не каждый квадратный километр площади планеты.
Эти гигантские модели рассчитываются на суперкомпьютерах и учитывают все процессы на описываемых ими территориях и все факторы, влияющие на выделение и поглощение парниковых газов. На основании этой модельной карты уже многие годы строятся прогнозы, которые уверенно говорят о стремительном потеплении климата нашей планеты — примерно на 1-2 градуса за 100 лет. Причем немаловажную роль в этих исследованиях отводят сжиганию углеводородного топлива, усиливающего парниковый эффект. И хотя доля человеческой деятельности в общем количестве выделяемого в атмосферу углекислого газа крайне невелика, мировым сообществом утверждается, что она-то и нарушает природный баланс. Именно с ней наша планета и не может справиться, когда происходит поглощение углекислого газа лесами, океаническими системами и некоторыми другими естественными способами.
Но если многие годы Земля стабильно нагревалась на 0,1 градуса в десятилетие, то за последние 10-13 лет средняя температура нашей планеты не изменилась, хотя углеводородов сжигают не меньше, и количество углекислого газа в атмосфере продолжает неуклонно расти — ежегодно в атмосферу выбрасывается порядка 8-6 гигатонн углерода в виде СО2. Значит, модели IPCC что-то не учитывают. В международном сообществе принято называть эту остановку климатической паузой. Имеется в виду, что данное явление носит временный характер и связано с неучтенными в глобальных имитационных моделях затратами тепла, например, на таяние вечной мерзлоты. Но расчетов этих версий никто не производил. Эта затянувшаяся пауза так заинтересовала сотрудников Института биофизики СО РАН, что они отважились предложить более эффективный метод расчетов, чем официально принятый в мировом сообществе.
— Какие решения проблемы парниковых газов вы предлагаете мировому научному сообществу?
— Проблема заключается в выяснении основного механизма роста средней температуры на Земле. Об этом в мире спорят уже много лет. Ученые ИБФ СО РАН предложили отойти от кажущихся точными имитационных моделей климата и упростить расчеты, оптимизировав их для ответа на принципиальные вопросы. Если вы едете зимой в автобусе и смотрите на заледеневшее окно, то видите на нем четкую изотерму нулевой температуры, выше которой положительная температура, а ниже отрицательная, то есть все стекло под ней покрыто льдом. Кривая этого ледового контура бывает достаточно изощренная. И если бы мы поставили задачу описать все факторы, влияющие на ее изгибы, то получилось бы очень сложное уравнение. Во-первых, тепло выделяет мотор автобуса, во-вторых, в него заходят люди, которые сначала впускают морозный воздух, а затем выдыхают тепло. Одни из них сидят прямо у окна, другие проходят мимо. Одни едут молча, другие разговаривают, создавая дополнительные колебания воздуха, влаги и ускоряя теплообменные процессы. Даже если женщина в автобусе красит губы, она уже дышит иначе и выделяет другое количество тепла и пара.
Если автобус долго едет без остановок, кромка льда опускается все ниже и площадь оттаивания растет. Все многообразные детали этих процессов, конечно, можно попытаться учесть и составить громоздкое уравнение, которое будет рассчитывать специальная программа. Но, как гласит пословица, за деревьями леса не видно. На самом же деле, чтобы вычислить, замерзнет ли окно или пассажирам будет видно, где проезжает автобус, совсем не обязательно рассчитывать все изгибы ледяной кромки. Достаточно понять, от чего зависят крайние положения кромки льда. Это рабочая модель для проверки возможности наихудших сценариев. Замерзнет ли окно целиком? При каких условиях кромка льда поднимется так высоко, что пассажирам ничего не будет видно? В этом и есть суть предлагаемого подхода: рассматривать крайние, маргинальные сценарии («наихудший»), что и представляет главный практический интерес.
— После упрощения модели что-то удалось выяснить?
— Возвращаясь из автобуса на Землю, при расчетах выделения и поглощения СО₂ мы должны учитывать только те факторы, которые приведут (либо не приведут) к необратимой точке глобального потепления. То есть к началу цепной реакции, которую будет уже невозможно остановить, даже если все страны мира в одно мгновение прекратят сжигать углеводородное топливо. Разумеется, в этих расчетах учитываются и все основные балансирующие процессы, которые непрерывно происходят на планете.
Обрезав все детали, мы, казалось бы, рискуем потерять точность расчетов. Но практика уже показала, что эта точность эфемерная. Все детали учесть невозможно, зато громоздкие расчеты имитационных моделей не дают четких ответов на волнующие общество вопросы. Именно поэтому нужно использовать расчеты по принципу наихудшего сценария, поочередно включая и выключая из расчетов разные факторы и наблюдая, как их отсутствие или наличие влияет на развитие ситуации. Так, например, мы выяснили, что способность океанического планктона поглощать и накапливать СО2 явно переоценена. Она полностью компенсируется тем, что при потреблении планктона гетеротрофами (рыбами и другими морскими животными) происходит быстрое обратное возвращение углекислого газа. Иначе говоря, «биологический» океан на ситуацию с СО2 никак не влияет. А вот северная лесополоса в сезон от весны до осени очень заметно снижает содержание углекислого газа в атмосфере планеты. Но и здесь есть место для споров.
Как нам представляется, оптимальная температура для фотосинтеза +14°С. Это средняя температура на Земле, к которой за многие тысячелетия растительность хорошо адаптировалась. При ее повышении фотосинтез может уменьшиться, зато все органические процессы в почве (перегнивание остатков растений) с выделением углекислого газа усиливаются. Даже если некоторые из них лучше проходили при более низкой температуре, нужно понимать, что микробам намного легче перестроиться (сукцессия, адаптация) на новый температурный режим, чем деревьям. Некоторые ученые уверены, что средний планетарный фотосинтез тоже будет расти при повышении температуры, но на самом деле этот вопрос никто не изучал.
Другими словами, уточнения требуют далеко не все факторы, а лишь принципиальные, которые включены в модели наихудшего сценария. Многие параметры из них можно измерять со спутников. Другие — наземными способами. Сегодня, чтобы уточнить наихудший сценарий, нужно быстрее объединить в единую систему все имеющиеся доступные способы сбора информации. Модели ИБФ впервые показали возможность существования так называемой «даты необратимости», после которой даже полная остановка сжигания топлив не прекратит глобального потепления.
— А какой из оставшихся параметров можно считать самым важным?
— Самый главный параметр всех моделей — это чувствительность атмосферы. На сколько градусов повышается средняя температура на Земле при увеличении (удвоении) углекислого газа в атмосфере? Но именно этот параметр рассчитать сложнее всего. Ведь точных расчетов невозможно произвести, а парниковый эффект дает не только углекислый газ от сжигаемых топлив, но и природный метан, причем несравнимо больше. Например, запасы метана в арктических землях составляют тысячи гигатонн (Гт). Если данные территории начнут оттаивать, точка необратимости будет достигнута очень быстро. На эти исследования совместно с Институтом биологических проблем криолитозоны СО РАН в Якутске в прошлом году был выделен грант Президиума РАН. Полутораметровые колонки мерзлой тундровой земли (части экосистем) привезли в холодильниках для исследований в Красноярск. Сейчас их изучают в специальных, сконструированных нами лабораторных замкнутых мини-экосистемах, изменяя условия: температурный режим, давление, влажность и фиксируя органические процессы с поглощением и выделением парниковых газов.
Есть и другие теоретические находки. Если вычесть из сложной температурной кривой за последние сто лет вулканическую деятельность, Эль-Ниньо (колебания температуры поверхности океана) и другие известные факторы, то окажется, что она росла вовсе не постепенно по мере увеличения в атмосфере парниковых газов, а резкими скачками — двумя ступеньками высотой в градус. Откуда взялись такие скачки, непонятно. А это значит, что во всех существующих моделях опять что-то не учтено.
Используя свои модели, биофизики попытались засадить виртуальным лесом практически всю планету и выяснили, что даже это не спасет от глобального потепления. Возможности биосферы Земли оказались практически исчерпаны. И хотя геологи, мыслящие в масштабах тысяч и миллионов лет, успокаивают, что такие циклы потепления и похолодания происходили на Земле неоднократно, не менее пугающе от этого выглядят прогнозы мощных наводнений и потопов, обещающих смыть с ее лица многие города и страны. Красноярские ученые советуют своим голландским и английским коллегам перебираться в Сибирь, подальше от грядущих катастроф, но жителям тех стран эти шутки не кажутся смешными.
Вопросы задавала Мария РОГОВАЯ.
Опубликовано в журнале «Коммерсант-наука» № 3 за 2015 год.
Источник: http://ecoznay.ru/publ/intervju/no_chelovek_tut_ne_prichjom/2-1-0-2094
