Но, я подозреваю, многие против нее только потому, что ее прогнозы чудовищны.
Обычно, когда говорят о глобальном потеплении, пугают повышением уровня океана на пару метров за сто лет, что больше похоже не на запугивание, а на попытку успокоить.
Термин "Парниковая катастрофа" в науку был введен Алексеем Карнауховым, который произвел рассчеты необратимого повышения температуры и содержания углекислого газа в атмосфере. Речь идет не просто о глобальном потеплении, а о процессе безудержного разогрева атмосферы, который начнет усиливать сам себя.
По его рассчетам температура за счет обратной связи будет все возрастать пока не начнет кипеть вода океанов, но и после этого продолжит повышаться, пока условия на нашей планете станут напоминать условия на Венере. При этом атмосферное давление даже превысит венерианское из-за испарившейся воды океанов.
Вода океанов поглощает избыток углекислолго газа из атмосферы, растворяя его в себе. Есть области, где глубина больше забирает, а есть и такие места, где он выделяется обратно.
Пока еще поглощается больше, чем возвращается.
В океанах содержится в 60 раз больше углекислого газа чем в самой атмосфере. Но его растворимость в теплой воде меньше чем в холодной. И углекислый газ начнет выделяться как из перегретой газировки. Процесс начнет самоускорятся.
Правда это, поначалу, не особо быстрый процесс, по сравнению с другой проблемой.
По данным Ларри Смита, гидролога из университета штата Калифорния в Лос-Анджелесе, в Западной Сибири сосредоточена четверть мирового объема метана - около 70 миллиардов тонн.
В статье "Начало северной парниковой катастрофы" я предупреждал, что в нынешних условиях увеличивается возможность сочетания нескольких факторов, которые могут подтолкнуть к сценарию Карнаухова раньше, чем многие этого ожидают. Вероятность этого оценить сложно, скорее всего она не велика, но последствия настолько чудовищны, что проблема требует самого пристального внимания.
Метан является более сильным парниковым газом чем углекислый. Весьма опасны метановые гидраты на дне океанов. Если произойдет повышение температуры воды на дне то гидраты начнут массово разлагаться и в атмосферу начнет поступать огромное количество как самого метана так и углекислого газа, образующегося в процессе окисления метана. В океанических метан-гидратах содержится примерно 10 тысяч Гт. углерода, что более чем в 10 раз превышает количество атмосферного углерода.
Самое значительное количество углекислого газа содержится в земной коре в виде карбонатов (известняк, мел, доломит и другие минералы). Там его в 50 000 раз больше чем в атмосфере. Но это отдельная тема, поскольку напрямую перегрев атмосферы на разложение подземных карбонатов еще очень долго влиять не будет.
Становится понятно, что опасность самоусиления разогрева атмосферы вполне реальна.
Противоречит модели Парниковой катастрофы то, что она не произошла в прошлом. Ведь, согласно палеонтологическим данным, в прошлом уже были периоды когда температура на поверхности планеты была чувствительно выше современной.
Почему все живое не сварилось насмерть от ускоряющегося прегрева атмосферы еще в мезозойскую эру?
Углекислый газ все время поступал в атмосферу из вулканов и накапливался со временем. Моря и океаны всегда поглощали углекислый газ и связывали в виде карбонатов.
Считается, что наиболее опасны залповые выбросы парниковых газов, когда природа не успевает его связывать. Например, когда он накопился в виде каких-либо газогидратов за время ледникового периода.
Рассуждения о глобальном потеплении кажутся очень далекими от повседневной жизни, если не попробовать самостоятельно проверить мощь парникового эффекта.
Если вы, где-нибудь на даче, сделаете ящик со стеклянной крышкой, дно и стенки которого изнутри покрасите в черный цвет, то в солнечный день температура внутри ящика достигнет 90 градусов.
А если ящик хорошо утеплить, а стекло сделать многослойным, то воздух внутри ящика может прогреться и до 200 градусов.
На первый взгляд кажется это и есть тот реальный предел, до которого может довести планету Земля парниковая катастрофа. Это не так ужасно как на Венере, но все равно не совместимо с жизнью.
Всего за трое суток Солнце посылает на Землю примерно столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных ископаемых запасах нефти, угля и газа.
Действие парникового эффекта известно всем. Солнце нагревает поверхность земли. Атмосфера прозрачна для света и мало от него сама нагревается, в основном от теплой земли. Нагретая за день земля излучает тепло в космическое пространство и за ночь охлаждается. Но углекислый газ, метан и другие парниковые газы могут поглощать инфракрасные лучи, и тепло уже меньше уходит в космос.
В первую очередь парниковый эффект проявится тем, что ночью не стает прохладнее, ночные температуры будут все меньше отличаться от дневных, но днем станет еще жарче, теплу станет труднее уходить.
Давно распространено мнение, что потепление увеличит испаряемость, поэтому образуется больше облаков, которые отражают солнечный свет, меньше пропуская его до поверхности земли. Это будет противодействовать нагреву. Однако, с этим не всё однозначно.
Повышение температуры на 1 градус увеличивает емкость воздуха для влаги на 7%, а водяной пар сам по себе парниковый газ. И за счет большого содержания его влияние даже в несколько раз сильнее, чем у углекислого газа.
При температуре -30 градусов в кубометре воздуха содержится всего 0,3 грамма пара, холодный воздух сухой. А при температуре +30 градусов уже 30 грамм испаренной воды.
Сейчас в атмосфере планеты, в среднем, примерно 4% водяного пара. Ежегодно с морей и континентов в атмосферу испаряется больше полумиллиона кубических километров воды, и столько же выпадает обратно.
Но почему же больше внимания ученых вызывает углекислый газ и метан, если их влияние слабее? А потому что содержание углекислого газа в воздухе не меняется от погодных условий, он проще для долговременных прогнозов, а водяной пар непостоянен, он может то становиться непрозрачными облаками, то выпадать дождем. Он слишком зависит от меняющихся обстоятельств. С ним всё очень сложно, его действие на климат разнонаправленно.
Те области, которые не прикрыты облаками, из-за водяного пара в воздухе будут сильнее нагреваться.
Облака тоже не всегда закрывают от солнца, ночью они как одеяло, мешают охлаждению. Кто часто ночевал на природе, знает насколько облачная ночь теплее, чем ясная. Поэтому очень многое зависит от соотношения между дневной и ночной облачностью. От географического расположения облаков. Если солнечно будет в жарких странах, а холодные широты прикроет облачность, мешая охлаждению?
Климатические модели, рассчитываемые на суперкомпьютерах, очень сложные, порой избыточно сложные. Но при этом неполноценные, потому что учитывают не все факторы. Например, недооценивают влияние некоторых геологических явлений, о которых у разных научных школ в геологии до сих пор нет одного мнения, хотя тихое противостояние ведется десятилетиями. В таком случае климатические модели просто не могут быть правильными, как ни увеличивай их сложность.
Насыщение атмосферы углекислым газом повышает продуктивность растений, они его поглощают. Однако, эффект этот проявляется при прочих благоприятных условиях, при достаточном количестве влаги и освещенности.
Про пользу парникового эффекта собираюсь написать отдельную статью. Во все предыдущие времена, кроме двух опасных моментов, парниковый эффект чаще спасал жизнь на планете, а не угрожал ей.
Глобальное потепление - это подушка безопасности, которая ослабит губительность влияния катастроф вроде ядерных войн, извержения супервулкана или падения астероида. Впрочем, падение не мелкого астероида настолько редкое событие по сравнению с краткостью жизни современной цивилизации, что его можно всерьез не рассматривать.
Однако представим, что потепление зашло дальше, чем желательно, и его не получается остановить.
Понятно, что при очень высоком содержании парниковых газов охлаждение поверхности через излучение будет ослаблено.
Но единственный ли это способ охлаждения?
Я давно увлекался астрофизикой, и мне сразу вспоминаются схемы строения разных звезд, с оболчками вокруг ядра, которые называются "зона лучистого переноса" и "зона конвекции". Там, где невозможен лучистый перенос энергии, сильно развивается конвективные потоки.
Чем непрозрачнее для выхода тепла станет атмосфера, тем сильнее разовьются конвективные процессы. Если тепло не может улетучиваться в космос прямо от поверхности земли, то оно будет подниматься вверх с потоками нагретого воздуха и излучатся уже с границы тропосферы, или даже выше. Кроме того, из-за нагрева испаряемость повысится, воздух над океанами будет более влажным. А теплоемкость воды весьма велика, она может переносить много тепла. Пар - это один из самых легких газов.
Так что парниковый перегрев приведет к возникновению мощных восходящих потоков воздуха, граница тропосферы поднимется, и в ней будет возникать много огромных и высоких кучевых облаков.
Но восходящие потоки влажного воздуха это уже нечто большее чем просто сухие восходящие потоки. Они несут немало тепловой энергии, отдавая которую на большой высоте, влага конденсируется и выпадает ливнем за пределами всасывающей воронки. За счет нагретого влажного воздуха существуют тропические ураганы.
Еще резче подобный эффект всасывания и конденсации проявляется в торнадо. Конвекция с участием воды очень сильна, потому, что поднимается пар, который легче воздуха, а возвращается падающая вода, которая многократно тяжелее воздуха.
При усилении парникового эффекта планета начнет всё больше переходить к конвекционному режиму охлаждения. Это означает, что интенсивность и количество ураганов и торнадо возрастет настолько, что они станут не редким стихийным бедствием, а постоянной повседневной реальностью.
Районы зарождения ураганов начнут все ближе смещаться к полюсам.
Мощность ураганов тоже возрастет. Возможно мы даже не имеем представления насколько мощными могут быть ураганы в парниковой атмосфере.
Ураганы пятой категории при скорости ветра больше 71 м/с, но как бы не пришлось вводить новые категории для ураганов. В наше время в энергию ветров на планете переходит только малая часть солнечного нагрева. Так что есть еще куда расти мощности стихийных явлений.
Вероятно, проблемы с отсутствием охлаждения атмосферы Венеры связаны с тем, что там нет такого хорошего теплоносителя как вода, не могут проявить себя мощные процессы, связанные с испарением и конденсацией водяного пара.
В далеком прошлом были периоды когда температура на планете была достаточно высокой и мог преобладать конвективный режим.
Обратите внимание на строение шкуры динозавров. Она защищала не только от клыков и когтей.
Каков главный поражающий фактор урагана в дикой природе? Это обломки быстро несомых ветром ветвей и сучьев, падающие деревья. Все эти палки и щепки могут разгонятся ураганом до скорости стрелы, могут глубоко вонзаться, бить и калечить. Понятно, что всем относительно крупным динозаврам, которые из-за размера не могли найти укрытие в норах и оврагах, просто необходимо было иметь бронированную шкуру.
И бронирована она серьезно. Порой даже у средних по размеру динозавров доходила до толщины 10 см и была бы, наверное, непробиваема для пуль.
И хотя парниковая катастрофа, возможно, не грозит сварить нас всех в кипятке, но превращение Земли в планету бурь все равно будет иметь значительные последствия для человечества.
Ни одно обычное здание не сможет долго выдерживать непрерывные ураганы, которые станут не только особенностью тропических областей, но и почти всей поверхности планеты. Жилища все больше будут напоминать бетонные бункеры и бомбоубежища.
Но к тому времени, если проявится благоразумие, цивилизация научится меньше зависеть от обычного сельского хозяйства, которое становится рискованной авантюрой в условиях непрерывных ураганов и прочих климатических бедствий.
Итак, после этих рассуждений, мне кажется, что парниковая катастрофа не может произойти в точном соответствии с теоретическими рассчетами Карнаухова, но парниковый эффект приведет к преобладанию интенсивного конвективного режима охлаждения планеты, что тоже превратит существование в непрерывную катастрофу.
Это не значит, что конвекция полностью предотвратит повышение температуры, но отдалит момент когда температура станет несовместимой с жизнью.
Поэтому представим, что и на этом потепление не остановилось.
Закипит ли земной океан, даже если температура достигнет 100 градусов? Когда физик Бялко рассуждал об этом в своей книге, вряд ли он тогда имел в виду парниковую катастрофу, которой тогда никого не пугали. Но ответил на вопрос: нет.
Бурно испаряющаяся вода, переходящая в воздух, начнет повышать атмосферное давление. А при высоком давлении и температура кипения воды выше. И так процесс разогрева может продолжаться долго.
Если вся вода перейдет в атмосферу, то давление будет в 267 раз больше нынешнего, посколько масса воды океанов в 266 раз больше массы атмосферы.
Однако, давление 267 атмосфер выше, чем критическое давление водяного пара 218 атмосфер.
Поэтому при повышении температуры исчезновение океана будет происходить так: атмосфера всё больше будет насыщаться водяным паром, вплоть до момента, когда давление его у поверхности станет равным критическому. Происходит это при критической температуре, которая для воды равна 374 градуса. При этом граница между водой и атмосферой исчезнет, а давление у бывшего океанского дна будет 267 атмосфер.
Но я добавлю, что кроме того надо учитывать выделение связанной воды из грунта, кристаллизационной воды при нагреве минералов. Многие теряют ее при 100 градусах или выше. Так что давление будет еще больше.
О неизбежности смертельного разогрева планеты раньше упоминали только всвязи с естественной эволюцией нашей желтой звезды. Светимость за все миллиарды лет ее существования очень медленно возрастала, но потом этот процесс пойдет быстрее. Внешние слои звезды разбухают от нагрева.
За следующие пять миллиардов лет Солнце раздуется, постепенно становясь красным гигантом. Его поверхность будет менее горяча, но за счет огромной площади поверхности светимость возрастает в сотни раз.
Но на самом деле наша планета станет непригодна для жизни гораздо раньше.
Рави Коппаропу из университета штата Пенсильвания с колегами рассчитали, что для выпаривания всей воды на Земле достаточно чтобы количество солнечного света, достигающего планеты выросло всего на 6%. При нышеншних темпах увеличения яркости Солнца чуть более 1% за 100 миллионов лет.
То есть через 600 миллионов лет окончательная парниковая катастрофа будет низбежной по естественным причинам.
Но это тоже оптимистические оценки, потому что всё это может случиться гораздо раньше. Вспомним великое пермское вымирание, когда исчезло до 96% видов. Сейчас распространено мнение, что причиной вымирания был очень быстро развившийся и очень сильный парниковый эффект из-за вулканизма. Но 252 миллиона лет назад светимость Солнца была примерно на 2,5% меньше современной. Если бы такие пермь-триасовые события произошли сейчас, то планета бы сварилась.
Призадумайтесь, что наша планета вся из горячего материала, кроме очень тонкой пленки на поверхности.
При диаметре больше 12740 километров, уже на глубине от 3 километров в шахтах почти невозможно работать человеку без охлаждения. На глубине всего 20 километров горная порода уже багрово светится.
Представьте планету Земля в виде тяжелого шара высотой до потолка обычной комнаты. Тогда под слоем в пару миллиметров прикосновение уже обжигало бы руки, а под слоем в полсантиметра уже раскаленная магма.
Но жизнь существует на тончайшем слое поверхности уже очень давно.
Есть, кстати, геологические гипотезы, которые сулят нашей планете не больше сотни миллионов лет жизни по внутренним причинам, а потом расплавление коры. Она ведь очень тонкая по сравнению с раскаленным изнутри шаром планеты. Осадочные породы прогреются снизу, из-за разложения карбонатов выделится столько углекислого газа и выкипит из океанов столько водяного пара, что атмосферное давление будет в несколько раз больше чем на Венере. Здесь речь про якобы обнаруженную очень сильную (десятикратную) недооценку содержания радиоактивных элементов, нагревающих недра. Поскольку ошибочно судить о внутренностях планет земной группы по обломкам астероидов. Которые сформировались в других условиях из другого материала, и никогда не были обломками землеподобной планеты.
В теории Ларина о металлогидридном ядре говорится, что теплота распада радиоактивных элементов глубин планеты вызывает распад гидридов и увеличение объема. То есть тепловая энергия тратится на преодоление давления колоссальных по весу пластов.
Тепловой поток из недр Земли смехотворно мал: всего 30 тераватт. Это на четыре порядка меньше получаемого от Солнца. Но если процесс разуплотнения идет с поглощением энергии, то понятно почему он такой слабый.
Но когда распад гидридов закончится, радиогенное тепло больше не будет тратится на расширение и начнется разогрев. Возможно на Венере это уже произошло и планета погибла. Толстая парниковая атмосфера не выпускала и внутреннее тепло. На Венере концентрация радиоактивных элементов больше, поскольку уран и калий-40 легко ионизируются, и в процессе магнитной сепарации элементов на начальных статиях образования Солнечной системы из протопланетного диска, они остались ближе к центру.
Земная кора будет переплавлена, все запасы углекислого газа из карбонатов (известняков, доломита, мрамора), воды из океанов и минералов будут испарены, образуя плотнейшую раскаленную атмосферу. Это будет даже страшнее, чем сейчас Венера.
В отличие от проблемы со светимостью Солнца, от которого, теоретически, можно как-то прикрыться зеркалами, в этом случае ничего не возможно сделать.