Страсти вокруг изменения климата

Научный консенсус — фраза, которую можно часто слышать в связи с вопросом антропогенного влияния на изменение климата. Достигнут ли консенсус по этому вопросу? Да. В чём заключается ошибка климатических «скептиков»? Почему проблема глобального потепления реальна?

Научный консенсус, изменение климата и вакцинация

Одно из преимуществ скептических сообществ — готовность его сторонников обсуждать важные аспекты соотношения науки с тем, что публика принимает и должна принимать за истину. Мы не просто разбираемся с конкретными вопросами, а ещё и исследуем более общую проблему процесса принятия знаний. К примеру, насколько следует доверять единому мнению научного сообщества по какому-либо вопросу, и не считается ли это апелляцией к авторитету?

В ходе обсуждения проблемы изменения климата этот вопрос недавно вышел на передний план. В вопросах существования призраков, снежного человека и НЛО критически мыслящие люди выступают относительно единым фронтом. Но когда речь заходит о ряде тем вроде изменения климата, возникают разногласия в том, что значит достичь единого мнения, что считать единым мнением, и даже в определении самого термина «скептик».

Единое мнение и авторитет

Отсылка к мнению научного сообщества — не то же, что логическая ошибка под названием «апелляция к авторитету». Апелляция к авторитету — это аргумент, построенный по такой схеме, в которой утверждение объявляется верным только лишь потому, что его высказал некто, обладающий (научным или иным) авторитетом. Эту ошибку рассуждения допускает большинство из нас в детства: верным считается всё, что говорит взрослый, или учитель, или «учёный» из выпуска новостей.

По мере того, как мы взрослеем и пополняем багаж знаний, постепенно подходит тот рубеж, пересекая который мы уже достаточно уверены в собственном суждении, чтобы положиться на него — если оно идёт вразрез с мнением авторитета. Для подростков это нечто само собой разумеющееся. Но отрицание авторитета лишь на том основании, что это авторитет, — конечно, сверхкомпенсация. В идеале, повзрослев, мы достигаем некоего равновесия, при котором принимаем авторитет источника, но понимаем пределы его компетенции и не ставим его на замену независимому мышлению.

Вопрос авторитета в науке был детально проработан; этой теме посвящено много отличных статей. Поскольку точный и надёжный научный метод позиционируется как самый лучший способ познания природы и мира, мы ему в известной степени доверяем. Понятно, что бывают и сфальсифицированные исследования, и плохо поставленные эксперименты, но обычно, если различные исследования единодушно указывают на один и тот же результат, мы доверяем и исследованию, и его выводам.

Однако наука сложна, и немногим учёным удаётся постичь что-то за пределами своей узкой области научной компетенции. Поэтому для понимания явлений, лежащих вне области компетенции (а для не-учёных это — вся наука целиком), на мой взгляд, наиболее хорош «гибридный» подход. Для начала надо узнать единое мнение научного сообщества по теме: выяснить, в чём учёные убеждены, в чём согласны и в чём есть обоснованные противоречия. Насколько они уверены в своих выводах, и насколько мнение по конкретному вопросу едино?

Вдобавок, заинтересовавшиеся проблемой захотят самостоятельно изучить экспериментальные данные и их влияние на научное мнение. Но в то же время необходимо отдавать себе отчёт в том, что понимание научных данных специалистом — на порядок глубже понимания их любителем. К примеру, я читал много статей про археоптерикса — переходный вид между звероногими динозаврами и современными птицами. Я могу блеснуть познанием некоторых деталей строения, относящих археоптерикса к переходным видам — например, о наличии зубов и длинного костного хвоста. Но помимо этих деталей есть другие, которые я не в состоянии оценить, так как это потребует нескольких месяцев или даже лет обучения, практики, личного опыта исследования и описания окаменелых останков и работы с самыми подробными литературными источниками. Поэтому, в конечном счёте, я доверяю экспертам истолковать находки, не говоря уже о первичном восстановлении останков. Я лишь могу постараться понять результаты на максимально доступном мне уровне.

Мой вывод таков, что пренебрегать устоявшимся мнением научных экспертов в пользу своей наивной неэкспертной оценки в высокотехничной научной дисциплине — исключительно высокомерно.

Однако есть и другие сложности. Во-первых, единое мнение верно не всегда, а лишь в большинстве случаев. Поэтому про любую научную проблему можно подумать, что это как раз тот редкий случай, когда научное сообщество неправо. К тому же, всегда есть мнение меньшинства экспертов, которые тоже компетентны, но интерпретируют полученные данные иначе. Поэтому не эксперт всегда сможет найти учёного-единомышленника и сказать себе: «Вот, со мной согласен эксперт», что не особо убедительно, поскольку меньшинство экспертов в меньшинстве не без причины, и их мнение зачастую оказывается ложным. (Хотя эти эксперты продолжают служить на благо науки своими аргументами и анализом вопроса.)

Далее, я считаю, есть набор навыков, применимых, с некоторыми поправками, к любой научной области. Общеизвестны научная методология и типичные признаки патологии научного процесса. Признаки патологии можно распознать в научной дисциплине, даже не будучи в ней специалистом. Но и в таких случаях внешняя критика должна высказываться с особой осторожностью. Главный вопрос — в том, что должно быть основанием научной критики — наличие у критика детальных технических знаний в заданной области или присутствие в гипотезе фундаментально неверных положений или методов. Даже в последнем случае будет разумно обратиться к настоящему эксперту в области — вдруг вы что-нибудь упустили.

В качестве примера предлагаю критику теории эволюции небиологами Фодором (Fodor) и Пиателли-Пальмарини (Piattelli-Palmarini). В статье П.З. Майерс (P.Z. Myers) поясняет, что пошло не так: ими допущена масса просчётов, начиная от степени уважения к единому мнению и заканчивая переоценкой уровня собственных технических знаний вне области их компетенции.

Изменение климата

Что касается изменения климата, то при оценке научного мнения в этом вопросе нас ждёт весь спектр сложностей. Чаще всего неспециалисты принимают или отвергают влияние человека на изменение климата в зависимости от своих политических и мировоззренческих убеждений. Это иллюстрирует тот факт, что большинство людей оценивает научные данные необъективно и лишь вписывает их в собственную идеологию.

В статье «Убеждение в изменение климата зависит от мировоззрения» («Belief In Climate Change Hinges On Worldview») приводятся слова Дона Брэмэна (Don Braman), члена преподавателя состава Университета Джорджа Вашингтона и участника проекта «Культурологическое восприятие» (The Cultural Cognition Project):

«Люди стремятся видоизменять полученную информацию так, чтобы она вписывалась в их культурный кругозор, в их мировоззрение».

В рамках проекта проведено несколько подтверждающих это экспериментов. В той же статье приводятся слова Роберта Кеннеди младшего (Robert Kennedy Jr.):

«98% исследователей-климатологов на планете утверждают, что глобальное потепление реально и что его последствия будут катастрофичны. Но есть 2% учёных, несогласных с этим. У меня есть выбор — верить 98 или 2%».

Это — основной аргумент в пользу того, чтобы согласиться с общепринятым мнением. Однако Роберт Кеннеди не всегда согласен с большинством — он, например, не согласен по вопросу вакцин, считая, что вакцины — умышленный обман широкой публики (точно такое же мнение имеют противники глобального потепления о едином взгляде учёных на глобальное потепление). Это делает Роберта Кеннеди лицемером: когда мнение научного сообщества служит его интересам, он принимает его и ссылается на его авторитет; а когда оно идёт вразрез с его представлениями — с лёгкостью его отвергает, выдумывая при этом абсурдные конспирологические теории, от которых покраснел бы даже Джесси Вентура.

Однако Кеннеди в этом не одинок — похоже, большинство людей поступает так практически всегда. Я бы даже сказал, что если наше научное мнение о противоречивой проблеме соответствует нашим личным убеждениям (научным, социальным, религиозным), мы должны быть особенно подозрительны — самое время сделать шаг назад и допросить себя с пристрастием, подвергая свои убеждения проверке. При этом важно, чтобы наш самодопрос был последователен — не цитируем ли мы мнение научного сообщества в одних вопросах и отвергаем его в других? Не упоминаем ли мы про личную заинтересованность исследователей, чьи выводы нам не нравятся, и забываем об этом тогда, когда выводы учёных подтверждают наше мнение?

Научный скептицизм

Быть скептиком — это, в том числе, значит выкручивать руки самому себе при исследовании перечисленных вопросов, особенно когда они касаются собственных убеждений. Вопрос научного консенсуса сложен, и моё собственное понимание его развивалось долгие годы по мере того, как я обсуждал его с другими скептиками и предпринимал попытки применить его к конкретным научным проблемам. Этот вопрос требует пристального изучения.

Стивен Новелла. «Scientific Consensus, Climate Change, and Vaccines».

В чём заключается ошибка климатических «скептиков»

В процессе развития любой научной теории существовал этап, когда её поддерживало меньшинство учёных, либо вообще один человек, до того, как было собрано достаточное количество доказательств для её всеобщего принятия. Как это происходит?

Ответом на этот вопрос может стать принцип, названный философом науки XIX века Уильямом Уэвеллом (William Whewell) «непротиворечивостью индукций». Для того, чтобы теория стала признанной, говорит Уэвелл, она должна основываться на более чем одном индуктивном умозаключении — или одном обобщении, сделанном на основе отдельных фактов. Теория должна иметь несколько выводов, сходящихся один к другому независимо, но в совокупности. «Соответственно, случаи, когда выводы из классов фактов, сами по себе различные, сочетаются вместе, — пишет он в 1840 г. в книге "Философия индуктивных наук", принадлежат к лучшим общепризнанным теориям в истории науки». Назовём это явление «схождением доказательств».

Научный консенсус — фраза, которую можно часто слышать сейчас в связи с вопросом антропогенного влияния на глобальное потепление. Достигнут ли консенсус по этому вопросу? Да.

Десятки тысяч учёных, являющихся членами Американской ассоциации содействия развитию науки, Американского химического общества, Американского геофизического союза, Американской медицинской ассоциации, Американского метеорологического общества, Геологического общества Америки, Национальной академии наук США и особенно Межправительственной группы экспертов по изменению климата, все сходятся во мнении, что глобальное потепление вызвано деятельностью человека. Почему? Не из-за поддержки этого мнения огромным количеством учёных. В конце концов, наука не делается путём голосования.

Повышение концентрации углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере увеличивает естественный парниковый эффект, тем самым повышая уровень радиационной энергии, допустимый для поверхности Земли и нижних слоев атмосферы. Если увеличение этой энергии не компенсируется другими процессами, это приводит к потеплению.

Как сказал Альберт Эйнштейн в ответ на книгу под названием «100 авторов против Эйнштейна», вышедшую в 1931 году и посвящённую критике теории относительности: «Почему 100? Если я не прав, то будет достаточно одного».

Ответ заключается в том, что данные из самых разных источников сходятся — пыльца, годовые кольца деревьев, керны льда, кораллы, таяние ледников и полярных льдов, подъём уровня моря, экологические сдвиги, повышение уровня углекислого газа, беспрецедентный рост температуры, все они позволяют сделать единый вывод.

Противники теории антропогенного влияния указывают на наличие случайных аномалий в отдельных наборах данных, как если бы наличие одного несоответствия опровергало все прочие доказательства. Однако противоречивость в науке так не работает.

Чтобы опровергнуть сложившийся консенсус, противники теории антропогенного влияния должны найти дефекты во всех наборах данных, подтверждающих эту теорию, и показать устойчивую сходимость доказательств в пользу другой теории, объясняющей данные. (Креационисты сталкиваются с такой же проблемой при опровержении эволюции). Сделано этого не было.

В исследовании, опубликованном в 2013 г. в научном журнале Environmental Research Letters австралийскими исследователями Джоном Куком (John Cook), Даном Нучителли (Dana Nuccitelli) и их коллегами, было проведено изучение 11 944 научных статей, посвящённых изменениям климата и опубликованных с 1991 по 2011 гг.

Во всех этих статьях, в которых высказывалась позиция по антропогенному влиянию на климат, в примерно 97% случаев авторы приходят к выводу, что изменение климата действительно имеет место и вызвано деятельностью человека. Что можно сказать насчёт оставшихся 3% исследований? Что, если они правы?

В 97% случаев авторы научных статей приходят к выводу, что изменение климата действительно имеет место и вызвано деятельностью человека.

Фото: Russian Picture Service | akg

В статье, опубликованной в 2015 г. в журнале Theoretical and Applied Climatology (Теоретическая и прикладная климатология), Расмус Бенестад (Rasmus Benestad) из Норвежского метеорологического института, Нучителли и их коллеги исследовали эти 3% и нашли «множество изъянов в методологии и набор общих ошибок». Таким образом, вместо того, чтобы предложить лучшее объяснение фактам, что приводятся в 97% исследований, эти 3% вообще не могут ничего объяснить.

«На данный момент не существует целостной, достоверной альтернативной теории, противоречащей теории глобального потепления, вызванного деятельностью человека», — делает вывод Нучителли 25 августа 2015 г. в комментарии для The Guardian. — Кто-то обвиняет в глобальном потеплении Солнце, кто-то — орбитальные циклы других планет, океанические циклы и так далее. Существует консенсус, поддерживаемый 97% экспертов, по поводу связной теории, которая подтверждается подавляющим большинством научных доказательств, а 2-3% статей, отвергающих этот консенсус, чрезвычайно разобщены в своих выводах и даже противоречат друг другу. Единственным общим для них местом являются методологические ошибки, например, выборочное представление фактов, подгонка графиков, игнорирование "неудобных" данных и пренебрежение известной физической картиной мира».

Например, в одной из критических статей делается попытка привязать изменения климата к лунным или солнечным циклам, однако, чтобы эти модели работали в рассматриваемом авторами 4000-летнем периоде, им пришлось отбросить данные за более, чем 6000 лет до него. Такие методы вводят в заблуждение и не могут считаться научными в рамках климатологии после того, как подвергнуты критическому анализу, являющемуся неотъемлемой частью научного процесса.

Майкл Шермер. «Why Climate Skeptics Are Wrong».

Почему проблема глобального потепления реальна

Профессор Тапио Шнайдер (Tapio Schneider) рассказывает об изменении климата, вызванном деятельностью человека. Тапио Шнайдер — климатолог, профессор кафедры гуманитарных и технических аспектов охраны окружающей среды в Калиорнийском технологическом институте.

Научный подход к антропогенному изменению климата

Содержание углекислого газа в атмосфере в настоящий момент выше, чем когда-либо за последние 650 тысяч лет. Это почти на 35% выше, чем до индустриальной революции, и этот рост обусловлен деятельностью человека, в первую очередь, сжиганием ископаемого топлива. Углекислый газ является парниковым газом, как и метан, закись азота, водяного пара, а также множество других остаточных газов. Они естественным путём присутствуют в атмосфере. Парниковые газы действуют как щит от инфракрасного излучения, сохраняя радиационную энергию у поверхности Земли, которая в противном случае направилась бы прямиком в космос. Повышение концентрации углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере увеличивает естественный парниковый эффект, тем самым повышая уровень радиационной энергии, допустимый для поверхности Земли и нижних слоёв атмосферы. Если увеличение этой энергии не компенсируется другими процессами, это приводит к потеплению. Нам это известно. Как мы это узнали?

График объединяет данные, полученные с ледников, с последними образцами антарктического воздуха. Отчётливо виден 100-тысячелетний ледниковый цикл

«График объединяет данные, полученные с ледников, с последними образцами антарктического воздуха. Отчётливо виден 100-тысячелетний ледниковый цикл». Источник: Petit et al. 1999; Keeling and Whorf 2004; GLOBALVIEW-CO2 2007.

Как мы узнали о повышении концентрации углекислого газа?

С конца 1950-х годов концентрация углекислого и других парниковых газов постоянно измеряются. С тех пор концентрация углекислого газа непрерывно растёт от приблизительно 315 частей на миллион (т.е. молекул углекислого газа на миллион молекул сухого воздуха) в конце 1950-х до 385 частей на миллион в настоящее время. Образцы отбирались в небольших по площади районах, расположенных далеко от основных источников выбросов. Для более далёкого прошлого мы можем измерить атмосферную концентрацию парниковых газов в пузырьках древнего воздуха, сохранившихся во льду (например, в Гренландии или Антарктиде). Данные с ледников позволяют нам заглянуть на 650 тысяч лет назад. Мы точно знаем, что с того периода концентрация углекислого газа никогда не поднималась до сегодняшней отметки. До промышленной революции эта цифра была 280 частей на миллион, а ранее наблюдались естественные колебания концентрации парниковых газов от примерно 180 частей на миллион в ледниковые периоды до 300 частей на миллион в тёплые времена (Рис. 1). Концентрации метана и закиси азота также увеличились с началом промышленной революции (Рис. 2). Так, концентрация метана в воздухе в настоящий момент выше, чем за 650 тысяч лет до промышленной революции.

Концентрация важных долгоживущих парниковых газов в атмосфере за последние 2000 лет.

Как мы узнали о том, что причиной увеличения концентрации углекислого газа является деятельность человека?

Тому есть несколько доказательств. Мы примерно знаем, сколько углекислого газа поступает в атмосферу в результате деятельности человека. Суммируя все «человеческие» источники углекислого газа — в основном сжигание газа, производство, а также изменение землепользования (например, вырубка лесов), — можно сделать вывод, что лишь половина от этого количества углекислого газа повлияла на повышение концентрации углекислого газа в атмосфере. Другая половина углекислого газа ушла в океаны и биосферу — пока не понятно до конца, куда именно и как, — имеет место так называемый «неизвестный сток углерода».

Таким образом, повышение концентрации углекислого газа можно объяснить деятельностью человека. Изменения в изотопном составе углекислого газа говорят о том, что углерод в углекислом газе в значительной степени имеет растительное происхождение, то есть является следствием таких процессов, как сжигание биомассы или ископаемых видов топлива, которые являются производными от ископаемых видов растительных остатков. Кратковременные изменения концентрации кислорода в атмосфере указывают на то, что углекислый газ поступает в атмосферу вследствие сжигания растительных материалов. А концентрация углекислого газа в океане увеличилась вслед за увеличением концентрации в атмосфере, и это доказывает, что повышение концентрации углекислого газа в атмосфере не может быть результатом его высвобождения из океанов. Все это недвусмысленно доказывает, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере вызвано деятельностью человека, в первую очередь, сжиганием растительных материалов. (Аналогичные выводы можно сделать и в отношении других парниковых газов, кроме метана и оксида азота; их источники не столь очевидны, как в случае с углекислым газом.)

Как такое незначительное содержание углекислого газа влияет на радиационный энергобаланс Земли?

Концентрация углекислого газа измеряется в частях на миллион, метана и закиси азота — в частях на миллиард. Это газы, присутствующие в атмосфере в незначительной концентрации. Вкупе с водяным паром они составляют около 1% от объёма атмосферы. Тем не менее, они крайне важны для климата Земли.

Поверхность Земли нагревается, поглощая солнечное (коротковолновое) излучение; она испускает инфракрасное (длинноволновое) излучение, которое ушло бы обратно в космос, если бы не было паров воды и других парниковых газов. Азот и кислород, которые составляют 99% объёма атмосферы, практически прозрачны для инфракрасного излучения. Но парниковые газы поглощают инфракрасное излучение и вновь испускают его во всех направлениях. Какое-то количество этого излучения возвращается к поверхности Земли вместо того, чтобы вернуться обратно в космос. Без этого природного парникового эффекта, в основном образованного парами воды и углекислым газом, средняя температура поверхности Земли была бы -18°С вместо пригодной для жизни в 15°С, которой мы в настоящее время наслаждаемся. Несмотря на небольшую концентрацию, парниковые газы сильно влияют на температуру Земли. Увеличение их концентрации усиливает естественный парниковый эффект.

Большая часть наблюдаемого увеличения среднемировых температур в середине 20-го века, весьма вероятно, связана с очевидным увеличением доли парниковых газов, имеющих антропогенное происхождение.

Как увеличение концентрации парниковых газов привело к повышению температуры поверхности Земли?

Повышение концентрации парниковых газов увеличивает «оптическую толщину» атмосферы для инфракрасного излучения. Это означает, что всё большее количество излучения, которое всё-таки уходит обратно в космос, исходит из верхних слоёв атмосферы. Средняя температура слоев атмосферы, из которых инфракрасное излучение эффективнее всего возвращается в космос (уровень выбросов), определяется общим количеством солнечного излучения, поглощённого Землей. В виде инфракрасного излучения должно вернуться такое же количество энергии, какое Земля в устойчивом состоянии получила в виде солнечного излучения; его энергия зависит от температуры, при которой оно излучается, и таким образом определяет среднюю температуру в зависимости от уровня излучения. На Земле эта температура -17°С – средняя температура поверхности, если бы атмосфера не поглощала инфракрасное излучение. Повышение концентрации парниковых газов означает повышение уровня излучения, при котором, в среднем, достигается эта температура. Если температура между поверхностью и этим уровнем снижается, и скорость её снижения существенно не меняется, то температура поверхности вырастет, так как вырастает уровень излучения. Это и есть парниковый эффект. Это также является причиной, почему ясные летние ночи в пустыне, в сухом климате, холоднее, чем облачные летние ночи при сравнительно влажном климате на восточном побережье США (Рис. 4 и 5).

На самом деле, температура поверхности Земли увеличилась примерно на 0.7°С за последние 100 лет (Рис. 3). Повышение температуры было особенно заметно в последние 20 лет (см. иллюстрацию изменений температуры). Научные выводы о причинах недавнего потепления были обобщены Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в 2007 году: «Большая часть наблюдаемого увеличения среднемировых температур в середине 20-го века, весьма вероятно связана с очевидным увеличением концентрации парниковых газов, имеющих антропогенное происхождение… Наблюдаемое повсеместное потепление атмосферы и океана, вместе с уменьшением массы льда, подтверждает вывод о том, что крайне маловероятно, что изменения климата за последние 50 лет можно объяснить лишь внутренними причинами, и, вероятнее всего, причиной этому выступают не только естественные факторы».

В долгосрочной перспективе количество поступающего солнечного излучения, поглощаемого Землёй и атмосферой, уравновешивается тем, что Земля и атмосфера высвобождают точно такое же количество исходящего длинноволнового излучения.

Двукратное «ура» парниковому эффекту. В определённых пределах глобальное потепление необходимо для того, чтобы сделать Землю пригодной для таких существ, как мы. Эти два рисунка показывают, как это происходит. В докладе МГЭИК говорится: «В долгосрочной перспективе количество поступающего солнечного излучения, поглощаемого Землёй и атмосферой, уравновешивается тем, что Земля и атмосфера высвобождают точно такое же количество исходящего длинноволнового излучения. Около половины поступающего солнечного излучения поглощается поверхностью Земли. Эта энергия поступает в атмосферу, нагревая воздух в контакте с поверхностью (термически) с помощью испарения и длинноволнового излучения, которое поглощается облаками и парниковыми газами. Атмосфера, в свою очередь, излучает длинноволновую энергию обратно на Землю, а также в космос». Источник: Kiehl and Trenberth 1997. График FAQ 1.1, 1.3, рисунок из отчёта МГЭИК.

На основании спектроскопических измерений оптических свойств парниковых газов мы можем вычислить относительно точное влияние увеличения концентрации парниковых газов на радиационный баланс энергии Земли. Например, радиационное воздействие вследствие повышения концентрации углекислого газа, метана или оксида азота в индустриальную эпоху составляет примерно 2,3 Вт на квадратный метр. (Это изменение радиационных потоков энергии в нижней тропосфере до стабилизации температуры.) Нам необходимы компьютерные модели для перевода изменений в радиационном балансе в изменения в температуре и других климатических переменных, поскольку обратные связи в климатической системе изменяют отклик климата на изменения в составе атмосферы сложным образом, и потому, что другие антропогенные выбросы (смог) также сложным образом влияют на климат. Например, если поверхность и нижние слои атмосферы теплеют в ответ на повышение концентрации углекислого газа, концентрация паров воды вблизи поверхности атмосферы также будет повышаться. Это происходит под влиянием энергобаланса поверхности Земли и отношения между скоростью испарения и относительной влажностью воздуха (не напрямую, как иногда заявляется, а вследствие высоких скоростей испарения).

Климатические модели усложнились за последние несколько десятилетий. Дополнительные физические характеристики, включенные в модели, показаны графически с помощью различных особенностей моделируемого мира.

Водяной пар, однако, является парниковым газом сам по себе, и, таким образом, он усиливает температурную реакцию на повышение концентрации углекислого газа и приводит к тому, что поверхность нагревается ещё сильнее, чем если бы водяной пар отсутствовал. Другие обратные связи, которые также должны быть учтены при моделировании реакции климата на изменения в составе атмосферы, представляют собой, например, изменения в покрове облаков, динамические изменения, которые влияют на скорость, с которой температура снижается с увеличением высоты, и, следовательно, влияет на прочность парникового эффекта и изменения на поверхности Земли (например, уменьшение площади морского льда). Современные модели климата, основанные на законах Ньютона, законах термодинамики и переноса энергии, принимают во внимание все эти процессы. Они способны воспроизводить, к примеру, сезонный цикл Земли, если учтены все процессы, в том числе и данные о водяном паре. Отчёты МГЭИК основаны на том, что эти модели могут соответствовать наблюдениям за климатом за последние 50 лет, только если они принимают во внимание антропогенное влияние на состав атмосферы. Им не удастся сопоставить свои данные с наблюдениями, если их модели будут включать в себя только естественные изменения, например, климатическую реакцию на колебания солнечного излучения.

Сравнение наблюдаемых континентальных ‒ и глобальных – масштабных изменений температуры поверхности с результатами, смоделированными на компьютере, с учётом естественного и антропогенного воздействия.

Отчет МГЭИК: «Сравнение наблюдаемых континентальных ‒ и глобальных – масштабных изменений температуры поверхности с результатами, смоделированными на компьютере, с учётом естественного и антропогенного воздействия. Средние значения за десятилетие отображают наблюдения за период с 1906 по 2005 года (чёрная линия), они показаны для середины десятилетий и соотнесены со средними показателями в период с 1901 по 1950 года. Линия пунктирная, где пространственный охват составляет менее 50%. Тёмные полосы отображают в диапазоне от 5 до 95% 19 построений по пяти моделям климата, используя только естественное воздействие вследствие солнечной или вулканической активности. Более светлые линии отображают диапазон от 5 до 95% для 58 построений в рамках 14 моделей климата, которые учитывают естественные и антропогенные воздействия». Графический рисунок является репликой 4 из доклада МГЭИК.

Зависимость климата от разных факторов является главным источником научной (в отличие от социально-экономической) неуверенности в климатических прогнозах. Доминирующий источник неуверенности — это взаимосвязь климата с изменениями облачности, которая не до конца понятна. Площадь слоистых облаков может увеличиваться или уменьшаться по мере потепления климата. Поскольку слоистые облака располагаются довольно низко, они не сильно влияют на парниковый эффект (сила парникового эффекта зависит от разности температур между поверхностью Земли и уровнем, с которого высвобождается инфракрасное излучение, а на низких облаках эта разница невелика); тем не менее, они отражают солнечный свет и тем самым оказывают охлаждающий эффект на поверхность, это известно каждому, кто бывал на побережье южной Калифорнии пасмурным весенним утром. Если площадь их покрытия возрастёт одновременно с концентрацией парниковых газов, температура на поверхности останется прежней; если же покрытие будет уменьшаться, то температура на поверхности будет увеличиваться. В настоящее время неясно, как эти облака реагируют на изменения климата, а климатические модели дают основания для различных вариантов. Другие крупные неопределённости включают в себя влияние аэрозолей (смог) на облака и радиационный баланс, и, говоря о периодах свыше нескольких десятков лет, реакцию ледовых покровов на изменения температуры.

Несмотря на все неопределённости, ясно, что увеличение концентрации парниковых газов, при глобальном рассмотрении, приведёт к потеплению. Хотя климатические модели расходятся в степени потепления, в пространственном распределении и в других аспектах реакции климата, все климатические модели, которые могут воспроизвести наблюдаемые характеристики, такие как сезонные циклы, прогнозируют потепление из-за увеличения концентрации парниковых газов, которое ожидается в следующие десятилетия как следствие сжигания ископаемого топлива и других видов деятельности человека, например, вырубки тропических лесов. Прогнозируемые последствия увеличения концентрации парниковых газов получили широкую огласку. Средняя глобальная температура поверхности увеличится примерно от 1.1 до 6.4°C к 2100 году, с диапазоном неопределённости, отражающим научную неопределённость (в основном из-за облаков), а также социально-экономические факторы неопределённости (в основном, скорость выбросов парниковых газов в 21 веке). По прогнозам, участки суши будут нагреваться быстрее, чем океаны. Риск засухи в средне-континентальных районах скорее всего увеличится. Уровень моря, по прогнозам, вырастет из-за теплового расширения океанов и таяния льдов.

Менее широко освещены, но так же важны для рассмотрения прогнозы долгосрочных изменений климата, часть которых уже сейчас неизбежна. Даже если бы нам удалось остановить рост концентрации парниковых газов в атмосфере, что потребовало бы немедленного и нереального сокращения выбросов, Земля бы прогрелась ещё на 0.5-1.4°С за следующий век. Океаны, благодаря своей тепловой и динамической инерции, обеспечивают буфер, который задерживает реакцию климата на изменения концентрации парниковых газов. Океаны будут продолжать нагреваться ещё более 500 лет. Их воды будут расширяться по мере нагревания, в результате чего поднимется уровень моря. Предполагается, что ледяные пласты дадут о себе знать только через века, хотя это ставится под сомнения последними данными, полученным из Гренландии и Антарктики, согласно которым эта реакция проявится намного быстрее, хотя и будет кратковременной. Потребуются столетия, чтобы таяние ледников сказалось на повышении уровня моря. Прогнозы исследователей в области изменения климата обычно заканчиваются на 2100 году и, таким образом, не принимается во внимание то, что большая часть повышения уровня моря, вызванная выбросами парниковых газов в следующие 100 лет, будет происходить на десятилетия и столетия позже. По прогнозам, уровень моря к 2100 году повысится на 0,2-0,6 м в основном из-за термального расширения океанов; однако в конечном итоге уровень роста может увеличиться и привести к повышению уровня моря на несколько метров, когда этому будет способствовать таяние ледников и ледовых покрытий. (Повышение уровня моря на 4 метра погрузит большую часть Флориды под воду.)

Определённости и неопределённости

В то время, как существует неопределённость в климатических прогнозах, важно понимать, что климатические прогнозы основаны на надёжных научных принципах, таких как законы термодинамики и переноса излучения с измерением оптических свойств газов. Данные об изменении климата в прошлом, которые можно получить, например, на основе геохимического анализа ледников и осадочной породы океана, предоставляют нам дразнящие намёки на крупные изменения, которые происходили на протяжении всей истории Земли, что является для нас вызовом в плане понимания устройства климата (например, нет полного и общепринятого объяснения циклов ледниковых и тепловых периодов). Тем не менее, климатические модели не являются эмпирическими и не основаны на корреляциях об изменении климата в прошлом, а включают в себя наши проверенные знания в области физики, химии и биологии. Следовательно, доказательство того, что изменению температуры предшествует повышение концентрации углекислого газа при некоторых климатических сдвигах в масштабах ледниковых периодов, например, лишь демонстрирует, что изменения температуры могут влиять на концентрацию углекислого газа, что в свою очередь вызывает изменение температуры. Такие доказательства не отменяют законы термодинамики и переноса излучения или выводы о том, что человеческая деятельность привела к повышению концентрации парниковых газов в последние десятилетия.

Тапио Шнайдер. «How We Know Global Warming is Real». Skeptic Magazine. Volume 14 Number 1, April, 2008.

Над материалом работали Алёна Алексеева, Алексей Смирнов, Галина Тофан, Елена Кочкина, Елена Донцова, Олег Коптев, Настя Петрова, Анастасия Ткаченко, Фатима Мишезова и Радмир Абильев, иллюстрация Полины Бальцевич.

Получить ссылку на материал

Спасибо!

Также вы можете подписаться на обновления сайта:

Оставить комментарий

Добавить комментарий