Уже более десяти лет самая большая научная неопределенность в отношении того, как планета отреагирует на повышение температуры, связана не с тем, сколько углекислого газа будет поглощено океаном или поглощено деревьями, а с «гаданьями по облакам».
Плавающие в воздухе пушистые, причудливые скопления капель воды приводили ученых-климатологов в замешательство. Ученым давно известно, что в зависимости от того, как облака реагируют на повышение температуры, мир может стать еще теплее или немного прохладнее. Они просто не знали, что из этого.
Но в последние несколько лет ученые начали точно определять, как облака будут менять форму и местоположение в быстро нагревающемся мире. Результат – хорошая новость для науки, но плохая для человечества.
«Мы нашли доказательства усиливающегося воздействия облаков на глобальное потепление», сказал климатолог из Имперского колледжа Лондона Пауло Чеппи.
Ученым давно известно, что облака оказывают два основных влияния на глобальный климат. Во-первых, облака обладают отражательной способностью – их белая поверхность отражает солнечные лучи от Земли, создавая охлаждающий эффект. Если бы планета внезапно лишилась этих пушистых зонтиков, на планете было бы примерно в пять раз жарче, чем даже при самых катастрофических прогнозах глобального потепления. Но облака также создают эффект потепления – определенные типы облаков изолируют тепло Земли, удерживая его на планете, как и углекислый газ, выделяющийся при сжигании ископаемого топлива.
Какой эффект сильнее, зависит от типа облака. Перистые облака, высокие и тонкие, видимые в далекой атмосфере в относительно ясные дни – поглощают и удерживают больше радиации, нагревая Землю. Слоистые или слоисто-кучевые облака – пухлые, пушистые, которые часто парят над океаном в пасмурные дни – отражают больше солнечного света, охлаждая Землю.
Как именно эти два фактора будут уравновешены по мере потепления в мире, пока неизвестно. Это в основном потому, что, хотя облака могут выглядеть гигантскими – когда вы летите сквозь них на самолете или смотрите на них с земли – они формируются на микроскопическом уровне, когда водяной пар конденсируется вокруг частицы пыли или капли. В результате их практически невозможно смоделировать в стандартных больших климатических моделях. Облака формируются на микрометровом уровне, в то время как модели, которые используют большинство ученых-климатологов, делят мир на блоки шириной в сотни километров.
«Нам действительно трудно с какой-либо точностью смоделировать то, как на самом деле ведут себя облака в реальном мире», сказал атмосферный ученый из Колорадского университета в Боулдере Тимоти Майерс.
Но в последние годы у ученых появляется все больше ясности в отношении того, что произойдет и уже происходит с облаками по мере того, как планета нагревается.
Во-первых, ожидается, что высокие тонкие перистые облака, задерживающие земное излучение, сместятся вверх в атмосферу, в зоны с более низкими температурами. Благодаря сложной взаимосвязи между облаками и излучением Земли это увеличит количество радиации, удерживаемой перистыми облаками в атмосфере. «Когда они поднимаются, их парниковый эффект или эффект потепления на Земле имеет тенденцию увеличиваться», сказал Майерс.
Этот результат известен уже около десяти лет и указывает на то, что облака могут усилить глобальное потепление. Но только за последние несколько лет исследователи обнаружили, что количество низкоуровневых слоистых или слоисто-кучевых облаков, как ожидается, будет уменьшаться по мере того, как планета продолжает нагреваться. В одном исследовании, опубликованном в журнале Nature Climate Change, использовались спутниковые наблюдения, чтобы выяснить, как на образование облаков влияют температура океана, скорость ветра, влажность и другие факторы, а затем проанализировано, как эти факторы изменятся по мере потепления в мире.
«Мы пришли к выводу, что по мере того, как океан нагревается, облака нижнего яруса над океаном имеют тенденцию рассеиваться», сказал Майерс, один из авторов этого исследования. Это означает, что меньше облаков будут отражать солнечный свет и охлаждать землю, а изменение облаков нижнего яруса также усилит глобальное потепление.
В другой статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, был получен аналогичный результат, также с использованием методов наблюдения. Исследования, основанные на моделях с высоким разрешением, которые лучше моделируют формирование облаков, чем общие, крупномасштабные модели климата, также пришли к выводу, что облака, вероятно, усиливают глобальное потепление.
Исследователи также начали понимать, как на облака повлияют определенные изменения, помимо потепления, – например, уменьшение количества искусственных аэрозолей в атмосфере. Облака образуются вокруг частиц, плавающих в атмосфере, таких как аэрозоли; поэтому возможно, что нижняя облачность уменьшилась бы еще больше, если бы не антропогенное загрязнение воздуха. Согласно другому исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сульфатные аэрозоли стимулировали образование облаков, тем самым частично маскируя уже произошедшее глобальное потепление. «Существует вероятность того, что, очистив воздух от загрязнения, мы разоблачим глобальное потепление», сказал научный сотрудник Университета Осло Кейси Уолл.
В совокупности эти новые открытия помогли ученым определить, насколько сильно нагреется планета, если выбросы углекислого газа в атмосферу удвоятся по сравнению с доиндустриальными временами. До промышленной революции концентрация CO2 составляла около 280 частей на миллион, сейчас она достигла 412 частей на миллион и продолжает расти. Однажды ученые подсчитали: если концентрация CO2 достигнет 560 частей на миллион, температура повысится на 1,5-4 градуса Цельсия – диапазон, который охватывает «все еще очень пригодную для жизни планету» до «уровня потепления, близкого к апокалипсису».
Большая часть этой неопределенности связана с вопросом об облаках. Поскольку облака уже так сильно влияют на климат Земли, даже небольшие изменения в облаках по мере потепления в мире могут оказать большое влияние на будущие изменения температуры.
Новое исследование облаков показывает, что более низкие оценки потепления маловероятны. Вместо этого, по оценкам недавних работ, уровни CO2 в 560 частей на миллион, вероятно, приведут к потеплению как минимум на 3 или 3,5 градуса.
Это не означает, что мир обязательно достигнет 3 градусов потепления – если страны продолжат переход на чистую энергию, CO2 в атмосфере может стабилизироваться на уровне значительно ниже 560 частей на миллион. Но это означает, что самые оптимистичные оценки того, как будет развиваться потепление, были исключены из обсуждения.
