Изменение климата: честное объяснение глобального потепления (Часть 1)

Изменение климата: честное объяснение глобального потепления.

Интервью с учёным Артуром Витерито из цикла передач «Мнение специалистов» в рамках проекта «СОЗИДАТЕЛЬНОЕ ОБЩЕСТВО»

В интервью рассматривались следующие вопросы:

— Климат Земли меняется. В чём реальные причины?

— Какова роль человека в этих процессах?

— Почему число и интенсивность катаклизмов нарастают?

— Что мы можем сделать перед лицом глобальных катаклизмов?

Артур Витерито, профессор, консультант по вопросам политики в Институте Хартленда, член Американской ассоциации географов, Международной ассоциации исследователей городского климата.

Ведущие интервью — участники международного проекта «Созидательное общество» — Анастасия Пашигрева, Иван Безвершенко и Елизавета Хромова.

Анастасия: Рада представить нашего особого эксперта: Артур Витерито — профессора географии в колледже Южного Мэриленда, консультанта по вопросам политики в Институте Хартленда. Ранее он занимал должности в Университете Питтсбурга и Университете Джорджа Вашингтона. Профессор Витерито, большое спасибо, что нашли для нас время.

Артур Витерито: Большое спасибо. Мне очень приятно быть с вами.

Я профессор на пенсии, учился в Денверском университете, преподавал в Питтсбургском университете, Университете Джорджа Вашингтона, а завершил карьеру в Колледже Южного Мэриленда.

Много лет тому назад один студент спросил меня: «Увеличивается ли количество землетрясений на планете?» Я ответил: «Да, немного увеличивается», но я не изучал данные тщательно. А когда я изучил данные достаточно глубоко, то некоторые факты меня заинтриговали. И больше всего удивил тот факт, что начало быстро расти количество землетрясений на дне океанов.

Это было довольно интересно, потому что это, похоже, совпадало с большим скачком температуры, который мы наблюдали в 1995 году. Я начал исследовать то, что я называю сейсмической активностью срединно-океанической зоны, и оказалось, что она очень хорошо коррелирует с изменением глобальной температуры. Сейчас я нахожусь на этапе, который назвал бы формирующейся гипотезой на этот счёт.

Анастасия: Мы знаем, что Вы подготовили презентацию.

Витерито: Презентация называется «Срединно-океанический геотермальный поток как причина нынешнего глобального потепления». Как я уже упоминал, это новая гипотеза, и она довольно сложная. Но в самых общих чертах, я думаю, она будет легко понятна большинству.

Итак, Земля прогрелась примерно на 0,5 °С с 1950 года. Преобладающая теория состоит в том, что это было вызвано сжиганием ископаемого топлива, что привело к выделению углекислого газа в атмосферу. А углекислый газ — это парниковый газ.

Далее, говоря «парниковый газ», мы имеем в виду, что (цитирую) «он удерживает тепло». То есть углекислый газ может поглощать тепловое инфракрасное излучение, испускаемое поверхностью Земли, вызывая тем самым нагрев атмосферы.

Другим главным парниковым газом в атмосфере является водяной пар, который считается самым важным среди парниковых газов. Количество инфракрасного излучения, поглощаемого водяным паром, больше, чем углекислым газом (CO2). Кроме того, содержание водяного пара гораздо больше, и следующий слайд проиллюстрирует это.

Здесь мы видим, что водяной пар составляет 95 % парниковых газов в атмосфере. Углекислый газ, для сравнения, — всего 3,6 %. Таким образом, становится понятно, что существует огромная разница в общем объёме этих двух газов.

Также мы видим, что доля, приходящаяся на деятельность человека, составляет всего 0,12%, всё остальное является следствием естественных процессов (это данные Министерства энергетики США). И здесь мы понимаем, что существует огромная разница между этими двумя секторами, то есть водяным паром и углекислым газом. Однако сторонники парниковых газов утверждают, что именно доля, которая приходится на человеческий фактор, вызывает нагревание Земли.

Можно на это взглянуть и по-другому. На этом графике показано, что если взять общий состав атмосферы, то она состоит из 78 % азота, 21 % кислорода, 0,93 % аргона, который является инертным газом. CO2 — это очень маленькая часть здесь, внизу. А антропогенный CO2, или же тот, который произведён человеком, составляет 1/10 000 (одну десятитысячную) от общего состава атмосферы. Однако распространители слухов утверждают, что это главная причина нынешнего глобального потепления. Цифры как-то не очень сходятся.

На самом деле катастрофисты теории углекислого газа показали, что именно такого потепления (как отображает красная линия на графике) мы должны были ожидать из-за CO2. Линии на графике ниже (согласно данным ряда различных наблюдений) показывают, насколько в действительности произошло потепление. И, как вы можете видеть, прогнозы очень далеки от имеющихся данных наблюдений. Другими словами, прогнозы показывают, что атмосфера должна была нагреться намного сильнее, чем это есть на самом деле.

Итак, в 2016 году я выдвинул гипотезу, которая гласит, что активность в зонах срединно-океанического спрединга может вызвать сопутствующее повышение глобальных температур. Данный механизм подробно представлен на этой блок-схеме.

То есть чем больше будет геотермальной энергии, поднимающейся со дна океана, тем больше, в свою очередь, усилится то, что мы называем термохалинной циркуляцией (позже на диаграммах я наглядно поясню, что это такое).

Чего большинство людей не понимают, так это того, что океан является главным хранилищем тепла на планете. Океаны содержат в 1 000 раз больше тепла, чем вышележащая атмосфера.

Так вот, если усиливается термохалинная циркуляция, это означает, что больше тепла будет переноситься в Арктику. Увеличение тепла в Арктике уменьшит количество снега и льда — они просто растают, что приведёт к уменьшению так называемого альбедо, или отражательной способности солнечного света в Арктике. И оба фактора (увеличение переноса тепла океаном и уменьшение арктического альбедо) приведут к повышению температур в Арктике.

Это называется механизмом обратной связи. И в научных изданиях его называют (так же как и мы здесь) «арктическое усиление». Далее в ходе презентации мы объясним все эти моменты.

Для начала давайте рассмотрим само понятие большого геотермального потока. Геотермальнымназывается тепло, исходящее от мантии Земли. Это то, что мы наблюдаем в действующих вулканах, гейзерах, горячих источниках. И мы видим, что подавляющее количество геотермального тепла на планете (опять же большинство людей этого не осознают) берёт своё начало на дне океана.

На диаграмме авторовDavies & Davies красным цветом показаны зоны, откуда исходит большая часть геотермального тепла на планете. И мы видим, что они идеально совпадают с участками разломов земной коры. Это так называемые зоны срединно-океанического спрединга. Если мы посмотрим на них, то увидим, что высокая сейсмоактивность в этих районах указывает на мощный поток геотермального тепла в этих регионах.

В данной беседе мы будем называть сейсмическую активность зон срединно-океанического спрединга коротко — сейсмоактивность зон СОС. Это индикативный показатель, потому что не существует фактических измерений того, сколько тепла выделяется, но у нас есть некоторое фундаментальное понимание его величины.

Итак, сейсмоактивность зон СОС является хорошим индикативным показателем величины геотермального потока. С этой целью я составил реестр количества сейсмособытий (землетрясений) в диапазоне от 4,0 до 6,0 баллов по шкале магнитуды землетрясений, которую называют шкалой Рихтера.

Данная работа — это первая статья, которую я написал на эту тему ещё в 2016 году. Процитирую научный источник (у нас здесь будет немного научных терминов, но мы сможем с этим разобраться):

«Известно, что гидротермальные системы морского дна реагируют на сейсмическую и магматическую активность вдоль срединно-океанических хребтов, что часто приводит к локальным положительным изменениям темпов гидротермальных выбросов, а также температуры во время серий землетрясений».

То есть по мере увеличения числа землетрясений в сейсмоактивных зонах срединно-океанического спрединга также выделяется и больше геотермального тепла. Я отследил эту взаимосвязь, изучая сейсмоактивность зон СОС, и получился вот такой график.

Мы видим, что сейсмоактивность срединно-океанической сейсмической зоны оставалась довольно постоянной вплоть до 1994 года. В 1995 году она начала увеличиваться и подскочила до гораздо более высоких уровней, которые сохранились на протяжении второй половины 90-х годов. А далее она просто продолжилась на этом уровне. Линия тренда, выделенная чёрным цветом, показывает, что тренд был восходящим.

Итак, мы знаем, что геотермальный поток возрос, поскольку значительно возросло количество землетрясений на дне океана. А это приведёт к усилению термохалинной циркуляции.

Интуитивно это очень легко понять: «термо» относится к температуре, а «халинный» относится к соли. И когда мы говорим о движении воды, необходимо принять во внимание её температуру и солёность, потому что температура и солёность определяют плотность воды. Так что же в связи с этим получается?

В научном мире термохалинная циркуляция также называется меридиональной опрокидывающейся циркуляцией, или MOЦ. Она обусловлена тем, что вода при различной температуре и солёности имеет разную плотность. Воды океана циркулируют подобно гигантской конвейерной ленте, и мы называем это глубокой конвекцией.

Так вот, здесь важно отметить, что есть отдельные зоны апвеллинга воды (там, где она поднимается со дна к поверхности). Это очень холодная вода, здесь она обозначена синим цветом. И есть более тёплые течения на поверхности океана, которые в конечном итоге опускаются. Мы видим, что основная зона даунвеллинга (процесс опускания одних слоёв материала под другие) находится в северной части Атлантического океана. Это важнейший фактор нынешнего потепления, которое мы сейчас наблюдаем.

Итак, мы можем сказать, что при добавлении пространственно постоянных или переменных тепловых потоков к моделям общей циркуляции воды в океане мы видим, что геотермальное тепло океана является существенным фактором воздействия, который может ослабить стабильность толщи воды. Оно нагревает глубинную воду, а при нагреве глубинной воды соответственно усиливается и термохалинная циркуляция. Это общепризнанный факт в океанографии.

Вернемся к предыдущему слайду.

И вот что происходит: если в конвейерной ленте нижняя часть нагревается за счёт геотермального тепла, то конвейерная лента станет двигаться быстрее. И чем быстрее она движется, тем больше тепла нагнетается в Арктику. Это важнейший механизм, который мы должны учитывать со всей внимательностью.

Иван: Некоторые учёные говорят, что Гольфстрим замедляется, в то время как другие утверждают, что он меняет направление.

Артур Витерито: Это очень интересно! По вопросу того, что Гольфстрим замедляется, ведутся споры. Но есть данные (я, правда, не включил их в эту презентацию), что общая циркуляция океана значительно усилилась (об этом вышла статья около двух лет назад).

Замедление Гольфстрима на самом деле недостаточно хорошо подтверждено документальными доказательствами. Мы располагаем данными так называемых буёв Арго лишь за очень короткий период. Наблюдения показывают, что Гольфстрим ускорился, в то время как теоретические модели указывают, что он замедлился. Так что здесь есть расхождение во мнениях.

Также мы знаем, что Гольфстрим пульсирует с некой периодичностью: он набирает скорость, затем через некоторое время замедляется, снова набирает скорость, снова замедляется. Это происходит из-за того, что выделение геотермального тепла очень изменчиво. То, что я показал вам на первом графике, — это годовая геотермальная сейсмическая активность. Если вы будете сравнивать данные помесячно, то увидите, что он гораздо более изменчивый, гораздо более шумный, так сказать.

Так вот, в знаковом исследовании было показано, что геотермальное нагревание стимулирует конвективную активность в Южном океане. А геотермальные тепловые потоки усиливают максимум Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции примерно на 10 %. И это существенно!

Для лучшего понимания приведу пример: одно из исследований показало, что Гольфстрим переносит в Северную Атлантику такое количество тепла, которое эквивалентно 10 000 атомных электростанций среднего размера. Таким образом, речь идёт о колоссальных объёмах тепла.Этот повышенный перенос океанического тепла в Арктику документально подтверждён многими исследованиями.

Рассмотрим ветвь термохалинной циркуляции — это Североатлантическая ветвь, и эту часть конвейерной ленты мы называем Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией (AMOC). Она хорошо описана, и существует огромное количество научных источников, в которых говорится об этом.

Здесь мы видим очень большую область того, что мы называем даунвеллингом: это когда тёплые поверхностные воды (Гольфстрим и, конечно, Североатлантический дрейф у которого много ответвлений) опускаются, становясь частью глубоких придонных вод.

Таким образом, чем интенсивнее AMOС, тем больше тепла поступает в Арктику. А здесь мы видим более подробную схему Гольфстрима и того, как он распадается на ряд других региональных течений.

Итак, возвращаясь к знаковому исследованию, Махаджан, Чжанг и Делворт показали, что усиление Атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции связано с увеличением восходящих поверхностных длинноволновых (явных и скрытых) тепловых потоков из океана в атмосферу одновременно с увеличением нисходящего коротковолнового тепла (то есть солнечного света) в океан. Это происходит за счёт уменьшения альбедо отражательной способности поверхности над Лабрадором, Гренландией и Баренцевым морями осенью, которое достигает максимума зимой. Позже мы ещё вернёмся к этому, у нас есть данные, подтверждающие это.

Увеличенный чистый восходящий тепловой поток с открытой поверхности океана, а также тонкая корка льда ещё больше повышают температуру приземного воздуха. Это научно доказано и исследование было подготовлено для климатического журнала, рецензируемого и очень авторитетного.

Итак, если посмотреть на текущее состояние Атлантики, то сейчас мы находимся в так называемой «позитивной фазе» Атлантической мультидекадной осцилляции или колебания.

А вот так выглядит температурное поле. Вы можете видеть, что области выделенные красным цветом, в основном в центральной и северной Атлантике, были гораздо теплее обычного. К такому состоянию мы пришли, начиная с 1995 года.

То есть это и есть аномально высокие температуры, дающие нам то, что мы называем положительным AMO, и мы наблюдаем их примерно с 1995 года. Мы свяжем эти два факта вместе, когда перейдём к рассмотрению наших косвенных доказательств.

Таким образом, в дополнение к прямому переносу тепла в Арктику, мы знаем, что также может уменьшиться количество снега и льда, что в свою очередь снижает отражательную способность поверхности в Арктике. Как вы знаете, снег и лёд обладают высокой отражательной способностью. Вот почему, если вы идёте кататься на лыжах, то надеваете лыжные очки для того, чтобы защитить глаза.

Здесь мы видим снимок, сделанный Обсерваториeй Земли НАСА в 1979 году — снежный и ледяной покров в Арктике. На первом снимке в правом нижнем углу мы видим Аляску.

Вверху снимка — Гренландия, покров снега и льда в 1979 году. А здесь вы можете увидеть покров снега и льда в обычный день в 2007 году. Мы замечаем, что он значительно уменьшился.

И это действительно очень важно, потому что при таянии снега и льда возникает так называемая положительная обратная связь. То есть если поверхность океана покрывается снегом и льдом, то 90 % солнечного света отражается обратно в космос и лишь 10 % сможет проникнуть и согреть океан подо льдом.

Однако, если убрать снег и лёд и посмотреть на правую сторону фона, мы увидим, что без снега и льда океан поглощает 94 % входящего излучения, а отражает лишь 6 %. Это служит усилением и приводит к ещё большему нагреванию воды.

Здесь мы наблюдаем интересную картину вокруг Арктики, которая показывает состояние снега и зоны вечной мерзлоты. И мы видим, что на участках, выделенных насыщенным фиолетовым цветом, наблюдается постоянное сокращение снега и вечной мерзлоты, а в регионах с более светлыми фиолетовыми оттенками мы видим меньшее воздействие. Но в области, которая примыкает и окружает Арктику, происходит непрерывное сокращение снега и льда, начиная с 1995 года.

Итак, опять же возвращаясь к Махаджану, мы говорим, что «интенсификацияAMOС (Атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции) препятствует образованию морского льда, что приводит к ещё большему снижению концентрации морского льда». Так что эти снижения концентрации морского льда были подтверждены документально и представлены в научных изданиях. Мы знаем, что это приводит к положительной обратной связи.

Так вот, итоговый эффект всего этого — активация большего геотермального потока, который усиливает термохалинную циркуляцию, а она в свою очередь увеличивает океанический перенос тепла в Арктику, что также уменьшает количество снега и льда и приводит к повышению температуры в Арктике.

И, конечно же, данные чётко показывают, что нынешнее потепление (а его начало относится к 1995 году) в большей степени затронуло северную полярную область. Тропики потеплели умеренно. Южный полюс практически не потеплел. Но мы видим, что что температура в Арктике значительно повысилась..

Давайте попытаемся собрать всё воедино и увидеть прямые и косвенные доказательства в пользу этой гипотезы. Сначала мы рассмотрим некоторые прямые доказательства в виде статистических выводов.

Как-то меня спросили: «Зачем вам нужны математические доказательства этого?» Я сказал: «Мы собираем воедино регрессионные модели». — «А зачем вам математика?» Я ответил: «В последний раз, когда я смотрел статистику, это была математика».

Опять же первая диаграмма по срединно-океанической сейсмической активности, которую мы вам показывали, является косвенным показателем геотермального потока. Здесь мы убрали линию тренда.

Причина, по которой мы занялись этим в 1979 году, заключается в том, что это был первый год, когда спутниковые данные о температуре стали всемирно доступными. Я считаю, что это наиболее точная и полная база данных, наименее загрязнённая изменениями поверхности, а также имеющая полный географический охват.

Таким образом, мы получаем показания над южной частью Индийского океана, Антарктидой и срединной зоной Тихого океана, в отличие от урбанизированных районов Канады и США. Поэтому я считаю, что это лучший набор данных, с которым мы можем работать.

Теперь, если мы соединим их вместе, то увидим следующее: гистограмма синего цвета — это сейсмическая активность зоны срединно-океанического спрединга, плюс глобальная температура, а кривая красного цвета — это глобальная температура. Так вот, мы видим некое совпадение. Эффект такой, будто у нас двоится в глазах: пики прекращаются раньше, а низины не совсем совпадают.

Однако, если мы сделаем простую корректировку данных, то есть если мы сдвинем график, добавив двухлетнюю корректировку, то обнаружим, что температура отстаёт от срединно-океанической сейсмической активности на два года. Мы видим, что пики теперь очень красиво совпадают и даже низины выстраиваются тоже очень красиво.

В настоящее время здесь происходит небольшая аномалия (я описываю её в статье, над которой сейчас работаю), произошло слабое Эль-Ниньо, которое вызвало повышение температур. Но, как вы видите, сейчас они снижаются в соответствии с тем, как снизилась и сейсмоактивность, по крайней мере, такой тренд мы ожидаем.

Если мы представим оба набора данных в виде линейных графиков и сопоставим их, учитывая двухлетний сдвиг (поскольку требуется около двух лет для того, чтобы температурные изменения начали проходить через систему и проявляться в более высоких глобальных температурах), мы увидим, что эти две кривые очень хорошо совпадают.

Это довольно близкое совпадение. Мы называем это «адекватностью модели», причём коэффициент корреляции составляет 0,72, что является статистически значимым, это очень высокий показатель. Срединно-океаническая сейсмическая активность, которая является нашим индикатором геотермального тепла, объясняет 52 % вариаций глобальной температуры за последние 42 года.

Сейчас мы представим некоторые косвенные доказательства, которые действительно весьма ошеломляют. И в этом отношении 1995 год был очень важным годом, потому что это была точка перегиба в глобальных температурах. То есть срединно-океаническая сейсмическая активность и, соответственно, выделение геотермального тепла внезапно резко возросли в 1995 году. И мы видим, что ряд других геофизических явлений также изменились в 1995 году, потому что всё это взаимосвязано.

На этой диаграмме 1995 год отмечен зелёной стрелкой. Если мы посмотрим на сейсмоактивность зоны срединно-океанического спрединга, то увидим, что в 1995 году после относительного периода затишья с несколькими подъёмами и спадами она начинает значительно увеличиваться, а затем резко возрастает в 1996 и 1997 годах. Но 1995 год — это точка перегиба.

Именно тогда она как бы нарушает плоскую линию тренда, которая была в 70-х и 80-х годах. Фактически это период времени, когда все СМИ говорили о глобальном похолодании, и это было катастрофой того времени.

Но, как вы можете видеть здесь, к 1995 году сейсмоактивность зон СОС начинает двигаться выше. Помните индекс AMO (Атлантической мультидекадной осцилляции), который мы показывали ранее?

Мы видим, что в 1995 году индекс АМО, который отображает изменение температур на севере Атлантического океана, также изменил фазу или же зеркально отразился и вышел из так называемой отрицательной фазы, то есть более холодной температуры океана, показанной синим цветом. В 1995 году он перешёл к более тёплым температурам океана — как раз в тот год, когда увеличилась вся подводная сейсмическая активность в океанах.

Здесь мы можем добавить ещё одну переменную. Мы наблюдаем тёплую фазу АМО несколькими десятками лет ранее, затем холодную фазу и, наконец, тёплую фазу и видим, что она снова идеально совпадает с 1995 годом. В дополнение к этому, синие столбики здесь показывают то, что мы называем ACE, или индекс накопленной энергии циклонов, который показывает, сколько энергии высвобождается циклонами в Северной Атлантике.

Здесь мы видим индекс накопленной энергии циклонов Северной Атлантики, а именно то, что этот индекс также резко подскочил в 1995 году. А для возникновения ураганной активности нужны высокие температуры поверхности моря. Мы видим, что это полностью совпадает с моментом, когда АМО перешёл от холодной фазы к тёплой. Но опять же 1995 год был той самой точкой демаркации.

Здесь мы видим динамику арктических температур (данные предоставлены Датским метеорологическим институтом): в 1995 году началось резкое и значительное повышение весенних и осенних температур (1995 год обозначен здесь зелёной стрелкой).

Мы видим, что весенние температуры (выделены зелёным цветом) и осенние температуры (выделены красным цветом) резко подскочили вверх и продолжают расти с 1995 года. Отстающими были зимние температуры (показаны синим цветом). Они отставали от этих показателей примерно на 2-3 года, но сейчас мы видим, что эта кривая стала намного выше.

Интересно, что летние арктические температуры остаются ровными, они не меняются. В основном изменения происходят осенью, весной и зимой.

На этом слайде мы наблюдаем общую площадь льда в Арктике. И опять же видим, что в 1995 году произошёл резкий скачок вниз (обозначен зелёной стрелкой):

Здесь мы наблюдаем облачный покров в секторе Гренландии. В 1995 году этот показатель меняется в сторону уменьшения:

Механизм, задействованный здесь, заключается в том, что по мере повышения температуры в секторе Гренландии атмосфера может удерживать больше водяного пара. Иными словами, меньшее количество водяного пара, который испаряется с поверхности, будет конденсироваться в облака, поскольку вышележащая атмосфера нагревается. Это приведёт к уменьшению облачного покрова.

И, наконец, давайте посмотрим на так называемый северный субполярный циклонический круговорот (СЦК), который представляет собой большую циркулирующую массу воды, сосредоточенную вокруг Исландии. Мы видим, что температура поверхности моря в СЦК резко возросла, начиная с 1995 года.

Таким образом, мы отмечаем большое совпадение других геофизических явлений, абсолютно согласующихся с внезапным всплеском сейсмической активности в срединно-океанических зонах. А это, конечно, является отражением более высокого геотермального тепла, поступающего из срединно-океанических зон, и заметным повышением интенсивности термохалинной циркуляции.

Иван: Потрясающая презентация! Где мы можем взять достоверные данные и какие данные Вы используете в своей презентации.

Артур Витерито: Данные о землетрясениях? Это называется IRIS Wilber 3. Это международный консорциум, одним из участников которого является Геологическая служба США. Набор данных IRIS Wilber 3 — это всеобъемлющая глобальная сейсмическая сеть. Она существует с начала 70-х годов, когда она трансформировалась из Всемирной сейсмической сети в Глобальную сейсмическую сеть.

Теперь это автоматизированная система, обширная база данных. Я использовал из неё более двух миллионов записей данных и выделил из них те, которые соответствуют зонам срединно-океанического спрединга. Буду рад поделиться этим со всеми, кому это интересно.

Иван: Замечательно. Мы как раз те, кому очень интересны такие данные. А это открытый источник? Любой может посмотреть? Или нужна какая-то предоплата?

Артур Витерито: Нет, это открытый источник. Там нет никаких ограничений. Это бесплатно.

Иван: Замечательно! Не могли бы Вы поделиться ссылкой, где всё можно посмотреть?

Артур Витерито: Конечно. Это IRIS 3 International — международный консорциум сейсмической информации.