0 просмотров

Как ученые XIX века предсказывали глобальное потепление

Из-за сегодняшних заголовков изменение климата кажется недавним открытием. Но Юнис Ньютон Фут и другие собирали его по кусочкам на протяжении столетий.

Установка Джона Тиндаля для измерения поглощения лучистого тепла газами

Установка Джона Тиндаля для измерения поглощения лучистого тепла газами
17 декабря 2019 г. 17 декабря 2019 г.
9 минут

Как давно мы знаем, что изменение климата, вызванное деятельностью человека, может привести к катастрофе?

За последние несколько десятилетий появилось множество современных предупреждений.Возможно, самый известный из них произошел в 1988 году, когда Джеймс Хансен, в то время ученый из НАСА, заявил Конгрессу, что «существует довольно сильное доказательство того, что парниковый эффект существует». С тех пор консенсус среди ученых только усилился, и опросы показывают, что 3 из 4 американцев согласны с тем, что человеческая деятельность нагревает климат, не в последнюю очередь потому, что разрушительное воздействие уже наступило: районы Ки-Ларго находятся под водой, а в Калифорнии бушуют лесные пожары. Возможно, общественность никогда не уделяла столько внимания экзистенциальной проблеме неуправляемых парниковых газов.

Но путь к пониманию изменения климата уходит корнями в середину XIX века, когда ученые викторианской эпохи проводили первые эксперименты, доказывающие, что неконтролируемый выброс CO2 может однажды подогреть планету.

Ранние исследования климата выросли из удивительного фермента науки того века. Ученые формулировали основу нашего современного понимания термодинамики и ее связи с химией и молекулярной физикой. Одним из них был Жозеф Фурье, французский математик и физик, посвятивший свою карьеру размышлениям о механике и уравнениях, управляющих теплопередачей. Его заинтриговала загадка: почему Земля такая теплая? Когда он подсчитал, сколько солнечной энергии попадает на нашу планету, он пришел к выводу, что Земля должна быть холоднее, чем она есть на самом деле.

Статья в тему:  Насколько мощение подъездных дорог способствует глобальному потеплению

Он предположил, что ответом должна быть атмосфера: она каким-то образом препятствует утечке тепла. В статье 1824 года он выдвинул гипотезу о том, что газы в атмосфере должны создавать барьеры, удерживающие тепло. Фурье еще не знал, какие молекулярные механизмы удерживают тепло. Но в газете 1837 г. Американский журнал науки и искусстваОн предположил, что в течение длительного периода времени количество тепла, удерживаемого атмосферой, может меняться — как в результате естественной эволюции Земли, так и в результате деятельности человека.«Создание и прогресс человеческого общества и действие сил природы могут в обширных регионах произвести замечательные изменения в состоянии поверхности, распределении вод и больших движениях воздуха», — предсказал он. «Такие эффекты в течение нескольких столетий должны вызывать изменения средней температуры для таких мест».

Это было одно из первых предсказаний того, что изменение климата мог произойти, хотя было не совсем ясно, как и почему это произойдет. Какие именно газы могли бы иметь такой эффект?

«Атмосфера из этого газа, — заметила Юнис Ньютон Фут, — придала бы нашей Земле высокую температуру».

Ответ начал появляться в 1856 году, когда были обнародованы результаты замечательного эксперимента. Юнис Ньютон Фут, ученый-любитель и известная суфражистка, впервые проверила способность различных газов улавливать тепло. Она взяла несколько стеклянных цилиндров, вставила на дно термометр, а затем наполнила их смесью газов, начиная от очень разреженного воздуха и заканчивая более густым воздухом, влажным воздухом и воздухом с «угольной кислотой», или тем, что мы сейчас называем СО2. Фут поместил цилиндры на солнце, чтобы они нагрелись, а затем в тень, чтобы они остыли. Наблюдая за изменением температуры, она обнаружила, что баллон с СО2 и водяным паром стал горячее обычного воздуха и дольше сохранял тепло в тени. Другими словами, влажный воздух и CO2 были теплоулавливающими газами.

Статья в тему:  Через сколько лет будет глобальное потепление

Когда она описала свой эксперимент для номера журнала 1856 г. Американский научный журналФут сделал устрашающе пророческое наблюдение: то, что произошло внутри банки с углекислым газом, могло произойти и с нашей планетой. «Атмосфера из этого газа, — заметила она, — придаст нашей земле высокую температуру».

Фут начал первую настоящую экспериментальную работу по физике климата, но, к сожалению, она была потеряна для истории.Когда пришло время представить ее исследование перед Американской ассоциацией содействия развитию науки — одним из самых выдающихся научных собраний страны, — женщинам не разрешили говорить, поэтому его прочитал коллега-мужчина. Ученые-климатологи более века, собравшиеся в первые десятилетия в основном в Европе, похоже, не обсуждали и не цитировали работу Фута. «У нее было три удара против нее», — отмечает Джон Перлин, исследователь из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Она была женщиной. Она была любителем. И она была американкой». Ее работа всплыла на поверхность только в последнее десятилетие, когда появились документы, раскрывающие ее.

Джон Тиндалл

Вместо этого внимание ученых-климатологов быстро перехватил ирландский ученый Джон Тиндалл. Он был разносторонним исследователем, способным создавать точное экспериментальное оборудование (и дискредитировать горячую тенденцию к сеансам и общению с духовным миром). Тиндаль также был поглощен вопросом, вырисовывавшимся в викторианской науке: что вызвало предыдущие ледниковые периоды в мире? Геологи обнаруживали свидетельства того, что Земля в разные моменты прошлого была покрыта огромным количеством льда. Это было захватывающее открытие, но было непонятно, почему температура планеты так сильно колебалась.

Статья в тему:  Как бороться с глобальным потеплением переменного тока для постоянного тока

Одна теория следовала линии рассуждений Фурье и утверждала, что виноват состав атмосферы. Если бы он изменился, он мог бы начать удерживать или терять значительное количество тепла. Тиндаль подумал, что это наиболее правдоподобный ответ, и в 1859 году захотел выяснить, какие газы являются поглотителями тепла.

(Конечно, это было то же самое, что Фут исследовал всего три года назад! Но в более поздних работах Тиндаля он утверждает, что никогда о ней не слышал. Это ставит историков перед неясным вопросом: говорил ли Тиндаль правду? Или Он украл работу Фута и намеренно вырезал ее из любого упоминания в своей работе?Об этом есть некоторые споры.Некоторые думают, что он намеренно не упомянул ее эксперименты, когда описывал свои собственные. Другие утверждают, что он просто не знал о ее статье, и что если бы он знал о ней, то разработал бы более эффективную серию экспериментов для своих собственных исследований.)

Еженедельный информационный бюллетень

Так или иначе, между 1859 и 1860 годами Тиндалл создал гениальное точное оборудование для проверки газов. Он изготовил длинную стеклянную трубку и нагрел один конец с помощью устройств, начиная от горячего металлического куба и заканчивая кипящей водой. Он поместил в трубку различные газы, запечатав их каменной солью, а затем измерил, сколько тепла может пройти через газ. Как и Фут, он обнаружил, что водяной пар и СО2 удивительно эффективно удерживают тепло: действительно, СО2 может улавливать в 1000 раз больше тепла, чем сухой воздух.

Статья в тему:  Что мы можем сделать, чтобы замедлить глобальное потепление

Результаты ошеломили его, как он позже объяснил в лекции 1861 года, описывая результаты. Как он отметил, наука до сих пор предполагала, что бесцветные газы, такие как CO2, пропускают тепло. «Те, кого, как и меня, учили считать прозрачные газы почти полностью диатермическими (прозрачными для тепла), вероятно, разделят удивление, с которым я наблюдал вышеупомянутые эффекты», — сказал он. На самом деле, сила CO2 была настолько сбивающей с толку, что он повторил эксперимент сотни раз, чтобы убедиться в достоверности результатов. Тиндаль, вероятно, испытал недоверчивую реакцию, которую до сих пор испытывают многие непрофессионалы, размышляющие о том, как такое крошечное количество CO2 — несколько сотен частей на миллион — могло так изменить планету.

Окончательный прорыв в науке о климате произошел в 1896 году, когда шведский физик Сванте Аррениус создал, по сути, первую модель изменения климата.

Аррениуса, как и Тиндаля, больше всего интересовало урегулирование споров о ледниковых периодах. Драка породила несколько конкурирующих объяснений. Один утверждал, что ледниковые периоды были вызваны возмущениями на орбите Земли; Аррениус не считал это правдоподобным.Другая теория объясняла это изменениями в атмосфере, в том числе CO2, что Аррениусу казалось гораздо более понятным. Итак, он хотел вычислить, как много CO2 потребуется, чтобы изменить глобальные температуры.

К счастью, у него были некоторые интересные свежие данные для работы. Шведский ученый, геолог Арвид Хёгбом, недавно опубликовал эссе, в котором подсчитал, сколько CO2 существовало на планете на протяжении всей истории. Другой исследователь, Сэмюэл Пьерпонт Лэнгли, также недавно изобрел высокоточный тепловой детектор, который он использовал для измерения того, сколько энергии пропускает атмосфера и сколько препятствует ее выходу. Вооружившись этой информацией, Аррениус начал подсчитывать, сколько тепла будет удержано, если уровни CO2 и водяного пара — «селективных поглотителей», как он их называл, — изменятся.

Статья в тему:  Когда северо-восток потеряет снег из-за глобального потепления

Аррениус пришел к «выводу, что исследования стоимостью в миллионы долларов за последующее столетие практически не изменились».

Это было тяжело. Аррениусу, как пишет историк Элизабет Кроуфорд, приходилось производить вручную «расчеты, которые, по оценкам, составляли от 10 000 до 100 000». Весь 1895 год он провел, сгорбившись над своими цифрами, а сам Аррениус громко жаловался на «утомительную» работу друзьям в письмах, в какой-то момент с горечью отметив, как «невероятно, что такое пустяковое дело стоило мне целого года».

Когда он закончил, он сделал поразительное предсказание: если удвоить количество CO2 в атмосфере, это поднимет мировую температуру на 5–6 градусов по Цельсию. Примечательно, что этот анализ довольно хорошо работает сегодня, даже в эпоху, когда анализ климата требует гораздо большего количества информации и переменных и обрабатывается облачными суперкомпьютерами. Несмотря на то, что он проделал свою работу вручную, используя данные, которые даже он считал крайне неадекватными, Аррениус пришел к «выводу, что исследования стоимостью в миллионы долларов за последующее столетие практически не изменились», как писала Изабель Хилтон в 2008 году. появилось современное моделирование климата.

Тем не менее, Аррениус и его коллеги на самом деле не беспокоились о глобальном потеплении или о том, что индустриализация поджарит планету. Конечно, промышленная революция шла полным ходом, сжигая кучу угля. Но ученые не предполагали, что потребление ископаемого топлива когда-либо может стать настолько огромным, чтобы серьезно изменить планету. Они не могли себе представить, что принесет следующий век с миллионами автомобилей на дорогах, электростанциями, работающими на угле, и вырубкой лесов, опустошающей мировые поглотители углерода. Итак, Аррениус предсказал, что изменение климата произойдет, конечно, но ужасно медленно: он ожидал, что потребуется 3000 лет — полных 30 столетий — для того, чтобы уровень CO2 в атмосфере увеличился на 50%. Вместо этого мы выросли на 30 % всего за один век.

Статья в тему:  Как интенсивность урагана влияет на глобальное потепление

Когда дело дошло до катастрофы, его и его сверстников больше беспокоила возможность извержения вулкана нарушить климат. Всего несколькими годами ранее остров Кракатау взорвался в вулканической ярости, выбрасывая в небо такое количество диоксида серы, что он охладил северное полушарие более чем на год и убил тысячи людей. Они понимали, что смертельную опасность представляет внезапное изменение климата. Но они не представляли опасности постепенный обогрев. Безусловно, сжигание такого количества угля казалось проблемой, потому что уже тогда люди знали, что ископаемое топливо не возобновляемо. Что будет, когда они уйдут?, размышляли ученые мужи дня. Но они не предвидели гораздо более коварных проблем, которые принесет потепление климата — например, проблемы миграции инвазивных видов или сложные петли обратной связи, возникающие по мере исчезновения ледников.

На самом деле, Аррениус считал, что у более теплого мира есть большие плюсы. В своей книге 1908 г. Миры в процессе создания (это было в первую очередь о страсти Аррениуса к панспермизму, теории о том, что жизнь пришла на Землю через бактерии, переносимые солнечными ветрами), он писал:

Мы часто слышим жалобы на то, что уголь, хранящийся в земле, растрачивается нынешним поколением без всякой мысли о будущем, и нас ужасает ужасное уничтожение жизни и имущества, которое последовало за извержениями вулканов наших дней. Мы можем найти своего рода утешение в соображении, что здесь, как и во всяком другом случае, добро смешано со злом. Под влиянием возрастающего содержания угольной кислоты в атмосфере мы можем надеяться на то, что насладятся эпохами с более ровным и лучшим климатом, особенно в более холодных областях земли, эпохами, когда земля будет давать гораздо более обильные урожаи, чем в 1990-е гг. настоящего, на благо быстро размножающегося человечества.

В то время это была хорошая идея, но у природы, как теперь опасно ясно, были другие идеи. Сейчас перед нами стоит задача максимально смягчить последствия изменения климата, адаптируясь к тому, что уже существует. Наступление более теплой планеты может показаться внезапным, если судить по сегодняшним паническим заголовкам. Но наука предсказывает, что это произойдет? Увы, это старо поколения.

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Насколько авиакомпании способствуют глобальному потеплению
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector