Отец изменения климата

За обсаженной деревьями набережной, граничащей с кампусом Стокгольмского университета, находится здание 92E, вилла из красного кирпича размером с пожарную часть, обращенная спиной к Рослагсвегену, главной артерии, соединяющей столицу с Норртелье, находящимся в 70 км.

То немногое, что есть на здании, ничего не говорит о его истории. Вывеска над входом идентифицирует его как «Кафе Боян», студенческую столовую, и несколько голых по пояс студентов на скамейке под утренним солнцем вспоминают его как ничто другое.

В конце 19 века в доме 92Е располагался дом и лаборатория Сванте Аррениуса, химика, ставшего первым шведским лауреатом Нобелевской премии. Ему суждено было оказать большее влияние, чем он мог себе представить, далеко за пределами своей основной работы. Невольно он раскрыл секреты атмосферы Земли и тем самым положил начало исследованиям того, что многие считают самой большой угрозой для современного человека. Возможно, он является отцом науки об изменении климата.

Этот титул был бы сюрпризом даже для него. Сын землемера, Аррениус преуспевал в школе, проявляя особые способности к арифметике, но его разнообразие мыслей и склонность к индивидуалистическим теориям нанесли ему сильный удар в университете. Его исследование кандидатской диссертации, которое он начал в Упсальском университете к северу от Стокгольма, было сосредоточено на проводимости электролитов, но идеи, которые он выдвинул в своей диссертации, сбили с толку его профессоров, и он получил самый низкий проходной балл. Сразу же все надежды остаться в Упсале рухнули, и Аррениус отправился в путешествие по европейским лабораториям, прежде чем несколько лет спустя получил работу в Стокгольме.

Аррениус заинтересовался дебатами, занимающими научное сообщество, а именно причиной ледниковых периодов. Может быть, подумал он, спусковым крючком послужили огромные колебания уровня атмосферного СО2, длящиеся десятки миллионов лет?

Связь между CO2 и температурой Земли была установлена ​​за много лет до этого. Французский ученый Жозеф Фурье первым понял, что некоторые атмосферные газы окутывают планету подобно стеклу под стеклянным колпаком, прозрачным для солнечного света, но поглощающим инфракрасные лучи. Это означает, что атмосфера нагревается сверху и снизу: во-первых, солнечным светом, когда он светит сквозь нее, а во-вторых, инфракрасным излучением, которое Земля излучает, когда остывает в течение ночи.

Аррениус поставил перед собой задачу выяснить, сколько воды и углекислого газа в атмосфере нагревают планету. Из работы других он знал, что CO2 — это только часть процесса. В то время как CO2 и другие газы улавливают инфракрасное излучение и таким образом нагревают атмосферу, более теплый воздух содержит больше водяного пара, который сам по себе является наиболее мощным фактором парникового эффекта. Таким образом, если бы уровень CO2 в атмосфере увеличился, водяной пар обеспечил бы серьезное усиление эффекта потепления.

За этим последовал год выполнения того, что Аррениус назвал «утомительными расчетами». Его отправной точкой был ряд показаний, сделанных американским астрономом Сэмюэлем Лэнгли, который пытался определить, сколько тепла Земля получила от полной Луны. Аррениус использовал данные с глобальными температурами, чтобы определить, какая часть приходящей радиации поглощается CO2 и водяным паром и, таким образом, нагревает атмосферу.

Спустя от 10 000 до 100 000 вычислений Аррениус получил несколько грубых, но полезных результатов, которые он опубликовал в 1896 году. Он пришел к выводу, что если уровень CO2 уменьшится вдвое, температура поверхности Земли упадет на 4-5°C. У его расчетов была и обратная сторона: удвоение уровня CO2 вызвало бы повышение примерно на 5-6°C.

Помимо спора о ледниковых периодах, Аррениус не упустил из виду, что человеческая деятельность в форме повсеместного сжигания угля приводила к повышению содержания CO2 в атмосфере выше естественного уровня, что делает Землю пригодной для жизни.Почти в качестве мимолетного комментария он подсчитал, что сжигание угля приведет к устойчивому повышению уровня CO2 примерно на 50% через 3000 лет, перспектива, которую он нашел совершенно радужной. На лекции в том же году он заявил: «Тогда у нас будет некоторое право предаваться приятной вере в то, что наши потомки, хотя и через много поколений, могут жить под более мягким небом и в менее бесплодной среде, чем наша участь в настоящее время. "

Неудивительно, что поскольку Аррениус был первым, кто дал точные цифры парникового эффекта, его оценки не были точными. Он думал, что потребуются тысячелетия, чтобы увидеть 50-процентное увеличение содержания CO2, но современные измерения показывают 30-процентное увеличение только за 20-й век. Он думал, что удвоение CO2 повысит температуру на 5-6°C. Теперь ученые говорят, что 2-3C более вероятен.

В течение следующих десятилетий его работа подвергалась критике, подкреплялась и снова подвергалась критике. Многие проигнорировали его выводы, указывая на упрощение им климата и на то, что он не смог учесть изменения облачного покрова и влажности. Скептики утверждали, что океаны поглотят любой дополнительный CO2, выброшенный в атмосферу, а любой остаток будет поглощен растительной жизнью, что приведет к более пышному ландшафту.

В 1938 году, через девять лет после смерти Аррениуса, лауреата Нобелевской премии за работу над ионными растворами, английский инженер Гай Каллендар дал толчок парниковой теории. Эксперт по паровым технологиям, он занялся метеорологией в качестве побочного занятия и заинтересовался предположениями о тенденции к потеплению. Каллендар собрал воедино измерения температуры, начиная с 19 века, и увидел заметный рост. Он продолжал проверять CO2 за тот же период и обнаружил, что уровни увеличились примерно на 10% за 100 лет. Потепление, вероятно, было связано с более высоким уровнем CO2.

Существование увеличивающегося парникового эффекта горячо обсуждалось до тех пор, пока не началось послевоенное финансирование 1950-х годов, и исследователи не начали получать достоверные данные.В 1956 году физик Гилберт Пласс подтвердил, что добавление CO2 в атмосферу увеличит поглощение инфракрасного излучения, добавив, что индустриализация будет повышать температуру Земли чуть более чем на 1°C в столетие. К концу 1950-х годов Пласс и другие ученые в США начали предупреждать правительственных чиновников, что парниковое потепление может стать серьезной проблемой в будущем.

Невольно США уже начали отслеживать то, что многие считали прямым следствием потепления в мире. Подводные лодки, работавшие за Полярным кругом, получили точные показания толщины ледяных щитов над ними. Когда Пентагон опубликовал данные почти 40 лет спустя, они выявили поразительное таяние льда, в среднем на 40% истончившегося на 1,3 метра с 1953 года.

В 1960-х годах исследователи из Океанографического института Скриппса в Сан-Диего взялись за испытание и провели огромное количество измерений атмосферного CO2. Цель состояла в том, чтобы установить базовый уровень, с которым можно было бы сравнивать будущие показания примерно через десять лет.

Чарльз Килинг провел два года, проводя измерения в Антарктиде и над вулканом Мауна-Лоа на Гавайях, но сообщил, что даже за этот короткий период уровень CO2 повысился. Он пришел к выводу, что океаны не поглощают парниковые газы, откачиваемые промышленностью. Вместо этого выбросы приводили к повышению уровня CO2. «Это было знаменательное открытие. Впервые ученые знали, что океаны не собираются поглощать весь этот углекислый газ», — говорит Майк Халм из Центра исследований изменения климата имени Тиндалла в Университете Восточной Англии.

Тем не менее, немногие считали парниковый эффект и вызываемое им потепление проблемой. В то время компьютерные модели предполагали небольшое увеличение, возможно, 2C за сотни лет.

К 1980-м годам изменение климата превратилось в меганауку, привлекающую ученых из разных областей, каждый из которых подходит к проблеме с разных сторон. Одна техника была особенно полезной.Глубокие ядра льда, вырезанные из Гренландии и других мест, содержали карманы воздуха, которым сотни тысяч лет. Анализируя захваченный воздух, ученые определили уровни CO2 в атмосфере во время прошлых ледниковых периодов. В 1987 году керн, вырезанный из центральной Антарктиды, показал, что за предыдущие 400 000 лет содержание CO2 упало до 180 частей на миллион (частей на миллион) в самые экстремальные ледниковые периоды и поднялось до 280 частей на миллион в более теплые времена, но ни разу не было выше. . В наружном воздухе содержание CO2 было измерено на уровне 350 частей на миллион, что является беспрецедентным за почти полмиллиона лет.

Для основных ученых доказательства того, что потепление связано с деятельностью человека, становились слишком большими, чтобы их игнорировать. В то время как ученые обнаружили доказательства парникового эффекта и вызываемого им потепления, другие указали на различные процессы, влияющие на глобальный климат. Вулканы, например, выбрасывают в атмосферу миллионы тонн диоксида серы, которые образуют аэрозольные частицы, отражающие солнечный свет обратно в космос. В результате извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году в атмосферу было выброшено около 20 миллионов тонн газа, что через год привело к глобальному похолоданию примерно на 0,5°C. Сейчас ученые считают, что потепление, произошедшее в начале 20 века, в значительной степени можно объяснить отсутствием вулканической активности.

Различия в интенсивности солнечного излучения также были названы движущей силой изменения климата. По словам Джоанны Хей из Имперского колледжа Лондона, около трети потепления с 1850 года можно объяснить солнечной активностью. Идентификация разрозненных факторов, способствующих потеплению, была подхвачена меньшинством, утверждающим, что глобальное потепление в гораздо большей степени обусловлено природой, чем деятельностью человека, и возникшие разногласия до сих пор не разрешены.

К 1988 году Организация Объединенных Наций учредила Межправительственную группу экспертов по изменению климата для обзора соответствующих исследований. Последняя оценка группы указывает на потепление на 1,4-5,8°C к 2100 году, в зависимости от того, какие стратегии, если таковые имеются, будут приняты для ограничения выбросов.В 20-м веке температура повысилась на 0,6°C, примерно половина из которых произошла с 1970 года.

Возможно, наиболее согласованные усилия по сокращению глобальных выбросов были инициированы Киотским протоколом. С момента начала ратификации в 1997 году более 100 стран приняли протокол, который впервые обязал их сократить выбросы шести парниковых газов.

Теперь не проходит и недели без крупного исследования по изменению климата. Целый год газеты начали с предупреждений о том, что Гольфстрим остановится, горнолыжные курорты переместятся на большую высоту, а антарктические ледники быстро тают. Спустя более 100 лет после того, как Аррениус решил выяснить, почему мир периодически сталкивался с ледниковыми периодами, ученый стал столпом меганауки, которая занимается исследованием глобального потепления.

Вернувшись в метеорологический отдел Стокгольма, Эрланд Каллен размышляет о прогрессе с тех пор, как Аррениус впервые приступил к своим расчетам. «Даже когда я пришел в эту область 20 лет назад, я очень скептически относился к глобальному потеплению. Было слишком много неопределенностей, я просто не мог понять, как кто-то может сказать что-то разумное об этом. Теперь я изо всех сил пытаюсь найти другое объяснение. может быть."

График

1898

Шведский ученый Сванте Аррериус выдвинул теорию парникового эффекта и подсчитал, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфере повысит температуру на 5–6°C.

1956

Американский исследователь оружия Гилберт Пласс в свободное время занимается климатическими исследованиями и анализирует, как углекислый газ улавливает тепло. Он объявляет, что изменение климата может стать серьезной проблемой для будущих поколений.

1979

Первая Всемирная климатическая конференция, спонсируемая Всемирной метеорологической организацией, проходит в Женеве, Швейцария. Экстремальные погодные явления в начале десятилетия привлекли внимание общественности к климату.

1982

Ледяные керны Гренландского ледникового щита показывают резкие колебания температуры за одно столетие из прошлого, чрезвычайно короткий период для изменения климата.Ученые также называют 1981 год самым теплым годом за всю историю наблюдений.

1997

Киотский протокол направлен на сокращение выбросов парниковых газов на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 года к 2012 году в развитых странах, включая страны бывшего коммунистического блока.

2005 Киотский протокол вступает в силу 16 февраля. Договор ратифицировали более 140 стран. Концентрация углекислого газа в настоящее время составляет 372 части на миллион, что выше, чем когда-либо, по крайней мере, за последние 420 000 лет.