Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

В 2015 г. двое из наиболее широко мыслящих руководителей DCO — Питер Келемен из Колумбийского университета и Крэг Мэннинг из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе — попытались свести все данные в одну изящную диаграмму глубинного углеродного цикла, своего рода музыкальную фразу глубин Земли, составленную с использованием хрестоматийных численных значений углеродного цикла{114}. Эта стильная диаграмма снабжена полудюжиной красных стрелок, каждая из которых представляет собой важнейшие потоки углерода между поверхностью и глубинами, каждая сопровождается одним или несколькими прямоугольничками с величинами этих углеродных потоков в мегатоннах углерода в год. Иллюстрация эта, которая сейчас используется на сотнях семинаров и лекций DCO, стала иконографическим изображением того, сколько нам еще нужно узнать об углероде Земли.

Среди этих стрелок или прямоугольничков нет таких, которые были бы определены точно и однозначно. Келемен и Мэннинг оценивают общий углерод, выделяемый из срединно-океанических хребтов и океанических островных вулканов в диапазоне от 8 до 42 Мт в год; поток из вулканов островных дуг — между 18 и 43 Мт в год. Минимальная оценка количества погруженного при субдукции углерода, который быстро возвращается в кору и воздух, составляет 14 Мт в год, максимальная — почти в пять раз больше. И самое отрезвляющее: подсчитанный результирующий поток углерода с поверхности Земли в глубокие недра варьирует где-то между поразительно высокими 52 Мт в год и практически нулем — ничем!

Мы видим признаки того, что баланс земного углерода может смещаться. За 4 млрд лет наша планета остыла, поэтому карбонатные минералы, которые, вероятно, однажды разрушились под действием близповерхностного тепла, сейчас могут переживать субдукционное погружение при более прохладных современных условиях. Жизнь также меняет это равенство, она продолжает осваивать новые трюки, изолируя углерод в черных сланцах, ракушечнике, угле и планктонном иле. Меняется климат, меняется химия океанов, соответственно, меняются механизмы и скорости движения углерода.

Это просто удачное стечение обстоятельств, что в течение большей части истории Земли общий углерод, уходящий глубоко вниз при субдукции, более или менее уравновешивался тем углеродом, что выходил на поверхность из вулканов и других источников. Следовательно, жизнь никогда не оставалась внакладе, когда ей требовалось найти достаточное количество углерода для толстых водорослевых матов и густых тропических лесов.

Хотя вопрос еще находится в стадии обсуждения и требуется провести намного больше исследований, некоторые ученые приходят к взвешенному заключению, что сейчас этот баланс, возможно, сместился. Благодаря карбонатному планктону в осадочных отложениях океанов накапливается больше углерода, чем в большинстве предыдущих эонов. Некоторая часть этого углерода, возможно, уже начала долгое путешествие в скрытые глубины мантии. Плюс к этому из-за произошедшего за последние более чем 4 млрд лет охлаждения Земли погруженный при субдукции карбонат не так легко разрушается, чтобы произвести тот углекислый газ, который возвращается на поверхность через вулканы. Не все, что уходит вниз, обязательно возвращается наверх. Цифры неизвестны, но бо́льшая часть вычислений указывает на то, что поверхностный углерод, возможно, захоранивается все быстрее и быстрее — со скоростью, которая может истощить территорию жизни всего за несколько сотен миллионов лет. Не теряйте сон из-за этой угрозы, это очень постепенные геологические изменения. Но урок ясен. Углеродный цикл Земли продолжает меняться и удивлять.

Это не значит, что мы можем игнорировать проблемы, связанные с углеродом. Если вы все-таки собираетесь потерять сон из-за изменяющегося углеродного цикла — смотрите не на Землю, а на себя.

АРИОЗО, ДА КАПО — Атмосферные изменения

Когда вы сжигаете что-то — Александрийскую библиотеку, кустарник в Калифорнии, здание в Дрездене, старые газеты, скрипку Страдивари, — неизбежным побочным продуктом будет углекислый газ. Тысячи лет с тех пор, как люди эпохи палеолита научились добывать огонь, наш вид сжигал топливо, чтобы согревать жилище, готовить еду и освещать путь сквозь ночную тьму. Долгое время углеродный «отпечаток» людей — вклад антропогенного углерода в атмосферу — был нейтральным. Мы сжигали дерево и производили углекислый газ, новые деревья поглощали этот углекислый газ и вырастало больше деревьев.

Равновесие начало рушиться с открытием находящегося на глубине богатого углеродом топлива. Некоторые количества торфа, битуминозного каменного угля и нефти использовались тысячелетиями, хотя и не в таких объемах, чтобы существенным образом изменить атмосферный баланс. Промышленная революция, за которой последовали революции в производстве электричества и механизированной транспортировке, — вот что изменило правила игры. Резко возросший спрос на энергию в совокупности с открытием нефти и антрацита наделил бурно развивающееся технологическое общество могуществом, сопровождавшимся процветанием и материальным комфортом.

За последние 200 лет мы добыли сотни миллиардов тонн богатых углеродом угля и нефти{115}. При сжигании этих угля и нефти в атмосферу ежегодно высвобождается около 40 млрд т углекислого газа — в 1000 раз больше, чем дают выбросы всех вулканов мира. Человечество радикально изменило ту часть уравнения, в которой отображается углерод, возвращающийся обратно наверх.

Правда

Нам не следует закрывать глаза на информацию об углероде и его роли в изменении климата. Вот четыре неоспоримых факта{116}.

Факт первый. Углекислый газ и метан — сильнодействующие парниковые газы. Их молекулы поглощают солнечную радиацию, уменьшая количество энергии, излучаемой в космос. Чем выше концентрации углекислого газа и метана в атмосфере, тем больше солнечной энергии поглощается.

Факт второй. Количество углекислого газа и метана в атмосфере Земли быстро увеличивается. Убедительные доказательства этого поступают из разных источников, но пузырьки газа, вмерзшие в полярный лед, — километровые образцы ледяных кернов, содержащие миллионы ежегодных слоев льда, — обеспечивают прямое и неопровержимое свидетельство того, что изменения в воздухе произошли недавно. В течение почти всех прошедших миллионов лет концентрация углекислого газа колебалась между 200 и 280 ppm, самые низкие значения приходились на эпизодические ледниковые периоды. В середине XX столетия содержание превысило 300 ppm, возможно впервые за десятки миллионов лет. В 2015 г. уровень CO₂ достиг 400 ppm. Каждый новый анализ показывает все ускоряющийся рост этого критического параметра — он происходит быстрее, чем когда-либо за многие миллионы лет.

Рост содержания атмосферного метана еще более резкий. Миллион лет концентрация метана колебалась между 400 и 700 частями на миллиард (ppb) — опять же в зависимости от периодов наступления и отхода ледников. За последние 200 лет это значение утроилось, взлетев почти до 2000 ppb. Как и в случае с CO₂, содержание метана сейчас выше и поднимается быстрее, чем когда-либо ранее за прошедшие миллионы лет.

Факт третий. Человеческая деятельность — в первую очередь сжигание миллиардов тонн углеродного топлива ежегодно — является причиной почти всех изменений в составе атмосферы.

Факт четвертый. Земля начала нагреваться более столетия назад. Записи, которые ведутся с 1880 г., показывают, что 12 самых жарких лет за весь период наблюдений приходятся на последние два десятилетия. 2014 г. был жарче, чем любой из предшествующих ему, 2015-й стал жарче 2014-го почти на четверть градуса, 2016-й установил новый рекорд, а 2017-й оказался почти таким же жарким, что и 2016-й. В среднем за первые десятилетия XXI в. стало более чем на 1 °C теплее по сравнению с предыдущим столетием.

Почти все ученые, изучавшие эти убедительные и неопровержимые факты, приходят к одному и тому же однозначному выводу: человеческая деятельность вызывает нагревание Земли. Заключение это — не чье-то личное мнение или домысел. Оно не обусловлено политикой или экономикой. Это не уловка исследователей, желающих получить больше спонсорской поддержки, или специалистов по окружающей среде, стремящихся завоевать внимание прессы.

Мы не всё знаем о Земле, но эта информация — чистая правда.

Последствия

Удвоение содержания углерода в воздухе и следующее за ним нагревание земного шара за такое короткое время беспрецедентны. Человечество проводит не имеющий аналогов геоинженерный эксперимент безо всякой страховки, а нежелательные последствия уже начали проявляться.

С ростом концентрации атмосферного CO₂ предсказуемо и соответственно повысились уровень углекислого газа в океане и — пусть немного, но губительно — его кислотность, изменение которой ослабляет карбонатные раковины и убивает кораллы. Некоторые морские биологи опасаются повсеместного разрушения мелководных морских экосистем.

Рост температуры воздуха и морской воды приводит также к небывалой потере ледникового льда — как высокогорных ледников средних широт, так и льдов полярных регионов. Нам не избежать повышения уровня моря, уже заметного вдоль многих побережий, — возможно, на десятки сантиметров, а возможно, и гораздо, гораздо больше. Подобные изменения глубин не новы. За последний миллион лет уровень моря опускался на 30 и более метров во время по крайней мере десяти эпизодов оледенения, когда чуть ли не 5% воды Земли оказалось заморожено в ледовых шапках и горных ледниках. И порядка десяти раз, когда менее 2% воды Земли было заперто во льду, уровень моря приближался к современному или был даже выше.

Сегодняшняя проблема заключается в небывалой скорости, с которой исчезают горные ледники и раскалываются шельфы Антарктического ледяного щита. Чем больше льда тает, тем глубже становятся океаны. Повышение уровня моря на 30 м в истории Земли тоже уже было. Но если текущая тенденция сохранится, сотням миллионов человек, живущих в прибрежных регионах, через несколько столетий, возможно, придется переехать. Целые штаты (например, Флорида и Делавэр) и страны (Нидерланды, Бангладеш и некоторые островные государства Тихого океана) могут практически исчезнуть.

Повышение температуры воздуха и океанов влияет еще и на климат. Частота атмосферных осадков меняется, и увеличивается интенсивность суровых штормов. Океанические течения, которые в некоторые части земного шара несут тепло, а другие охлаждают, также могут меняться. В исследовании 2017 г. Дэниел Скотт из Университета Уотерлу (Онтарио, Канада) смоделировал парадоксальный эффект последствий климатических изменений в 21 месте проведения уже минувших зимних Олимпийских игр{117}. В XX столетии все эти территории были холодными достаточно, чтобы гарантировать с 90%-ной вероятностью, что во время проведения Игр температура будет ниже нуля. Модели Скотта прогнозируют, что к 2040 г. девять из этих олимпийских столиц, среди них Ванкувер в Канаде, Осло в Норвегии и Инсбрук в Австрии, окажутся не столь надежными — температура более четверти их зимних дней будет выше нуля. Еще критичнее ситуация в Сочи, столице зимних Олимпийских игр 2014 г., — здесь к 2040 г. температура большей части зимних дней станет положительной.

От разрушительного влияния климатических изменений страдают экосистемы по всему земному шару. Но нет худа без добра. Жители арктических регионов Гренландии, которые в течение тысячелетия холодными и темными зимними месяцами кормились подледной рыбалкой, теперь наслаждаются водами, открытыми круглогодично. Фермеры Центральной Канады извлекают выгоду из более длинного вегетационного периода. Свободный ото льда Северо-Западный проход между Атлантическим и Тихим океанами способствует ускорению морских перевозок по всему миру. А горнорудные компании с наслаждением разведывают запасы полезных ископаемых там, где впервые за всю человеческую историю на поверхности показались породы, покрытые ранее льдом.

Но есть и иные последствия климатических изменений, которые только тревожат и никому не приносят пользы. Быстрое наступление Сахары в Африке угрожает стабильным некогда поселениям. Арктические биосообщества, условия в которых в течение бесчисленных столетий были слишком холодными для насекомых-вредителей, сейчас — впервые за всю известную нам историю — страдают в июле и августе от роев москитов и черных мух. Экозоны ежегодно смещаются на север на несколько километров — быстрее, чем могут приспособиться леса, поля и мигрирующие птицы.

Ученые способны предсказать, а возможно, даже и уменьшить влияние целого ряда из постоянно увеличивающегося списка изменений, вызванных нагреванием планеты. Чего мы не можем прогнозировать и где нам угрожает наибольшая опасность — это критические точки, положительные обратные связи, которые внезапно и фундаментально меняют скорость и последствия изменений{118}. Не исключено, что самый большой риск в этом плане представляет метан — парниковый газ, действующий намного сильнее, чем углекислый. Почти весь метан Земли заперт в ее коре и хранится в виде огромных слоев насыщенного им льда под замерзшей тундрой и континентальными шельфами. Точное его количество сложно оценить, но эксперты приходят к единому мнению, что запасы метана, заключенного во льдах по всему миру, в сотни раз больше, чем во всех других источниках, а объемы связанного с ним углерода, возможно, превышают общее содержание углерода во всех других видах ископаемого топлива. Тысячи лет этот метан был спящей, погребенной, пассивной составляющей углеродного цикла Земли.

Предельный катастрофический сценарий — критическая точка, мысль о которой заставляет некоторых из нас просыпаться ночью в холодном поту, — глобальная положительная обратная связь метана. Потепление вызывает таяние льда и высвобождение этого газа, что приводит к еще большему потеплению и еще большему таянию. Концентрация метана в атмосфере может повыситься, подняв вместе с собой и температуру. Мы не знаем, наступит ли эта обратная связь, но если да, то ее, скорее всего, уже будет слишком поздно пытаться остановить.

Можете не сомневаться. Что бы мы ни сотворили с планетой, какие бы изменения ни предстояли, жизнь продолжит свое существование, а углерод — свой цикл. Но готовы ли к грядущим изменениям мы?