Сколько ископаемого топлива нужно сжечь, чтобы сделать Землю необитаемой?

Недавняя работа группы Рави Кумара Коппарапу (Ravi Kumar Kopparapu), использовавшая уточнённые данные абсорбции солнечных лучей углекислым газом и водяным паром, дала совсем иные данные. Так, оказалось, что внутренняя граница зоны обитаемости находится в 0,99 а. е. от Солнца, то есть жизнь на земкубе ходит по очень тонкому льду, который к тому же скоро растает. Получалось, что где-то через сотню миллионов лет светимость Солнца возрастёт на 1% в силу неизбежных особенностей тамошних термоядерных реакций, и биосфера Земли прикажет долго жить, скорее всего, так и не успев перейти в ноосферную стадию.

Получив эти данные, Рави Кумара Коппарапу с коллегами решили проверить доселе считавшиеся незыблемыми выводы Кастинга и Акермана, которые в 1986 году провели моделирование последствий парникового эффекта для климата Земли и пришли к тому, что никакое — вообще никакое — увеличение концентрации CO₂ в воздухе не приведёт к потере ею гидросферы. Что будет через 100 млн лет, предсказать действительно сложно, ибо есть ещё вероятность изменения орбиты Земли, а вот углекислый газ, как показывает история антропоцена, у нас получается неплохо производить уже сейчас.

Как выяснилось при помощи одномерной модели климата Земли, в принципе положить конец жизни на ней путём сжигания ископаемого топлива, что называется, достижимо. Хотя это и не так просто, как вы думали. По сути, сценарии разогрева разделяются на две большие группы: быстрой потери воды и медленной. В первом случае планета лишится океанов примерно за миллиард лет. Звучит это так, будто время у нас ещё есть, но в действительности океаны очень глубоки, а вот вода на суше может почти исчезнуть куда раньше полного высыхания морей, оттого существенные проблемы типа опустынивания начнутся почти сразу после начала стадии такого moist greenhouse (влажного парникового эффекта).

Менее оптимистичен сценарий медленного прощания с H₂O. В этом случае океанская вода будет теряться не столь быстро, поэтому моря испарятся полностью ещё до исчезновения водяного пара из газовой оболочки. И хотя кажется, что с водой лучше, чем без неё, на практике такой компонент в атмосфере будет способствовать усиленному поглощению ИК-лучей и приведёт к росту температуры не до каких-нибудь жалких 40–60 °C, как в предыдущем варианте, а сразу до полноценных 900 °C! Как вы понимаете, при таком стечении обстоятельств присутствие на планете водяного пара вряд ли можно назвать счастьем, оттого конец наступит значительно быстрее. Называется же это инферно runaway greenhouse (стремительный парниковый эффект).

Авторы работы считают, что в целом моделирование дало оптимистичные результаты — стремительный парниковый эффект при любом увеличении концентрации углекислого газа исключён.

Итак, металлы на поверхности Земли в ближайший миллиард лет, скорее всего, плавиться не начнут. Зато влажный парниковый эффект доступен при всего лишь одиннадцатикратном увеличении концентрации CO₂. Напомним, за весь период с начала промышленной революции до сегодняшнего дня количество этого компонента в атмосфере выросло всего на 31%, поэтому если вы планируете довести планету до потери гидросферы, то без сверхиндустриализации не обойтись. Учитывая слабость промышленной политики в нынешнем мире, вздохните с облегчением.

Но не всё так просто. Жизнь, конечно, выживет, делают одолжение жизни авторы работы, а вот у человека будут большие неприятности. Уже при температуре по влажному термометру, равной ~35 °C, мы начинаем испытывать гипертермию, что редко имеет счастливый конец, особенно если вы склонны к сердечно-сосудистым заболеваниям, — ведь кожа должна быть на два градуса холоднее организма, чтобы эффективно отдавать тепло в окружающую среду. При невыполнении этого условия охлаждение не работает, и о, скажем, беге или физических усилиях можно забыть. Проблема в том, что уже при учетверении количества углекислого газа такая температура сезонно возникнет в летний период в умеренных широтах, а при увосьмерении продвинется даже в высокие.

Теперь хорошо бы задаться вопросом, можем ли мы, такие талантливые и бездумные человекообразные, сжечь достаточно ископаемого топлива, чтобы добиться гипертермии в средних или высоких широтах? Согласно подсчётам, при нынешних ценах на топливо экономически целесообразное его сжигание не может затронуть все доступные запасы вообще. Часть из них пока просто слишком дорого добывать. Поэтому в сегодняшней ситуации максимум повышения концентрации углекислого газа не превысит трёхкратного. То есть если отключить здравый смысл и включить сжигание угля, то будет жарко, но не до гипертермии в анамнезе. Правда, при резком росте цен на энергоносители или включении в расчёты метангидратов, опыты по добыче которых сейчас ведёт Япония, достичь 4–8-кратного повышения концентрации в принципе возможно.

Что ж, убить себя, если очень постараться, всё же можно. Но учёные обнаружили и менее сомнительные поводы для радости. В частности, при учёте облачного покрова и неполного перемешивания тропосферы Земли внутренняя граница обитаемой зоны в Солнечной системе может быть сдвинута с 0,99 до 0,97 а. е. А при относительно благоприятном сценарии развития облачного покрова в будущем основная часть растений на планете сможет заниматься фотосинтезом ещё 350 млн лет, некоторые — едва ли не миллиард лет, хотя среди самых устойчивых не будет деревьев и папоротников — лишь растения с фотосинтезом C₄, в основной массе — травы. То есть в ближайшую сотню миллионов лет вымирание человечеству не грозит, хотя слишком долго коптить небо тоже не получится. Ни о каком миллиарде лет до конца света речь, видимо, всё-таки не идёт: Земля — готовьтесь — станет нам неподходящим домом куда раньше.

A — наш мир сегодня; В... Е — он же, но в различные моменты мелового периода. Как видим, местами постоянный температурный стресс для человека существовал уже тогда. Если среднегодовая температура поверхности преодолеет отметку в 300 К, гипертермия географически широко зашагает по планете.

Несомненно, рассмотренная работа всё ещё не учитывает многих факторов. Сами исследователи говорят, что хорошо бы построить более сложную трёхмерную модель развития климата. Да всего и не предусмотреть: скажем, исчезновение лесов в ближайшие 300–350 млн лет, очевидно, прилично изменит альбедо Земли, а значит, затронет и климат. Те же деревья интенсивнее всего генерируют облака над планетой, так что уверенно прогнозировать облачность после их пропажи явно будет тяжело.

Но представленная модель для современного уровня знаний вполне проработана, так что в принципе может служить руководством к действию — или, точнее, руководством к тому, каких именно действий стоит избегать.

Подготовлено по материалам arXiv.