Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной? - Игорь Кароль

Казалось бы, такой определенности можно только порадоваться, но, увы, на каждого Мальчиша-Кибальчиша находится свой Мальчиш-Плохиш. В нашем случае эту роль исполняет облачность. Облака, встречая солнечную энергию на «подходе» к Земле, поглощают ее, отражают обратно вверх и рассеивают во всех направлениях. Оценить их альбедо очень непросто из-за обилия существующих нюансов: имеют значение плотность и химический состав облаков, их толщина и однородность, высота над уровнем Земли и влагосодержание. Добавляет трудностей и то, что облака находятся в постоянном движении как в прямом, так и в переносном (вследствие микромасштабных процессов, непрерывно меняются их структура, влагозапас и состав) смыслах. Далеко не все из перечисленного можно определить непосредственно с Земли. И снова в этой связи отметим неоценимую помощь метеоспутников, но даже они не в состоянии обеспечить сколь-нибудь полного решения этой проблемы.

Проводя аналогию со спортом, можно сравнить солнечную радиацию с бросками по хоккейным воротам, поверхность Земли – с вратарем, а облака – с защитниками. Часть бросков отражает защита, часть – вратарь. Но большинство бросков реализуются: «вратарь» парирует лишь 2–4 броска из десяти. Лишь снег – «вратарь» почти «непробиваемый», «отбивающий 8–9 шайб» из каждого десятка.

Облака, особенно состоящие из жидких капель, очень интенсивно поглощают длинноволновое излучение с поверхности суши и океана и переизлучают его вверх и вниз. Поэтому облачные ночи всегда заметно теплее ясных: в первом случае «облачное одеяло» возвращает тепло к земле, а во втором тепло беспрепятственно уходит в космос.

При обсуждении альбедо поверхности не обойтись без упоминания еще об одном важном аспекте – антропогенном. Ни Солнце, ни траектории небесных тел, ни океанские глубины не подвластны человеку. Иное дело просторы поверхности родной планеты. Вырубка лесов, распашка земель, создание водохранилищ, возделывание рисовых плантаций (чеков) и т. п. – тут есть где разгуляться.

Всякий раз подобное вмешательство сопровождается изменением альбедо. Могли ли эти изменения стать «спусковым крючком» процесса глобального потепления ХХ века? Оценки показывают: нет, не могли. Любой эпизод, связанный с культивацией земель, имеет очень ограниченный пространственный масштаб. Он, конечно, сказывается на альбедо, а с ним и на микроклимате данной местности (и, возможно, соседних регионов), но не более того.

Значительно сложнее оценить отклик на каждый такой эпизод круговорота воды. С изменением альбедо (особенно при строительстве водохранилищ) меняется локальный режим испарения, что неизбежно сказывается на образовании облаков. Появившиеся в последние годы исследования, базирующиеся на анализе спутниковых данных, показывают, что в среднем по земному шару и количество облаков, и их радиационные свойства меняются мало.

Следовательно, можно заключить, что изменения альбедо способны несколько перестроить привычное распределение притока солнечной радиации в различных географических зонах, но не отразятся на общем количестве солнечной энергии, поглощаемой системой «Земля – атмосфера».

Что же получается? Ввиду неизменности альбедо, приход энергии от Солнца к Земле остался стабильным. Но ведь на радиационный баланс системы «Земля – атмосфера» оказывают также влияние твердые и жидкие частицы, постоянно присутствующие в атмосферном воздухе…

Две стороны одной медали: роль атмосферных аэрозолей в формировании климата

Всякая медаль не только блестит, но и отбрасывает тень.

Итак, список важных факторов, сказывающихся на формировании климата, еще не исчерпан. Существенное влияние на климат оказывают атмосферные аэрозоли – совокупность находящихся в воздухе во взвешенном состоянии твердых или жидких частиц, размер которых составляет от 0,01 до 10 мкм. Значительная их часть – это частицы, содержащие серу. Обычно они образуются во влажной атмосфере из газов, присутствующих в выбросах электростанций и металлургических заводов, сжигающих ископаемое топливо – уголь, нефть, мазут. В течение нескольких дней или недель эти аэрозоли проникают в облачные частицы и выпадают на Землю с осадками. За это время они не успевают значительно удалиться от своих источников, расположенных в промышленных и густонаселенных регионах, в основном в умеренных и высоких северных широтах. Другую часть аэрозолей составляют минеральные частицы и морские соли, попадающие в атмосферу с поверхности суши и океана.

Аэрозоли (кроме сажи) рассеивают и ослабляют потоки излучения Солнца и этим производят «антипарниковый» эффект – второй по значимости в списке климатоформирующих глобальных факторов.

Этот «антипарниковый» эффект многократно усиливается после крупных извержений вулканов. Согласно статистике, их на Земле 1343 (в том числе, подводных), время от времени они извергаются, однако мощность подавляющего большинства относительно невелика.

Правда, в Сальвадоре есть вулкан Исалько, извергающийся почти постоянно, за что получил прозвище «маяк Центральной Америки».

Крупные извержения отличаются не только большой массой выбрасываемых газов и аэрозолей, но и высотой, на которую они выбрасываются.

В то время как продукты мелких извержений остаются в тропосфере и довольно быстро ее покидают, оседая на поверхности Земли, продукты крупных извержений вулканов достигают стратосферы и задерживаются там на несколько лет, создавая «аэрозольный экран».

В состав вулканических продуктов входят, в частности, вулканический пепел и газ – диоксид серы (SO2). Пепел отчасти поглощает коротко– и длинноволновую радиацию и способствует более интенсивному облакообразованию из-за конденсации водяных паров на поверхности мельчайших вулканических частиц, в том числе и частиц самого пепла. Диоксид серы в присутствии паров воды окисляется до серной кислоты (H2SO4), капельки последней образуют взвесь, которая может находиться в атмосфере очень долгое время.

«Аэрозольный экран» на время своего существования сокращает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, но одновременно, с ростом концентрации парниковых газов, увеличивается и парниковый эффект. Все же действие «экрана» пересиливает конкурента, и на период его существования наблюдается некоторое снижение температуры. Увы, с разрушением «экрана» «таможня снова дает добро» усилению потока коротковолновой радиации к земной поверхности, и происходит скачок температуры.

Судить о масштабах воздействия вулканов на климат нашей планеты можно на примере филиппинского вулкана Пинатубо. Его извержение в 1991 г. – самое мощное за последние полвека – принесло атмосфере около 20 миллионов тонн диоксида серы, а среднеглобальная температура на следующий год снизилась приблизительно на полградуса. Для сравнения: парализовавший в 2010 г. авиаперевозки над Европой исландский «триумф логопеда» Эйяфьядлайокудль «обогатил» тропосферу «лишь» 15 миллионами тонн пепла.

Тем не менее не все аэрозоли можно отнести к «борцам с глобальным потеплением». Противоположную роль играют частицы черного углерода (сажи) и аэрозоли органического происхождения (летучие органические соединения растительного происхождения, по-англ. Volatile Organic Compounds – VOC). Они не столько рассеивают, сколько поглощают солнечную радиацию, а нагреваясь, излучают к поверхности и в космос уже тепловую радиацию. Вместе с озоном в тропосфере и водяным паром в нагретом воздухе такие аэрозоли образуют короткоживущие субстанции, создающие дополнительный парниковый эффект. Появление сажевых частиц в атмосфере обусловлено работой транспорта, лесными пожарами и сжиганием органического топлива; они могут переноситься на значительные расстояния, прежде чем будут удалены из воздуха осадками.

В Арктическом секторе Евразии весной сажевые частицы образуют так называемую арктическую дымку, часто наблюдаемую на фоне низкого Солнца в отсутствие облаков. Выпадая на снег и лед, сажа заметно снижает их альбедо. Все это способствует ускорению их таяния и общему потеплению в Арктике.

Из сказанного следует, что воздействие аэрозолей на климат неодинаково. Оно зависит от их состава и местонахождения в атмосфере (в тропосфере или стратосфере) и на земной поверхности.

Но в целом это воздействие ограниченного масштаба как в пространстве, так и во времени, а потому не является решающим фактором в глобальном потеплении.

Пора подвести некоторые итоги.