Н.А. Ясаманов,  доктор
геолого-минералогических наук
Что
происходит с погодой? Прошлым летом жители средней полосы страны изнывали от
жары, многие районы задыхались в дыму горящих торфяников, а Европу и юг России
охватило катастрофическое наводнение, на Кавказ обрушились сокрушительные
смерчи. С ноября же в большинстве регионов установились лютые морозы (на севере
температура неделями держалась ниже –40°, в Подмосковье опускалась до –35°).
Прошедший декабрь оказался седьмым среди самых холодных с 1879 г. за все время
регулярных наблюдений («рекордсмен» – 1933 г.). В то же время лишь дважды
средняя температура июля была выше, чем в 2002 г. В преддверии Всемирной
конференции по климату, открывающейся в Москве, мы публикуем один из взглядов
на природу явления.
Вот
уже четверть века идут споры о глобальном потеплении. Не только специалисты, но
и общественность, а также СМИ озабочены изменениями климата, все чаще задаваясь
вопросами: каков антропогенный вклад в парниковый эффект, неизбежен ли подъем
глобальных температур или возможен спад и т. п. А в это время приборы
бесстрастно фиксируют рост температур, и мы отмечаем уникальные погодные
аномалии. То в середине мая 2001 г. Подмосковье поражают продолжительные
заморозки, когда температура несколько дней держится у отметки –5 °С. То
слишком быстро заканчивается лето, и уже в августе начинается дождливая и
холодная осень. То слишком рано вскрываются реки и начинается половодье,
сопровождающееся наводнениями. То, как в ноябре 2002 г., после теплой осени в
Европейской части страны неожиданно устанавливаются температуры на 15–20
градусов ниже средних многолетних, а в Восточной Сибири столбик термометра не
поднимается выше –40 °С (в Якутии – морозы под шестьдесят!). И где же
потепление?
Что
и говорить, первая половина зимы 2002/2003 гг. впечатляет. Не секрет, что в
Подмосковье уже привыкли к относительно теплым («гнилым») зимам с
продолжительными оттепелями. Так, в январе 2002 г. оттепель продолжалась свыше
двух недель. В результате температуры января, как, впрочем, и декабря 2001 г.,
оказались намного выше средних.
На
бытовом уровне потепление проявляется  в том, что теплых дней в году становится
больше (не обязательно летом). Глобальное потепление выражается не только в
росте средних температур, но и в изменении процессов, влияющих на погоду. 
Их
устойчивое протекание нарушается, и возникают погодные аномалии, число которых
с каждым годом все больше. Это и необычайно обильные и длительные снегопады в
Краснодарском крае и Ставрополье зимой 2001/2002, и сильнейшие наводнения в
Европе летом 2002 г. и зимой 2002/2003, и невиданные холода в Индии этой зимой.
Было ли потепление?
Глобальные
процессы изменения климата вызывают не только плавный рост средних температур,
но и их скачки, т. е. периоды аномально высоких и аномально низких температур.
Вот только длительность последних во второй половине XX в. заметно сокращалась.
О
потеплении неопровержимо свидетельствуют приборы. Пока среднегодовые
температуры в разных регионах и на Земле в целом повысились всего на десятые
доли градуса. Но спорят сегодня в основном уже не столько о факте потепления,
сколько о его причинах и следствиях, а также о тех или иных сценариях развития
событий. Впрочем, некоторые участники дискуссий все еще не смирились с
потеплением, ссылаясь на недостоверность, неточность или неверную интерпретацию
метеорологических данных и несовершенство климатических моделей.
Парниковые газы
Говоря
о глобальном потеплении, нельзя не упомянуть о парниковом эффекте и порождающих
его парниковых газах в атмосфере. Это водяной пар, углекислый газ, метан,
хлорфторуглероды (фреоны), обеспечивающие в целом около 98% парникового
эффекта. Остальное приходится на инертные благородные газы. Около 60%
парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнее
парниковый эффект, а их концентрация, в свою очередь, зависит от приземных
температур и площади водной поверхности. В конце 60-х годов ХХ в. ученые
обратили внимание на роль углекислоты в парниковом эффекте и задумались о ее
накоплении в атмосфере: выбросы CO2 в энергетике, на транспорте, в металлургии,
химической промышленности и других отраслях стремительно росли. Это так
подействовало на впечатлительную международную общественность (прежде всего
многочисленные экологические НПО), что сегодня ряд «климатических активистов»
парниковый эффект и антропогенные выбросы CO2 в атмосферу считают синонимами.
Между тем довольно тяжелый углекислый газ не поднимается в верхние слои
атмосферы. Все его выбросы остаются в нижней тропосфере, откуда сравнительно
быстро поглощаются растительностью и почвенными организмами или растворяются в
водах рек, озер, морей и океанов. Особенно много углекислого газа поглощает
Мировой океан. При этом большая часть CO2 тратится на постройку скелета водных
организмов и усваивается фитопланктоном, а избыток аккумулируется в донных
осадках в форме карбонатов.
Главный участник
До
последнего времени явно недооценивалась роль метана в парниковом эффекте. А
ведь этот легкий газ с земной поверхности быстро попадает на границу тропосферы
и стратосферы. Мало того, что он сам активно участвует в парниковом эффекте, на
высоте 15–20 км под действием солнечных лучей он разлагается на водород и
углерод, который, соединяясь с кислородом, образует углекислый газ. В
результате этого глобального процесса в верхних слоях атмосферы поглощается
кислород и разрушаются молекулы озона. Содержание метана в атмосфере растет
вдвое быстрее, чем концентрация углекислого газа. Возникающий из метана в
верхних слоях тропосферы углекислый газ медленно опускается к земной
поверхности. Он не только активно участвует в парниковом эффекте, но и заметно
пополняет запасы атмосферной углекислоты, т. е. чем больше метана попадает в
атмосферу, тем больше в ней образуется углекислого газа.
Сколько
же в природе метана и откуда он поступает в атмосферу? Точно подсчитать
количество выделяющегося метана нелегко. Но можно выделить природные и
антропогенные его источники и оценить их мощность. Метан образуется в болотах
при гниении органики. Недаром его еще называют болотным газом. Поступает он в
атмосферу и из обширных мангровых зарослей, широкой полосой протянувшихся на
низменных приморских равнинах в тропических областях (от 5° с. ш. до 10° ю.
ш.). Кроме того, метан попадает в атмосферу из зон тектонических разломов, как
на суше, так и на дне океана. Особенно много его выделяется вдоль рифтовых
впадин срединно-океанических хребтов, в областях столкновения литосферных плит,
где происходят активные вулканические подводные извержения, и на шельфе, где
накапливается и преобразуется органическое вещество. Выделяется метан и из
возникающих при землетрясениях трещин и разломов в районах скопления нефти и
газоконденсантов, месторождений бурого и каменного угля, горючих сланцев и
вообще толщ осадочных пород, богатых органикой.
Велики
и антропогенные выбросы метана. Он выделяется при разведке и добыче полезных
ископаемых, их транспортировке и переработке, при неполном сгорании
минерального топлива в двигателях внутреннего сгорания и тепловых электростанциях,
в сельском хозяйстве (особенно на рисовых полях и животноводческих фермах). По
оценкам, естественные и антропогенные выбросы составляют примерно 70% и 30%, но
последние стремительно растут.
Если
в ближайшие годы не будет сильных извержений вулканов (как Кракатау в 1883 г.
или Тамбор в 1815 г.), на Земле продолжится рост температур. Но нельзя строить
прогнозы, не поняв, как влияет на глобальное потепление рост содержания метана
в атмосфере и его превращение в углекислоту.
Путешествие в прошлое
Информация
о климатах давних эпох надежно сохранена в горных и осадочных породах в виде
ископаемых остатков животных и растений. Современные методики позволяют оценить
климат древности довольно точно. Начиная с докембрия, по мере приближения к
современной эпохе климатические характеристики расшифровывают все полнее и
достовернее.
За
время существования Земли было по меньшей мере 6–7 глобальных оледенений (в
конце архея – начале протерозоя, 2,5 млрд лет назад; в рифее – 850 и 650 млн
лет назад, в ордовике – 450 млн лет назад, в конце каменноугольного периода –
280 млн лет назад, а самое недавнее началось в конце неогена – 2 млн лет назад
и продолжилось в четвертичном периоде). Последнее оледенение завершилось в
начале голоцена (15 тыс. лет назад). С тех пор климат на Земле менялся то в
сторону потепления, то похолодания, но ледниковый покров на планете постепенно
сокращался.
Во
время оледенений средние температуры на Земле опускались до 8–10 °С (ныне 14°).
Огромные площади покрывались мощными ледниковыми щитами – ледники достигали
40–45° северной и южной широт. Тропический и субтропический климат сохранялся
только в узкой полосе у экватора.
Однако
гораздо дольше, чем оледенения, на Земле господствовал очень теплый климат.
Средние температуры повышались до 20–22 °С. На полюсах не только отсутствовали
ледяные шапки, но и росли деревья. Даже в эоцене (50–55 млн лет назад, что по
геологическим меркам недалеко от современной эпохи) температура воды в Северном
Ледовитом океане была, как в современном Черном море. На Шпицбергене и островах
Канадского Арктического архипелага росли хвойные и широколиственные леса. В
геологических слоях, возникших в то время, найдены отпечатки теплолюбивых
растений и даже пальм, а также скелеты крокодилов и других теплолюбивых животных.
Однако
уже около 30 млн лет назад в Антарктиде возникли первые ледники. Спустя еще 25
млн лет они появились и в Северном полушарии (сначала  в Гренландии, а затем на
островах Северного океана, который постепенно покрылся многолетним льдом).
Наступил четвертичный ледниковый период. Впрочем, и в этот период ледники не
раз отступали. В одну из таких эпох, в микулинское межледниковье (125 тыс. лет
назад), Северный Ледовитый океан покрывался льдом только зимой, а на месте
тундры и лесотундры росли сплошные леса. Всего за 1,5 млн лет ледниковые эпохи
по крайней мере четырежды сменялись межледниковьями.
В
последние годы профессором А.А. Величко составлены палеоклиматические карты
Европейской части России. На них видно, как менялся климат в последний миллион
лет. Почти все это время гораздо севернее, чем ныне, располагались области с
умеренным и тропическим климатом. Если во время оледенений средняя температура
была значительно ниже современной (примерно 20 тыс. лет назад ледники не только
покрывали всю Скандинавию, но и достигали Валдайской возвышенности), то в
межледниковья — на несколько градусов превышала современную. И тогда место
тундры занимала тайга и даже хвойно-лиственные леса, а на месте тайги росли
дубово-грабовые и дубово-липовые леса. Границы лесостепей находились
значительно севернее нынешних, а на юге Европейской части России располагались
степи и полупустыни.
Почему меняется климат
В
чем же причины таких кардинальных перемен? Зная это, не только легче понять,
почему меняется климат в современную эпоху, но и строить прогнозы.
Первое,
что напрашивается в качестве причины климатических флуктуаций, – это
периодическое изменение положения Земли в космическом пространстве и, стало
быть, неравномерное поступление солнечной энергии. Это, действительно, важная причина,
но она ответственна только за продолжительные (десятки миллионов лет)
климатические изменения. Так что для прогнозов на десятки и даже сотни лет
искать причины изменений климата в космосе не стоит. Кроме того, чисто
космическими причинами не объяснить колебания содержания CO2 в
атмосфере, запечатленные растительностью в результате  фотосинтеза.
Вторая
причина — состояние атмосферы, ее прозрачность и концентрация парниковых газов.
Ведь атмосфера пропускает не всю солнечную радиацию. Часть ее она рассеивает и
отражает обратно в космическое пространство, и лишь 44% потока излучения
достигает земной поверхности. Атмосферный озон, как известно, задерживает
ультрафиолет.
Современная
атмосфера — результат долгой эволюции. Когда-то в ней не было кислорода и
азота,  а были только углекислый газ, водяной пар, метан, аммиак, водород и
пары кислот. Первый миллиард лет в атмосфере преобладал углекислый газ, но  к
концу этого периода в ней появились азот и кислород. Содержание кислорода
достигло максимума 500 млн лет назад. А еще раньше возник озоновый экран,
защитивший живые существа от ультрафиолетового излучения и позволивший жизни
выйти на сушу.
Высокая
концентрация CO2 в атмосфере обеспечивала парниковый эффект и
высокие температуры в самые теплые эпохи геологического прошлого. Однако
временами концентрация сильно менялась. Как только она становилось меньше,
наступали похолодания. Согласованные изменения концентрации CO2 и
температуры (как в геологическом прошлом, так и в настоящем) дали повод
считать, что именно от содержания CO2 зависел парниковый эффект и
приземная температура. При этом оставался вопрос: откуда в атмосфере брался
избыток CO2 и как он расходовался?
Выделяющийся
из земных недр и почвы CO2 поглощался растительностью и почвенными
микроорганизмами и вследствие высокой плотности не мог подниматься в атмосферу.
Основным его поглотителем, как уже отмечалось, служат гидросфера и
растительность, поглощающая и перерабатывающая CO2 при фотосинтезе.
Чем больше CO2 в атмосфере и чем выше температура, тем больше на
Земле фитомасса. При отсутствии притока CO2 растительность настолько
интенсивно поглощает его из атмосферы, что его содержание падает, и начинается
похолодание. Это четко прослеживается при анализе палеоклиматов. Какими бы
причинами ни вызывались потепления или похолодания, всегда отмечалась
корреляция между содержанием CO2 в атмосфере и растительным
покровом.
Ну,
а что же происходит ныне? На фоне потепления рост содержания CO2 в
атмосфере все больше связывают с антропогенным выбросами. Но ведь в прошлом,
когда не было человека, оно регулировалось природными процессами. Его приток из
земных недр, как и от антропогенных выбросов, невелик, ибо он гораздо тяжелее
воздуха. Его не поднимут в тропосферу даже потоки горячего воздуха и дыма. Но
он мог образоваться в результате разложения восходящих потоков метана,
нарастающих, например, при любых подвижках земной коры. Так, из анализа
геологического прошлого следует, что потеплениям всегда предшествовали
расширение морского дна и расхождение континентов.
Подводя
итоги, можно высказать предположение, что в нынешнем глобальном потеплении
«повинен» в основном метан, как уже отмечалось, интенсивно поступающий в
атмосферу из разных источников. Проверить это непосредственными наблюдениями
непросто, ибо скорость его перемещения в атмосфере высока, а срок жизни мал. Но
неуклонный рост содержания в атмосфере метана, фиксируемый в последние
десятилетия, заставляет усомниться в том, что потепление вызвано лишь
антропогенными факторами. А взяться ему есть откуда! И в нашу эпоху происходят
медленные перемещения литосферных плит, а на континентах (Байкал,
Восточно-Африканские Великие озера) и морском дне (Красное море, Индийский и
Атлантический океаны) образуются гигантские рифты, что сопровождается наземными
и особенно подводными базальтовыми излияниями. Все эти процессы могут
сопровождаться масштабными выбросами метана в атмосферу, что, как мы видели,
способно вызвать потепление, неоднократно отмечавшееся в прошлом.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.ecolife.ru/