Помоги проекту - поделись книгой:
Существование бурых карликов было предсказано более 40 лет назад. Однако в 60-е, 70-е и 80-е годы эти объекты «жили» только на бумаге. Первый был открыт только в 1995 году. Сейчас во многом благодаря наблюдениям на космическом телескопе «Хаббл» известно уже множество источников этого типа. Известны двойные бурые карлики, бурые карлики с планетами и другие. Бурых карликов достаточно много, поэтому они должны быть и в самой ближайшей солнечной окрестности. Однако, поскольку это слабые объекты, увидеть их нелегко – особенно если они одиноки.
В январе 2006 года появилась статья Биллера (B.A. Biller) и его коллег, в которой рассказывается об открытии близкого бурого карлика. У слабой красной звездочки SCR 1845-6357, находящейся от нас на расстоянии всего около 13 световых лет, обнаружен спутник. Вот он-то и является бурым карликом. Нет больших сомнений в том, что должны быть и более близкие объекты этого типа, но их поиск опять же дело будущего.
Возможно, примерно так выглядит вблизи бурый карлик OTS44, окруженный протопланетным диском
В образовании звезд и звездоподобных объектов есть еще немало загадок. По всей видимости, механизм образования бурых карликов такой же, как и для маломассивных звезд. Однако полной ясности нет. Астрофизики рассматривают несколько возможностей. Опишем три из них: механизм, связанный с турбулентностью в межзвездной среде, возникновение бурых карликов в околозвездных дисках из-за неустойчивостей и, наконец, выброс бурых карликов из мест их формирования до того, как они успели набрать большую массу.
В первом случае нужно, чтобы турбулентные движения, приводящие к фрагментации протозвездных облаков, создавали не только дозвездные ядра больших масс, но и такие, из которых могут образовываться бурые карлики. Численные расчеты показывают, что это вполне возможно, но физика такого процесса очень сложна. Пока компьютерные модели учитывают не все процессы, важные для решения данной задачи. Нужно строить более проработанные сценарии турбулентной фрагментации и роста звезд из получившихся ядер.
Второй механизм подразумевает, что бурые карлики образуются как побочный продукт формирования более массивных звезд. Из протозвездного ядра выделяется центральная конденсация (из нее потом образуется звезда), окруженная массивным диском. Если в этом диске возникнут неустойчивости, то он может распасться на несколько фрагментов, из которых потом и сформируются бурые карлики. Так могут появляться карлики, вращающиеся вокруг нормальных звезд.
Наконец, в ходе сжатия протозвездного ядра оно может разделиться на несколько кусков. Из-за динамического взаимодействия друг с другом какие-то (вероятно, более легкие) фрагменты могут быть выкинуты из системы. Если это произошло до того, как масса выброшенного объекта достигла предела Кумара, то образуется бурый карлик.
Три описанных варианта не исключают друг друга. По всей видимости, все они встречаются в природе. Вопрос в том, какая доля бурых карликов образуется в каждом из сценариев. Астрономы полагают, что важную информацию можно получить, если определить, какая часть бурых карликов входит в двойные системы. Кроме того, важны наблюдения молодых бурых карликов. И в этом большую роль должен сыграть космический инфракрасный телескоп «Спитцер», самая молодая из четырех американских «великих» космических обсерваторий. Три другие: гамма-обсерватория «Комптон» (CGRO), оптический телескоп «Хаббл» и рентгеновский – «Чандра».
Отгорев или не родившись, звезда оказывается в удивительно стабильном состоянии, которое может длиться многие миллиарды миллиардов лет. В современной сравнительно молодой Вселенной таких объектов не так много, но со временем именно они составят основную массу видимой материи.
Сергей Попов, кандидат физико-математических наук
Досье: Глобальное потепление, или Высокий градус политики
ссылка на оригинальный текст статьи
На первый взгляд кажется совершенно невероятным, что тончайшая «пленка» из белковых тел, населяющих нашу планету, может как-то влиять на столь глобальную характеристику, как климат 3емли. Однако именно эта «биомасса» уже неоднократно кардинальным образом видоизменяла облик нашей планеты, состав атмосферы и среднюю температуру океанов. Когда-то влияние на земной климат оказывали в основном водоросли и растения, а теперь очередь дошла до животных, точнее, до самого активного из них, Человека разумного. Но неужели он – единственный виновник потепления?
Каждый, кто внимательно следит за научными новостями, не испытывает недостатка в свидетельствах потепления климата. Практически еженедельно появляются сообщения об исследованиях в этой сфере. Вот британские натуралисты сообщают о смещении к северу ареалов некоторых видов птиц. Канадцы отмечают, что северные реки остаются замерзшими в среднем на две недели меньше, чем полвека назад. В Гренландии в последние годы резко ускорилось движение ледников, спускающихся к морю. Арктические льды отступают летом значительно дальше на север, чем прежде. На Антарктическом полуострове, который вытянулся в сторону Южной Америки, тоже идет быстрое разрушение ледников. По некоторым данным, стал замедлять свое течение Гольфстрим…
Складывается впечатление, что на Земле действительно наступает «оттепель». Однако, чтобы говорить об этом уверенно, нужно проследить за глобальными изменениями температуры приземного воздуха, что совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд: температура на нашей планете испытывает значительные колебания как во времени, так и в пространстве. Чтобы с некоторой точностью определить ее среднюю величину, нужны тысячи измерений, причем, что важно, все они должны быть выполнены по единой методике. А чтобы уверенно зафиксировать потепление, такие измерения надо проводить непрерывно в течение нескольких сотен лет. Подобной методики пока не существует. Большинство метеостанций создано лишь недавно, а самые старые, где накоплены многолетние наблюдения, часто расположены в больших городах, где с развитием энергетики стал формироваться особый микроклимат, существенно отличающийся от климата окружающих территорий. Например, зимой в центре Москвы температура может быть на 5 градусов выше, чем по области. Не хватает метеостанций в полярных районах, в горах, в развивающихся странах. Почти не охвачены измерениями обширные пространства океанов.
С конца 1970-х годов на помощь климатологам пришли спутники. Однако и они не решают всех проблем. В частности, им недоступны территории, скрытые сплошной облачностью. Кроме того, спутниковые измерения выполняются дистанционно косвенными методами, и на их точность влияет множество трудно учитываемых факторов – от поглощения света в атмосфере до ошибок в калибровке бортовых приемников излучения. Поэтому данные космического мониторинга надо постоянно сверять с наземными измерениями.
Из-за сложностей анализа глобальных изменений температуры некоторые ученые до сих пор не признают потепление фактом и предпочитают говорить о нем как о правдоподобной гипотезе, нуждающейся в тщательной проверке. И все же подтверждений с каждым годом становится все больше.
Климатологи из крупнейших мировых исследовательских центров, собрав доступные архивы метеоданных из разных уголков земного шара, обработали их и привели по возможности к единой шкале. Получилось четыре ряда глобальных температур, начинающихся со второй половины XIX века. На них видны два отчетливых эпизода глобального потепления. Один из них приходится на период с 1910 по 1940 год. За это время средняя температура на Земле выросла на 0,3– 0,4°C. Затем в течение 30 лет температура не росла и, возможно, даже немного снизилась. А с 1970 года начался новый эпизод потепления, который продолжается до сих пор. За это время температура повысилась еще на 0,6– 0,8°C. Таким образом, в целом за XX век средняя глобальная температура приземного воздуха на Земле выросла примерно на один градус. Это довольно много, поскольку даже при выходе из ледникового периода потепление обычно составляет всего 4-5°C.
Что может влиять на климат?
Вариации радиуса и вытянутости земной орбиты. Расстояние от Земли до Солнца изменяется не только на масштабах времен порядка 100 миллионов лет, но и с периодом около 20 тысяч лет. При этом уровень летней инсоляции полушарий регулярно варьируется почти на 10% из-за удаления от Солнца.
Колебания наклона земной оси. Наклон земной оси к плоскости орбиты составляет 23,5° и испытывает колебания величиной 1° за десятки и сотни тысяч лет. Эти изменения влияют на температурный контраст между высокими и низкими широтами.
Флуктуации интенсивности космических лучей. Космические лучи ионизируют атомы в атмосфере Земли. Ионы служат центрами конденсации водяного пара и способствуют образованию облаков, что повышает альбедо Земли. Интенсивность космических лучей меняется при движении Солнечной системы по Галактике.
Изменение светимости Солнца. Сейчас количество энергии, поступающей от Солнца, колеблется очень незначительно (примерно на 0,1%). Между тем нельзя исключить более значительных колебаний на длительных отрезках времени.
Переполюсовка земного магнитного поля. Характерный масштаб – порядка четверти миллиона лет. Правда, последняя переполюсовка произошла 780 тысяч лет назад. В момент смены полярности атмосфера в меньшей мере защищена от действия солнечного ветра и космических лучей.
Парниковые газы в атмосфере. Удерживают инфракрасное излучение Земли, препятствуя его уходу в космос.
Изменения ландшафтов. От характера земной поверхности и растительности на ней зависит количество рассеиваемого излучения и в конечном счете альбедо Земли. В частности, существенное влияние на ландшафт оказывают сельское хозяйство и урбанизация.
Падения астероидов, крупные вулканические извержения, ядерные взрывы на поверхности Земли. Выброс аэрозолей в стратосферу уменьшает количество солнечной энергии, поступающей на Землю, а пыль в тропосфере увеличивает облачность – так называемый эффект «ядерной зимы». Продолжительность – от нескольких месяцев до десятков лет.
Еще 10-15 лет назад большинство ученых считали, что наблюдаемое потепление климата – всего лишь относительно крупный локальный всплеск на температурном графике. Однако уверенно регистрируемый рост температур в последние годы убедил большинство скептиков в том, что глобальное потепление действительно наступает. Причем уже понятно, что в различных районах оно проявляется с разной силой. Так, например, американский Национальный центр климатических данных NCDC проследил за изменениями температуры над океаном и сушей. Выяснилось, что над сушей температура растет заметно быстрее, чем над морской гладью, – вполне прогнозируемый результат, если учесть огромную теплоемкость воды в океанах.
Более подробное исследование предлагает Центр предсказания и исследования климата им. Хэдли (Hadley Centre for Climate Prediction and Research, Великобритания). Здесь есть данные более чем по 20 регионам. Бросается в глаза то, что факт потепления более бесспорен для Северного полушария Земли. Причем в самом Северном полушарии заметен меридиональный градиент – на севере потепление заметнее, чем на юге. В Южном полушарии по-настоящему серьезное потепление отмечается только на Антарктическом полуострове. Причем на всей остальной территории Антарктиды, особенно в ее центральных районах, ничего похожего в последние 50 лет не наблюдается. Все это дает основание ряду ученых говорить, что потепление носит локальный характер, связанный с Северным полушарием Земли. Объяснение в этом случае предлагают искать в недостаточно изученных пока квазипериодических процессах перестройки океанических течений, подобных явлению Эль-Ниньо (это теплое течение, эпизодически возникающее у берегов Эквадора и Перу, воздействует на погоду во всем Тихоокеанском регионе), но, возможно, еще более медленных.
Наиболее сильные колебания температуры наблюдаются в Арктике, Гренландии и на Антарктическом полуострове. Именно приполярные регионы, где вода находится на границе таяния и замерзания, наиболее чувствительны к изменениям климата. Здесь все пребывает в состоянии неустойчивого равновесия. Небольшое похолодание приводит к увеличению площади снегов и льдов, которые хорошо отражают в космос солнечное излучение, способствуя тем самым дальнейшему понижению температуры. И наоборот, потепление приводит к сокращению снежно-ледового покрова, что приводит к лучшему прогреву воды и почвы, а от них уже и воздуха. Возможно, что именно эта особенность полярного равновесия является одной из причин тех периодических оледенений, которые неоднократно переживала Земля на протяжении последних нескольких миллионов лет. По мнению некоторых климатологов, это равновесие настолько хрупко, что наблюдаемое в XX веке потепление уже стало необратимым и закончится полным таянием льдов, по крайней мере в Северном полушарии. Однако большинство специалистов не столь радикальны в своих суждениях.
Множество архивных источников содержат информацию о том, что в XVI– XVIII веках Европа пережила так называемый малый ледниковый период. В Лондоне зимой замерзала Темза, в Центральной Европе значительно увеличились горные ледники, а в России отмечались особенно суровые зимы. Эти сведения получили более надежное подтверждение, когда во Франции были обработаны записи о датах начала сбора винограда. Записи охватывают период с середины XIV века, и по ним можно с хорошей точностью определить среднюю температуру летом. Более универсальный метод, позволяющий заглянуть в прошлое на столетия, а в некоторых случаях и на тысячелетия, основан на анализе годовых колец, которые в теплые годы у деревьев толще, чем в холодные.
На масштабах до 20 тысяч лет, охватывающих последнее оледенение, определить климат отдельных территорий можно по пыльце растений, которую находят в осадочных породах на мелководье. Конечно, таким способом численные значения температуры не вычислишь, но зато можно проследить за процессами изменения климата на большой территории и за долгое время. И уже совсем в далекое прошлое позволяют заглянуть ледовые керны, которые добывают в ледниках Антарктиды и Гренландии. Например, из скважины, пройденной на Земле Королевы Мод и на антарктическом куполе Конкордия, удалось добыть лед возрастом около 900 тысяч лет. Главную ценность для климатологов представляют вмороженные в лед крошечные пузырьки воздуха. По соотношению изотопов кислорода 16O и 18O в древнем воздухе можно определить среднюю температуру в соответствующую эпоху. Эта методика основана на том факте, что молекулы, в состав которых входит менее тяжелый изотоп 16O, легче улетают с поверхности океанов в атмосферу, а значит, изотопный состав воздуха зависит от температуры верхних слоев воды. Кроме того, пузырьки несут информацию о химическом составе атмосферы.
За миллионнолетним рубежом ледники уже не могут помочь палеоклиматологам. На помощь приходят морские осадочные породы. По содержащимся в них окаменелым остаткам, а также по изотопному составу можно судить о средней температуре воды на поверхности океана, отодвинув тем самым известный климатический горизонт на десятки миллионов лет в прошлое.
А дальше исследования становятся неотделимыми от палеонтологических работ. Фактически климат угадывают по данным о животных, обитавших в те далекие времена. Точность таких реконструкций невысокая, но все же некоторые факты определяются довольно уверенно. Например, известно, что кораллы погибают, если температура воды надолго опускается ниже 18°С. А динозавры, будучи хладнокровными животными, обитали только в зоне положительных температур. И если их скелеты находят в Антарктиде, значит, там был в свое время достаточно мягкий климат. (Правда, и сама Антарктида не находилась тогда на Южном полюсе.) Опираясь на подобные факты, палеонтологи пришли к заключению, что на протяжении последних 2,5 миллиарда лет теплые и холодные эпохи чередовались, причем на долю теплых приходится более 80% времени.
Таким образом, сами по себе смены климата – для Земли естественны. Причем в некоторых случаях такие пертурбации происходят довольно быстро. Например, выход из последнего ледникового периода длился порядка тысячи лет (но на отступление ледников ушло в несколько раз больше времени). И все же нынешнее потепление определенно ставит рекорды скорости. Чтобы температура менялась на градус всего за столетие, это беспрецедентный случай. По крайней мере, в ледниковых «летописях» ничего подобного не обнаруживается.
Новые данные о связи космических лучей с климатом были получены в конце 90-х годов Хенриком Свенсмарком (Henrik Svensmark) и его коллегами. Эти исследователи обнаружили связь потока галактических космических лучей с облачным покровом Земли. Чем сильнее поток лучей, тем, оказывается, больше облачность. Поскольку высокая облачность приводит к росту коэффициента отражения солнечного света, то глобальная температура в такие периоды падает. Обнаружилась еще одна возможная причина обледенения – увеличение потока космических лучей. Причин для этого изменения может быть несколько. Одна состоит в том, что Солнце, совершая свой путь вокруг центра Галактики, периодически проходит сквозь ее спиральные рукава, где плотность космических лучей максимальна из-за взрывов массивных сверхновых. Вторая причина связана с возможностью возрастания темпа вспышек сверхновых в окрестности Солнца. Более того, даже при неизменном галактическом потоке космических лучей вариации солнечной активности могут приводить к существенным колебаниям числа быстрых заряженных частиц вблизи Земли. Дело в том, что солнечный ветер как бы несет с собой магнитное поле. Оно, в свою очередь, препятствует проникновению космических лучей в центральную часть планетной системы. Активное Солнце, влияя на поток космических лучей, приводит к увеличению температуры на Земле, и, напротив, наблюдается некоторое падение температуры во время одиннадцатилетних минимумов солнечной активности. Причем эти колебания нельзя объяснить теми микроскопическими изменениями яркости Солнца (на уровне долей процента), которые связаны с изменением числа пятен и протуберанцев. Магнитное поле Земли тоже препятствует проникновению космических лучей в ту область атмосферы, где формируются облака. Скорее всего, все перечисленные выше причины работают. В итоге получается очень сложная совокупность эффектов, приводящих к вариации потока галактических космических лучей в тропосфере. Некоторые исследователи полагают, что большая часть так называемого глобального потепления может быть связана именно с наблюдающимся сегодня уменьшением потока космических лучей.
Итак, в дальнейшем будем исходить из гипотезы, что глобальное потепление действительно имеет место. В таком случае резонно поставить вопрос о его причинах. Сказать, что современная наука не может объяснить это явление, было бы не совсем верно. Скорее, загвоздка в том, что она может истолковать его слишком большим числом способов, и на сегодняшний день совершенно непонятно, какому из них следует отдать предпочтение. Самая ходовая гипотеза, объясняющая все происходящее, связывает изменение климата с так называемым парниковым эффектом, то есть различной степенью прозрачности земной атмосферы для видимого и инфракрасного излучения.
Максимум спектра солнечного излучения, как известно, приходится на видимый диапазон. Это излучение почти беспрепятственно проходит через земную атмосферу, если только в ней нет облаков. Попав на земную поверхность или в воду, фотоны частично поглощаются, отдавая свою энергию, и частично рассеиваются – отражаются в произвольном направлении.
Рассеянное излучение с высокой вероятностью уходит обратно в космос, и его энергия для Земли оказывается потерянной. То же самое происходит со светом, рассеянным облаками. Причем они отражают гораздо больше фотонов, чем почва или вода. Именно поэтому увеличение глобальной облачности понижает среднюю температуру. То же самое можно сказать про снег и лед на поверхности Земли.
В целом долю света, которая теряется за счет рассеяния, характеризуют параметром под названием «альбедо». Первоначально им пользовались в основном астрономы, но теперь заинтересовались и климатологи. Альбедо Земли составляет 35-37%. Это значит, что 63-65% солнечной энергии поглощается нашей планетой. А раз энергия непрерывно поступает, значит, должна расти температура. Но она миллиарды лет остается почти постоянной, испытывая лишь небольшие колебания относительно среднего значения. Вывод: должен существовать канал для оттока энергии обратно в космос.
И такой канал действительно существует – это тепловое излучение самой Земли. Как известно, любое нагретое тело испускает кванты, соответствующие его абсолютной температуре. Средняя температура поверхности Земли – около 15° Цельсия, или около 300 по Кельвину. Этой температуре соответствует середина инфракрасного участка спектра. Вся поверхность нашей планеты, включая дневную и ночную стороны, моря и горы, пустыни и ледники, постоянно светит в этом диапазоне длин волн. Однако именно в ИК-области находятся линии поглощения ряда газов, входящих в земную атмосферу. В их числе углекислый газ, метан и водяной пар – так называемые парниковые газы. Хотя этих газов в атмосфере относительно мало – углекислого газа, например, менее 0,04%, – различных линий поглощения так много, что они сливаются в сплошные полосы. Инфракрасный квант, излученный земной поверхностью, будет неоднократно переизлучаться, пока не доберется до высоты 4-5 км. Только оттуда у него есть шанс уйти в космос. Но температура на этой высоте примерно на 35° ниже, чем на поверхности Земли. Поэтому мощность излучения тоже заметно меньше (примерно на 40%), и это делает процесс охлаждения менее интенсивным.
Если парниковых газов становится больше, то тепловое излучение уходит в космос с еще большей высоты при еще меньшей температуре. Что могло бы случиться с Землей, если бы парниковых газов в ее атмосфере было намного больше, можно видеть на примере Венеры. Укрытая плотной шубой из углекислого газа, планета разогрелась почти до 500°C, и только тогда было достигнуто равновесие между притоком и оттоком энергии. Впрочем, и недостаток парниковых газов – тоже не лучше. На Марсе атмосфера хотя и состоит в основном из CO2, но столь разрежена, что условия там даже на экваторе напоминают земную Антарктиду.
Можно сказать, что парниковые газы – это своего рода форточка Земли, с помощью которой можно регулировать теплоотдачу нашей планеты, меняя тем самым температуру на ее поверхности. И вот похоже, что сейчас эту форточку довольно сильно прикрыли. Как показывают измерения, концентрация CO2, основного парникового газа в земной атмосфере, повысилась за последние сто лет на 26% и сейчас каждый год увеличивается на полпроцента. Причем соответствующего роста совокупной биомассы зеленых растений, питающихся углекислым газом, почему-то не наблюдается.
Выбросы парниковых газов странами, наиболее активно сжигающими нефть, 2000 году.
При торговле квотами на выброс парниковых газов цена за тонну СО2 составляет от 10 до 20 евро. При сжигании угля, нефти и газа в атмосферу сегодня выбрасывается около 20 млрд. тонн углекислого газа в год
Казалось бы, нет ничего более естественного, чем увязать глобальное потепление с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере, а этот рост – со сжиганием ископаемого топлива. При таком объяснении звенья выстраиваются в одну цепь, да еще и сразу становится понятно, что надо делать – сокращать выбросы CO2, а значит, отказываться от использования угля, нефти и газа.
Именно этого и требует Киотский протокол, подписанный в 1997 году. Но если при его подготовке ситуация казалась вполне ясной, то к моменту вступления его в силу, в 2005 году, сомнения в научной обоснованности предлагаемых в нем мер стали общим местом в высказываниях климатологов. Оказывается, пока нельзя уверенно утверждать, что наблюдаемые изменения действительно связаны с деятельностью человека. Вполне возможно, что, принимая на себя вину за глобальное потепление, правительства вместо поиска истины идут по пути самооговора, к которому их активно склоняют экологи. Люди, не имея достоверных данных о том, что повышение уровня CO2 в атмосфере носит техногенный характер, тем не менее готовы принять на себя весьма обременительные обязательства по сокращению его выбросов.
Достоверность с оговоркой
В многостраничном отчете Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата каждое утверждение сопровождается оговоркой о степени достоверности по следующей шкале. Например, «практически достоверно» означает вероятность правильности утверждения более 99%, «весьма вероятно» – 90-99%, «вероятно» – 66– 90%. Характерный пример утверждения из отчета: «…с конца 1960-х годов протяженность снежного покрова, весьма вероятно, сократилась на 10%». Или: «Вероятно, на некоторых территориях увеличилась интенсивность сухих условий в летний период и связанного с этим риска засух». Столь осторожные высказывания специалистов оставляют политикам широкие возможности для произвольной трактовки темы. При этом мотивы для принятия того или иного решения могут быть далеки от научных. Например, в Европейском союзе, и особенно в Великобритании, возобладало мнение о том, что потепление происходит преимущественно по вине человека. Именно поэтому ЕС активно лоббировал принятие Киотского протокола. Построенная на нем международная система торговли квотами на выброс парниковых газов стимулирует развитие альтернативной энергетики и энергосберегающих технологий. Эти технологии еще долго оставались бы нерентабельными, но, получив «допинг» от Киотского протокола, они вполне могут лет через 10-20 составить конкуренцию традиционной нефтегазовой энергетике. А это важный для Европы шаг в обеспечении энергетической независимости.
Другой мотив – скрытая экономическая помощь развивающимся странам, необходимая для повышения международной стабильности. Открыто оказать масштабную помощь не позволяет общественное мнение жителей Европы. И тут Киотский протокол оказался как нельзя кстати – для развивающихся стран в нем практически нет ограничений по выбросам углекислого газа, а вот развитым придется оплачивать превышение квот. На практике это эквивалентно экономической помощи, но проводиться она будет под популярными в Европе экологическими лозунгами.
В США правительство Буша, связанное с нефтяным лобби, выступило против Киотского протокола, резонно заявляя, что влияние человека на климат пока не доказано. Вместе с тем в университетской среде США к глобальному потеплению и возможности воздействия человека на климат относятся более обеспокоенно, чем в правительственных структурах. Показателен случившийся в начале года скандал, когда один из крупных специалистов-климатологов NASA заявил, что начальство предписывало ему не информировать прессу о результатах исследований, говорящих в пользу антропогенной природы потепления. Вскоре аналогичный скандал произошел и в Австралии, которая занимает сходную с США позицию. Интересен и пример России, правительство которой проигнорировало мнение большинства отечественных климатологов о том, что Киотский протокол не имеет надежного научного обоснования, и ратифицировало его ради укрепления отношений с ЕС и в надежде получить прибыль от продажи недоиспользуемой квоты на выброс CO2. В целом проблема изменения климата на сегодня является той зоной, где наука столь тесно переплетена с политикой, что очень трудно отличить одно от другого. Остается только надеяться, что прогресс в сфере климатологических исследований позволит со временем распутать этот клубок.
Вполне возможно, что во всем происходящем виноваты естественные процессы, имеющие ту же природу, что и чередование малых и больших ледниковых периодов. Неожиданно высокая сегодняшняя скорость изменения температуры может быть лишь краткосрочным эпизодом, который впоследствии окажется рядовым всплеском на графике. Нельзя также исключить, что в прошлом уже были такие быстрые колебания, – просто при «записи» в ледниковые керны информация о скорости изменений исказилась, например, за счет диффузии.
Результаты исследований все тех же ледниковых кернов заставили усомниться в обоснованности требований Киотского протокола. Дело в том, что повышение уровня CO2 в атмосфере зачастую не предшествовало, а следовало за потеплением. То есть оно являлось не причиной, а следствием потепления. Механизм этого явления нетрудно объяснить – при повышении температуры в атмосферу выходит углекислый газ, растворенный в воде (а здесь его в 60 раз больше, чем в воздухе) и находящийся в твердых породах. Этот эффект может, конечно, усиливать потепление, но вовсе не обязательно, что рост содержания CO2 может спровоцировать потепление, если климатическая система к этому «не готова».
Другое дело, если земная атмосфера находилась в состоянии шаткого равновесия, будучи готова в любой момент перейти в режим потепления. В этом случае любое, даже малое воздействие – неважно, естественное или искусственное – вполне может спровоцировать начало такого перехода, подобно тому как маленький камень вызывает лавину.
Помогите предсказать
В 2003 году британские климатологи запустили проект Climate prediction, в рамках которого любой владелец компьютера с выходом в Интернет мог поучаствовать в прогнозировании изменений климата. Для этого надо было установить небольшую программу, которая работала в периоды простоя центрального процессора. Один расчет – 45 лет модельного времени – занимал около 2 месяцев. По мере расчета можно было видеть меняющееся распределение температуры, облачности и осадков по поверхности земного шара. Это довольно любопытное зрелище. Желание лично внести вклад в исследование одной из важнейших проблем человечества привлекло к участию в проекте около ста тысяч человек из 150 стран, включая Россию. Спустя два года после его старта были опубликованы результаты, вызвавшие, однако, некоторое недоумение. С одной стороны, практически все модели уверенно показали значительное потепление климата во второй половине XXI века, но с другой – разброс данных производил довольно удручающее впечатление: величина прогнозируемого потепления варьировалась от 2 до 11,5°C. К началу нынешнего года разработчики существенно улучшили свою программу. Теперь она учитывает круговорот соединений серы и два слоя облачности. Также она научилась работать в фоновом режиме, намного эффективнее используя время простоя процессора. Популяризацией новой версии проекта занялась телерадиовещательная корпорация BBC, что позволило уже за первые два месяца привлечь больше участников, чем за все время реализации первой версии. Ожидается, что по суммарной вычислительной мощности это будет самый крупный проект в истории. На этот раз планируется выполнить около 500 тысяч модельных расчетов по 160 лет каждый. По мере осуществления проекта BBC будет освещать его результаты в своем эфире.
Для того чтобы разобраться в хитросплетениях климатических изменений, надо, во-первых, продолжать сбор и анализ данных, а во-вторых, научиться максимально точно моделировать происходящие в атмосфере процессы. Здесь важно различать предсказания погоды и климата. Из-за случайных атмосферных флуктуаций уверенный прогноз погоды ограничен сроком около недели, максимум двух. Однако при моделировании климата нам важны лишь средние значения и коридоры, которые описывают погоду. Эти показатели можно вычислить на основе некоторых общих принципов – закона сохранения энергии, химических превращений атмосферных газов, динамики морских течений. Но даже таких общих принципов довольно много и далеко не все из них хорошо известны. К примеру, недавно совершенно неожиданно обнаружилось, что обычные зеленые растения могут поставлять в атмосферу метан, а некоторые новые леса, растущие на влажной торфянистой почве, выделяют больше углекислого газа, чем поглощают. Другой пример: до недавнего времени в климатических моделях не учитывалось влияние соединений серы, которая способствует образованию аэрозолей, а вместе с ними и облаков. Пока еще плохо понятно, как происходит теплообмен между океаном и атмосферой. Неизвестны особенности долгопериодических океанических циркуляций.
Во всех подобных случаях климатологи вынуждены подбирать параметры модели методом проб и ошибок. Делается это примерно так. Строится компьютерная модель, по которой можно рассчитать эволюцию климата при различных вариантах параметров. Затем берется информация о состоянии климата, например в начале XX века, и строится ретропрогноз – прогноз для уже прошедших десятилетий. Если модель дает результаты, близкие к тому, что было на самом деле, то считается, что на нее можно положиться и в прогнозе на десятилетия вперед, а если нет, то параметры немного изменяются, и делается новая попытка.
Беда, однако, в том, что таким способом удается построить довольно много моделей, которые хорошо согласуются с прошлыми данными, но дают разные прогнозы на будущее.
Именно таким способом получены прогнозы, приводимые в отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Вот некоторые из них. Ожидаемое глобальное потепление за период с 1990 по 2100 год составит от 1,4 до 5,8°C. Это многим больше, чем в XX веке, а температура в итоге станет рекордной за последние 10 тысяч лет. При этом в континентальных районах Северного полушария потепление будет примерно на 40% больше, чем в среднем по Земле. На всех материках уменьшится разница дневных и ночных температур.
В Северном полушарии продолжится сокращение снежного покрова, площади морских льдов и объема Гренландского ледника. А вот масса антарктического льда, наоборот, вырастет из-за повышения влажности воздуха на Южном полюсе. Одним из самых долгосрочных эффектов нынешнего потепления должно стать повышение уровня моря. Здесь скажется не только таяние континентальных ледников, но и постепенный прогрев морской воды, сопровождающийся ее тепловым расширением. Кажется, что это незначительный эффект, однако, если учесть глубину океанов, прогнозируемое повышение уровня на 0,5 м за 100 лет (именно из-за расширения) уже не выглядит фантастическим. Впрочем, неопределенность этого прогноза очень велика – от 0,1 до 0,8 м. Для сравнения: в последнее время уровень моря возрастает примерно на 2-3 мм в год, то есть при прямой экстраполяции получается 0,2-0,3 м в столетие.
Если потепление действительно имеет антропогенную природу и выбросы парниковых газов останутся на прежнем уровне, то температура на Земле будет продолжать расти и дальше, что приведет со временем к разрушению Гренландского ледника и росту уровня моря на 3-7 м через тысячу лет. При этом огромные территории суши уйдут под воду. Это произойдет, конечно, не скоро, и кто-то может утешать себя мыслью, что после нас хоть потоп.
Но, даже не заглядывая в столь отдаленное будущее, мы обнаруживаем весьма скорые и неприятные последствия глобального потепления. Например, похолодание в Европе. Да-да, именно похолодание, и довольно резкое. Оно может случиться, если остановится Гольфстрим – теплое течение, играющее роль европейской «системы центрального отопления», формирующее массы теплого влажного воздуха и гарантирующее мягкий европейский климат. Как показывает изучение осадочных пород, Гольфстриму уже случалось останавливаться в прошлом. Первые признаки его замедления зафиксированы двумя независимыми исследовательскими группами – британской и американской. Измеряя расход воды, они обнаружили ослабление потока примерно на 30% по сравнению с прошлыми исследованиями в 1957, 1981 и 1992 годах. Пока в Европе не замечают снижения температур (возможно, недостаток тепла от Гольфстрима компенсируется общим глобальным потеплением), но сам факт замедления течения выглядит тревожно.
Исследование изменений климата – это передний край науки. Для измерения уровня моря и ледников используются самые современные спутниковые технологии, для моделирования климата – мощные суперкомпьютеры. Данные собираются из глубин океанов и из стратосферы, из ледниковых кернов и из подводных скважин. При этом, как это ни странно, остро не хватает простых, но качественных измерений температуры, влажности, давления, ветра. Для выяснения происходящих в земной климатической системе процессов приходится привлекать физику и химию, астрономию и биологию. Прогнозы невозможно строить без учета влияния экономики и политики, а оценивать то, что говорится об изменениях климата, нельзя без знания истории и социальной психологии.
Трудно привести пример другой столь комплексной задачи, которая с такой остротой когда-либо стояла бы перед человечеством. И тем важнее при ее решении не подменять честные исследования пропагандистскими заявлениями, будь они «за» или «против» потепления. Ведь в конечном счете важно не кто победит в споре, а что происходит на самом деле. Ну, а для того чтобы это узнать, надо продолжать исследования, держа в голове все возможные варианты и не забывая о том, что ставки в околоклиматических играх – по-настоящему глобальные.
Александр Сергеев
Зоосфера: Борзая кошка
ссылка на оригинальный текст статьи
Гепард – самое быстрое наземное животное не только из ныне живущих, но, вероятно, и из всех когда-либо обитавших на нашей планете. Пятнистому спринтеру нужно не более 3-4 секунд, чтобы развить скорость до 90 км/ч. И это не предел его возможностей: зарегистрированный рекорд составляет более 110 км/ч. А ни одна из его жертв, даже ради спасения жизни, неспособна нестись быстрее, чем 70 км/ч. При таком явном преимуществе хищника совершенно непонятно, как вообще кому-то удается унести ноги.
Когда-то давно два самых «прогрессивных» семейства хищных зверей разделили между собой способы добывания пропитания. Псовые стали непревзойденными мастерами коллективной загонной охоты. Кошачьи предпочли охотиться поодиночке, бесшумно подкрадываясь к добыче или карауля ее в засаде, чтобы накрыть единственным точным броском. Если это не удается, то схватить напуганных антилоп или газелей практически невозможно. Единственный, кто с ними готов потягаться в скоростном беге, это гепард.
Несмотря на данные природой особенности, выделяющие его среди всех хищников, жизнь гепарда не так уж легка и безоблачна. Он отличается наименьшей физической мощью по сравнению с другими крупными кошками, населяющими саванны и пустыни Старого Света, – львом и леопардом или тигром (в Азии). И, чтобы не проиграть соревнование, ему нужно было уйти от прямой конкуренции с ними и занять такую экологическую нишу, которую не пришлось бы ни с кем делить. И гепард нашел ее: он – полуденный хищник, охотящийся в то время суток, когда все остальные плотоядные наименее активны. Конечно, эти ограничения не абсолютны, случается и гепарду охотиться в сумерках или ночью, а льву или леопарду – средь бела дня. И все же основная часть его вылазок происходит при ярком солнечном свете.
Есть у него и еще одна анатомическая особенность, почти незаметная, но очень много определяющая в его жизни: у животного практически отсутствуют какие бы то ни было жировые отложения. Настоящие хищники никогда не бывают особо упитанными, но все же даже такие великолепные бегуны, как волки или гиеновые собаки, откладывают в организме кое-какие накопления на черный день. Но спринтеру-рекордсмену пришлось избавиться от всех «лишних», не участвующих ежедневно в работе организма тканей. Это означает, что гепард не может позволить себе остаться голодным хотя бы несколько дней подряд. А для этого нужно, чтобы потенциальные жертвы всегда были рядом. Так оно и получалось в африканской саванне, где паслись миллионные стада копытных. Но сейчас даже в Африке былое изобилие встречается в основном в заповедниках, на остальных землях саванну сменили поля, а антилоп и газелей – домашний скот. Соответственно и гепардов во всей Африке осталось около 12,5 тысячи, и почти все они живут в национальных парках. В Азии же «борзых кошек» не осталось практически вовсе: уже в ХХ веке они исчезли в Индии, Афганистане, Средней Азии, арабских странах. Возможно, небольшая популяция зверей (по самым оптимистичным оценкам, не более 250) сохранилась в малолюдных районах Ирана. Главные причины – сокращение численности диких копытных и преследование со стороны человека.
Отсутствие жировой «страховки» налагает на гепарда и другое ограничение: он не может позволить себе быть раненым или покалеченным. Любая серьезная травма для него, скорее всего, будет смертельной. Поэтому гепарды практически не охотятся на животных, способных оказать сопротивление, например на гну или зебр, и никогда не защищают свою добычу, если на нее претендует другой хищник – леопард, гиена, гиеновые собаки. Вообще-то это тактика всех одиночных охотников: лучше без боя уступить наглому вымогательству, чем вступать в схватку с грабителями, рискуя получить роковое увечье. Леопарды тоже платят постыдную дань гиенам, но они хотя бы могут попытаться втащить добычу на дерево. У гепарда нет и этой возможности: с такими когтями, как у него, лазить по деревьям довольно проблематично.
Общее правило зоологии гласит: полосатость и пятнистость – признаки древние и часто сохраняются у детенышей, даже если взрослые формы их утратили. В том же семействе кошачьих это демонстрируют львы, носящие в детстве пятнистые шубки, которые по мере взросления их обладателей приобретают ровный сероватожелтый окрас. Но у гепарда и тут все наоборот: дети пятнистого бегуна родятся окрашенными однотонно. Зато на их шее и прилегающей части спины топорщится забавная грива, от которой у взрослых остается только легкое напоминание.
Детеныши (их в помете бывает до восьми, но обычно один-четыре) сначала растут на молоке. Потом мать начинает приносить им убитую дичь. Потом живую – зайцев и детенышей мелких антилоп, выпуская их перед котятами, которые должны самостоятельно поймать и убить жертву. Примерно в полгода котята идут вместе с матерью на охоту. Это единственный случай, когда в природе можно увидеть целую стаю гепардов, если, конечно, самке удалось сохранить весь выводок: размером и окраской молодые уже не отличаются от взрослых. На самом деле взрослыми они будут годам к трем, хотя уже к полутора годам отделятся от матери.
В противоположность другим кошкам гепард, даже будучи пойман взрослым, быстро приручался. Но вот размножаться в неволе он долгое время отказывался.
Борис Жуков / Фото Сергея Горшкова
Поделиться книгой: