(продолжение. Начало в № 8/2016 и сл.)
Часть 2. Антропогенное усиление парникового эффекта на фоне других климатических явлений
Глава 2. Михаил Будыко и его идеи
1. Теплобалансовая модель климата. Невыездной лауреат Ленинской премии
Одно из имен, которое никак нельзя обойти в истории исследований климата вообще и влияния на него антропогенных факторов в частности, — это имя Михаила Будыко.
Российский геофизик, академик Михаил Иванович Будыко (1920–2001) считается одним из основателей физической климатологии. С 1954 по 1972 г. он возглавлял Главную Геофизическую Обсерваторию (ГГО) им. Воейкова под Ленинградом. Будыко был одним из немногих советских ученых, чьи заслуги и авторитет в области науки о климате и экологии безоговорочно признаются на Западе, особенно в Америке. Ни одна книга или серьезная обзорная статья, касающаяся проблем климата Земли, в том числе концепции GW, не обходятся без ссылок на работы Михаила Будыко. Он был членом Американского метеорологического общества; был награжден золотой медалью Всемирной Метеорологической Организации и медалью им. Роберта Хортона; он — первый и по сей день единственный из российских ученых лауреат международной премии по защите окружающей среды «Голубая планета».
Академики Голицын[1] и Израэль[2] вспоминают:
«Громадную роль для развития отечественной и мировой науки о климате и его изменениях сыграла в 1976–1994 гг. деятельность VIII Рабочей группы советско-американского соглашения 1972 г. по защите окружающей среды. С нашей стороны Будыко все эти годы был сопредседателем этой группы, координирующей совместные работы СССР и США в области климата и физики атмосферы. Кроме ежегодных рабочих совещаний проводились и небольшие симпозиумы. Первые 10 лет работы группы они происходили в основном в СССР, поскольку Будыко был долгое время «невыездным». Представители США говаривали: «Если Будыко не может к нам приехать, мы приедем к нему».
Помимо прочего здесь весьма характерно упоминание о том, что много лет Будыко был «невыездным». Известны несколько фактов, свидетельствующих о том, что Будыко не пользовался благосклонностью властей. Он попал в немилость к всесильному в семидесятых годах секретарю Ленинградского обкома КПСС Григорию Романову. Романов направил президенту Академии Наук СССР Мстиславу Келдышу письмо, в котором сообщил, что академик Будыко не желает сотрудничать с партийными органами. Как выяснилось, поводом для этого обвинения послужило то, что Будыко, вопреки имеющимся закрытым инструкциям, принял на работу в обсерваторию нескольких евреев. Романов был человеком властным, нетерпимым и мстительным. Он добился того, что Будыко был снят с поста директора обсерватории и переведен на должность руководителя небольшого отдела. Позднее Будыко был вынужден вообще уйти из ГГО и перейти на работу в Институт Гидрологии, отчего, видимо, проиграла геофизика, зато выиграла гидрология.
Почему же американцы так хотели работать именно с Будыко, чем он им так нравился? Ответ прост: этот человек генерировал идеи. К тому же он был эрудит, обладал компетенцией во многих, порой довольно далеко отстоящих друг от друга областях знания. Им опубликовано множество работ, посвященных различным проблемам климатологии, физики атмосферы, экологии, биологии, геохимии, гидрологии и т.д. и т.д. Многие из его статей и монографий переведены на английский язык. На одном только сайте Amazon.com я нашел 16 наименований книг Михаила Будыко. Некоторые из них пользуются спросом до сих пор, хотя были изданы в семидесятых — восьмидесятых-девяностых годах и ранее. Одну из этих книг приобрел и я и пользуюсь ею время от времени: M.I. Budyko and Yu. A. Izrael. Anthropogenic Climatic Change [1].
Михаил Будыко (1920–2001)
По свидетельству А.Г. Лапениса, бывшего коллеги Михаила Будыко, а ныне профессора университета штата Нью-Йорк в Олбани [2], первые шаги в науке Будыко сделал и первые статьи опубликовал очень рано; а в 1948 году в возрасте двадцати восьми лет опубликовал свою первую книгу «Испарение в естественных условиях», в которой предложил новую модель водного баланса почвы.
В пятидесятых и начале шестидесятых годов центральное место в работах Михаила Будыко занимала проблема теплового баланса системы «земная поверхность + атмосфера». Он был первым или, во всяком случае, одним из первых, кто взялся количественно решать задачу о взаимосвязи теплового баланса с климатом планеты.
Под тепловым балансом в данном случае понимается алгебраическая сумма потоков тепла, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее. Приходящий поток, в основном, определяется энергией коротковолновой солнечной радиации с небольшой добавкой той части излучения нагретой атмосферы, которая направлена в сторону Земли (другая часть направлена в космос). Для количественого решения этой задачи необходимо было, во-первых, знать величину падающего потока радиации, во-вторых, определить какая ее часть отражается или рассеивается молекулами атмосферных газов, облаками, пылью и земной поверхностью (альбедо). С другой стороны необходимо было определить какое количество солнечной энергии преобразуется в длинноволнолновое излучение Земной поверхности или в другие (не радиационные) виды энергии (затраты тепла на испарение почвенной влаги, на нагрев атмосферы путем турбулентной теплопроводности и др.). Все эти величины зависят от широты местности, облачности, влажности воздуха, свойств почвы и т.д.
Практически осуществить необходимые измерения и расчеты удалось благодаря, во-первых, тому что в период подготовки к Международному Геофизическому году (1957–1958) в СССР и других странах было построено множество актинометрических станций на разных широтах (в СССР была создана сеть, включающая около двухсот таких станций)[3]; во-вторых, благодаря тому, что в 1954 году тридцатичетырехлетний Михаил Будыко был назначен директором ГГО, возглавил большой коллектив и получил в свое полное распоряжение все накопленные обсерваторией данные; ну и, в-третьих, конечно, благодаря таланту и энергии самого Будыко. Его публикации о тепловом балансе, в частности, монография «Тепловой баланс земной поверхности» и «Атлас теплового баланса земного шара» стали широко известны в СССР и за рубежом. В 1958 году Будыко получил Ленинскую премию за эти работы, в 1964 году был избран член-корреспондентом АН СССР. В одной из статей о нем я обнаружил поразительную формулировку: «фактически Будыко на долгие годы стал «климатическим царем» СССР». Объяснить как могла родиться подобная, пусть даже шуточная формулировка, я могу лишь следующим образом.
На протяжении нескольких столетий и до конца сороковых годов 20-го века включительно наука о климате была, в основном, чисто описательной[4]. Климатологи занимались накоплением данных о погоде и для предсказания погоды в конкретном регионе мира использовали исторические данные этого же региона. То есть неявно подразумевалось, что климат существенно не меняется, а лишь подвержен небольшим флуктуациям, которые являются проявлением естественной изменчивости климата (происхождение которой было не вполне ясно). Поэтому взлет популярности Михаила Будыко в СССР, помимо конкретных результатов его работ, скорее всего объяснялся его подходом к климатологии как к области знания, где прогресс достигается за счет применения физики и математики.
2. Вулканы и аэрозоли как фактор вариации потока солнечной радиации. Обратные связи. Чувствительность климата к микроизменениям
В англоязычной литературе чаще всего цитируется статья Будыко, опубликованная им в 1969 году: «The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth (Влияние вариации потока солнечной радиации на климат Земли)», в которой он коснулся нескольких важных проблем и высказал несколько идей [3]. В предисловии к статье он написал, что современный климат Земли соответствует теплому промежутку между предыдущей и следующей ледниковыми эпохами и что для предсказания возможных изменений климата в будущем необходимо понять причины его изменений в прошлом. Однако это невозможно сделать, по его мнению, с помощью существующих гипотез, основанных на чисто качественном рассмотрении тех или иных явлений, зачастую допускающих различные интерпретации. Поэтому в данной статье он предпринимает попытку количественного анализа климатических изменений, имевших место в предыдущие 100 лет.
Будыко сравнивает данные Главной Геофизической Обсерватории об изменениях среднегодовых температур северного полушария за 80 лет (от 1880 до 1960-го года) с результатами измерений интенсивности прямого солнечного излучения (инсоляции) в условиях безоблачного неба на актинометрических станциях Европы и Северной Америки в тот же период времени. Температурная кривая показывает рост температуры с конца девятнадцатого века, достигающий ~ 0.6°С в 40-х годах двадцатого, а затем некоторый спад температуры (примерно на 0.2°С) в середине 50-х (Рис. 2). Помимо сравнительно плавных изменений наблюдаются более кратковременные флуктуации — спады и подъемы — температуры.
Он обнаруживает, что кривая вариации солнечной радиации имеет качественно схожий характер, и делает вывод о корреляции температуры с интенсивностью солнечного излучения, достигающего поверхности планеты.
Рис. 2. Вариации прямой солнечной радиации при безоблачном небе (1);
Вариации средней температуры воздуха вблизи земной поверхности, сглаженные усреднением за пятилетние промежутки времени (2); изменение температуры из-за повышения концентрации СО2 (3) — Из книги [1].
Приведенный рисунок я позаимствовал из [1]. На соответствующем рисунке в статье [3] отсутствует пунктирная кривая 3, иллюстрирующая изменение температуры из-за повышения концентрации углекислого газа. Эту кривую Будыко добавил позднее, когда начал обращать внимание на роль антропогенных факторов.
Далее он рассматривает две возможные причины изменений инсоляции и, как следствие, температуры:
-
изменения параметров земной орбиты и связанные с этим изменения расстояния от Земли до Солнца и наклона земной оси, вычисленные в работах Миланковича (см. выше); изменения прозрачности земной атмосферы из-за увеличения содержания в ней аэрозолей, формируемых из продуктов вулканических извержений.
Анализируя расчеты Миланковича, в частности влияние орбитальных эффектов на распределение ледового покрова Будыко приходит к выводу, что изменения радиации, вытекающие из этих расчетов, недостаточны, для объяснения как глобальных изменений ледового покрова в древности, так и представленных в статье изменений температуры в 19-ом — 20-ом веках.
Будыко был не единственным, кто считал, что рапределения инсоляции и ледникового покрова по поверхности Земли, вытекающие из расчетов Миланковича, не соответствуют распределению ледового покрова, реально имевшему место в ледниковые периоды. Возможно дело было в том, что расчеты Миланковича не учитывали роль парниковых газов, выявленную в ходе анализа образцов ледового керна. Ясно, что Миланкович не мог знать результатов этого анализа. Мне, однако, неизвестно, знал ли и Михаил Будыко, когда писал статью [3], результаты, полученные на станции Восток, подтвердившие корреляцию периодического наступления ледниковых периодов с циклическими изменениями земной орбиты и указавшие на важную роль парниковых газов как усилителей воздействия астрономических эффектов на климат. Похоже, что еще не знал, и потому мог недооценивать роль этих эффектов.
Так или иначе, выбирая между двумя вышеуказанными причинами, он отдает предпочтение второй. При этом, говоря об изменении инсоляции, Будыко имеет в виду не изменения полного потока солнечной радиации, падающего на внешние слои атмосферы, а изменение той части потока, которая, пройдя сквозь атмосферу, достигает поверхности Земли. Он утверждает, что при прохождении атмосферы величина потока уменьшается по сравнению с полной из-за рассеяния на частицах пыли, пепла и, что очень важно, на частицах аэрозолей[5], концентрация которых в атмосфере резко возрастает при извержениях вулканов. Наряду c твердыми частицами пепла и пыли вулкан выбрасывает значительное количество газообразных веществ, из которых наиболее важное значение имеет сернистый газ (SO2 — двуокись серы). В стратосфере двуокись серы вступает в фотохимическую реакцию с атомарным кислородом, образуя серный ангидрид. В результате реакции ангидрида с водяным паром, образуется так наз. сульфатный аэрозоль, состоящий в значительной степени из капелек серной кислоты. Эти капельки постепенно распространяются на значительные пространства над земным шаром.
В статье [4] Будыко пишет, что если источник аэрозоля, то есть вулкан, находится во внетропических широтах, то аэрозоль сравнительно быстро распрстраняется в пределах одного полушария. Если же вулкан расположен близко к экватору, то аэрозоль распространяется в обоих полушариях. Все это приводит к значительному ухудшению прозрачности атмосферы и уменьшению величины потока прямой радиации, а следовательно к снижению температуры
Вернемся, однако, к анализу влияния изменений солнечной радиации на климат, выполненному Будыко в статье, о которой идет речь. Если американские климатологи, в это время уже располагавшие компьютерами, работали со сложными климатическимим моделями, требующими большого объема вычислений, то Будыко для своих расчетов использует выведенные им самим «от руки» простые формулы и уравнения, в которых температура поверхности Земли выражается через интенсивность радиации и эмпирические константы, характеризующие облачность, альбедо и потери тепла в результате атмосферной и гидросферной циркуляции на разных широтах. С их помощью он вычисляет величину соотношения между изменением интенсивности радиации в (%) и изменением средней температуры поверхности Земли в (°С). Эта величина оказывается равной 1.1 (С/%). А из обработки кривых получает для этой же характеристики очень близкую величину: 1.5 (С/%). Учитывая приближенный характер его расчетов, это согласие можно считать удивительно хорошим. Еще более удивительно, что эта величина хорошо согласуется с аналогичной, полученной в работе Манабе и Ветеральда [5] на основе модели гораздо более высокого уровня.
Еще одним важным пунктом статьи Будыко 1969 года была идея о необходимости учета обратных связей. Будыко не был первым, кому эта идея пришла в голову. Как мы уже видели, еще Крол и Миланкович выдвигали гипотезу об усилении чисто астрономического эффекта изменения инсоляции за счет изменения альбедо Земли, то есть по сути вводили в свои теории положительную обратную связь, хотя и не использовали этот термин. Будыко количественно описал положительную обратную связь между глобальной температурой поверхности Земли и размерами оледенений: чем больше площадь снежно-ледового покрова, тем больше солнечной радиации отражается от поверхности Земли, тем ниже средняя температура земного шара. К отрицательной обратной связи он отнес зависимость температуры поверхности от количества облаков. Чем выше температура, тем больше давление насыщенного водяного пара, больше его потоки в атмосферу, больше образуется облаков, большим становится альбедо, но тем меньше солнечного излучения приходит к земной поверхности. По сути это была простая модель глобального климата, в которой изменения температуры связаны не только с изменениями солнечной радиации, но и с интенсивностью обратной связи между льдами и тепловым балансом.
Главное же достижение Будыко было в том, что в статье 1969 года он сформулировал общий вывод о чрезвычайной чувствительности климата к небольшим изменениям состояния атмосферы. В этом же 1969 году одновременно и независимо от Будыко к аналогичным выводам пришел американский исследовательW.D. Sellers (1928–2014) [6]. Поэтому в статьях западных ученых имена Будыко и Селлерса часто употребляют в связке.
Итак, в статье 1969 года, обеспечившей Михаилу Будыко известность и популярность в кругу западных климатологов, он высказался по нескольким фундаментальным проблемам: тепловой баланс Земли; влияние на климат вулканической активности, атмосферных аэрозолей и облаков; важная роль обратных связей; чрезвычайная чувствительность климата к малым изменениям солнечной радиации или альбедо.
Как утверждал Будыко, над нашими головами постоянно висит слой из капелек серной кислоты[6] — открытие не из самых приятных. После интенсивных вулканических извержений количество и размеры облаков серной кислоты возрастают, уменьшается поток солнечной радиации, падающий на Землю, и наступает похолодание. Когда вулканическая активность снижается, частицы аэрозоля постепенно выпадают из стратосферы под влиянием силы тяжести и движений воздуха, попадают в тропосферу и вымываются осадками. Облака кислотного аэрозоля становятся тоньше или почти исчезают, и климат меняется в сторону потепления. В статье 1969 года Будыко высказывает предположение, что извержения вулканов могли быть причиной наступления оледенений в Плейстоцене. Усилением вулканической деятельности он объясняет и похолодание, наступившее в 40-х годах прошлого столетия после нескольких десятилетий роста средней температуры. С середины 60-х годов, по его данным, в активностии вулканов наступает затишье, и температура земной поверхности вновь начинает расти.
Ниже приведены некоторые данные о влиянии извержений известных вулканов на климат.
3. Некоторые сведения о вулканах
Я видел сон… Не все в нем было сном.
Погасло солнце светлое, и звезды
Скиталися без цели, без лучей
В пространстве вечном; льдистая земля
Носилась слепо в воздухе безлунном.
Лорд Джордж Байрон «Тьма»
Перевод Ивана Тургенева
Так, например, по мнению многих климатологов, именно извержение вулкана Тамбора на индонезийском острове Сумбава в 1815 году, достигшее семи баллов по шкале извержений и считающееся одним из самых мощных в истории человечества, вызвало понижение глобальной средней температуры на 0,4—0,7 °C. В 1816 году в Европе случились морозы в середине лета, из-за чего этот год назывался современниками «годом без лета». Вплоть до 1819 года непривычное похолодание стало причиной неурожаев и голода и способствовало миграционным волнам из Европы в Америку. Утверждается, что необычные холода и темное небо послужили поводом для поэмы Байрона Darkness (Тьма), строчки из которой вынесены в эпиграф.
Справедливости ради отметим, что существует и другая точка зрения, согласно которой необычно холодная погода в эти годы объясняется снижением солнечной активности — см. следующую главу.
В 1963–1964 годах происходили неоднократные извержения другого индонезийского вулкана — Агунга на острове Бали. Наблюдения, выполненные на высотных самолетах, обнаружили, что после этого извержения в стратосфере резко выросла концентрация аэрозольных частиц. Эти частицы, ослаблявшие радиацию, распространились над всем земным шаром, от Южного полюса до высоких широт Северного полушария. На их распространение потребовалось несколько месяцев, а высокая концентрация на большинстве широт сохранялась около двух лет.
В 1991 году произошло сильнейшее извержение вулкана Пинатубо на филиппинском острове Лусон. Пепел, выброшенный этим извержением, закрыл непроницаемой завесой участок небосвода площадью 125 000 км². Территория на этой площади на несколько часов погрузилась в полный мрак. Пепел выпадал во Вьетнаме, Камбодже и Малайзии. На протяжении следующих месяцев в атмосфере наблюдался глобальный слой сернокислотного тумана. В этом регионе было зарегистрировано падение температуры на 0,5 °C.
Извержение вулкана Лаки в Исландии в 1783 году признано одним из самых губительных в последнем тысячелетии. Утверждается, что было выброшено гигантское количество не только сернистого газа, ведущего к образованию серной кислоты, но и фтора, взаимодействие которого с влагой приводило к образованию фтористого водорода (HF). В результате на Исландию пролились жуткие кислотные дожди, губившие людей, растительность и животных. Города накрыл ядовитый туман. От голода и болезней только в одной Исландии погибло около 60 % домашнего скота и примерно 22 % населения (более 10 000 человек). В течение последующих 2–3 лет температура воздуха в Северном полушарии — и в Европе, и в Северной Америке — снизилась на 1,3 ºC, что привело к неурожаю и голоду во многих европейских странах. Письменное свидетельство необычных климатических явлений, вызванных этим извержением, оставил Бенджамин Франклин. В 1783 году, будучи дипломатическим представителем США в Париже, он описал необычно ранние заморозки на почве, очень холодную зиму, рано выпавший и долго не таявший снег, постоянные туманы на территории Европы. Вернувшись домой, он обнаружил сходные явления и на территории США.
Для полноты картины необходимо сказать, что, помимо окислов серы, одним из продуктов вулканических выбросов всегда является углекислый газ (СО2), а иногда метан и другие парниковые газы. Это дало повод некоторым публицистам высказывать предположения, что нынешний рост содержания СО2 в атмосфере обусловлен не человеческой деятельностью, а повышенной вулканической активностью[7]. Однако, в действительности вулканическая активность добавляет в атмосферу намного меньше углекислого газа, чем человеческая деятельность. В настоящее время в мире насчитывается более 600 действующих вулканов[8]. По оценкам специалистов, суммарная ежегодная эмиссия СО2 в результате человеческой деятельности (сжигание ископаемых углеводородов, производство цемента, вырубка леса и т. д.) превышает среднегодовой выброс СО2 вулканами не менее, чем в 150 раз (см. например [7])
4. Михаил Будыко предсказывает потепление
О парниковом эффекте и его антропогенном усилении, да и вообще об антропогенном влиянии на климат, в вышеописанной статье ничего не говорится. Однако очень скоро выяснилось, что Будыко активно работает над проблемой антропогенного изменения климата. Он выделил два основных фактора: 1) промышленное загрязнение и запыление воздуха, ведущее к образованию аэрозолей и похолоданию, и 2) рост содержания двуокиси углерода в атмосфере из-за сжигания углеводородного топлива, ведущий к потеплению. И постепенно пришел к выводу о более сильном и длительном влиянии второго фактора в ближайшие десятилетия.
Что подтолкнуло его к этому? Судя по всему, во-первых, его собственная идея о том, что очень малые изменения в радиационном балансе Земли или атмосферы могут привести к значительным изменениям климата; во-вторых, по свидетельству его коллеги по ГГО профессора Марка Берлянда[9] [8], знакомство с результатами измерений содержания углекислого газа в атмосфере, выполненных Чарльзом Килингом (см. Часть 1, глава 3). В-третьих, видимо, сыграла роль присущая Будыко интуиция, своего рода нюх на интересные и важные проблемы, о чем упоминают все близко знавшие Будыко коллеги.
В 1971 году на большой международной конференции по климату в Ленинграде, где Михаил Будыко возглавлял оргкомитет, он в день закрытия конференции, в заключительном слове, когда от него ждали традиционных формальных слов благодарности всем участникам за интересные доклады, вместо этого неожиданно сделал еще один незапланированный короткий доклад, в котором ошарашил присутствующих предсказанием скорого и неизбежного потепления климата из-за продолжающейся эмиссии углекислого газа. Употребляю глагол «ошарашил», так как подавляющее большинство участников конференции и других советских климатологов в это время, во-первых, вообще не верило в возможность существенного влияния хозяйственной деятельности человека на климат, а во-вторых, вследствие еще продолжающегося похолодания ожидало дальнейшего снижения температуры, а отнюдь не повышения [9].
В последующие годы Будыко один или с соавторами опубликовал целый ряд статей и книг, в которых обосновывал реальность и актуальность проблемы антропогенного потепления [1, 4, 10, 11]. Возвращаясь к анализу кривых, подобных описанным ранее в статье 1969 года, он по-прежнему утверждает, что отдельные кратковременные минимумы на температурной кривой соответствуют уменьшению прозрачности атмосферы и потока радиации, вызванному именно вулканической активностью. Однако теперь также фокусирует внимание на подъеме усредненной температурной кривой, обусловленном, по его мнению, вкладом плавного монотонного роста температуры в течение всего двадцатого века из-за роста концентрации двуокиси углерода. Соответствующая этому вкладу кривая показана пунктиром на Рис. 3.
В научно-популярной статье [4] он пишет, что «до сравнительно недавнего прошлого казалось, что громадные по своим масштабам и грандиозные по количеству энергии, которая в них используется, атмосферные процессы находятся вне возможности воздействия на них человека. Еще десять, а тем более двадцать лет назад, подавляющее большинство климатологов на вопрос, может ли человек изменить климат Земли, ответили бы отрицательно. Однако уже в начале семидесятых годов появились доказательства изменения количества углекислого газа в атмосфере. Точные измерения были начаты лишь в конце пятидесятых годов (явно имеются в виду работы Килинга — см. часть 1), и понадобилось около десяти лет, чтобы из этих наблюдений извлечь несомненный вывод: количество углекислого газа в атмосфере от года к году растет. Причем растет во всех районах земного шара. Основная причина этих изменений хорошо известна: сжигание (и чем дальше, тем больше) угля, нефти, газа и других видов топлива, содержащего углерод».
Он пишет также, что точные наблюдения и расчеты опровергают общепринятую ранее точку зрения, что все добавочное количество углекислого газа, которое попадает в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека, поглощается океаном. Теперь стало ясно, что значительная часть этого газа, выброшенного в атмосферу, в ней надолго задерживается (работы Ревелла и Зюсса — см. часть 1).
Еще одна длинная цитата:
«В природе идет своеобразное соревнование. Углекислый газ, задерживая длинноволновое излучение, укрывает Землю теплым одеялом, наподобие парниковой пленки, вулканы же, не пропуская к Земле солнечную радиацию, приносят ей похолодание. В целом в последние сто миллионов лет преобладала тенденция к уменьшению количества углекислого газа, и в земной коре постепенно накапливались соединения углерода, изъятые из атмосферы. Когда же происходили нарушения баланса углекислого газа, колебания его содержания в атмосфере сразу приводили к изменению глобального климата. Если углекислого газа в атмосфере больше — температура воздуха возрастает, особенно в высоких широтах, исчезают полярные шапки, которые вообще не столь уж часто наблюдались в прошлом Земли. Во время же похолоданий появляются оледенения, занимающие большее или меньшее пространство. И вот сейчас, когда сравнительно медленно происходившие в прошлом процессы прибавления и потерь углекислого газа в атмосфере сменились исключительно быстрым его накоплением, климат начал меняться. Это уже не оставляет сомнений. …. Влияние человека, вызвав изменения в климате планеты, задало науке о климате массу сложнейших вопросов и послужило одновременно причиной бурного ее развития в последние десятилетия. … В ряде стран были организованы крупные исследования глобального изменения климата с применением методов, какие до сих пор климатологи использовали сравнительно редко. Электронно-вычислительная техника и теоретическое моделирование прочно вошли в климатологию. Из описательной области естествознания она на наших глазах превращается в точную науку, стремящуюся дать ответ на труднейший вопрос: как пойдет развитие природных процессов на Земле в будущем».
Наиболее детальное — с формулами, выкладками, таблицами — описание проблем антропогенного изменения климата в рамках представлений Михаила Будыко дано в книге, написанной совместно с Ю. А. Израэлем: Anthropogenic Climatic Change [4].
Рассуждая о будущем, Будыко считал маловероятным, что в ближайшее время процесс потепления приостановится или сменит свой знак на противоположный. Наоборот, он предполагал, что в ближайшем будущем человечество ожидают еще более значительные изменения климата [4]. Он допускал, что в первой половине ХХ1 века может произойти удвоение содержания СО2 в атмосфере, что приведет к повышению глобальной температуры почти на три градуса. Потепление на этом не кончится, и возможно, что к концу XXI века средняя температура на Земле повысится на пять или даже шесть градусов.
Что означает такое изменение средней глобальной температуры? Температура при глобальном потеплении растет неравномерно. Она мало меняется в тропиках, но зато в средних и высоких широтах (особенно в высоких!) растет очень сильно. Так что повышение глобальной температуры на три градуса в среднем,приведет к очень большим изменениям в широтах, где находится значительная часть российских территорий, и скажется главным образом на холодном времени года.
Будыко также обсуждает перспективы таяния льдов полярных морей и океанов, возможность подъема уровня мирового океана из-за разрушения континентальных ледников Гренландии и Антарктиды, изменения условий существования зон вечной мерзлоты и другие возможные последствия изменений климата — как положительные, так и отрицательные. При этом он не считал, что эти изменения смертельно опасны для человечества вообще и России в частности, не видел оснований для паники, но полагал, что к такому повороту событий следует подготовиться.
Поскольку все написанное мною выше об академике Будыко можно, вероятно, уподобить бочке меда, то теперь я могу себе позволить пару ложек дегтя. У Михаила Будыко иногда рождались идеи в духе так наз.«геоинженерии», которые другим исследователям казались, мягко говоря, экстравагантными или даже фантастическими. Например, в 1962 году, в период похолодания, когда были распространены опасения дальнейшего снижения температуры и начала очередного ледникового периода, Михаил Будыко опубликовал статью «О некоторых способах изменения климата», в которой предложил распылить над Арктикой сажу из отходов резиновой промышленности. Возникшее при этом почернение ледяного покрова должно было увеличить поглощение солнечной радиации, привести к быстрому таянию льдов, увеличению площади открытого океана, и значительному повышению температуры. Идея не нашла поддержки. Позднее, когда, напротив, возникли опасения, что климат Земли может стать слишком теплым, Будыко и некоторые его последователи предлагали распылять диоксид серы (или смесь сульфатов с водой) в верхних слоях атмосферы с тем, чтобы увеличить содержание сульфатного аэрозоля и ослабить поток солнечной радиации. Однако перспектива увеличения содержания серной кислоты в атмосфере большого энтузиазма тоже не вызвала.
Творческая и человеческая неординарность Будыко проявляли себя не только в узко профессиональной сфере. По отзывам бывших сотрудников, Будыко обладал феноменальной памятью и эрудицией в самых разных областях знания. Он был знатоком литературы и написал несколько научно-популярных книг по литературе и истории. Иногда, на отдыхе он развлекался тем, что читал Большую Советскую Энциклопедию или энциклопедию Британика, но не для того, чтобы расширять свою эрудицию, а для того, чтобы отыскивать ошибки и неточности, которые затем публиковал или сообщал редколлегии этих изданий Он дружески общался с Анной Ахматовой и опубликовал чрезвычайно интересные воспоминания о беседах с ней [12]. По свидетельству вдовы академика Б. П. Захарчени[10], дача которого в Комарово соседствовала с дачей Будыко, Ахматова, работавшая над переводами Шекспира и сама неплохо владевшая английским языком, приходила консультироваться с Будыко, поскольку он прекрасно знал староанглийский язык.
Очень многое, из того, что я узнал о личности и творческих достижениях Михаила Будыко, вызывает у меня уважение и даже восхищение. И все же меня удивляет, что среди многочисленных проблем, которые анализируются, обсуждаются или хотя бы упоминаются в публикациях Будыко, я не обнаружил проблемы вариации солнечной активности и ее возможного вклада в изменения климата и температуры Земли в последние 150 лет. С позиций сегодняшнего дня и с учетом информации, которая сейчас доступна, мне кажется это пробелом. Возможно, Будыко считал, что влияние изменений солнечной активности в данный период меньше, чем антропогенные эффекты. А может быть попросту не успел заняться этой проблемой, как говорится, «руки не дошли». Так или иначе, в последние десятилетия критики и «отрицатели» (deniers) концепции антропогенного потепления чаще всего в качестве истинной и естественной причины изменений климата называют именно вариацию солнечной активности. Поэтому в следующей главе настоящей публикации я постарался изложить то, что мне известно по этому вопросу.
Литература к главе 2.
-
M. I. Budyko and Yu. A. Izrael. Anthropogenic Climatic Change. — The University of Arizona Press, 1991. А. Г. Лапенис. Выдающийся российский климатолог: памяти М. И. Будыко. — Век Глобализации 1/2011, 182 — 189. M. I. Budyko. The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth. — Tellus 21 (1969) 611 — 619 М. И. Будыко. Климат: Перемены неминуемы. В сб. Наука — это жизнь. Syukuro Manabe and Richard T. Wetherald. Thermal Equilibrium of the Atmosphere with Given Distribution of Relative Humidity. — Journal of the Atmospheric Sciences, vol. 24, № 3, 241-259, 1967. W. D. Sellers. A global climatic model based on the energy balance of the earth-atmosphere system. — Journal of Applied Meteorology, v. 8, June 1969, p. 392-400.
7 Stanley N. Williams, Stephen J Schaefer, V Marta Lucia Calvache and Dina Lopez. Global carbon dioxide emission to the atmosphere by volcanoes. — Geochimica et CosmochimicaActa, v. 56, issue 4, April 1992, p. 1765 — 1770.
-
Recollections by Prof. Mark Berlyand. Oral History Transcript based on tape recorded interview with Dr. Mikhail Budyko by Dr. Spencer Weart, deposited at the Center for History of Physics of the American Institute of Physics. Prospects for Future Climate. — A special US/USSR report on climate and climate change. Edited by Michael C. MacCracken, Mikhail I. Budyko, Alan D. Hecht, Yuri A. Izrael. Lewis Publishers, Chelsea, Mich., USA, 1990. Budyko, M. I., Golitsyn, G. S., Izrael, Y. A. Global Climatic Catastrophes. N. Y.: Springer Verlag, 1988. Михаил Будыко. Рассказы Ахматовой.
Примечания
[1] Голицын Георгий Сергеевич — специалист по физике атмосферы и океана, теории климата, директор Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН (с 1990 по 2008 год).
[2] Израэль Юрий Антониевич (1930 -2014) — российский метеоролог, длительное время занимал должность председателяГосударственного комитета СССР по гидрометеорологии.
[3]Актинометр — измерительный прибор, который служит для измерения интенсивности электромагнитного излучения, преимущественно видимого и ультрафиолетового света. Применяется для измерения прямой солнечной радиации, а также радиации, испускаемой Землей в небесное пространство.
[4] Если вспомнить известное высказывание Дэвида Гильберта о том, что любая из естественных наук реально является наукой лишь в той мере, в какой в ней исползьзуется математика, то можно усомниться, была ли, в сущности, тогдашняя климатология наукой.
[5] Существуют два типа рассеяния света в атмосфере: рассеяние Рэлея и рассеяние Ми. Рассеяние Рэлея имеет место, когда излучение взаимодействет с частицами, размер которых меньше длины волны излучения, то есть с молекулами атмосферных газов и мельчайшими (<< 1 микрона) частицами пыли и пепла. Рассеяние Рэлея придает небу голубой цвет. Рассеяние Ми имеет место, когда длина волны падающего света сравнима с размером частиц. Крупные частицы – это, в основном, частицы аэрозолей. В результате этого вида рассеяния в возухе возникает серая дымка.
[6] Аналогичный слой, только значительно большей толщины, был обнаружен на Венере.
[7] Можно было наблюдать всплеск публикаций подобного содержания во время и после недавнего — в 2010 году — извержения исландского вулкана с почти непроизносимым названием Эйяфьядлайёкюдль. Из-за него в Европе пришлось отменить множество авиарейсов на довольно длительное время. Однако заметного влияния этого извержения на климат не зафиксировано.
[8] К действующим относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и пр.).
[9] Берлянд Марк Евсеевич – профессор, заведующий отделом исследований атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы ГГО им.А.И.Воейкова.
[10] Борис Павлович Захарченя (1928–2005) — физик, получивший в 1966 году Ленинскую премию (совместно с Е. Ф. Гроссом и А. А. Каплянским) за открытие и исследование экситонов в полупроводниках.
(продолжение следует)
Оригинал: http://7i.7iskusstv.com/2017-nomer12-shrajber/
