Олег Дивов - «Если», 2017 № 02 (249)

Давайте посмотрим, чем отличается земная атмосфера от парника. Воздух внутри парника имеет всюду одну и ту же температуру, в то время как температура воздуха в атмосфере — это вам скажет любой альпинист — падает с высотой. А чем меньше температура нагретого тела (а воздух — не смотрите, что он прозрачный — такое же тело, как и любое другое), тем слабее оно излучает. И если в парнике без разницы, откуда излучается в мировое пространство тепло: с поверхности грядки или с поверхности нагретого стекла, то в случае Земли ее поверхность нагрета гораздо сильнее, чем верхние слои атмосферы, а именно они являются «последней инстанцией» по передаче тепла в космическое пространство. Таким образом, получается, что чем больше в атмосфере парниковых газов, и чем выше они поднимаются, тем холоднее последний слой атмосферы, с которого тепло переизлучается в космос, и тем хуже охлаждается наша планета.

Хорошо. Потепление есть, но имеет ли оно антропогенную природу? Или, как принято спрашивать в России: «Кто виноват?» С одной стороны, нам пытаются доказать, что сжигание человеком углеводородов приводит к выбросу в атмосферу парниковых газов, с другой — потепление продолжается вот уже десять тысяч лет, и было бы странно предполагать, что оно началось из-за костров, у которых грелись наши предки на своих первобытных стоянках.

Возможно, кто-то помнит еще из школьного курса природоведения, что атмосфера Земли подразделяется на зоны, называемые тропосферой, стратосферой, мезосферой, ионосферой и еще на такое же количество промежуточных сфер. Для нашего рассказа сейчас важны только две из них: тропосфера и стратосфера. В тропосфере живем мы с вами, в ней возникают дождевые облака, выпадают осадки и рождаются циклоны. Стратосфера гораздо более спокойна, в ней обычно летают реактивные самолеты. Главное отличие тропосферы от стратосферы состоит в поведении температуры воздуха. В тропосфере она падает с высотой, а в стратосфере остается постоянной.

Водяной пар обычно не может подняться выше верхней границы тропосферы, потому что из-за охлаждения он конденсируется в воду и выпадает обратно на поверхность. Этот эффект называется холодной ловушкой, он ответственен за удержание воды на Земле.

Увеличение светимости Солнца всего на 10 % приведет к увеличению средней температуры атмосферы, которое в свою очередь поднимет высоту тропосферы до 150 километров.

Если водяной пар сможет подниматься до высоты 150 километров, что превышает высоту озонового слоя, он подвергнется действию интенсивного ультрафиолетового излучения, которое будет разбивать молекулы воды на кислород и водород. Водород, будучи очень легким газом, станет быстро улетучиваться в космическое пространство, откуда он уже никогда не вернется на Землю, чтобы, соединившись с кислородом, вновь образовать воду. Таким образом, за время порядка сотен миллионов лет земные океаны попросту выкипят, превратив планету в сухую безжизненную пустыню. Примерно через сто-двести миллионов лет, задолго до того, как наше Солнце раздуется в красный гигант и физически уничтожит наш мир, его светимость увеличится на те самые критические 10 %, и Земля начнет очень быстро терять воду, а вместе с ней и жизнь. Этот механизм, получивший название механизма влажной стратосферы, явился причиной того, что Венера потеряла свои океаны в самом начале истории Солнечной системы.

Британский физик-теоретик и популяризатор науки Стивен Хокинг заявил, что в течение 100 лет людям необходимо колонизировать другую планету, иначе жителям Земли грозит вымирание. Об этом ученый рассказал в документальном фильме «Экспедиция «Новая Земля» («Stephen Hawking: Expedition New Earth»), который будет показан летом в эфире телеканала Би-би-си.

Как только Земля потеряет свои океаны, повышение температуры поверхности приведет к выделению углекислого газа из коры планеты. В результате плотность атмосферы увеличится почти в 100 раз и возникнет столь мощный парниковый эффект, что температура на поверхности планеты Земли будет достаточной, чтобы расплавить свинец. Однако одно только повышение уровня углекислоты, приводящее к резкому повышения температуры и выделению в атмосферу огромного количества водяного пара, не приводит к выкипанию океанов, поскольку водяной пар оказывается запертым в тропосфере как в скороварке, сохраняя стратосферу Земли относительно сухой. Для запуска механизма влажной стратосферы содержание углекислого газа в атмосфере Земли должно стать более чем в двадцать пять раз выше нынешнего — а это гораздо больше, чем может быть освобождено путем сжигания всех известных нам запасов ископаемого топлива на планете.

Расчеты показывают, что запуск механизма влажной стратосферы путем сжигания ископаемого топлива лежит за пределами возможностей современной технической цивилизации.

Выходит, что основная опасность для человечества и всей разумной жизни на Земле находится вне Земли и связана с вековым увеличением светимости Солнца, а вовсе не с деятельностью человека.

Безусловно, какая-то доля вины за потепление лежит и на людях, но не столь большая, как считают некоторые ученые. Последние исследования показывают, что концентрация углекислого газа начала быстро повышаться на рубеже XIX века, что совпадает с началом промышленной революции. К 1950 году уровень углекислоты в атмосфере превысил 300 частей на миллион, к 1980 году — 340 частей на миллион и, наконец, в этом году он достиг 400 частей на миллион.

Значит ли это, что наши скромные усилия оказались той соломинкой, которая переломила хребет ледниковому верблюду и, наконец, разорвала климатический цикл, и что Земля через несколько тысяч лет не погрузится в очередную геологическую зиму, а вернется к благодатной девонской эпохе? Если да, то стоит ли этому противиться?

По мере сжигания Солнцем запасов водородного топлива оно будет становиться всё горячее, и, как следствие, будет расходовать остатки водорода всё быстрее. В результате этого Солнце будет увеличивать светимость на 10 % каждые 1,1 миллиардов лет. Но представляется вероятным, что в этот период начнет постепенно повышаться температура поверхности Марса. Вода и углекислый газ, замороженные в недрах планеты, начнут высвобождаться в атмосферу, и это приведёт в созданию парникового эффекта, ещё более увеличивающему скорость разогрева поверхности. В результате атмосфера Марса достигнет условий схожих с земными, и таким образом Марс вполне может стать потенциальным убежищем для жизни в будущем.