В СТАТЬЕ Андрея Ваганова "Сценарии парниковой катастрофы" поднята фундаментальная проблема современной геофизики - возможен ли прогрессирующий рост среднепланетарной температуры Земли за счет накопления диоксида углерода, метана, водяного пара и других парниковых газов в атмосфере? Для судеб человечества по большому счету неважно, что является источником диоксида углерода - антропогенные выбросы диоксида углерода (СО2) или несравненно более мощные его природные источники (мировой океан, карбонатосодержащие породы земной коры).

Сценарий изменения климата, в результате которого рост среднепланетарной температуры Земли составит 500° С, назван кандидатом физико-математических наук Алексеем Карнауховым, на работы которого ссылается Андрей Ваганов, "парниковой катастрофой". Это действительно вселенская катастрофа, пострашнее библейского потопа. При такой температуре Мировой океан исчезнет, а давление у высохшего дна составит 267 атмосфер. Поэтому легко можно понять "фанатиков, одержимых идеей индивидуального спасения в космосе", так как при таких физических параметрах атмосферы планета Земля перестанет быть родным домом.

Но допускают ли такую "апокалиптическую картину всеобщей гибели грешников в раскаленных пустынях и кипящих океанах" фундаментальные законы механики и термодинамики? Эмпирические знания о климатах прошлого не свидетельствуют в пользу парниковой катастрофы. В истории Земли неоднократно наступали теплые эпохи с высоким содержанием диоксида углерода в атмосфере, более благоприятные для катастрофического роста температуры, чем нынешняя. Например, по данным доктора геолого-минералогических наук Н.М. Чумакова, в эпоху теплых биосфер (меловая Земля) максимальный подъем уровня Мирового океана составлял более 250 м (за счет исчезновения материковых льдов). Среднепланетарная температура была на 10-15° С выше, чем современная; планетарное альбедо было высоким, тропосфера характеризовалась повышенным содержанием СО2 и метана (СН4). Почему же земная климатическая система не сорвалась в режим прогрессирующего разогрева по Карнаухову?

На мой взгляд, законы механики и термодинамики запрещают экстремальные режимы функционирования климата, например парниковую катастрофу. Попробуем обосновать эту гипотезу.

По закону Ньютона между Землей и молекулами составляющих ее атмосферу газов действуют силы притяжения. В результате этого создается давление атмосферы у земной поверхности, причем давление с высотой уменьшается. Когда воздух с водяным паром поднимается вверх, то он, попадая в область меньших давлений, расширяется. Это расширение можно считать адиабатным (без теплообмена с окружающей средой), так как воздух и водяной пар - плохие проводники тепла. Многочисленными теоретическими и экспериментальными исследованиями доказано, что по законам термодинамики в атмосфере возникает влажно-адиабатический градиент температуры (с высотой температура уменьшается примерно на 1° С на каждые 200 м), причем с ростом температуры (при одном и том же давлении) этот градиент уменьшается. Таким образом, в высоких слоях атмосферы водяной пар, находящийся в воздухе, конденсируется, и образуются облака. Здесь важно то обстоятельство, что чем выше среднепланетарная температура Земли, тем больше водяного пара в атмосфере, больше водность облаков и тем выше они образуются.

Хорошо известно, что облаком называют видимую совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью. Рассеянный в атмосфере солнечный свет частично поглощается ею, а остальная его часть отбрасывается облаками в космическое пространство. Большие грозовые тучи темны - почти весь падающий солнечный свет, многократно рассеявшись на капельках воды, уходит вверх. Непосредственные измерения отражательной способности облаков (альбедо) могут производиться на самолетах, аэростатах или спутниках. Эти измерения показывают возрастание альбедо облаков с увеличением их вертикальной мощности (толщины). Например, установлено, что из величины потока солнечной радиации, падающей на верхнюю границу атмосферы, в среднем достигает поверхности океана при безоблачном небе около 80%, а при сплошной облачности лишь около 20%.

Членом-корреспондентом РАН Игорем Моховым были обобщены многочисленные экспериментальные данные по облачности (степени покрытия неба облаками) и приповерхностной температуре. Оказалось, что увеличение температуры на 1° С приводит к росту облачности на 0,4%. Подчеркнем, что установление количественных зависимостей при современном, сравнительно малом изменении температуры - трудное дело, однако при разогреве Земли на десятки и сотни градусов эффект увеличения планетарного альбедо за счет роста облачности будет значительным. Напомним, что по закону Клаузиуса-Клапейрона, увеличение концентрации водяного пара (основного строительного материала для облаков) в атмосфере с ростом температуры происходит экспоненциально. Астрономам хорошо известно, что высокие значения альбедо для планет Солнечной системы обычно свидетельствует о наличии у них мощной атмосферы. Например, альбедо Меркурия и Луны (нет атмосферы) равно 6%, альбедо Сатурна (мощная атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана) достигает почти 100%.

Таким образом, лавинообразный рост концентрации диоксида углерода в атмосфере из-за положительной обратной связи "температура - концентрация СО2 - температура" может быть прекращен более сильной отрицательной обратной связью "температура - облачность - температура". Именно этот теплофизический эффект и не даст погибнуть нашей цивилизации в "пламени" парниковой катастрофы.

Зависимость альбедо слоистых облаков от их толщины по данным измерений в Москве (1) и Калифорнии (2).

Изменение концентрации диоксида углерода за последние 160 тыс. лет (по данным анализа содержания СО2 в пузырьках воздуха глубинного льда из скважины на антарктической станции "Восток").