Вы можете подумать, что изменение климата вызывает повышение температуры. Однако недавнее исследование показало, что это не так. Повышенные уровни углекислого газа, вызванные неумеренным использованием ископаемого топлива, приводят к быстрому охлаждению верхних слоёв нашей атмосферы. Это может показаться хорошей новостью, но на самом деле это приведёт к катастрофическим последствиям: от смертельно опасной экстремальной погоды до разрушения защитного озонового слоя Земли и даже потенциального уничтожения спутников. Но как углекислый газ охлаждает верхние слои атмосферы? Как более прохладная верхняя атмосфера вызывает эти разрушительные побочные эффекты? И можно ли что-то сделать, чтобы это остановить?
Климатологи подозревали десятилетиями, что верхняя атмосфера будет охлаждаться по мере роста уровня углекислого газа и начала изменений климата, как это предсказывали их климатические модели. Однако только недавно учёные смогли систематически измерять температуры верхних слоёв атмосферы. Недавнее исследование использовало подробные измерения со спутников, чтобы показать, что верхняя атмосфера действительно охлаждается. Это ещё одно доказательство точности климатических моделей, что вызывает беспокойство, поскольку они также предсказывают значительные изменения климата.
Но как углекислый газ охлаждает верхние слои атмосферы?
Чтобы понять это, нужно понять, как работает парниковый эффект, делающий углекислый газ такой проблемой. Углекислый газ прозрачен для видимого света, но сильно поглощает инфракрасное излучение, и при этом нагревается. Большая часть света, доходящего до нас от солнца, находится в видимом спектре, что позволяет ему легко проходить через атмосферу. Этот свет затем поглощается поверхностью Земли, нагревая её. Но когда объекты нагреваются, они излучают эту энергию в виде инфракрасного излучения, и чем горячее они, тем больше инфракрасного излучения они излучают. Это тот свет, который видят тепловизоры. Однако в планетарном масштабе эти свойства означают, что видимый свет от солнца проходит через атмосферу, поглощается поверхностью Земли и излучается в виде инфракрасного света, который поглощается углекислым газом в атмосфере, нагревая её.
Таким образом, чем больше углекислого газа в атмосфере, тем больше солнечной радиации задерживается в атмосфере, и тем больше нагревается Земля (в среднем).
Но это работает только для нижних слоёв атмосферы. Верхняя и нижняя атмосферы имеют одинаковое соотношение углекислого газа, но нижняя атмосфера намного плотнее верхней, что позволяет ей поглощать больше энергии. Это означает, что по мере увеличения уровня углекислого газа меньше инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью Земли, достигает верхних слоёв атмосферы. В результате верхняя атмосфера охлаждается. Фактически, она охлаждается больше, чем нижняя атмосфера нагревается. При текущих уровнях выбросов учёные считают, что охлаждение верхних слоёв атмосферы может достичь 7,5°C в течение века; в то время как нижняя атмосфера нагреется всего на 2,7°C.
По мере охлаждения воздуха он сжимается. Таким образом, по мере охлаждения верхних слоёв атмосферы их толщина сокращается, и значительно. Данные NASA показывают, что её толщина уже уменьшилась на 400 метров за последние 40 лет, а мезосфера, которая находится выше верхних слоёв атмосферы, сократилась на 1 300 метров в период с 2002 по 2019 год. Увеличение температурной разницы между верхними и нижними слоями атмосферы также приведёт к тому, что эти два слоя будут гораздо меньше смешиваться.
Это вызывает поразительно ужасные последствия, а именно увеличение риска космического мусора, разрушение озонового слоя и экстремальные погодные явления.
Начнём с космического мусора, поскольку это может показаться наиболее загадочным сначала. Не секрет, что космическая индустрия имеет проблему с мусором. Старые и нефункционирующие спутники и выброшенные части ракет остаются дрейфовать на орбите. Но орбитальные скорости огромны, и поскольку они не могут маневрировать, этот космический мусор может сталкиваться друг с другом или с активными спутниками на скоростях в десятки тысяч миль в час, разрушая их и создавая сотни новых сверхзвуковых обломков.
Обычно тонкие разреженные частицы в верхних слоях атмосферы взаимодействуют с космическим мусором, замедляя его и вызывая его сход с орбиты. Но по мере охлаждения и сжатия атмосферы этот фактор орбитального сопротивления уменьшается, что означает, что космический мусор остаётся на орбите дольше и имеет больше шансов уничтожить больше многомиллионных спутников.
Но это наименьшая из наших проблем, поскольку более прохладная верхняя атмосфера также разрушает озоновый слой. Озон — это форма кислорода, которая находится в высокой концентрации в стратосфере по всему миру и действует как атмосферный солнцезащитный крем, поглощая смертельно опасное УФ-излучение. УФ-излучение чрезвычайно вредно для клеток и ДНК, и некоторые учёные считают, что единственная причина, по которой сложная жизнь смогла развиться на Земле, заключается в том, что озоновый слой её защищал.
Проблема в том, что озон — это нестабильная молекула, и многие вещества легко его разрушают. Именно поэтому хлорфторуглероды (ХФУ), которые мы раньше использовали в аэрозолях и холодильниках, пробили дыру в озоновом слое над Арктикой. К счастью, договор, запретивший ХФУ, остановил ущерб и помог озоновому слою восстановиться. Но охлаждение верхних слоёв атмосферы также разрушает озон. Дело в том, что стратосферные облака, которые формируются только в холодных условиях в верхних слоях атмосферы, также разрушают озон. Таким образом, по мере снижения температуры в верхних слоях атмосферы образуется больше таких облаков (особенно в полярные зимы), и озон разрушается. Это вызовет повышение уровня заболеваемости раком (как у людей, так и у животных), нанесёт ущерб экосистемам и значительно ускорит изменение климата.
Последний жестокий эффект — это более экстремальная погода. Как я уже сказал ранее, по мере увеличения температурной разницы между верхними и нижними слоями атмосферы они меньше смешиваются. Более того, парниковый эффект углекислого газа нагнетает больше энергии в нижние слои атмосферы. Это означает, что погода получает больше энергии и меньше пространства для её рассеивания. Это вызовет значительно более экстремальные погодные явления, которые будут длиться гораздо дольше, чем всё, что мы видели до сих пор. Представьте себе волны жары и засухи, которые длятся неделями, внезапные месячные снежные бури или сумасшедшие наводнения, происходящие гораздо чаще, чем сегодня. Такие условия могут нанести огромный ущерб как экосистемам, так и человечеству.
С учётом всего этого, тот факт, что верхняя атмосфера охладится на 7,5°C, означает, что эти последствия не будут незначительными. Через десяток лет нас ждут смертельные и разрушительные шторма и новая зияющая дыра в озоновом слое, вызванная охлаждением верхних слоёв атмосферы.
Теперь, когда мы знаем, что верхняя атмосфера охлаждается и какие катастрофические последствия это может вызвать, что мы можем сделать, чтобы это остановить? Есть только одно решение: резко сократить выбросы углекислого газа. Мы тянули с этим много лет, и мы приближаемся к последнему часу. Вопрос в том, как долго мы ещё можем позволять этому продолжаться? И когда мы предпримем решительные действия, чтобы спасти нашу прекрасную планету?