Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет

Конечно, было бы замечательно, если бы мы могли просто импортировать данные в статистическую модель, произвести расчеты и согласиться с тем, что результат достаточно точно описывает происходящее в реальном мире. В некоторых условиях, особенно в богатых данными областях типа бейсбола, такое предположение достаточно близко к тому, чтобы считаться правильным. Но во многих других случаях неспособность понять суть причинно-следственной связи заводит нас в тупик.

У нас было множество причин сомневаться в глобальном потеплении, если бы оно не имело под собой причинно-следственной связи. Климат Земли проходит через различные фазы потепления и похолодания, которые разворачиваются на протяжении лет, десятилетий или столетий. Эти циклы начали действовать задолго до появления промышленной цивилизации. Однако любые предсказания выглядят более убедительными, если подкрепляются правильным пониманием первопричин того или иного явления. И мы хорошо понимаем первопричину глобального потепления – это парниковый эффект.

Парниковый эффект уже здесь

В 1990 г., через два года после показаний Хансена, межправительственная группа экспертов ООН по измерению климата (МГЭИК, IPCC) выпустила в свет документ, получивший название «Первый оценочный доклад». Он состоял более чем из тысячи страниц, где были представлены данные о климатических изменениях. Этот доклад готовили в течение нескольких лет сотни ученых со всего мира, он содержал массу деталей о потенциальных изменениях в температурах и экосистемах, а также описание целого ряда стратегий борьбы с негативными эффектами.

Однако при этом ученые из МГЭИК классифицировали как «абсолютно точные» всего лишь два из сделанных ими выводов. Эти выводы не полагались на сложные модели и не были связаны с конкретными предсказаниями, касающимися изменения климата. Скорее, они основывались на сравнительно простой науке, которая понятна нам уже более 150 лет и которую редко оспаривают даже люди, называющие себя климатическими скептиками [158] . Эти выводы до сих пор остаются самими важными научными заключениями о климатических изменениях.

158

Климатические скептики отвергают или подвергают сомнению научный консенсус об антропогенном изменении климата. Климатический скептицизм – недоверие к общепринятым научным представлениям о глобальном потеплении.

Первый из них заключался в том, что парниковый эффект действительно существует:

На Земле присутствует естественный парниковый эффект, приводящий к тому, что климат на Земле теплее, чем он мог бы быть {800} .

Парниковый эффект представляет собой процесс, при котором определенные атмосферные газы – в основном водяной пар, диоксид углерода (CO₂), метан и озон – поглощают солнечную энергию, отраженную от поверхности Земли. Ели бы это не происходило, то около 30 % солнечной энергии отражалось бы в космическое пространство в виде инфракрасного излучения {801} , и температура на Земле была бы значительно ниже, чем она есть на самом деле: около 0 °F (или –18 °C) в среднем {802} , то есть примерно такая же, как в теплый день на поверхности Марса {803} .

800

J. T. Houghton, G. J. Jenkins, and J. J. Ephraums, «Report Prepared for Intergovernmental Panel on Climate Change by Working Group I», Climate Change: The IPCC Scientific Assessment (Cambridge: Cambridge University Press, 1990), p. XI.

801

David R. Williams, «Earth Fact Sheet», NASA Goddard Space Flight Center, last updated November 17, 2010. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html.

802

Yochanan Kushnir, «The Climate System», Columbia University. http://eesc.columbia.edu/courses/ees/climate/lectures/radiation/.

803

«What Is the Typical Temperature on Mars?» Astronomy Cafe. http://www.astronomycafe.net/qadir/q2681.html.

Если содержание этих газов в атмосфере увеличивается, то все большая часть энергии Солнца улавливается ими и отражается обратно на поверхность Земли, что приводит к значительному повышению температур. На Венере, обладающей значительно более плотной атмосферой, которая почти полностью состоит из диоксида углерода, средняя температура составляет 460 °C {804} . Отчасти это связано с близостью Венеры к Солнцу, однако в более значительной степени вызывается парниковым эффектом {805} .

804

Jerry Coffey, «Temperature of Venus», Universe Today, May 15, 2008. http://www.universetoday.com/14306/temperature-of-venus/.

805

В среднем температура на поверхности Венеры значительно выше, чем на Меркурии, атмосфера которого незначительна, а перепад температур в течение типичного дня может колебаться от –200 до +400 °C.

Пока что мы не рассматриваем сценарии, при которых в обозримом будущем климат Земли будет напоминать климат Венеры. Однако климат довольно чувствителен к изменениям в составе атмосферы, и человеческая цивилизация может выживать в сравнительно узком диапазоне температур. Самая холодная столица мира – монгольский Улан-Батор, где средние значения температуры составляют около –1 °C (или +30 °F) в течение года {806} ; а самым теплым может считаться город Кувейт-Сити, где они достигают значения +27 °C (+81 °F) {807} . Температуры могут быть выше или ниже в течение зимы или лета или в районах с разной плотностью заселения {808} , однако в планетарном масштабе эти температурные экстремумы довольно скромны. Например, на Меркурии, где практически нет защитного слоя атмосферы, температуры часто варьируются от –200 до +400 °C в течение одного дня {809} .

806

Matt Rosenberg, «Coldest Capital Cities: Is Ottawa the Coldest Capital City?» About.com. http://geography.about.com/od/physicalgeography/a/coldcapital.htm.

807

«Kuwait City Climate», World-Climates.com. http://www.world-climates.com/city-climate-kuwait-city-kuwait-asia/.

808

Средний максимум температур в августе в Кувейте составляет 46 °C; а средний минимум в январе в Улан-Баторе достигает –27 °C.

809

«Mercury Statistics», Windows to the Universe. http://www.windows2universe.org/mercury/statistics.html.

Второе заключение МГЭИК содержало элементарное предсказание, основанное на парниковом эффекте:

По мере увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере повышается влияние парникового эффекта и растут глобальные температуры. Выбросы, связанные с деятельностью человека, значительно повышающие концентрацию парниковых газов в атмосфере, – диоксид углерода, метан, фреоны (CFCs) и оксид азота. Увеличение их концентрации в атмосфере усиливает парниковый эффект, приводящий к дополнительному нагреву поверхности Земли. В ответ на глобальное потепление возрастает концентрация основного парникового газа – водяного пара, что приводит к дальнейшему повышению температур.

Этот вывод МГЭИК содержит несколько различных утверждений, каждое из которых заслуживает внимания. Прежде всего, организация заявляет о росте концентрации парниковых газов в атмосфере, в том числе CO₂, в результате человеческой деятельности. Это вопрос простого наблюдения. Многие промышленные процессы, в особенности те, в которых используются ископаемые виды топлива, сопровождаются образованием CO₂ в виде побочного продукта {810} . Поскольку CO₂ остается в атмосфере надолго, его концентрация растет: со времени первого прямого анализа, проведенного в обсерватории Мауна Лоа на Гавайях в 1950 г., содержание CO₂ выросло с 315 до 390 ppm [159] по состоянию на 2011 г. {811} .

810

«Human-Related Sources and Sinks of Carbon Dioxide» in Climate Change – Greenhouse Gas Emissions, Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/climatechange/emissions/co2_human.html.

159

ppm (parts per million, 10^–6) – частей на миллион, иногда частиц на миллион– единица измерения концентрации.

811

«Full Mauna Loa CO₂ Record» in Trends in Atmospheric Carbon Dioxide, Earth System Research Laboratory, National Oceanic & Atmospheric Administration Research, U. S. Department of Commerce. http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/#mlo_full.

Второе заявление – «Увеличение их концентрации в атмосфере усиливает парниковый эффект, приводящий к дополнительному нагреву поверхности Земли» – представляет собой, по сути, другую формулировку первого заключения МГЭИК о реальном существовании парникового эффекта, выраженную, однако, в форме предсказания. Предсказание основано на сравнительно простых химических реакциях, которые были выявлены в лабораторных исследованиях много лет назад. Термин «парниковый эффект» был впервые предложен французским физиком Жозефом Фурье в 1824 г. Считается, что наличие этого эффекта было доказано ирландским физиком Джоном Тиндалем в 1859 г. (в том же году, когда Чарлз Дарвин опубликовал свою работу о происхождении видов) {812} .

812

Isaac M. Held and Brian J. Soden, «Water Vapor Feedback and Global Warming», Annual Review of Energy and the Environment, 25 (November 2000), pp. 441–475. http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146%2Fannurev.energy%20.25.1.441.

Третье утверждение – о том, что концентрация водяного пара будет также возрастать вместе с увеличением концентрации газов типа CO₂, тем самым усиливая парниковый эффект, – представляется мне довольно смелым. Именно водяной пар, а не CO₂ вносит основной вклад в парниковый эффект {813} . Если бы происходил рост концентрации только лишь CO₂, то потепление все равно бы наблюдалось, хотя и не столь заметное, как мы видим сейчас, или такое, что ученые предсказывают в будущем.

813

Gavin Schmidt, «Water Vapor: Feedback or Forcing?» RealClimate.com, April 6, 2005. http://www.realclimate.org/index.php?p=142.

Однако согласно основному принципу термодинамики, известному как уравнение Клаузиуса – Клайперона, предложенное и доказанное в XIX в., атмосфера способна удерживать больше водяного пара при более теплых температурах. Таким образом, по мере увеличения концентрации CO₂ и других долго живущих парниковых газов, приводящих к нагреву атмосферы, будет увеличиваться и доля водяного пара, вызывая усиление от воздействия CO₂ и стимулируя дальнейшее потепление.