Трехкратный рост концентрации углекислого газа разрушит слоисто-кучевые облака над океаном
Повышение уровня парниковых газов в атмосфере до эквивалента 1300 частей CO2 на миллион и более — маловероятный, но возможный сценарий в XXII веке — может привести к дестабилизации и разрушению слоисто-кучевых облаков над океаном. Это, в свою очередь, может стать причиной еще большего потепления океана примерно на восемь градусов Цельсия, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience.
Текущий уровень CO2 в атмосфере составляет около 410 частей на миллион по объему и продолжает повышаться по мере роста выбросов из-за деятельности человека. Теоретически, если человечество продолжит выбрасывать углекислый газ в атмосферу в нынешних объемах (около 37 миллиардов тонн в год), не снижая их, в XXII веке концентрация CO2 может превысить 1200-1300 ppm.
Тапио Шнайдер (Tapio Schneider) из Лаборатории реактивного движения NASA и его коллеги решили выяснить, как в процессе изменения климата себя поведут слоисто-кучевые облака, которые покрывают примерно 20 процентов площади океана в низких широтах. Эти облака играют существенную роль в формировании земного климата, отражая солнечные лучи, но разрешение современных глобальных климатических моделей не позволяет качественно моделировать их формирование и динамику в глобальных масштабах.
Чтобу обойти эту проблему, группа Шнайдера построила небольшую модель участка атмосферы над океаном в субтропиках методом крупных вихрей. Моделирование показало, что при превышении порога концентрации парниковых газов в 1300 ppm CO2-эквивалента облака начинают разрушаться, превращаясь в кучевые, и исчезают, что приводит к резкому росту поверхностной температуры океана на восемь градусов. Снова облака возникают только после снижения концентрации существенно ниже этого порога до доиндустриальных уровней (примерно 300 частей на миллион). Углекислый газ, по мнению ученых, будет мешать переносу тепла от верхних слоев облаков, что снизит перепад температур между верхними и нижними слоями и, как следствие, скорость «перемешивания» облаков. Стандартные глобальные климатические модели не демонстрируют этот эффект при концентрациях вплоть до 9 тысяч частей на миллион.
Авторы исследования отмечают, что их предположения также могут помочь объяснить палеоклиматическую загадку эоцена, когда примерно 50 миллионов лет назад Арктика была свободной ото льда: существующие климатические модели указывают, что для таких температур необходима концентрация CO2 более четырех тысяч частей на миллион, или примерно в два раза выше, чем оценочная концентрация в тот период по палеоклиматическим данным. Если гипотеза ученых об исчезновении облаков верна, то это может объяснить резкое потепление и при более низкой концентрации углекислого газа.
Ранее другая группа американских климатологов обнаружила, что ошибки при моделировании суточных циклов облаков в современных климатических моделях являются источником значительных погрешностей при реконструкции и прогнозировании климата на Земле. Ученые отмечают, что это не приводит к качественному изменению полученных данных, но может заметно снижать их точность.
Ольга Добровидова
Вклад этих источников составил 25 и 75 процентов соответственно
Ученые определили источники радиоактивного 137Cs в мясе баварских кабанов. Оказалось, что происхождение в среднем 75 его процентов связано с аварией на Чернобыльской АЭС, а 25 процентов — с испытаниями ядерного оружия в середине прошлого века. Причем в некоторых регионах Баварии активность оружейного137Cs в кабанятине так высока, что этого достаточно для превышения европейских норм безопасности. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Environmental Science & Technology. Авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года привела к загрязнению обширных территорий Европы радиоактивными изотопами йода, цезия, стронция и других химических элементов. Например, в Баварии, регионе на юго-востоке Германии, активность изотопа цезия 137Cs в поверхностных слоях почвы вскоре после аварии составляла 102-105 беккерелей на квадратный метр. Позднее радиоактивные изотопы проникли из почвы в организмы растений и животных. В частности, активность 137Cs в мясе баварских кабанов (Sus scrofa) в 1986 году превышала норму на один-два порядка. За почти четыре десятилетия, прошедших с момента аварии, изначально высокая концентрация 137Cs в организмах животных из лесов Баварии резко снизилась за счет физического распада и экологических процессов. Однако по неизвестной пока причине в мясе местных кабанов активность этого радионуклида мало изменилась с 1986 года. В некоторых случаях темпы снижения концентрации 137Cs в их телах даже ниже скорости его физического распада. Это явление известно как «парадокс кабана». Согласно наиболее убедительному объяснению, кабаны получают новые порции 137Cs за счет того, что регулярно поедают подземные грибы, в которых, в свою очередь, этот изотоп накапливается в большом количестве. Команда исследователей под руководством Георга Штайнхойзера (Georg Steinhauser) из Венского технического университета решила больше узнать об источниках радиоактивных изотопов в мясе кабанов из Баварии. В 2019-2021 годах исследователи получили 48 образцов свежей кабанятины у баварских охотников из 11 округов этой земли. В основном это были ткани языка. Медианная активность 137Cs в образцах составила 1,7 килобеккереля на килограмм. При этом она заметно колебалась от округа к округу в диапазоне от 0,37 килобеккереля на килограмм до 14 килобеккерелей на килограмм. В 88 процентах образцов активность 137Cs оказалась выше норматива, установленного немецким правительством. Примечательно, что по сравнению с аналогичными пробами, взятыми в 2001 году, концентрация 137Cs в мясе кабанов почти не изменилась. Чернобыльская авария не была единственной причиной появления 137Cs в почвах Баварии и организмах местных животных. До нее этот изотоп также попадал в окружающую среду в результате ядерных испытаний. Чтобы определить вклад обоих источников, Штайнхойзер с соавторами оценили соотношение концентрации 135Cs/137Cs в мясе кабанов из разных округов Баварии — оно составило 0,67-1,97. Затем полученные данные сравнили с результатами анализа биологических образцов из других регионов мира, в том числе из Чернобыля и Фукусимы (где почти весь 137Cs попал в окружающую среду в результате аварий на АЭС) и отдаленные от них регионы, включая США, Канаду и Гренландию (здесь основным или единственным источником 137Cs являются ядерные испытания). Соотношение 135Cs/137Cs в телах кабанов из Баварии оказалось промежуточным между Чернобылем и Фукусимой с одной стороны (в этих местах оно составляло 0,31–0,73) и регионами мира, где крупных аварий на АЭС не было, с другой (1,21–2,84). Это подтверждает, что радиоактивный цезий, поступающий в организмы баварских кабанов, имеет два источника происхождения. Для дальнейших расчетов исследователи взяли за основу соотношение 135Cs/137Cs из серии образцов легочной ткани человека, собранных в Вене в 1960 годах. Поскольку эти образцы были взяты до первых крупных аварий на АЭС, весь 137Cs попал в них в результате испытаний ядерного оружия. Соотношение 135Cs/137Cs в них составило 1,99. Судя по всему, в тех регионах Баварии, где соотношение 135Cs/137Cs в кабанятине выше, чем в венских образцах, основным источником 137Cs являются испытания ядерного оружия, а в тех, где ниже — авария на Чернобыльской АЭС. Основываясь на этой идее, авторы предложили следующую модель распространения 137Cs в экосистемах Баварии (и всей Центральной Европы). Вероятно, радиоактивный цезий, который попал в атмосферу в результате ядерных испытаний, к концу века достиг поверхности земли и был включен в пищевые цепи всего региона. Соотношение 135Cs/137Cs в нем высокое. В то же время чернобыльский радиоактивный цезий, с низким соотношением 135Cs/137Cs, в основном осел в горах и предгорьях. На финальном этапе работы Штайнхойзер и его коллеги провели моделирование и пришли к выводу, что средний вклад чернобыльского 137Cs в мясе баварских кабанов составляет 75 процентов, а оружейного — 25 процентов. Наименьшая доля 137Cs чернобыльского происхождения была выявлена в кабанятине с севера Баварии, однако даже в Центральной и Южной Баварии есть регионы, где доля оружейного 137Cs в мясе кабанов составляет 40-50 процентов. При этом в 25 процентах образцов активность 137Cs, происходящего от испытаний ядерного оружия, настолько велика, что его одного достаточно, чтобы превысить европейские нормы безопасности. Результаты исследования демонстрируют, что радионуклиды, попавшие в окружающую среду в результате ядерных испытаний середины прошлого века, до сих пор присутствуют в экосистемах. Причем, как в случае баварских кабанов, их активность порой достаточно велика, чтобы угрожать здоровью людей. Ранее зоологи выяснили, что панцири черепах хранят информацию о ядерных испытаниях и работах с ядерным топливом. У тех черепах, что жили рядом с местами испытания ядерного оружия, соотношение 235U/238U в роговых щитках повышено, а у тех, что обитали недалеко от заводов по производству ядерного топлива, наоборот, понижено. При этом соотношение 236U/238U повышено в обоих случаях.
