Учёные пересчитали тепловой баланс Земли

Наша планета продолжает впитывать больше энергии, чем возвращает в космос, выяснили исследователи из США и Франции. И это несмотря на необычайно длинный и глубокий последний солнечный минимум, означавший сокращение потока лучей, которые поступали от нашей звезды.

Примерно 90% избыточного тепла Земля накапливает в океанах. Потому именно океанические исследования являются решающими для уточнения моделей грядущих перемен климата (фото Argo Project).

Группа учёных, ведомая Джеймсом Хансеном (James Hansen), директором института космических исследований Годдарда (GISS), выполнила наиболее точный на данный момент подсчёт энергетического баланса Земли за период с 2005 по 2010 год включительно.

Оказалось, планета поглощает сейчас в среднем по 0,58 ватта избыточной энергии на каждый квадратный метр поверхности. Таково текущее превышение прихода над расходом. Это значение — чуть ниже, чем гласили прежние оценки, тем не менее оно говорит о долгосрочном повышении средней температуры.

Команда учитывала данные множества разных измерений. В частности, климатологи обработали результаты самого масштабного проекта по контролю за температурой воды — Argo. Это огромная сеть буйков и подводных сенсоров, измеряющих солёность и температуру воды на поверхности и в глубинах практически по всему Мировому океану.

Глобальный охват сети буйков проекта Argo. На данный момент в Мировом океане плавает 3476 аппаратов этой системы мониторинга. Один из таких буёв показан на снимке под заголовком (иллюстрация Argo Project).

С учётом иных наземных, а также спутниковых измерений Хансен и его коллеги определили, что верхний слой основных океанов вбирает 71% указанной избыточной энергии, Южный океан — ещё 12%, абиссаль (зона между 3 и 6 километрами глубины) поглощает 5%, льды – 8% и земля – 4%.

Авторы работы утверждают, что предыдущие климатические модели переоценивали величину тепла, проникающего от верхних слоёв океана к нижним, но зато сильно (примерно вдвое) недооценивали вклад аэрозолей в общий баланс. Аэрозоли, как естественного происхождения, так и появляющиеся в результате деятельности цивилизации, влияют на количество и распределение облачности, а она, в свою очередь, меняет долю отражённого солнечного света.

По оценке исследователей, в энергетическом «уравнении Земли» аэрозоли дают составляющую в 1,6 Вт/м², причём со знаком минус (то есть охлаждают планету). Если бы их не было (из-за деятельности людей, а также из-за извержений, подобных на редкость мощному извержению вулкана Пинатубо в 1991 году), потепление на Земле шло бы ещё интенсивнее.

Точное значение вклада тех или иных факторов в суммарный баланс тепла планеты установить нельзя. Учёные определяют эти параметры с некой вероятностью. На данном графике показана роль аэрозолей (синий пунктир), парниковых газов (красный пунктир) и соотношение между этими двумя силами (закрашенная красная зона). По вертикали – относительная вероятность, по горизонтали — Вт/м² (иллюстрация NASA/GISS).

Но едва ли не главным было сравнение суммарного дисбаланса с небольшими колебаниями в солнечной постоянной — количестве энергии, поступающей на Землю от Солнца.

Эти колебания происходят по разным причинам. В течение года на них влияет небольшая эллиптичность орбиты планеты, но на долгосрочных процессах они не отражаются. Однако существуют ещё и колебания в количестве лучей, вызванные 11-летним циклом солнечной активности, а также отличия между разными такими циклами.

Учёные установили, что во время последнего минимума солнечная постоянная падала до самой низкой величины за всё время космической эры (особенно в сравнении с максимумами примерно в 1980 и 1990 годах).

Колебания солнечной постоянной за 35 лет (по горизонтали – года, по вертикали — Вт/м²). Красным цветом показано усреднение за каждый 31 день, чёрным – за каждый год. Данная величина отражает мощность излучения, приходящуюся на квадратный метр, перпендикулярный линии Солнце-Земля. Видно, что она колеблется примерно на 0,1%.

Поскольку Земля – не плоскость, а шар, к тому же отражающий часть лучей обратно, средняя величина поглощаемой ею энергии составляет 240 Вт/м², а дельта между солнечным максимумом и минимумом – 0,25 ватта (правая шкала). Синяя зона – период исследования энергетического баланса командой Джеймса (иллюстрация NASA/James Hansen).

Так как величина падения количества впитываемых лучей Солнца (примерно 0,25 ватта на квадратный метр) вдвое меньше, чем общий дисбаланс Земли, авторы работы делают вывод, что в глобальном потеплении последнего века нельзя винить крупные колебания в солнечной активности.

Возможно, в будущем влияние Солнца на эти соотношения изменится, если сбудется прогноз о его глубоком сне. Но пока причины перемены климата в последние 50-100 лет приходится искать в другом.

Остаются антропогенный эффект, прежде всего выброс парниковых газов, а ещё – некие естественные долговременные колебания (постепенный выход из малого ледникового периода XIV—XIX веков).

В какой пропорции работают эти два фактора, ещё предстоит выяснить. Команда Хансена, к примеру, склоняется к доминантной роли человека. (Все подробности — в статье в Atmospheric Chemistry and Physics.)

Добавим, в другом исследовании, также возглавляемом специалистами NASA, были использованы данные спутниковых измерений параметров атмосферы и океана за 2001-2010 годы. И тут учёные пришли к аналогичной величине энергетического дисбаланса планеты: земные океаны сейчас накапливают тепло в темпе порядка 0,5 ватта на квадратный метр.

(Результаты второй работы недавно были опубликованы в Nature Geoscience.)