На сколько градусов нагрелась Земля на самом деле: ученые нашли ошибку в официальных отчетах ООН

В 2015 году международное сообщество заключило Парижское соглашение по климату. Его ключевым обязательством стало удержание роста средней глобальной температуры в пределах 1,5 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Этот показатель — критический порог, за которым, по расчетам экологов, резко возрастает вероятность необратимых изменений в биосфере: массового таяния вечной мерзлоты, подъема уровня Мирового океана и исчезновения целых экосистем.

Однако у этой формулы есть уязвимый элемент. Чтобы точно измерить, насколько нагрелась планета, необходимо знать ее исходную температуру — ту самую базовую линию доиндустриальной эпохи. Если нулевая отметка на нашей шкале установлена неверно, все последующие расчеты и прогнозы также окажутся ошибочными.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показывает, что общепринятая точка отсчета глобального потепления содержит систематическую ошибку. Группа ученых под руководством Малкольма Маккалоха из Университета Западной Австралии нашла способ восстановить точную температурную историю планеты за последние триста лет. Помогли им в этом долгоживущие морские организмы — карибские склерогубки, обитающие на глубинах, защищенных от сезонных погодных колебаний.

Полученные результаты заставляют пересмотреть климатический календарь: планета уже нагрелась сильнее, чем предполагалось, а предел безопасности в 1,5 °C человечество незаметно пересекло еще в прошлом десятилетии.

Недостатки температурных баз данных XIX века

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) при ООН использует в качестве доиндустриального базиса средние показатели периода с 1850 по 1900 год. Считается, что именно в это время начались первые систематические измерения температуры воздуха на суше и воды на поверхности океана.

Но эти исторические данные содержат серьезные погрешности. В XIX веке измерения температуры моря проводились экипажами торговых и военных судов. Наблюдения велись бессистемно и вдоль ограниченного числа торговых путей. Огромные пространства Мирового океана — особенно в Южном полушарии и центральной части Тихого океана — оставались неисследованными.

Методология того времени также не отличалась точностью. Моряки зачерпывали воду из-за борта ведрами, после чего опускали туда термометр. На результат влияло множество факторов: материал ведра (дерево, кожа или железо), температура воздуха на палубе, скорость испарения воды во время замера и даже скорость хода судна. Позже, в середине XX века, флот перешел на измерение температуры воды, поступающей для охлаждения судовых двигателей, что создало новое систематическое расхождение в данных. Попытки современных климатологов скорректировать эти архивы с помощью математических моделей не устраняют неопределенность полностью.

Второй важный фактор — вулканическая активность. Конец XVIII и первая половина XIX века были периодом высокой вулканической активности. В этот период произошли извержения вулканов Лаки (1783 год), аномальное, до сих пор не идентифицированное извержение 1809 года, а также катастрофический взрыв вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году.

Эти события выбросили в стратосферу миллионы тонн сульфатных аэрозолей. Отражая солнечный свет, они вызвали временное глобальное похолодание, пик которого пришелся на 1810-е годы (период, вошедший в историю как «год без лета»). К моменту начала регулярных судовых наблюдений в 1850-х годах климатическая система Земли только выходила из этого холодного периода. Использование второй половины XIX века в качестве базового уровня привело к тому, что за норму была принята аномально низкая температура.

Метод исследования: палеотермометрия

Чтобы получить непрерывный и объективный температурный ряд, свободный от погрешностей человеческого фактора, авторы исследования обратились к методам палеоклиматологии. Они исследовали образцы жестких склерогубок вида Ceratoporella nicholsoni, собранные в Карибском море в районах Пуэрто-Рико и Сент-Круа.

Склерогубки — это медленнорастущие морские организмы, которые живут сотни лет. Они строят свой прочный внутренний скелет из известняка (арагонита — особой формы карбоната кальция), извлекая необходимые элементы непосредственно из морской воды. Губки обитают на глубине от 33 до 91 метра. Данный диапазон соответствует перемешанному слою океана.

В отличие от самой поверхности воды, этот слой не подвержен резким сезонным колебаниям температуры, влиянию ветров или локальных штормов. Благодаря постоянному вертикальному перемешиванию водных масс температура здесь стабильна и напрямую отражает общее тепловое состояние океана в данном регионе. Карибский бассейн удобен для таких исследований еще и тем, что его глубокие воды слабо зависят от локальных течений и изменений в циркуляции океана. Температура здесь меняется в основном под воздействием глобальных факторов.

В процессе формирования известкового скелета губки фиксируют в его структуре соотношение химических элементов — стронция и кальция (Sr/Ca). Это соотношение жестко привязано к температуре окружающей среды: при охлаждении воды в скелет встраивается больше стронция, а при нагревании — меньше. Физико-химические законы этого процесса неизменны, что делает отношение стронция к кальцию точным природным индикатором температуры.

Чтобы связать слои скелета губки с конкретными годами, ученые использовали метод уран-ториевого датирования. Он основан на измерении скорости распада естественных радиоактивных изотопов урана, содержащихся в арагоните. Этот метод позволяет определить возраст каждого слоя с погрешностью всего в пару лет.

После этого исследователи провели микроскопический химический анализ образцов. Шаг бурения при отборе проб составлял от 0,5 миллиметра (что соответствует двум годам роста губки) до 0,05 миллиметра (интервал в два месяца). Это позволило восстановить непрерывную температурную шкалу с 1700 по 2020 год.

Для проверки надежности метода ученые сопоставили показания губок за период после 1963 года с данными современных спутниковых наблюдений и прямых инструментальных измерений. Совпадение кривых составило 91%, что подтвердило точность палеотермометра.

Смещение временной шкалы потепления

Химический анализ скелетов склерогубок показал, что доиндустриальный период был значительно длиннее и стабильнее, чем принято считать в официальных отчетах.

С 1700 по 1860 год средняя температура в перемешанном слое океана оставалась практически неизменной. Колебания не превышали 0,1 °C за десятилетие. На этом стабильном фоне четко зафиксировано кратковременное снижение температуры на 0,2 °C в начале XIX века, вызванное серией крупных вулканических извержений. Тот факт, что губки зафиксировали эти исторически подтвержденные похолодания, доказал надежность исследуемого метода.

Главным открытием работы стало то, что стабильный доиндустриальный период завершился в середине 1860-х годов. Именно тогда начался устойчивый рост температуры, вызванный первыми масштабными выбросами углекислого газа в атмосферу из-за сжигания угля на фабриках и железных дорогах Европы и Америки.

Это означает, что антропогенное изменение климата началось примерно на 80 лет раньше, чем показывает официальная статистика судовых журналов. Наземные метеостанции того времени не фиксировали этот процесс, поскольку в XIX веке слабый сигнал потепления маскировался естественными колебаниями погоды на континентах. Океан же, обладая высокой тепловой инерцией, сразу начал накапливать тепло и сохранил информацию об этом в скелетах губок.

Разница в нагреве суши и океана

Исследование позволило выявить еще одну важную закономерность: нарастающее расхождение между температурой суши и океана, которое началось в конце XX века.

До 1980-х годов графики температур воздуха над континентами и воды в океане двигались параллельно. Но в последние сорок лет темпы нагрева суши увеличились почти в два раза по сравнению с океаном. Это объясняется базовыми законами теплоемкости.

Вода требует значительно больше энергии для нагрева на один градус, чем воздух или сухая почва. Океан выступает в роли планетарного буфера, поглощая более 90% избыточного тепла, удерживаемого парниковыми газами. Однако возможности этого буфера ограничены его объемом и скоростью перемешивания водных масс.

Суша нагревается быстрее, поскольку лишена такой теплоемкости. Согласно данным исследования, средняя температура воздуха над континентами к 2020 году уже превысила истинный доиндустриальный уровень примерно на 2 °C. Именно этот ускоренный нагрев континентальных зон объясняет участившиеся волны сильной жары в Европе, Азии и Северной Америке, а также масштабные лесные пожары и засухи последних лет. Данные процессы — не временное отклонение от нормы, а прямое следствие того, что тепловой баланс планеты изменился сильнее, чем предполагалось ранее.

Практические последствия для глобальной политики

Перенос базовой линии доиндустриального периода на 1700-1860 годы существенно меняет оценку текущей экологической ситуации.

Если за точку отсчета принять стабильный исторический период, то к 2020 году глобальная температура поднялась не на 1,2 °C, как утверждает МГЭИК, а на 1,7 +- 0,1 °C.

Это означает следующее:

1. Порог в 1,5 °C уже преодолен. Планета прошла этот рубеж в период между 2012 и 2015 годами. Все международные программы, направленные на предотвращение этого сценария, запоздали, так как базировались на заниженных исторических данных.
2. Порог в 2 °C будет достигнут быстрее. При сохранении текущего уровня промышленных выбросов глобальная температура вырастет на 2 °C уже к концу 2020-х годов. Это почти на два десятилетия раньше сроков, заложенных в официальные модели МГЭИК (которые прогнозировали этот сценарий на середину 2040-х годов).
3. Чувствительность климата к CO₂ переоценена в сторону ускорения. Исторический анализ показал, что реакция планеты на увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере происходит быстрее, чем считалось ранее.

Эти выводы ставят под вопрос практическую реализуемость Парижского соглашения в его нынешнем виде. Международные переговоры десятилетиями строились на предположении, что у человечества есть значительный запас времени для постепенного снижения углеродных выбросов. Новые данные палеоклиматологии показывают, что этого времени практически нет.

Для предотвращения неблагоприятных изменений климата требуются гораздо более жесткие меры. Потребуется не просто постепенное снижение выбросов к 2050 году, а их радикальное сокращение (минимум вдвое) уже к 2030 году. Кроме того, странам придется сместить фокус внимания с предотвращения потепления на срочную адаптацию инфраструктуры к новым температурным условиям.

Это потребует изменения стандартов строительства в мегаполисах, пересмотра аграрных технологий из-за смещения климатических зон и модернизации систем защиты от наводнений и лесных пожаров. Реальность такова, что мир уже перешагнул черту безопасности, установленную дипломатами, и человечеству предстоит учиться жить в новых климатических условиях.

Источник: Nature Climate Change