Гляциолог из Принстона говорит, что несколько инженерных мегапроектов могут помочь стабилизировать самые опасные ледники мира
Геоинженерия, как скажут вам её самые преданные приверженцы, не только в принципе возможна — она уже работает.
Они говорят, что им это известно, поскольку мы ею уже занимаемся — просто мы называем этот процесс глобальным потеплением. Человечество ежегодно выбрасывает миллиарды тонн парниковых газов в атмосферу, и в результате мы уже создали другую климатическую систему: более горячую, влажную и менее покладистую, чем та, в которой люди жили с самого появления сельского хозяйства.
Пока что наиболее многообещающие и наименее дорогие способы обращения этих изменений вспять подходят к вопросу также на общемировом уровне. Исследователи рассуждают о том, как самолёты могут периодически распылять газ в верхних слоях атмосферы, который не даст части солнечного света дойти до поверхности Земли, что охладит земной шар. Эту идею активно обсуждают и называют солнечной геоинженерией. В августе 2017 её обсуждали более сотни учёных на неофициальной конференции; Гарвардский университет открыл центр изучения этого вопроса за $7,5 млн.
Но отрицательные побочные эффекты этой технологии невозможно предсказать. Она может создать выигрышные и проигрышные регионы, охлаждая одни места и запуская засуху в других. Что, если предпринять более узкий подход? Что, если учёные смогут предотвратить один катастрофический симптом изменения климата — быстрый подъём уровня моря, к примеру — не вмешиваясь снова в природу?
Майкл Воловик [Michael Wolovick], постдок по гляциологии из Принстонского университета, считает, что это возможно.
Последние пару лет Воловик изучал вопрос о том, может ли набор узконаправленных геоинженерных проектов задержать подъём уровня моря на несколько столетий и дать людям время адаптироваться к изменениям климата, и, вероятно, обратить их вспять. Он изучает, можно ли, построив подводные стены рядом с самыми нестабильными ледниками мира — а именно, огромные кучи песка и камней, простирающиеся на многие километры по морскому дну — изменить реакцию ледников на разогрев океанов и атмосферы, резко замедлить или обернуть вспять их обрушение.
Если они сработают так, как запланировано, эти огромные стены могут привести к тому, что ледники останутся нетронутыми в 10 раз дольше, чем если ничего не делать. В простейших симуляциях наличие стен приводит к тому, что ледник, который обрушился бы через 100 лет, стоит ещё тысячу.
Воловик представил свою работу в декабре 2017 на ежегодной встрече Американского геофизического общества, где я и увидел его работу. В последовавшие несколько недель мы с ним побеседовали на эту тему.
«Одна из причин, по которым я представляю этот проект — то, что узконаправленные меры могут привести к лучшим результатам. Солнечная геоинженерия широкого профиля затрагивает масштаб всей планеты, но проблемы такого подхода тоже могут оказаться всепланетными», — сказал он мне.
Его предложение, которое до этого момента не описывалось в СМИ подробно, состоит в том, чтобы пытаться работать с источником проблемы. Ледники в Гренландии и Антарктике, которые приведут к наиболее быстрому росту уровня моря, сейчас сравнительно неплохо сдерживаются. Попытки сделать что-то с ними будут отличаться от попыток подкрутить беспокойную мировую погодную систему.
«У них поменьше географическая шкала, — сказал он. — Получите гораздо больше за те же деньги, в плане общественного влияния, оказываемого этими потоками льда и ледниками».
«Нам нужно задуматься над тем, как мы можем решить эту проблему», — говорит Робин Белл, профессор гляциологии из Колумбийского университета, и недавно избранный президент Американского геофизического общества, организации, состоящей из более чем 60000 учёных, занимающихся науками о Земле.
«Мы, как учёные, можем вносить индивидуальные вклады, а ещё мы тратим много времени на то, чтобы разобраться, как работает Земля», — сказала мне Белл. Она была советником Воловика, когда тот писал докторскую в Колумбии. Они использовали радар для изучения того, как изгибается и скручивается ледяной щит, двигающийся по подстилающей породе.
«При этом я считаю, что он принадлежит к малочисленной группе людей, сказавшей — ну ладно, есть что-то такое, что мы могли бы сделать, чтобы замедлить влияние льда на изменения климата и изменить его движения в будущем? — говорит она. — Для молодых учёных такие заявления несут определённый риск, все хотят, чтобы вы занимались тем же, что делают все остальные. Но кому-то надо сделать первые шаги».
И хотя Воловик потратил два года на изучение этого предложения в Принстоне, его идеи остаются в теоретической области. Потребуются годы изучения до того, как они станут осуществимыми. И даже если они покажутся рабочими, они не устранят необходимость уменьшить выбросы парниковых газов. Замедление поднятия уровня океана не повлияет на другие последствия изменения климата — резкие приходы высоких температур, десятилетние засухи, масштабное разрушение коралловых рифов.
Эти идеи просто дадут нам некоторое время, замедляя подъём уровня океана. Но для 150 млн людей, живущих на побережье не выше полутора метров над уровнем моря, этого может оказаться достаточно.
Вот описание идеи Воловика: как она должна работать, научное обоснование, мнение экспертов.
По плану Воловика необходимо построить то, что он называет «порогами»: огромные плоские кучи материала, лежащие на дне моря. «Ничего особенно технически сложного, — говорит он. — Я представляю себе большую кучу песка или другого сыпучего материала, и, возможно, внешний слой из валунов, защищающий его от приливов и отливов».
Просто построив эти гигантские стены перед самыми нестабильными ледниками мира, говорит Воловик, можно остановить их от обрушения. Как? Процесс кажется контринтуитивным. Пороги Воловика не будут подниматься над уровнем воды. Это будут не морские стены — не такие дамбы, которые окружают сегодня Новый Орлеан, ограничивая движение воды. Это будут просто изменения подводной топографии океанского дна.
Тем не менее, наше текущее понимание причин таяния крупнейших ледяных щитов говорит о том, что эти стены реально могут сработать. «Крупнейшая уязвимость Антарктики, о которой мы знаем по паре десятилетий наблюдений и полученных качественных данных, состоит не столько в тёплом воздухе, сколько в тёплой воде», — сказал Воловик.
Сегодня поверхность океана вблизи большинства ледяных щитов довольно холодная. Но холодный только верхний слой воды, а он находится над более плотной и тёплой водой. При движении воды в океанах поднимается со средних глубин, подходит к континентальному шельфу Антарктики и к его огромным ледникам, заканчивающимся в море.
Когда эта тёплая вода доходит до ледника, она плещется у основания «ледяного барьера» — так учёные называют то место, где передняя стена ледника открыта морю. Там тёплая океанская вода разъедает и плавит открытый лёд. Вода ледника становится морской, уровень моря поднимается, ледник отступает.
И здесь скрыт ключевой факт для будущих геоинженеров: с ростом всемирных температур не все гигантские ледники мира будут таять одинаково. Второй по величине ледяной щит мира, расположенный в Гренландии, находится по большей части выше уровня моря, и касается океана только в нескольких точках. «Гренландский ледяной щит высовывает нос в Северную Атлантику», — как говорит Белл.
Сейчас тёплые воды океана разъедают некоторые из самых быстрых ледяных потоков Гренландии — включая Якобшавнский ледник, выдающий больше айсбергов, чем любой другой ледник мира. Но Гренландия также расположена между Канадой и северной Европой, и поэтому собирает больше тёплого воздуха, чем её близнец-антипод из другого полушария. Примерно половина ежегодной потери массы ледника происходит из-за поверхностного таяния — это происходит, когда воздух над ледяным щитом становится слишком тёплым для того, чтобы сохранять лёд.
Вздымающиеся над водой айсберги Якобшавнского ледника, одного из немногих крупных ледников в Гренландии, тающих из-за контакта с океаном, встречаются с морем в конце ледяного фьорда Иллюлиссат, на фото выше. Воловик мечтает, что один из первых порогов будет построен в этом месте.
По определению, геоинженерное предложение Воловика может сработать только с таянием, вызываемым океаном. Но это хорошо: поверхностное таяние происходит хоть и постоянно, но медленно. Океанское таяние быстрое и непредсказуемое, и именно из-за него в XXI веке произойдёт большая часть катастрофического подъёма уровня моря. Всё благодаря Антарктике — точнее, уникальной географии западного Антарктического ледяного щита (Western Antarctic Ice Sheet, WAIS).
В конце 1950-х учёные, первыми разметившие самый южный континент, обнаружили, что ледяной щит западной Антарктики отличается от гренландского. Гренландский щит находится на подстилающей породе выше уровня моря, а WAIS лежит в подобии гигантской чаши, расположенной в Земле. Большая часть его подстилающей породы находится ниже уровня моря. И всё это удерживает странная физика: «Поскольку порода находится ниже уровня моря, ледяной щит крепится к своему основанию только потому, что он слишком толстый для того, чтобы плавать», — объяснил в недавней работе Дэвид Воухан [David Vaughan], директор Британского антарктического обзора.
Через двадцать лет Джон Мерсер, гляциолог из Университета штата Огайо объединил эту необычную особенность с новой идеей о том, что люди разогревают земной шар, загрязняя атмосферу диоксидом углерода. В 1978 году в журнале Nature он предупреждал, что взаимодействие тёплой океанской воды и скалистой чаши WAIS может привести к катастрофе.
У любого ледника, оканчивающегося в океане, тёплая морская вода разъедает и расплавляет барьер, из-за чего уровень моря повышается, а ледник отступает. Но подстилающая порода WAIS имеет уклон к центру континента — что означает, что большая часть воды в леднике находится ближе к его центру, поскольку в центре он наиболее высокий. Два этих факта вместе приводят к ужасному механизму со стремительным и неконтролируемым ростом: с каждым метром, на который отступает WAIS, он даёт доступ океану к большему количеству воды, чем за метр до этого. В то же время во время отступления огромный вес каждого ледяного потока будет толкать его вперёд, к голодному океану.
Ледники, связывающие WAIS с океаном, не просто будут постоянно исчезать со временем. Они будут с ускорением стремиться к своей смерти, вываливая всё больше воды в океан каждые десять лет, до тех пор, пока WAIS не исчезнет полностью. Они обрушатся и поднимут уровень океана на 4,5 метра.
Именно этот механизм пытается остановить Воловик. Его модели говорят о том, что просто построив порог на дне океана, мы будем удерживать глубинную тёплую воду и не давать ей достичь ледника. Если уменьшить количество тёплой воды, омывающей барьер ледника, он перестаёт отступать, а иногда даже набирает массу.
Ледник Туэйтса и ледник Соснового острова выходят в море Амундсена в Западной Антарктике
Возьмём ледник Туэйтса, один из крупнейших выступающих в океан ледяных потоков Западного Антарктического ледяного щита, и один из ледников, наиболее всего беспокоящих учёных. Пока Туэтйс отступает на 1 км ежегодно. Когда Воловик включает свою модель, он сначала позволяет ей работать 100 лет без постройки порогов, чтобы симулировать течение времени и наступление серьёзного глобального потепления. К концу прогона барьер Туэйтса отступает на 100 км от текущего положения.
Затем он строит виртуальный порог. «А потом он стабилизируется и у него получается восстановиться, — говорит он. — В некоторых случаях Туэйтс вырастает больше текущего объёма, и в этих случаях барьер продвигается до самого порога».
В самых оптимистичных моделях шельфовые ледники — плавающий лёд, простирающийся от барьера в море — расширяется и соединяется с порогом. Это замедляет продвижение ледника вперёд и позволяет барьеру продвинуться.
И даже в самых пессимистичных сценариях — когда Воловик указывает симулируемому леднику быстрее подвергаться эрозии и уничтожать порог — у человечества всё равно остаётся в запасе время, поскольку время жизни ледника увеличивается на 400-500 лет.
Волвик предупреждает, что его модели достаточно примитивны, и поэтому временные оценки следует рассматривать как многообещающие возможности, а не как точные предсказания. «Не нужно слишком многого ожидать от временных шкал модели, — говорит он. — Моделируемый процесс удаляет множество небольших неровностей со дна, а эти неровности способны временно стабилизировать ледяной барьер».
Он рекомендует людям, озабоченным судьбой побережий, построить такие пороги в двух местах. Сначала их необходимо возвести во фьордах крупнейших ледников Гренландии, таких, как Якобшавн. Их ширина часто не превышает 2-3 км, и подводный дренаж в них будет напоминать другие крупномасштабные гражданские инженерные работы, вроде островов Пальм в Дубае. Гренландия находится под совместным управлением Дании и Гренландского национального правительства, и две этих организации могут решить совместно работать над этим строительством.
Если пороги сработают в Гренландии, то он рекомендует человечеству строить их и в Антарктике. Политически это будет довольно сложно — Антарктикой управляет 53 страны — и это выйдет за рамки любого предыдущего мегаинженерного проекта. Выходящая в океан часть ледника Туэйтса имеет в ширину около 100 км. Ледник залива Соснового острова, ещё один нестабильный ледяной поток, связанный с WAIS, в ширину примерно 40 км. Заинтересованным странам придётся использовать подводные лодки для строительства в обоих местах, поскольку часть наилучших мест для этого находится под ледяными шельфами, плавающими на поверхности моря.
Любители прогулок по пересечённой местности шагают по ледяному откосу в Антарктике в конце января 2014
И им придётся работать быстро. За последние два десятилетия учёные построили целое созвездие спутниковых обсерваторий над южным континентом. Их измерения подтверждают: отступление льдов западной Антарктики уже началось. Ледник уже короче, движется быстрее и его масса меньше, чем была ранее. Полномасштабный это коллапс или нет, станет известно только где-нибудь в 2050-м.
Если это коллапс, то серьёзнее всего он отразится на США. Крупнейшие ледники мира настолько огромны, что обладают своим собственным гравитационным полем, притягивающим к себе океанскую воду. Атлантическое и тихоокеанское побережье находятся в центре гравитационного влияния WAIS, в результате чего глобальный подъём уровня океана в этих местах будет больше на 25%.
За последние несколько лет некоторые учёные обнаружили несколько новых механизмов, которые могут ещё ускорить развал WAIS. Один из них — нестабильность морских ледяных откосов. В процессе постоянного отступления ледников их передний край может возвышаться более чем на 600 м над дном океана. Лёд просто недостаточно прочен для того, чтобы удерживать такой вес. Он будет крошиться, и обломки, размером с небоскрёб, будут падать в воду.
Ещё одна причина — гидравлический разрыв. С увеличением температуры воздуха в Антарктике на плавающих шельфах могут образовываться водяные озёра. Они способны быстро уничтожать находящийся под ними лёд, как это случилось в море Ларсена в 2002 году, когда кусочек льда размером со штат Род-Айленд [с Томскую область / прим. перев.] развалился всего за несколько недель. При исчезновении шельфа наземные ледники, находящиеся за ними, ускоряют своё путешествие к морю.
Не все гляциологи согласны с тем, что компьютерные модели правильно описывают эти механизмы. К примеру, в последнем году Робин Белл с коллегами обнаружили на антарктическом шельфе огромный водопад, а также множество других особенностей, говорящих о том, что озёра талой воды не всегда разрушают шельфы.
Но если включить эти данные в модели, результаты получаются пугающими. В 2013 году Международная экспертная группа по изменению климата предсказала, что к 2100 году уровень моря не вырастет более, чем на 98 см. А в работе, опубликованной месяц назад, учёные учли два новых механизма и заявили, что к 2100 году уровень моря на самом деле вырастет на 146 см. 153 млн человек увидят затопление их собственных домов.
Роб Деконто, климатолог из Массачусетского университета в Амхерсте говорит, что он скептически отнёсся к технологии Воловика, но понимает, почему ей стоит заниматься. «Я думаю, что я в основном отреагировал так: ладно, в краткосрочной перспективе мы замедлим эти процессы, — говорит он. — А когда мы сможем решить, что это всё на самом деле происходит? И стоит ли это дело международных инвестиций в инженерные проекты?»
Также он беспокоится, что предложение Воловика разбирается только с тёплой водой, в то время как его исследования говорят, что тёплый воздух может приводить к появлению озёр талой воды, влияние которых может быть катастрофическим. «В моделях с высоким уровнем выбросов появляются длительные периоды высокой температуры воздуха в летнее время, и из-за этого — большое количество талой воды. А мы знаем, что в некоторых условиях это очень плохо влияет на шельф, вне зависимости от температуры океана, — говорит он. — Мы можем спасти Туэйтса от таяния снизу вверх, но что произойдёт, если вся эта поверхность каждое лето будет покрываться огромным количеством талой воды?»
Кен Кальдейра, климатолог из Института наук им. Карнеги, говорит, что ему хотелось бы послушать мнение инженеров перед тем, как тратить силы на этот план. «Без количественных оценок и консультаций с инженерами — это просто мысленный эксперимент с моделированием, — написал он в электронном письме. — У меня не хватает квалификации для оценки этого предложения, но я отношусь к нему скептически».
В прошлом уже случались провальные схемы по геоинженерии WAIS. Гляциологи когда-то оценивали идею по закачке морской воды в центр Антарктики, чтобы та замерзала и уменьшала риск повышения уровня моря. В 2016 году Катя Фрилер из Потсдамского института климатических исследований с коллегами изучили эту идею и обнаружили, что такие действия на самом деле ускорят движение ледников, используя при этом до 7% мировой выработки энергии.
«Касательно геоинженерии я всегда стою за то, чтобы оставить ископаемое топливо в земле и полагаться на доказанные, уже существующие технологии — такие, как возобновляемые источники энергии», — написал Деконто в электронном письме.
Так же считает и сам Воловик. «Важно подчеркнуть, что любая геоинженерия — это не замена плана уменьшения выбросов, — сказал он мне. — Повышение уровня моря — не единственное отрицательное следствие изменения климата, и ледниковая геоинженерия ничего не делает с тепловым расширением и с окислением океанов, а также с периодами внезапной жары».
«Кроме того, — добавляет он, — это не навсегда. — Итоговая судьба ледяного щита Антарктики тесно связано с общим выбросом углеродов. Если мы сожжём весь углерод в земле, вся Антарктика в итоге растает».
Такое предупреждение делали все гляциологи — и оно хорошо подходит к нашему неоднозначному историческому периоду. Почти во всех оценках роста уровня моря подразумевается, что люди будут продолжать сжигать ископаемое топливо с огромной скоростью, особенно в самых малоразвитых частях мира. Сбудется ли это предсказание? События слишком сильно противоречат друг другу, чтобы это можно было предсказать. Рассмотрите, к примеру, последние новости: Китай может запретить использовать бензиновые автомобили, при том что китайские компании продолжают строить угольные электростанции. В Америке выбросы углекислого газа продолжают падать, а федеральное правительство обещает открыть практически все побережья для нефтяного бурения. Солнечная энергия — наиболее быстро растущий источник энергии, но Индия говорит, что её угольные электростанции будут работать «ещё много десятилетий».
В декабре на той же конференции, где Воловик раскрыл свою идею, Деконто представлял ранние свидетельства, основанные на моделировании, из которых следует, что если миру удастся не повысить глобальную температуру больше, чем на два градуса, у нас может получиться вообще предотвратить коллапс WAIS. «Это возможно, — сказал он мне. — Для этого просто потребуется принять меры с международной координацией».
Но признаков такой координации сейчас очень мало. И поэтому появляется представление о другом мире, где глобальные выбросы углерода стремятся ввысь, а будущим геоинженерам приходится добавлять новые ледники к своим спискам.
«Дело же не только в Туэйтсе, правда? — сказал Деконто. — На Туэйтс так часто обращают внимание потому, что там много чего происходит, и мы за ним сейчас следим. Но есть и другие выступающие наружу ледники, наблюдаемые нами по всему континенту. И есть другие способы, которыми лёд может внести свой вклад в рост уровня моря в глубоких резервуарах восточной Антарктики — гораздо больше и сильнее, чем WAIS. Там есть выступающие ледники, которые могут отреагировать на достаточно сильное потепление».
Тогда дело будет не только в Туэйтсе, заливе Соснового острова или Якобшавне. И никакие горы песка и камней не удержат прилив.
