Неуклонное изменение климата в XXI веке ускорит таяние многолетней мерзлоты в Арктике и Субарктике, что может усилить микробную деградацию богатых углеродом почв, выбросы метана и глобальное потепление. Влияние таяния многолетней мерзлоты на будущие лесные пожары в Арктике и Субарктике и связанный с этим выброс парниковых газов и аэрозолей изучены меньше. Здесь представлен всесторонний анализ влияния будущего таяния многолетней мерзлоты на процессы на поверхности суши в Арктике и Субарктике с использованием большого ансамбля CESM2, созданного по сценарию выбросов парниковых газов SSP3-7.0. Анализируя 50 расчётов парникового потепления, охватывающих связь между многолетней мерзлотой, гидрологией и атмосферой, авторы обнаружили, что прогнозируемое быстрое таяние многолетней мерзлоты приводит к сильному высыханию почвы, поверхностному потеплению и снижению относительной влажности в Арктике и Субарктике. Эти комбинированные процессы приводят к нелинейным сдвигам режимов в сопряжённой системе «почва-гидрология» в конце XXI века и быстрому усилению лесных пожаров в Западной Сибири и Канаде.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51471-x

 

Загрязнение воздуха приводит к гибели людей и уничтожает урожай. Будущее изменение климата само по себе может ухудшить или улучшить загрязнение воздуха. Обнаружено, что биосферные реакции на повышение глобальной средней температуры приземного воздуха приведут к увеличению приземного содержания озона почти над всеми поверхностями суши, что приведёт к человеческой смертности и потерям урожая. Напротив, будущие изменения в мелких твёрдых частицах, другом типе загрязнения, уменьшатся в некоторых областях, что спасёт жизни. Однако в таких областях, как тропики и Южное полушарие, где население будет расти наиболее быстро в следующем столетии, концентрации мелких частиц из естественных источников увеличатся. Эти последствия следует учитывать при анализе затрат и выгод принятия мер по борьбе с изменением климата.

Будущее изменение климата может принести локальные выгоды или ущербы от загрязнения приземного воздуха в результате изменения температуры, осадков и транспортных схем, а также изменений в выбросах природных прекурсоров, чувствительных к климату. Авторы оценивают климатические ущербы и выгоды в конце этого столетия в отношении поверхностного озона и мелких твёрдых частиц (PM_2.5; за исключением пыли и дыма), используя одностороннюю автономную связь между моделью общей циркуляции и глобальной трёхмерной транспортно-химической моделью. Они архивируют метеорологию на сегодняшний день (2005–2014 гг.) и конец этого столетия (2090–2099 гг.) для семи будущих сценариев, разработанных для CMIP6. Модель изолирует влияние прогнозируемых изменений выбросов антропогенных прекурсоров по сравнению с влиянием изменений, вызванных только климатом, на поверхностный озон и PM_2.5 для сценариев от экстремального смягчения до экстремального потепления. Затем авторы связывают эти изменения с влиянием на смертность людей и производство сельскохозяйственных культур. В результате прогнозируются ущербы от превышения допустимых концентраций озона почти на всех территориях суши с усиливающимся потеплением и суммарные выгоды из-за вызванных климатом изменений в PM_2.5 в северных экстратропиках, но суммарные ущербы в тропиках и Южном полушарии, где прогнозируется наибольший прирост населения в следующем столетии.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400117121

 

Глава РАН Красников рассказал о двух направлениях развития Академии наук

Прошло два года с тех пор, как академик Геннадий Красников возглавил Российскую академию наук. О решенных за это время задачах, изменении отношения к экспертизе РАН, проблемах школьных учебников и о том, почему Академия не приняла отчеты об исследованиях на 2,5 млрд рублей, он рассказал в интервью «Газете.Ru».

— Геннадий Яковлевич, вы уже два года возглавляете Российскую академию наук. Что удалось сделать за этот срок?

 — Я действовал в соответствии с намеченной программой: она связана с изменением веса РАН в обществе, усилением ее влияния на принятие государственных решений. В этих направлениях достаточно много сделано.

— Что именно?

— Первое, что изменилось — это отношение к экспертизе Российской академии наук. Она стала обязательной.

Теперь, если мы даем заключение, а оно игнорируется, то продолжение исследований, которые РАН посчитала неперспективными, уже является предметом разбирательства — в том числе со стороны Счетной палаты.

Раньше мы давали заключения, которые просто принимались к сведению, — причем кем-то принимались, а кем-то — нет. Сейчас к экспертизе РАН очень серьезно относятся абсолютно все.

— Это мы заметили. Мы иногда слышим — тот или иной проект «зарубили» эксперты РАН. А можно ли подать жалобу, если ученый считает, что его заявка недооценена?

— Можно. У нас есть утвержденная процедура принятия решений по экспертизе. Сначала высказывают свое мнение отделения РАН по областям науки в лице академика-секретаря, затем профильный вице-президент. Кроме того, у нас есть экспертный совет. Если кто-то не согласен с нашей оценкой, — совет рассматривает его возражения. Если разногласия не удалось снять на этом этапе, то мы можем вынести этот вопрос на заседание Президиума РАН. Однако до этого еще ни разу не доходило.

— А вообще есть жалобщики?

— Очень мало. Потому что в отказе пишется обоснование, и ученые его видят. У нас более пяти с половиной тысяч экспертов, их имена держатся в тайне для подающих заявки на гранты и проекты. Однако для экспертного совета эти эксперты тайными не являются и несут ответственность за обоснованность своего решения. Они знают, что мнение о них в научном сообществе может быть испорчено из-за необоснованного решения. Мы очень ответственно относимся к экспертизе.

— Получается, у вас в руках деньги на всю фундаментальную науку?

— Да, мы определяем направления финансирования фундаментальной науки. Кроме того, мы проводим экспертизу по важным государственным проектам, например, по дорожным картам высокотехнологичных направлений — это в том числе искусственный интеллект, квантовые коммуникации, современные и перспективные сети мобильной связи, водородная энергетика, перспективные космические системы и сервисы и другие. Национальные проекты технологического лидерства — их двадцать сегодня — тоже проходят через Академию. Причем РАН сейчас анализирует не только начальный этап работы, то есть заявки, но и отчеты по выполненным работам. Поэтому количество экспертиз резко выросло. Сейчас мы делаем примерно 75 тысяч экспертиз в год. Это очень много.

— Вы говорите, что анализируете отчеты. А как часто вы даете отрицательные заключения?

— В прошлом году мы дали отрицательные заключения на выполненные работы почти на 2,5 миллиарда рублей по фундаментальным и поисковым исследованиям. То есть мы не приняли эти отчеты.

— Это означает, что 2,5 миллиарда зря были потрачены?

— Необязательно. Отчеты могут быть не приняты по разным причинам. Это может быть плохо написанный отчет, может быть плохо выполнена сама исследовательская работа. Допустим, люди брали на себя определенное обязательство исследовать вопрос, но исследовали его недостаточно.

— Судебных дел у вас нет?

— Нет, и мы думаем, что не будет, потому что мы обычно решаем все возникшие проблемы на экспертном совете. Но и это редкость. Повторюсь, что даже до Президиума ни один вопрос пока не доходил.

— Если понимать экспертизу шире, то сюда входит и Высшая аттестационная комиссия (ВАК), которая присваивает звания кандидатов и докторов наук. Как с ней обстоят дела?

— Она тоже сегодня перешла под эгиду Российской академии наук. Председателем ВАК в июне назначен вице-президент РАН, академик Владислав Панченко, и сейчас будет внесено изменение в закон о том, что председателем ВАК всегда должен быть один из вице-президентов Российской академии наук. Теперь предстоит большая работа по усилению роли РАН в работе комиссии.

— А что вы думаете о работе «Диссернета»?

— «Диссернет» — это одна из общественных организаций, их много. В соответствии с российским законодательством научно-квалификационные работы публикуются открыто. И это правильно: основные научные результаты должны быть открыто доложены и обсуждены. Поэтому все работы, которые выносят на защиту, могут быть прочитаны кем угодно, и любая общественная организация, в том числе любой ученый, может написать и официально высказать свои претензии к той или иной работе. С этой точки зрения «Диссернет», как одна из общественных организаций, делает свое дело.

— Насколько я знаю, РАН довольно долго осуществляла экспертизу учебников. Но почему-то с 2018 года она перестала это делать. Сейчас это право возвращено РАН?

— Да, в августе [президент РФ] Владимир Владимирович Путин подписал закон об обязательном участии Академии наук в экспертизе учебников и электронных пособий для школ. Теперь это очень важная для нас задача.

Когда встал вопрос о технологической независимости страны — мы увидели колоссальный дефицит молодых специалистов технического профиля. Мы видим, что количество сдающих ЕГЭ по физике и математике упало больше чем вдвое за последние годы.

Мало и тех, кто сдает ЕГЭ по химии, биологии. И качество подготовки школьников тоже упало.

Как сказал в свое время президент США Джон Кеннеди, когда Америка была в шоке от того, что СССР запустил Юрия Гагарина в космос: «США проиграли космическую гонку еще за школьной скамьей». Сегодня мы очень четко понимаем важность качественного школьного образования.

Мы специально проводили заседание Президиума, где комплексно разобрали момент усвоения материала школьниками, в том числе обсудили состояние их здоровья. И мы увидели серьезную проблему, которая связана и с преподаванием предметов, и с контентом учебников. К современным учебникам у нас было много вопросов.

— Какие именно вопросы у РАН к учебникам?

— Мы отмечаем, что у нас многие учебники несбалансированы. В частности потому, что наука и техника сегодня развиваются очень быстро, и мы видим, что некоторые авторы хотят сразу же всю эту информацию передать школьникам. Но здесь надо быть очень внимательными — необходимо сначала давать детям основы, помогать им понять принципы, а потом уже переходить к современным технологиям.

Вот у нас в школах есть так называемые «кванториумы». Я туда приезжаю, и мне показывают, как дети разного возраста проектируют роботов. Я задаю вопрос ученикам старших классов: «Вот у тебя робот едет до препятствия и останавливается. Каким способом он измеряет расстояние?» Он не может на это ответить, на этом его знания в робототехнике заканчиваются. То есть, как ребенок собирает этого робота? Как Lego, из разных блоков.

Школа же должна давать хорошее образование, объяснять, как телевизор работает, почему небо синее, а закат красный. Так всегда в традиционной школе и было. Сейчас школьники вроде активно занимаются той же робототехникой, а понимания того, какие процессы лежат в основе движения робота, у них нет.

— Вы сказали, что, прежде всего, за эти два года смогли изменить отношение к экспертизе. Что еще было сделано?

— Второе очень важное направление, которое мы развиваем, — это научно-методическое руководство исследованиями. Если раньше оно заключалось в том, что мы раз в пять лет рекомендовали на выборах кандидатуру на должность директоров научных организаций, то сейчас все по-другому. Мы гораздо активнее участвуем в решении кадровых вопросов. И не только рекомендуем директора, но и потом ведем мониторинг его работы.

Раз в 2-3 года будем направлять комиссии, чтобы смотреть, что происходит в институтах, каких результатов они достигли, какая у них приборная база, научные школы, как именно осуществляется научное руководство институтом.

Зачастую раньше ученые просто отчитывались научными публикациями, и если к ним замечаний не было, то вроде бы и результата они достигли. Сейчас ситуация изменилась.

— А теперь важно, чтобы достигнут был тот результат, который нужен государству?

— Да, и кроме того, нужно аккуратно распределить наших ученых по направлениям, потому что фундаментальные исследования должны вестись широким фронтом, так как велика вероятность случайных прорывов. Многие фундаментальные открытия были совершены случайно, и мы не знаем, на каком направлении этот прорыв может произойти.

— Поэтому нам нужны специалисты по всем направлениям?

— Да. Даже если прорыв произойдет не у нас в стране, то в России должны быть специалисты, готовые подхватить тему. В частности поэтому мы сейчас внимательно смотрим, какими направлениями научных исследований занимается каждый институт, в том числе — соответствуют ли они названию, профилю института. На определенном этапе многие институты отошли от своего первоначального научного профиля, стали заниматься модными темами. В результате сложилась ситуация, когда многие направления научных исследований оказались неохваченными.

— Но ведь «модные темы» породили параллельные исследования, которые уже давно идут в некоторых институтах. Как будете выбирать, кому оставить это направление, а кого перевести на другое?

— Будем оставлять тех, кто считается лучшим. Кроме того, мы вводим понятие востребованных научных исследований. Допустим, кому-то нужна новая математическая модель, а кому-то — уникальный научный прибор. Если какое-то российское ведомство или высокотехнологичная компания говорит, что им нужны те или иные фундаментальные исследования и они готовы дальше профинансировать уже ОКР, то мы считаем это исследование востребованным.

— В прошлом году в РАН была запущена программа «Фундаментальные и поисковые исследования в интересах обороны и безопасности страны». Это так называемая Шестая подпрограмма, ее не было уже много лет. Я понимаю, что все исследования по ней закрыты, но может быть можно что-то рассказать?

— Она наконец-то стартовала в прошлом году в соответствии с постановлением правительства России, и у нас уже есть хороший результат. Эта программа была очень грамотно построена. Там изначально было заложено такое понятие, как квалифицированный заказчик — в лице генеральных конструкторов и генеральных технологов, утвержденных председателем Военно-промышленной комиссии Владимиром Владимировичем Путиным.

— То есть дело там пошло?

— Дело пошло.

— Так как вы являетесь руководителем приоритетного технологического направления по электронным технологиям Российской Федерации, несколько вопросов по микроэлектронике. В «Сириусе» только что завершился форум «Микроэлектроника». Там были представлены какие-то прорывные российские разработки?

— Да, например, ФИАН имени П.Н.Лебедева Российской академии наук представил прототип 50-кубитного компьютера на ионной платформе, его осмотрел председатель правительства России Михаил Мишустин. Были и многие другие новинки.

— Еще один вопрос касается российских процессоров. С некоторого времени нам стало негде их производить. Ищутся ли выходы из этого тупика?

— Девяностонанометровый двухъядерный «Эльбрус» производится на «Микроне». Конечно, когда-то была возможность производить их за рубежом и по 14-нанометровой топологии, и ниже, но сегодня с этим сложнее. Когда ситуация изменилась, мы внимательно посмотрели, будет ли нам достаточно 90-нанометровой топологии, и поняли, что пока этого хватает. Вместе с тем в России сейчас ведутся большие работы по созданию новых возможностей производства по более низкой топологии.

— «Эльбрус» — хороший процессор?

— Конечно. Особенно когда он не использует побитовую компиляцию, которая сдерживает его возможности. У него очень хорошая архитектура, традиционная, его делали специалисты советской школы. И весь вопрос в софте.

Для спецприменения все программы написаны на кодах «Эльбруса», поэтому он работает очень эффективно.

— На каком уровне, по сравнению с мировыми, находятся российские разработки по квантовой связи?

— На мировом. Просто в квантовой связи есть несколько возможностей передачи информации — например, по оптоволокну — и здесь мы находимся на мировом уровне по многим показателям, а есть передача информации через космические спутники. В этом направлении Китай на сегодняшний день является мировым лидером, но мы сейчас ведем большую работу по сокращению отставания с ним.

— Еще один вопрос про элементную базу для спутников российского производства. Там нужны особые интегральные микросхемы, устойчивые к факторам космического воздействия. В Советском Союзе эта база существовала, а потом на российские спутники стали ставить все подряд. Как сейчас обстоят дела?

— Действительно, на некотором этапе в спутники стали ставить микросхемы иностранного производства, количество типономиналов которых доходило до тридцати тысяч. Нужна была жесткая унификация, причем не только на уровне интегральных микросхем, но и на уровне космической аппаратуры. Работа по унификации была начата уже больше 6 лет назад, и вот сейчас у нас уже появились свои отечественные спутники на полной отечественной элементной базе — например, глонассовские. Но в этом направлении предстоит еще много работы.

— Что планируете реализовать в ближайшем будущем?

— Предстоит большая работа по адаптации РАН к тем вызовам, которые сегодня стоят перед нашей страной и, соответственно, перед наукой. Многое предстоит сделать по укреплению научно-технологического суверенитета нашей страны, и участию РАН в решении этих задач будет посвящено предстоящее общее собрание, запланированное на первую половину декабря этого года. Есть еще большое направление, связанное с реализацией мероприятий Десятилетия науки и технологий. Я, как сопредседатель Координационного комитета Десятилетия, активно в этом участвую. На мой взгляд, главный результат — это то, что благодаря Десятилетию науки и технологий про науку стали говорить больше в СМИ, социальных сетях. Появилось множество интересных проектов. Теперь векторы должны смещаться от простого к более сложному. Нужно не упрощать науку, а подтягивать уровень потребителя. Например, чтобы человек, посмотрев научную передачу, мог не залезать в интернет и не уточнять тот или иной термин, а уже имел необходимые знания, пусть и не на таком продвинутом уровне, которыми обладают ученые. 

 

ССылка: https://www.gazeta.ru/science/2024/09/30/19814251.shtml 

 

Арктическое усиление, непропорциональное потепление Арктики по сравнению со средним глобальным показателем, имеет далеко идущие последствия для погодных условий, экосистем и углеродного цикла. Это исследование количественно определяет, как изменения в атлантической меридиональной термохалинной циркуляции (АМТЦ) — ключевом компоненте глобальной климатической системы — могут влиять на это явление. Продемонстрировано, что более медленная АМТЦ может смягчить арктическое потепление к концу XXI века, в первую очередь за счёт усиления отражения солнечной энергии, связанного с сокращением потери арктического морского льда. Это открытие подчёркивает важную роль океанических течений в глобальном регулировании климата и имеет жизненно важное значение для разработки эффективных мер реагирования на увеличение выбросов парниковых газов.

Усиленное потепление Арктического региона по сравнению с остальной частью земного шара, известное как арктическое усиление, вызвано множеством разнообразных факторов, многие из которых находятся под влиянием атлантической меридиональной термохалинной циркуляции. Авторы количественно оценивают роль изменений АМТЦ в усилении Арктики на протяжении XXI века, сравнивая два набора климатических моделей в рамках одного и того же сценария изменения климата, но с двумя разными состояниями АМТЦ: одно с ослабленной и другое с устойчивой АМТЦ. Обнаружено, что ослабленная АМТЦ может снизить среднегодовое потепление Арктики на 2°C к концу столетия. Основным фактором, способствующим этому снижению потепления, является обратная связь альбедо поверхности, обусловленная меньшей потерей морского льда из-за замедления АМТЦ. Другим важным фактором являются изменения в поглощении тепла океаном. Ослабленная АМТЦ и связанная с ней аномальная дивергенция переноса тепла океаном приводят к увеличению поглощения тепла океаном и охлаждению поверхности. Эти два фактора неразрывно связаны в сезонных временных масштабах, и их относительная важность для усиления Арктики может меняться в зависимости от сезона. Ослабленная АМТЦ также может смягчить потепление в Арктике посредством обратной связи по градиенту температуры, создавая заметное охлаждение от поверхности до нижней и средней тропосферы, одновременно вызывая относительно более слабое охлаждение в верхней тропосфере. Кроме того, ослабленная АМТЦ увеличивает долю облаков нижнего яруса над североатлантическим минимумом потепления, вызывая там значительное охлаждение посредством обратной связи облаков в коротковолновой области, несмотря на то, что общий эффект обратной связи облаков в коротковолновой области заключается в небольшом росте средней температуры над Арктикой.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2402322121

 

Высокоамплитудные квазистационарные атмосферные волны Россби с зональными волновыми числами 6–8, связанные с явлением квазирезонансного усиления (КРУ), были связаны с устойчивыми летними экстремальными погодными явлениями в Северном полушарии. КРУ не очень хорошо разрешены в климатических моделях текущего поколения, поэтому необходим альтернативный подход к оценке их поведения. Используя ранее разработанный полуэмпирический подход на основе «отпечатков пальцев», авторы прогнозируют будущее возникновение событий КРУ на основе полученного из зонально усредненного поля температуры поверхности индекса КРУ, сравнивая результаты CMIP5 и CMIP6. Существует общее согласие между моделями, при этом в большинстве расчётов прогнозируется существенное увеличение индекса КРУ. Более значительное увеличение обнаружено среди CMIP6-SSP5-8.5 (42 модели, 46 реализаций), при этом 85% моделей демонстрируют положительную тенденцию по сравнению с 60% CMIP5-RCP8.5 (33 модели, 75 реализаций), с уменьшенным разбросом среди моделей CMIP6-SSP5-8.5. Оценки CMIP6- SSP3-7.0 (23 модели, 26 реализаций) показывают качественно похожее поведение с CMIP6- SSP5-8.5, что указывает на существенное увеличение числа событий КРУ в сценариях выбросов «бизнес как обычно», и результаты сохраняются независимо от увеличения чувствительности климата в CMIP6. Прогнозируемое сокращение аэрозолей в CMIP6-SSP3- 7.0-lowNTCF (5 моделей, 16 реализаций) приводит к эффекту остановки в индексе КРУ и арктическом усилении в течение первой половины XXI века. Этот анализ показывает, что антропогенное потепление, вероятно, приведёт к ещё более существенному увеличению числа событий КРУ (и связанных с ними экстремальных летних погодных явлений), чем указывалось в предыдущих анализах.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-72787-0

 

Используя наборы данных реанализа и модель Community Earth System, авторы изучают влияние взаимодействия озона и климата на температуру арктической стратосферы зимой и ранней весной. С 1980 по 1999 гг. температура арктической стратосферы значительно увеличивалась в начале зимы (ноябрь и декабрь), что в первую очередь связано с взаимодействием озона и климата. В частности, тенденция к увеличению содержания озона в этот период приводит к охлаждению длинноволновой радиацией в стратосфере. Между тем, взаимодействие озона и климата ведёт к состоянию стратосферы, усиливающему распространение восходящих волн и нисходящую ветвь циркуляции Брюэра-Добсона, которая, в свою очередь, адиабатически нагревает стратосферу и компенсирует прямое обусловленное озоном охлаждение длинноволновой радиацией. Кроме того, усиленное распространение восходящих волн может привести к смещению стратосферного полярного вихря к экватору в сторону восточного побережья Евразии, что сопровождается зонально асимметричными аномалиями стратосферной температуры. Напротив, в конце зимы и весной тенденции охлаждения в арктической стратосфере в основном обусловлены усиленным охлаждением коротковолновым излучением, связанным с истощением стратосферного озона. После 2000 года реакция тенденции температуры арктической стратосферы на изменения озона слабее, чем в 1980–1999 гг. В этом исследовании подчёркивается влияние взаимодействий озона и климата на внутрисезонную изменчивость температуры арктической стратосферы.

 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2740/

 

Понимание того, как глобальная средняя температура поверхности (ГСТП) менялась за последние полмиллиарда лет, время, когда эволюционные модели флоры и фауны оказали такое важное влияние на эволюцию климата, необходимо для понимания процессов, управляющих климатом за этот период. Джадд и др. (Judd et al.) представляют запись ГСТП за последние 485 миллионов лет, которую они построили, объединив косвенные данные с моделированием климата. Они обнаружили, что ГСТП изменялась в диапазоне от 11° до 36°C, с «кажущейся» чувствительностью климата ∼8°C, что примерно в два-три раза больше, чем сегодня.

Долгосрочная запись глобальной средней температуры поверхности даёт критически важное представление о динамических пределах климата Земли и сложных обратных связях между температурой и более широкой системой Земли. Авторы представляют PhanDA, реконструкцию ГСТП за последние 485 миллионов лет, созданную путём статистической интеграции косвенных данных с результатами климатической модели. PhanDA демонстрирует большой диапазон ГСТП, от 11° до 36°C. Разделение реконструкции на климатические состояния показывает, что больше времени было проведено в более тёплом, чем в холодном климате, и выявляет последовательные широтные температурные градиенты в каждом состоянии. Существует сильная корреляция между концентрациями углекислого газа (CO2) в атмосфере и ГСТП, определяя CO2 как доминирующий контроль изменений глобального климата фанерозоя и предполагая очевидную чувствительность системы Земли ~8°C.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3705

 

Более тёплые условия океана могут повлиять на будущую потерю льда в Антарктиде из-за их способности истончать и уменьшать опору ограниченных по бокам шельфовых ледников. Предыдущие исследования подчёркивают потенциальную возможность сдвига режима океана с холодного на тёплый в пределах подшельфовых полостей двух крупнейших антарктических шельфовых ледников — Фильхнера-Ронне и Росса. Однако количественно не определено, как это влияет на поток льда вверх по течению и потерю массы. Здесь, используя модель ледяного щита и ансамбль скоростей таяния подшельфовых ледников, оцененных моделью циркуляции океана, авторы показывают, что переход к тёплому состоянию в этих полостях шельфовых ледников приводит к дестабилизации и необратимому отступлению линии заземления в некоторых местах. Как только происходит этот сдвиг океана, потеря льда из водосборов Фильхнера-Ронне и Росса значительно ускоряется, и условия начинают напоминать условия современного сектора моря Амундсена, ответственного за большую часть наблюдаемой в настоящее время потери антарктического льда, где этот тепловой сдвиг уже произошёл.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02134-8

 

Какова была температура Земли десятки или сотни миллионов лет назад? Планета прошла через разные периоды, некоторые с обширными полярными ледяными шапками, а другие были полностью свободны ото льда. Оценка прошлой глобальной температуры важна для понимания истории жизни на Земле, для прогнозирования будущего климата и, в более широком смысле, для информирования о поиске других пригодных для жизни планет. Однако существуют серьёзные разногласия относительно того, произошло ли общее снижение температуры Земли с течением времени. На странице 1316 этого выпуска Judd et al. (1) сообщают о новой реконструкции температуры Земли за последние 485 миллионов лет, объединив климатические модели с геологическими данными. В отличие от некоторых оценок, они приходят к выводу, что периоды глобального потепления сохранялись в схожих температурных диапазонах. Это подтверждает недавние прогнозы Isson and Rauzi (2) на основе большой компиляции данных различных геологических образцов, устанавливая более широкое согласие.

Полярные ледяные шапки оставляют отличительные геологические свидетельства, которые геологи могут восстановить (3), что позволило составить карту того, насколько обширными были эти замёрзшие регионы в течение фанерозоя — последних 540 миллионов лет, в течение которых развивались животные и растения. Эта запись показывает цикл между периодами «ледников» с большими постоянными ледяными шапками и «парниковыми» периодами без них. Современная Земля является ледником, и она была им в течение последних 34 миллионов лет. Текущая средняя температура поверхности составляет около 15°C. Но были ли предыдущие периоды ледников также при этой температуре, и насколько горячими были периоды парниковых газов? Знание прошлой температуры Земли помогает нам лучше понять будущие изменения климата, но измерить её сложно. Местоположение ледяных шапок зависит от положения континентов, которое существенно изменилось с течением времени. Скудные геологические записи вызывают частый пересмотр сроков и масштабов прошлого оледенения.

Одним из методов точного измерения температуры в течение геологического времени является использование соотношения двух различных изотопов кислорода, который является наиболее распространённым элементом в земной коре. Большинство атомов кислорода имеют восемь протонов и восемь нейтронов. Но небольшое число атомов кислорода имеет разное число нейтронов. Один из встречающихся в природе изотопов кислорода имеет 10 нейтронов, таким образом, имея больший вес, чем его наиболее распространённая форма. Многие морские организмы включают кислород в свои раковины или другие части тела. Соотношение изотопов — соотношение числа более тяжёлых атомов к числу более лёгких атомов — в их раковинах зависит от температуры местной морской воды (более высокая температура благоприятствует большей доле более лёгкого изотопа) и использовалось для реконструкции изменения глобальной температуры в течение геологического времени (4).

Isson and Rauzi сравнили соотношение изотопов кислорода в различных геологических образцах, чтобы предсказать температуру Земли в прошлом. Хотя предыдущие измерения в образцах, охватывающих последние 65 миллионов лет, согласуются с планетарным охлаждением Земли и переходом в её текущий ледниковый период (5), более широкое использование этих значений было спорным. Предыдущий анализ соотношений изотопов кислорода обнаружил более лёгкие изотопы и предсказал всё более высокие глобальные температуры дальше назад во времени. Принятые на веру, результаты предполагали, что изначальная Земля — более двух миллиардов лет назад — имела водные массы с температурой, превышающей 70°C (6). Это поднимает вопросы о выживании микробов и образовании ледяных шапок, которые время от времени появлялись на древней Земле.

Популярный ответ на этот вопрос заключается в том, что соотношение изотопов кислорода в морской воде не оставалось прежним с течением времени. Поскольку кислород в раковинах поступает из морской воды, изменение состава воды приведёт к смещению оценок температуры. Таким образом, температура Земли могла быть ниже, чем прогнозировалось. Однако для доказательства этого смещения требуются содержащие кислород минералы, которые регистрируют изотопные соотношения морской воды напрямую, без влияния температуры, однако их было трудно найти. К счастью, оксиды железа содержат кислород, который происходит из морской воды (7), и соотношения изотопов кислорода в оксидах железа примерно такие же, как и в морской воде, без сильной зависимости от температуры. Анализ оксидов железа действительно показал, что изотопный состав морской воды изменился с течением времени (7).

На основе этого наблюдения Isson and Rauzi устранили смещение, вызванное изменением изотопного состава морской воды, и дали новую оценку температуры Земли с течением времени. Авторы обнаружили, что температура морской воды два миллиарда лет назад, вероятно, была схожа с зафиксированной в более поздний период истории. Таким образом, модельные оценки, показывающие экстремальные температуры около 70°C на ранней Земле, кажутся маловероятными, и эволюция сложной жизни на Земле, по-видимому, не была результатом длительного охлаждения планеты.

Хотя эти открытия являются захватывающими, реконструкция долгосрочной средней температуры Земли из соотношений изотопов кислорода всё ещё имеет неопределённости. Метод регистрирует только локальную температуру морской воды. Например, раковины давно умерших организмов, которые жили в полярном регионе, будут регистрировать температуру, отличную от температуры организма, который жил в то же время в тёплом тропическом регионе. Ни одна из оценок не будет точно соответствовать глобальной средней температуре в то время. В предыдущих исследованиях часто строили графики изотопных соотношений из тропических мест только для того, чтобы попытаться избежать этого смещения (8).

Judd et al. привнесли новый мощный инструмент для этой задачи: ассимиляцию данных. Они объединили большой набор оценок климатических моделей с различными глобальными температурами за последние 485 миллионов лет с набором данных изотопов кислорода, а также с другими менее часто замеряемыми температурными индикаторами, такими как чувствительные к температуре органические молекулы. Объединение модельных и геологических данных позволило авторам учесть региональные изменения в прогнозируемой температуре. Например, образец из полярного региона сравнивался с прогнозами климатической модели в том же регионе. Это даёт более точную оценку глобальной средней температуры Земли с течением времени.

Новые температурные данные фанерозоя Judd et al. показывают последовательность холодных и тёплых климатов, которая в целом согласуется с известным расширением и отступлением ледяного покрова. Они также показывают некоторые ключевые различия по сравнению с предыдущими оценками температуры. Более ранние исследования, использующие только тропические изотопные отношения кислорода, предсказывали долгосрочное снижение температуры за последние 500 миллионов лет, предполагая, что более ранние периоды парникового эффекта были теплее, чем более поздние (8). Новая реконструкция Judd et al. не соглашается и вместо этого предсказывает, что периоды парникового эффекта имели схожие диапазоны температур. Учитывая схожий прогноз температуры для изначальной Земли Isson and Rauzi, открытие предполагает, что Земля обладает глобальной системой регулирования климата, заставляющей температуру

оставаться в определённом диапазоне. Одно из широко распространённых предположений заключается в том, что реакция магматических пород с водой и атмосферным углекислым газом (CO2) помогает ограничить масштабы долгосрочного изменения климата. Этот процесс медленно удаляет CO2 из атмосферы и усиливается при потеплении климата. Он также используется в качестве геоинженерного метода для борьбы с антропогенными выбросами (9). Таким образом, дальнейшее подтверждение системы регулирования климата приветствуется.

Однако новые данные о температуре в фанерозое Judd et al. открывают некоторые потенциальные проблемы. Модель предсказывает в целом более высокие температуры для периодов парникового эффекта, чем те, которые достигаются в моделях долгосрочного углеродного цикла Земли (10). Таким образом, для устранения этого разрыва может потребоваться переоценка углеродно-климатической системы Земли в течение длительного периода времени. Кроме того, вопрос об изменении изотопов кислорода морской воды не был полностью решён. Набор данных по оксиду железа, используемый для внесения поправок, скуден (7). Хотя он имеет достаточно точек данных, чтобы сделать вывод о том, что соотношение изотопов, скорее всего, изменилось за последние миллиарды лет, объём изменений за последние 500 миллионов лет не ясен. Даже небольшие изменения изотопов кислорода морской воды оказывают большое влияние на прогнозы температуры, сделанные с помощью методов усвоения данных, используемых авторами. Необходимо больше данных для ограничения этого эффекта, и необходимо продолжать разрабатывать альтернативные реконструкции температуры Земли, которые не полагаются на изотопы кислорода.

Прямое сравнение возможного будущего парникового климата с прошлыми остаётся сложным, поскольку эти тёплые периоды устанавливались постепенно в течение миллионов лет. Однако они являются единственными имеющимися доказательствами того, как выглядит парниковый климат, и они жизненно важны для проверки точности климатических моделей (11). Возникают также более фундаментальные научные вопросы о термических пределах биосферы Земли и роли изменения температуры в эволюции более сложных форм жизни, и более глубокое понимание прошлых температур поможет ответить на них. Это будет способствовать оценке движущих процессов, лежащих в основе долгосрочных изменений температуры, и естественных механизмов стабилизации или дестабилизации климата Земли.

 

References and Notes

1 E. J. Judd et al., Science 385, eadk3705 (2024).
2 T. Isson, S. Rauzi, Science 383, 666 (2024).
3 C. R. Scotese, Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 49, 679 (2021).
4 C. Emiliani, G. Edwards, Nature 171, 887 (1953).
5 T. Westerhold et al., Science 369, 1383 (2020).
6 F. Robert, M. Chaussidon, Nature 443, 969 (2006).
7 N. Galili et al., Science 365, 469 (2019).
8 E. L. Grossman, M. M. Joachimski, Sci. Rep. 12, 8938 (2022).
9 D. J. Beerling et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121, e2319436121 (2024).
10 B. J. W. Mills, Y. Donnadieu, Y. Goddéris, Gondwana Res. 100, 73 (2021).
11 D. J. Lunt et al., Commun. Earth Environ. 5, 419 (2024).

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads1526

 

Улучшение понимания поглощения углерода океаном в будущем требует детальной оценки стоимости ежегодного поглощения океаном. Здесь авторы объединяют подход, основанный на стоимости снижения выбросов, и подход, базирующийся на ущербе от изменения климата, чтобы оценить стоимость ежегодного поглощения океаном. Первый показывает, что совокупная стоимость национальной политики в области климата может увеличиться до 80 миллиардов долларов США, если поглощение углерода океаном ослабнет на 10 процентов. В качестве дополнительной перспективы подход, основанный на ущербе, демонстрирует, что ежегодное поглощение углерода океаном вносит от 300 миллиардов до 2332 миллиардов долларов США в инклюзивное богатство стран. Несмотря на концептуальную привлекательность подхода, базирующегося на ущербе, для потенциального понимания в его рамках регионального перераспределения богатства, неопределённости в национальных оценках социальных издержек углерода делают его менее надёжным, чем подход, основанный на стоимости снижения выбросов, в свою очередь, обеспечивающий более надёжные оценки для оценки фискальных затрат на улучшение услуг мониторинга поглощения углерода океаном.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01674-3