Насколько потеплеет Земля при удвоении CO₂?

Вопрос

Углекислый газ пропускает солнечный свет, но поглощает часть тепла, которое Земля излучает обратно в космос. Поэтому больше CO₂ — значит более тёплая планета. Эта базовая физика понятна с XIX века и не оспаривается.

Открытый вопрос — количественный. Климатологи сводят его к одному числу — равновесной чувствительности климата: насколько в итоге поднимется средняя температура поверхности, если количество CO₂ в воздухе удвоится по сравнению с доиндустриальным и затем останется на этом уровне. Это число очень важно. Низкое значение означало бы более медленные и мягкие изменения, высокое — более быстрые и тяжёлые при тех же выбросах.

Этот вопрос отмечен как частично решённый. Диапазон заметно сузился, но не закрылся.

Что известно

В 1896 году шведский химик Сванте Аррениус сделал первый расчёт — вручную — и оценил, что удвоение CO₂ согреет Землю примерно на 5–6 °C.
В 1967 году Сюкуро Манабе и Ричард Уэзеральд построили первую физически согласованную модель переноса тепла в атмосфере и получили около 2,3 °C. В 2021 году Манабе разделил Нобелевскую премию по физике за это направление работ.
В 1979 году комиссия Национальной академии наук США под руководством Джула Чарни оценила чувствительность в 1,5–4,5 °C. Удивительно, но этот диапазон почти не менялся более трёх десятилетий исследований и нескольких оценочных докладов.
Само по себе удвоение CO₂, если ничего больше не меняется, согрело бы Землю лишь примерно на 1,2 °C. Большая часть ожидаемого потепления возникает из-за обратных связей: тёплый воздух удерживает больше водяного пара, который тоже парниковый газ; тающие лёд и снег отражают меньше солнечного света; меняются облака.
В 2020 году крупная международная оценка объединила три независимые линии данных: физику обратных связей, потепление, наблюдаемое с индустриальной эпохи, и климаты прошлого, например последнего ледникового периода. Вывод: чувствительность, скорее всего, лежит примерно между 2,6 и 3,9 °C.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата в докладе 2021 года дала наилучшую оценку 3 °C с вероятным диапазоном 2,5–4 °C — первое существенное сужение с 1979 года. Новые работы тянут в обе стороны — одна, объединив данные о ледниковом периоде с рисунком температур, сузила диапазон до 2,4–3,5 °C, другая обосновывает около 4,8 °C, — но ни одна не сместила оценку IPCC.

Основные гипотезы

Здесь альтернативы — не соперничающие объяснения, а разные значения.

Около 3 °C

Центральная оценка, которую поддерживают все линии данных вместе. Большинство нынешних работ стремится сузить диапазон вокруг неё.

Ниже

Оценки, основанные только на уже наблюдаемом потеплении, обычно дают более низкие значения. Но рисунок недавнего потепления — например, то, что часть Тихого океана нагрелась меньше ожидаемого, — может временно скрывать полную чувствительность. Если этот рисунок изменится, потепление может ускориться.

Выше

Некоторые новейшие климатические модели дают значения выше 5 °C. Многие из них плохо воспроизводят климаты прошлого, и исследователи сейчас относятся к ним осторожно, но высокое значение исключить нельзя.

Где заканчивается понимание

Главная неопределённость — облака. Низкие облака над океанами охлаждают планету, отражая солнечный свет. Станут ли они тоньше по мере потепления и насколько, зависит от процессов, гораздо меньших, чем ячейка сетки климатической модели, — турбулентности, образования капель. Небольшие различия в том, как модели их описывают, дают большие различия в чувствительности.

Вторая трудность в том, что чувствительность — не одно фиксированное число. Она может зависеть от рисунка потепления и исходного состояния климата, поэтому значения, полученные по ледниковому периоду, по нынешнему потеплению и по моделям, не обязаны точно совпадать.

И важно время. «Равновесие» — это столетия; то, что затронет людей в ближайшие десятилетия, больше зависит от скорости потепления, а здесь вступает в игру медленное поглощение тепла глубинами океана.

Что могло бы дать ответ

Лучшее понимание низких облаков — по спутниковым наблюдениям, полевым экспедициям и расчётам высокого разрешения, которые воспроизводят процессы, сейчас описываемые в моделях приближённо.
Более длинные и точные ряды наблюдений энергетического баланса Земли — того, насколько больше энергии планета поглощает, чем излучает.
Климатические модели, которые воспроизводят и рисунок недавнего потепления, и климаты прошлого — и сходятся в объяснении почему.