В Великобритании запущена новая лунная исследовательская программа, в рамках которой выделяется 81 миллион фунтов стерлингов (106 миллионов долларов США) на разработку систем раннего предупреждения. Их цель — сигнализировать о критическом приближении Земли к пересечению климатических «переломных точек» (tipping points).
Климатическая переломная точка — это порог, пересечение которого запускает необратимый переход экосистемы или планетарного процесса из одного стабильного состояния в другое. Это может вызвать резкие и, зачастую, самоподдерживающиеся изменения во всей климатической системе.
Агентство передовых исследований и изобретений (ARIA) объявило, что собирает предложения для работы над системами, связанными с двумя критическими точками. Первая — это ускоренное таяние Гренландского ледяного щита, которое грозит катастрофическим повышением уровня моря. Вторая — ослабление Североатлантической субарктической вихревой системы (North Atlantic Subpolar Gyre), крупного противоточного течения к югу от Гренландии, которое, возможно, сыграло роль в наступлении Малого ледникового периода в XIV веке.
Пятилетняя программа нацелена на снижение научной неопределенности относительно сроков этих событий, их влияния на планету и обитающие виды, а также продолжительности этих последствий. В конечном итоге ARIA надеется представить рабочий прототип, доказывающий, что такие системы раннего предупреждения могут быть «доступными, устойчивыми и оправданными». На данный момент специализированных систем не существует, хотя исследования по оценке вероятности и последствий преодоления этих и других переломных точек ведутся активно.
Сара Бондхек, директор программы по исследованию переломных точек, считает, что мы недооцениваем вероятность того, что пересечение этих порогов может значительно ускорить последствия изменения климата и увеличить опасности, возможно, уже в ближайшие десятилетия. Разработка системы раннего предупреждения, по словам Бондхек, профессора биомедицинской физики Кембриджского университета, «может изменить наше представление об изменении климата и о нашей готовности к нему».
ARIA планирует поддержать команды, работающие над тремя ключевыми задачами: разработка недорогих датчиков, способных выдерживать суровые условия и предоставлять более точные данные о состоянии этих систем; развертывание этих и других сенсорных технологий для создания «наблюдательной сети для мониторинга этих переломных систем»; а также создание компьютерных моделей, использующих законы физики и искусственный интеллект для выявления «тонких ранних предупреждающих сигналов о переходе» в данных.
Однако эксперты подчеркивают, что разработка точных систем раннего предупреждения для любой из этих систем — непростая задача, и в ближайшее время она может оказаться невыполнимой. Ученые имеют ограниченное понимание этих систем, исторические данные часто обрывочны и зашумлены, а установка масштабных систем мониторинга в этих регионах дорога и сложна.
Открытие прорывов
Очевидно, что переход любой из этих систем в новое состояние повлечет за собой колоссальные последствия для Земли и ее обитателей.
По мере потепления планеты в последние десятилетия триллионы тонн льда таяли с Гренландского ледяного щита, пресная вода попадала в Северную Атлантику, повышая уровень океана и снижая отражательную способность снега и льда по отношению к космическому излучению.
Скорость таяния увеличивается, поскольку потепление в Арктике опережает среднемировые темпы, а более теплая океанская вода подтачивает шельфовые ледники, поддерживающие наземные ледники. Ученые опасаются, что по мере обрушения этих шельфов ледяной щит станет еще более нестабильным.
Полная потеря ледяного щита приведет к повышению глобального уровня моря более чем на 20 футов (более шести метров), что затопит прибрежные районы и спровоцирует массовую климатическую миграцию по всему миру.
Но уже сам приток воды в Северную Атлантику может существенно замедлить конвекционные системы, которые способствуют движению субарктического вихря. Это происходит потому, что пресная вода менее плотная и менее склонна к опусканию (соленая, более холодная вода легко тонет).
Ослабление субарктического вихря, согласно исследованию прошлого года, может охладить части Северо-Западной Европы и Восточной Канады, сместить высотные струйные течения на север, вызвать более хаотичные погодные условия в Европе и подорвать продуктивность сельского хозяйства и рыболовства.
Субарктический вихрь также может влиять на силу Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) — сети океанических течений, перемещающих огромные массы тепла, соли и углекислого газа по всему миру. Детали того, как ослабление субарктического вихря повлияет на AMOC, остаются предметом текущих исследований, однако резкое замедление или остановка этой системы считается одной из самых опасных климатических переломных точек, способной, среди прочего, значительно охладить Северную Европу.
Однако переход самой AMOC не является целью исследовательской программы ARIA.
Агентство, созданное в прошлом году для «разблокирования научных и технологических прорывов», является британским аналогом американских программ DARPA и ARPA-E. Другие проекты, которые оно финансирует, включают разработку точных нейротехнологий, повышение ловкости роботов и создание более безопасных и энергоэффективных систем ИИ. ARIA также организует программы по разработке синтетических растений и исследованию климатических интервенций для охлаждения планеты, включая солнечное геоинжиниринг.
Бондхек и другой программный директор по исследованию переломных точек — Гемма Бейл, доцент Кембриджского университета — в прошлом занимались разработкой медицинских приборов. В ARIA поначалу они ожидали работать над децентрализацией здравоохранения.
Но Бондхек признает, что «многие из этих вещей, которые необходимо изменить на уровне индивидуального здоровья, станут неактуальными, если изменение климата действительно пересечет эти большие пороги». Она добавляет: «Если мы окажемся в обществе, где мир стал намного жарче… имеет ли значение проблема децентрализации здравоохранения?»
Бондхек и Бейл подчеркивают, что надеются привлечь к программе исследователей, которые ранее не занимались вопросами изменения климата. Они также отмечают, что любые исследовательские группы, предлагающие работать в Гренландии или рядом с ней, должны принять соответствующие меры для взаимодействия с местными сообществами, правительствами и другими исследовательскими группами.
Опасность перелома
Усилия по лучшему пониманию субарктического вихря и Гренландского ледяного щита, включая вероятность, сроки и последствия их перехода в иные состояния, уже предпринимаются.
Например, регулярно проводятся полевые экспедиции для измерения и уточнения моделей потери льда в Гренландии. Различные исследовательские группы установили сети датчиков, пересекающих Атлантику, для более детального мониторинга меняющихся условий в системах течений. И уже несколько исследований указали** на появление «ранних предупреждающих сигналов» возможного коллапса AMOC в ближайшие десятилетия.
Однако задача программы ARIA — ускорить эти усилия и сфокусировать отраслевые исследования на улучшении нашей способности предсказывать переломные события.
Уильям Джонс, океанограф из Университета Майами, специализирующийся на наблюдении за AMOC, считает, что отрасль далека от того, чтобы с уверенностью заявить, что такие системы, как субарктический вихрь или AMOC, ослабнут за пределами естественных колебаний, не говоря уже о точном определении сроков. Он подчеркивает, что по этим вопросам существует значительное расхождение между моделями и ограниченность свидетельств о том, что происходило до их перехода в древние времена. Все это затрудняет даже определение того, на какие сигналы следует обращать наибольшее внимание.
Джейми Палтер, доцент океанографии в Университете Род-Айленда, назвала выбор финансирования программы, сосредоточенной на переходе субарктического вихря, «запутанным». Она отмечает, что исследователи полагают, что этой системой больше управляет ветер, чем конвекция, ее связь с AMOC не до конца ясна, и основное внимание научного сообщества — и большая часть мировых опасений — сосредоточено на замедлении именно AMOC.
Тем не менее, и Палтер, и Джонс согласились, что выделение средств на более тесный мониторинг этих систем критически важно для улучшения научного понимания того, как они работают и какова вероятность их перехода.
Радикальные вмешательства
Что же может предпринять мир, если ARIA или кто-либо еще сможет разработать системы, предсказывающие с высокой степенью достоверности, что одна из этих систем перейдет в новое состояние, скажем, через десять лет?
Бондхек подчеркивает, что последствия достижения переломного момента не будут немедленными. У мира останутся годы или даже десятилетия для принятия мер, которые могут предотвратить разрушение таких систем или подготовиться к неизбежным изменениям. В случае неудержимого таяния ледяного щита это может потребовать строительства более высоких морских дамб или переселения городов. В случае ослабления субарктического вихря крупным регионам Европы, возможно, придется искать продовольствие в других частях света.
Более надежные прогнозы могут также изменить отношение людей к более радикальным вмешательствам, таким как масштабные и чрезвычайно дорогие инженерные проекты по укреплению шельфовых ледников или по стабилизации ледников на коренной породе, по которой они скользят.
Аналогичным образом, это может повлиять на то, как некоторые люди взвешивают компромиссы между опасностями изменения климата и рисками таких интервенций, как солнечное геоинжиниринг, который предполагает выброс частиц в атмосферу для отражения большего количества тепла обратно в космос.
Однако некоторые наблюдатели отмечают, что если в Атлантику поступает достаточно пресной воды, чтобы ослабить вихрь и существенно замедлить общую систему циркуляции в Атлантике, мир вряд ли сможет что-то предпринять для ее остановки.
«Боюсь, я не вижу здесь никакого конкретного действия», — говорит Джонс. «Невозможно собрать всю пресную воду пылесосом — это нереально, и остановить таяние в таких масштабах мы не сможем».
Бейл охотно признает, что они выбрали для решения очень сложную задачу, но подчеркивает, что цель программ ARIA — работать на «краю возможного».
«Мы искренне не знаем, возможно ли создание системы раннего предупреждения для этих систем», — говорит она. «Но я думаю, что если это возможно, мы знаем, что это будет ценно и важно для общества, и это часть нашей миссии».
