Информация
Если растения и океан поглощают CO₂, почему он накапливается в воздухе? До промышленной революции то, что природа забирала из воздуха, возвращалось в той же мере. Антропогенные выбросы — это дополнительный поток, которому ничто не противостоит. Растения и океан реагируют на избыток и начинают поглощать больше, но только часть. В симуляторе из примерно 750 GtC, выброшенных с 1850 по 2025 год, около 42 % осталось в воздухе, 26 % ушло в океан, а остальное, около трети, — в растения и почвы (почти столько же, сколько у них отняла вырубка лесов). Посмотрите на графике «Распределение».
Если океан так велик, почему он не поглощает весь лишний CO₂? По трём причинам. Только верхний слой (около 100 м) обменивается CO₂ с воздухом, а вода десятилетиями доходит до промежуточного слоя и около тысячи лет — до дна. Кроме того, растворённый CO₂ реагирует с водой и с растворённым в ней карбонатом; чем больше углерода океан уже поглотил, тем меньше карбоната остаётся для этой реакции, и каждую дополнительную GtC поглотить труднее (фактор Ревелла, от 9,5 до примерно 11 сегодня; это та же химия, что и при закислении океана). Наконец, тёплая вода растворяет меньше газа. В сценарии «Постоянные выбросы» океан в 2100 году поглощает больше углерода в год, чем сегодня (4,2 против 3,5 GtC/год), но на каждый лишний ppm CO₂ в воздухе поглощает лишь половину того, что поглощает сегодня.
Что показывает график ΔT × GtC? Потепление растёт почти прямо пропорционально общему количеству уже выброшенного углерода, а не темпу выбросов. В симуляторе это около 1,6 °C на каждые 1000 GtC (МГЭИК оценивает 1,65 °C с вероятным диапазоном от 1,0 до 2,3 °C). Отсюда идея углеродного бюджета: чтобы остаться ниже определённого потепления, можно выбросить лишь ограниченное общее количество, а потепление перестаёт расти, только когда выбросы приближаются к нулю.
Что происходит, когда выбросы обнуляются? В сценарии «Ноль за 25 лет» потепление достигает примерно 1,4 °C около 2050 года, а затем медленно снижается (1,3 °C в 2100 году). Два эффекта почти компенсируют друг друга: CO₂ в воздухе убывает, потому что растения и океан продолжают его поглощать, но глубинный океан, всё ещё более холодный, чем поверхность, поглощает всё меньше тепла. CO₂ не возвращается к 280 ppm: в сценарии «Импульс» около 43 % выброшенного углерода всё ещё в воздухе через 100 лет и 21 % через 1000 лет.
Почему симулятор учитывает только CO₂? CO₂ — это газ, который вносит наибольший вклад в потепление и дольше всех остаётся в воздухе, и единственный, который циркулирует между показанными здесь резервуарами. Другие газы, например метан и закись азота, тоже нагревают планету, а аэрозоли от загрязнения её охлаждают. Поэтому ΔT симулятора — это потепление, вызванное CO₂, и его не следует прямо сравнивать с общим наблюдаемым потеплением. Линии 1,5 °C и 2 °C на графиках «Температура» и «ΔT × GtC» отмечают цели Парижского соглашения, которые относятся к общему потеплению (со всеми этими эффектами): они служат ориентиром, а не точным сравнением.
Камерная модель с пятью резервуарами углерода (запасы в GtC; 1 ppm CO₂ ≈ 2,124 GtC) и двумя температурными слоями, интегрируемая методом Рунге — Кутты 4-го порядка (шаг 0,25 года).
Углерод. Атмосфера $C_A$, растительность $C_V$, почвы $C_S$, поверхностный океан $C_M$ (до 100 м) и глубинный океан, разделённый на промежуточный слой $C_I$ (от 100 до 1000 м) и дно $C_P$ (симулятор показывает сумму $C_I + C_P$):
$$\begin{aligned} \dot C_A &= R_V + R_S + F_{\text{out}} - P\\ &\quad - F_{\text{in}} + E_{\text{fos}} + E_{\text{def}}\\ \dot C_V &= P - R_V - L - E_{\text{def}}\\ \dot C_S &= L - R_S\\ \dot C_M &= F_{\text{in}} - F_{\text{out}} + F_{\text{up}} - F_{\text{down}}\\ \dot C_I &= F_{\text{down}} - F_{\text{up}} + G_{\text{up}} - G_{\text{down}}\\ \dot C_P &= G_{\text{down}} - G_{\text{up}} \end{aligned}$$Если сложить шесть уравнений, остаётся только $E_{\text{fos}}$: общее количество углерода растёт только за счёт сжигания ископаемого топлива; вырубка лесов ($E_{\text{def}}$) переносит углерод из растительности в атмосферу.
Наземные потоки. Фотосинтез $P$, дыхание растений $R_V$, опад листьев и веток $L$ и дыхание почвы $R_S$:
$$\begin{aligned} P &= P_0\,[1 + \beta \ln(C_A/C_{A0})]\\ R_V &= P/2\\ L &= \tfrac{P_0}{2}\,C_V/C_{V0}\\ R_S &= \tfrac{P_0}{2}\,(C_S/C_{S0})\,Q_{10}^{\,T/10} \end{aligned}$$где $P_0 = 120$ GtC/год; множитель $Q_{10}^{\,T/10}$ действует только при включённой обратной связи почвы.
Океанические потоки. Обмен с воздухом ($F_{\text{in}}$, $F_{\text{out}}$), перемешивание поверхности с промежуточным слоем ($F_{\text{down}}$, $F_{\text{up}}$) и промежуточного слоя с дном ($G_{\text{down}}$, $G_{\text{up}}$):
$$\begin{aligned} F_{\text{in}} &= k\,p_{\text{atm}}\\ F_{\text{out}} &= k\,p_{\text{oc}}\\ p_{\text{oc}} &= p_q(D)\,e^{0{,}0423\,T}\\ F_{\text{down}} &= \frac{C_{I0}}{\tau_{\text{mix}}}\,\frac{C_M}{C_{M0}}\\ F_{\text{up}} &= \frac{C_I}{\tau_{\text{mix}}}\\ G_{\text{down}} &= \frac{C_{P0}}{\tau_{\text{deep}}}\,\frac{C_I}{C_{I0}}\\ G_{\text{up}} &= \frac{C_P}{\tau_{\text{deep}}} \end{aligned}$$где $k = 80/280$ GtC/год на ppm, $p_{\text{atm}} = C_A/2{,}124$ и $p_{\text{oc}}$ в ppm, а $\tau_{\text{deep}} = 1000$ лет (возраст глубинных вод по углероду-14). Множитель $e^{0{,}0423\,T}$ (4,2 % на °C) действует только при включённой обратной связи океана.
Карбонатная химия. Растворённый CO₂ реагирует с водой ($\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- \rightleftharpoons 2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$), и в воздух возвращается лишь небольшая доля, остающаяся в виде CO₂. Растворённый неорганический углерод поверхности равен $D = D_0\,C_M/C_{M0}$ ($D_0 \approx 1986$ мкмоль/кг). При фиксированной щёлочности ($A_T = 2300$ мкмоль/кг) $[\text{H}^+]$ находят из
$$\begin{aligned} A_T &= D\,\frac{K_1[\text{H}^+] + 2K_1K_2}{[\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2}\\ &\quad + \frac{B_T K_B}{K_B + [\text{H}^+]} + \frac{K_w}{[\text{H}^+]} - [\text{H}^+] \end{aligned}$$а затем $p_q = D\,[\text{H}^+]^2 / \{K_0\,([\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2)\}$, с константами равновесия морской воды при 18 °C и солёности 35. Фактор Ревелла, $\xi = (\Delta p_q/p_q)/(\Delta D/D)$, получается из расчёта: ≈ 9,5 в доиндустриальную эпоху, и он растёт по мере того, как океан поглощает углерод (≈ 11 сегодня); каждую дополнительную GtC поглотить труднее. При выключенном факторе Ревелла $p_q = 280\,C_M/C_{M0}$ (CO₂ растворялся бы как любой другой газ, $\xi = 1$).
Выбросы. $E_{\text{fos}}$ и $E_{\text{def}}$ следуют историческим данным до последнего года с данными; затем — значениям панели «Антропогенные выбросы», уменьшенным в сценариях сокращения. В сценарии «Импульс» весь углерод поступает в первый год.
Климат. Двухслойный энергетический баланс: поверхность (атмосфера + перемешанный слой океана, аномалия $T$) и глубинный океан ($T_p$):
$$\begin{aligned} C_s\,\dot T &= \Delta F - \lambda T - \gamma\,(T - T_p)\\ C_p\,\dot T_p &= \gamma\,(T - T_p) \end{aligned}$$где воздействие $\Delta F = 5{,}35\,\ln(C_A/C_{A0})$ Вт/м², $\lambda = F_{2\times}/S$ ($F_{2\times} = 5{,}35 \ln 2 \approx 3{,}7$ Вт/м², $S$ — чувствительность климата), $C_s = 0{,}094\,h$ ($h$ в метрах), $C_p = 106$ Вт·год/(м²·°C) и $\gamma = 0{,}73$ Вт/(м²·°C).
Доиндустриальное равновесие. $C_{A0} = 594{,}7$ (280 ppm), $C_{V0} = 450$, $C_{S0} = 1700$, $C_{M0} = 900$, $C_{I0} = 9000$ и $C_{P0} = 28\,000$ GtC, при $T = T_p = 0$: все производные обращаются в нуль (например, атмосфера получает 60 + 60 + 80 и теряет 120 + 80 GtC/год).
Углерод ископаемого происхождения отслеживается как трассер во всех резервуарах (каждый поток несёт ископаемую долю того резервуара, из которого выходит). Ископаемые запасы начинаются с 5000 GtC — это порядок величины оценённых ресурсов. Модель учебная: она учитывает только CO₂ (без других парниковых газов и без аэрозолей). Ежегодные исторические выбросы (ископаемое топливо и цемент за вычетом карбонизации; изменения землепользования) взяты из Global Carbon Budget 2025, с 1850 по 2024 год, плюс прогноз на 2025 год.
Вы действительно хотите удалить эту симуляцию??