Представляем вашему вниманию перевод статьи Why CO2 removal is not equal and opposite to reducing emissions.
В последние годы страны, компании и организации по всему миру устанавливают нулевые целевые показатели выбросов углекислого газа в рамках усилий по борьбе с изменением климата.
Требование о достижении нулевого уровня выбросов углекислого газа (CO2), чтобы остановить рост средних глобальных температур, возникает из-за длительного времени, в течение которого CO2 остаётся в атмосфере, и медленного времени реакции океана.
Но как насчёт «чистого» аспекта? Логика заключается в том, что остаточные выбросы CO2 — и других парниковых газов, устранение которых сложно или очень дорого, — можно сбалансировать, удалив CO2 непосредственно из атмосферы и сохраняя его в течение длительного времени.
Это может быть достигнуто за счёт увеличения естественных «поглотителей» углерода, которые удаляют CO2 из атмосферы, например, посадки деревьев или восстановление болот и мангровых лесов. Другие способы улавливания CO2 из атмосферы включают использование биоэнергетических установок или инженерных методов, которые удаляют CO2 непосредственно из атмосферы и хранят его под землёй или в продуктах.
При уравновешивании выбросов CO2 и удаления CO2 обычно делается допущение, что «одна тонна равна одной тонне выброса», то есть поведение климатической системы в ответ на выбросы и удаление «симметрично».
Но это предположение не было проверено, и, хотя оно, вероятно, было разумным для небольших выбросов и улавливаний, казалось маловероятным, что оно будет справедливым для более крупных выбросов и удалений из-за нелинейного характера земной системы.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Climate Change, мы с коллегами показываем, что реакция климата на выбросы и удаление на самом деле «асимметрична», то есть углеродный цикл и реакция климата на выбросы CO2 не равны и не противоположны удалению CO2 такой же величины.
Выбросы и удаления
Мы решили проверить нашу гипотезу, используя глобальную климатическую модель промежуточной сложности с упрощённым представлением некоторых компонентов климатической системы и работающую с более грубым пространственным разрешением, чем модели полной сложности.
Преимущество этого класса моделей в том, что они быстрее запускаются и, следовательно, позволяют нам проводить всё больше и больше симуляций. Дополнительным преимуществом в этом случае является то, что модель не отражает изменчивость атмосферы из-за таких явлений, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Это упрощает обнаружение «сигнала» о том, как Земля реагирует на изменение CO2.
Мы использовали модель с мгновенным «импульсом» выбросов и удалений CO2 в диапазоне от 100 до 500 млрд тонн (гигатонн или GtC, gigatonne of carbon) углерода, что примерно в 10-50 раз превышает текущие глобальные годовые выбросы CO2.
Применение мгновенных выбросов и удалений — это «идеализированный» способ проведения эксперимента, но это стандартная практика в науке о климате, поскольку было показано, что реакция климата и углеродного цикла не зависит от скорости выброса или удаления. Мы используем 100 GtC как наименьшую длительность импульса, потому что это минимальное воздействие, которое может быть применено для обнаружения температурного сигнала. Это справедливо даже для модели, подобной той, которая использовалась в этом исследовании, которая исключает изменчивость атмосферы, поскольку всё ещё существует изменчивость в связанной системе океан-морской лед-атмосфера.
На основе этого моделирования мы обнаружили, что изменение концентрации CO2 в атмосфере асимметрично.
Вы можете увидеть это на диаграмме ниже, которая показывает пример смоделированного изменения концентрации CO2 в атмосфере после выброса (сплошная серая линия) или удаления (пунктирная серая линия) 200 GtC. Синяя линия представляет собой разницу между ними, которая является слегка положительной, указывая на то, что повышение концентрации CO2 в атмосфере после выброса больше, чем снижение после удаления такой же величины.
Эта асимметрия тем больше, чем больше выбрасывается или удаляется CO2 — от 3% при выбросе и удалении 100 ГтС до 18% при выбросе и удалении 500 GtC (по сравнению с изменением СО2 в атмосфере через 100 лет после выброса или удаления).
Этот вывод означает, что требуется дополнительное удаление CO2 для компенсации выбросов, если концентрация CO2 в атмосфере должна оставаться неизменной. Или, другими словами, уравновешивание выбросов CO2 с удалением CO2 того же размера приведёт к более высокому уровню выбросов CO2 в атмосфере, чем предотвращение выбросов CO2 в первую очередь.
Асимметрия концентрации CO2 в атмосфере является результатом различий в том, как поглотители углерода суши и океана реагируют на выбросы и удаление. Некоторые ключевые процессы, определяющие реакцию этих стоков, не являются линейными.
Например, эффект обогащения CO2, при котором растения производят больше биомассы при повышенной концентрации CO2 в атмосфере, насыщается при более высоких уровнях CO2 в атмосфере. Кроме того, способность океана сохранять избыток CO2, что является ключом к способности океана поглощать дополнительный CO2 из атмосферы, уменьшается при более высоких уровнях CO2 в атмосфере. Из-за этих и других нелинейных процессов уровень выбросов при другом изменении концентрации CO2 в атмосфере различается, чем при поглощении того же размера.
Температура
Что насчёт температуры поверхности? Оказывается, реакция температуры на выбросы и удаление имеет меньшую асимметрию. Например, существует 2%-ный дисбаланс температур через 100 лет после выброса или удаления 200 GtC, по сравнению с 7% для атмосферного CO2.
Причина в том, что нелинейности в углеродном цикле компенсируются другим нелинейным процессом, то есть влиянием изменений содержания CO2 в атмосфере на радиационный баланс Земли, который уменьшается при более высоких уровнях содержания CO2 в атмосфере. В результате увеличение содержания CO2 в атмосфере имеет меньший радиационный эффект, чем уменьшение CO2 той же величины.
На рисунке ниже показана реакция глобальной приземной температуры воздуха на выбросы (сплошная серая линия) и удаление (серая пунктирная линия) 200 GtC. Разница между ними (показанная синей линией) показывает, что асимметрия температуры является противоположным знаком асимметрии концентрации CO2 в атмосфере: повышение температуры после выброса немного меньше, чем снижение после удаления такого же размера.
Однако есть основания предполагать, что знак температурной асимметрии будет зависеть от модели климата, используемой для моделирования. Температурная реакция на выброс и удаление СО2 определяется радиационным эффектом СО2, упомянутым выше, а также поглощением тепла океаном и обратными связями климата. Степень, в которой комбинация этих процессов компенсирует нелинейность реакции углеродного цикла, вероятно, варьируется от модели к модели.
В реальном мире
Итак, имеет ли асимметрия, обнаруженная в этом исследовании, значение для того, как выбросы и удаление CO2 сбалансированы в реальных условиях?
Хотя общие выбросы и удаление до 500 GtC, используемые в этом исследовании, согласуются со сценариями в литературе, выбросы и удаление в этих сценариях происходят одновременно, а не в отдельных «мирах» выбросов и удаления CO2.
В результате раздельного применения выбросов и удалений концентрация CO2 в атмосфере расходится сильнее в наших модельных расчетах, чем в реальном мире, что усиливает асимметрию.
Тем не менее, углеродный цикл и реакция климата сильно различаются между моделями, и предварительный анализ симуляций с набором сложных моделей системы Земли показывает, что величина углеродного цикла и температурная асимметрия могут быть значительно больше, чем в этом исследовании.
В заключение, результаты этого исследования показывают, что уравновешивание выбросов CO2 с удалением CO2 может привести к другому климатическому результату, чем предотвращение выбросов CO2, но величина этого эффекта остается неопределенной и требует дальнейшей количественной оценки.
Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.