Те несколько недель, проведенные в Швейцарии в 1856 г., произвели на Тиндаля неизгладимое впечатление – бескрайность льда, монументальность и загадочность. Он чувствовал «изумление, граничащее с благоговением». Ледники завладели его воображением. Они также стали навязчивой идеей, которая тянула его обратно в Швейцарию – взбираться на ледники, исследовать их, попытаться понять – и заставляла рисковать жизнью.
Уроженец Ирландии, сын констебля, который до этого был сапожником, Тиндаль сперва отправился в Англию, чтобы работать топографом. Но в 1848 г., видя, что у него нет возможности получить в Великобритании научную подготовку, он уехал в Германию учиться у химика Роберта Бунзена (того самого, что изобрел газовую горелку). Там он в совершенстве овладел тем, что потом называл «языком экспериментов». По возвращении в Великобританию Тиндаль получил признание благодаря своей научной деятельности и впоследствии стал влиятельным членом Королевской ассоциации. Среди его многочисленных достижений – научный ответ на вопрос, почему небо голубое2.
Но все же он снова и снова возвращался в Швейцарию, чтобы бродить по высокогорью, исследовать местность и при помощи канатов взбираться по склонам гор на ледники. Однажды он чуть не стал первым человеком, покорившим гору Маттерхорн. Но когда до вершины оставалось всего несколько сотен метров, разразилась сильная буря, и проводники отговорили его от дальнейшего восхождения.
Тиндаль понял одну фундаментальную вещь – ледники не стоят на месте. Они не застыли. Они движутся. Он описал горную долину, где «на склонах виднелись следы движения древних ледников, которые когда-то возвышались на 300 м». Но теперь ледников там не было. Впоследствии изучение того, как ледники движутся, как они растут и уменьшаются, стало одним из основных направлений его научной деятельности3.
Интерес Тиндаля к ледникам был связан с уверенностью ряда ученых XIX в. в том, что швейцарские ледники могут дать ответ на вопрос, действительно ли когда-то был ледниковый период. И если да, почему он закончился? Может ли он наступить снова? Это вызвало у Тиндаля другой ряд вопросов: о температуре и о газовой оболочке Земли – атмосфере. Поиск ответов на них привел его к фундаментальному прорыву, который позволил объяснить, как функционирует атмосфера. Именно поэтому Тиндаль занимает одно из ключевых мест в ряду ученых, которые внесли весомый вклад в формирование современного представления о климате.
Но как изменение климата превратилось из предмета научных исследований, которыми занималась горстка ученых, в одну из главных энергетических проблем нашего времени? Этот вопрос имеет очень важное значение для будущего энергетики.
Новый энергетический вопрос
Традиционно энергетические проблемы ассоциируются c такими вопросами, как цены, доступность, безопасность и загрязнение. Сложности добавляют решения правительств относительно распределения энергии, денег и доступа к ресурсам, а также угрозы геополитического конфликта из-за этих ресурсов.
Но сегодня на энергетическую политику на всех уровнях все больше влияет проблема изменения климата и глобального потепления. Предпринимаются попытки преобразовать энергетическую индустрию, с тем чтобы существенно уменьшить количество углекислого газа и других парниковых газов, выделяющихся при сжигании угля, нефти и природного газа, дров и других видов топлива.
Это крайне сложная задача, потому как сегодня свыше 80 % энергии в мире получают путем сжигания ископаемого топлива. Проще говоря, индустриальная цивилизация, сформировавшаяся за два с половиной столетия, опирается на углеводороды.
Увеличение концентрации углекислого газа
Углекислый газ и другие парниковые газы, как то метан и закись азота, являются составной частью 100-километровой газовой оболочки Земли, которую называют атмосферой. Только она отделяет нас от космического пространства. Примерно 98 % атмосферы составляют лишь два элемента – кислород и азот. Доля углекислого газа и других парниковых газов незначительна, но они играют важную роль. Они являются своего рода стабилизаторами. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, одна из составляющих солнечного света, проходит через все атмосферные газы, достигает поверхности Земли и нагревает ее. Земля возвращает это тепло в атмосферу, но не в том виде, в котором оно было получено, – часть коротковолнового излучения преобразуется в инфракрасное излучение, имеющее более значительную длину волны.
Если бы в атмосфере не было углекислого газа и других парниковых газов, инфракрасные лучи беспрепятственно уходили бы в космическое пространство и температура воздуха по ночам опускалась бы ниже нуля. Но парниковые газы (в том числе водяной пар) благодаря своей молекулярной структуре препятствуют этому. Они задерживают часть тепла в форме инфракрасного излучения и перераспределяют его в атмосфере. Таким образом, парниковые газы удерживают температуру воздуха в определенном диапазоне, не допуская ее чрезмерного снижения и чрезмерного повышения, и тем самым делают Землю пригодной и даже благоприятной для жизни.
Ключевой вопрос здесь – концентрация углекислого газа и других парниковых газов. Если она становится слишком высокой, в атмосфере удерживается слишком много тепла. В результате температура воздуха возрастает, что может повлечь изменение климата, которое ощутит на себе все живое на планете. Существуют опасения, что повышение средней температуры всего на два-три градуса приведет к необратимым последствиям.
Содержание углекислого газа в атмосфере со времен промышленной революции неуклонно растет. Основная часть углекислого газа попадает в атмосферу вследствие естественных процессов. Но сжигая топливо, человечество увеличивает концентрацию углекислого газа.
Доля антропогенного углекислого газа в выбросах растет по двум основным причинам. Первая – рост численности населения. Население планеты с 1950 г. увеличилось почти втрое. Зависимость здесь простая: чем больше людей, тем больше потребляется энергии и тем больше выбросы углекислого газа. Вторая причина – рост доходов. Мировой ВВП с 1950 г. вырос тоже втрое, а потребление энергии, увеличивается с ростом доходов. Люди, предки которых жили в холоде и кутались в теплые одежды, сегодня живут в тепле. Люди, родители которых изнемогали от жары в тропиках, теперь имеют кондиционеры. Люди, бабушки и дедушки которых редко выезжали за пределы своего города или деревни, теперь путешествуют по всему миру. Товары, которые два поколения назад люди даже не могли себе представить, теперь производятся в одной части планеты и транспортируются через океаны и континенты к потребителям на другой части. Чтобы все это стало реальностью, из недр земли извлекается углеродсодержащее топливо, которое покоилось там миллионы лет, и сжигается, в результате чего углерод в виде углекислого газа оказывается в атмосфере.
Есть и другие крупные источники выбросов. Углекислый газ выделяется при широкомасштабной вырубке лесов и сжигании деревьев, которые его поглощают. Способствует глобальному потеплению и бедность, потому как бедные люди собирают биомассу и сжигают ее, загрязняя сажей атмосферу. При разведении скота выделяется метан и закись азота. Также метан выделяется при выращивании риса. Но с точки зрения объемов наиболее значимым является углекислый газ.
