Анализ содержания углекислого газа в пузырьках воздуха из ледниковых кернов основан на подтасованных данных и незнании физических процессов образования ледникового льда. В свою очередь, на этом анализе основан тезис о глобальном потеплении.
Когда наука о климате не руководствовалась идеологией, считалось, что процессами, которые определяют климат, являются долгосрочные астрономические циклы, измеряемые десятками и сотнями тысяч лет.
Длительные 100 000-летние циклы ледниковых периодов определяются периодичностью эксцентриситета, наклона и прецессии земной орбиты; между ледниковыми периодами существуют примерно 10 000-летние периоды, известные как межледниковья, когда преобладает более мягкий климат. Сейчас Земля находится в конце межледниковья и, вероятно, уже вступает в период наступления ледников.
Ледниковые периоды прошлого и грядущий ледниковый период имеют своё расписание, совершенно независимое от человека, от производства им углекислого газа. Ни один ученый, знающий об этих астрономических циклах, не беспокоился бы о взлетах местных и глобальных температур, тревожась о глобальном потеплении.
Времена изменились, изменилась и экологическая идеология, но долгосрочные климатические циклы не изменились. Основываясь на свидетельствах последних миллионов лет, мир неумолимо и независимо от количества пропаганды о глобальном потеплении движется к очередному ледниковому периоду. Гипотеза о глобальном потеплении и множество артефактов, которые она породила в результате повторного поиска, могут быть проанализированы и опровергнуты один за другим; но факт остается фактом: общий вопрос о климате должен рассматриваться в перспективе истории, а не в краткосрочной перспективе.
В этой статье рассматривается один из основных столпов теории глобального потепления – утверждение о том, что данные анализа газовых пузырьков в кернах материкового льда показывают увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, начиная с доиндустриальной эпохи, в результате сжигания ископаемого топлива и действия иных факторов деятельности человека.
С самого начала гипотеза об антропогенном парниковом потеплении была запятнана предвзятым отбором данных, некоторыми специальными предположениями, не проверенными экспериментально, и односторонними интерпретациями. Такие симптомы недуга, которые Ирвинг Ленгмюр назвал “патологической наукой”, очевидны в публикациях Г.С. Каллендара, которого действительно можно считать отцом современной гипотезы “антропогенного потепления климата”. В 1938 году Каллендар возродил идею Сванте Аррениуса об антропогенном потеплении климата, которой уже 100 лет.
Каллендар утверждал, что сжигание ископаемого топлива породило увеличение средней концентрации CO2 в атмосфере – со значения 19-го века в 274 ppmv до 325 ppmv в 1935 году, то есть на 18,6 процента; что и привело за период с 1880 года по 1935 год к повышению глобальной температуры поверхности на 0,33°C. Однако средняя концентрация CO2 в атмосфере за 19-е столетие колебалась примерно в пределах от 250 до 550 ppmv (рис. 1), а средняя концентрация, оцененная по этим значениям, составила 335 ppmv.
получить цифру, подтверждающую его гипотезу.
…
Для получения низкого значения концентрации CO2 в 19 веке, – краеугольного камня своей гипотезы, – Каллендар действовал предвзято. Из 26 средних показателей 19-го века Каллендар отклонил 16, которые оказались выше предполагаемого общемирового показателя, и 2, которые были ниже. Статья Каллендара 1938 года, представленная на заседании Королевского метеорологического общества, подверглась критике со стороны его членов: была задана дюжина фундаментальных вопросов (в т.ч. о достоверности оценки средних концентраций CO2, об основе углеродного цикла и балансе между распределением радиации и температур атмосферы), которые по прошествии полувека остались без ответа и до сих пор являются предметом жарких дискуссий.
Исследования состава газов, заключённых в ледниковом льду, ошибочно рассматриваются как наиболее надежные оценки концентрации CO2, CH4 (метана) и N2O (закиси азота) в атмосфере доиндустриального периода. Предполагается, что анализ кернов льда является “единственно возможной проверкой моделей, созданных для описания будущих климатических изменений под воздействием антропогенных выбросов”. На основе этих анализов Межправительственная группа экспертов по изменению климата объявила, что доиндустриальная концентрация CO2 в атмосфере была на 26 процентов ниже нынешнего уровня.
МГЭИК также заявила, что доиндустриальные концентрации газов, N2O и CH4, были ниже текущего уровня на 19 и на 215 процентов, соответственно. Однако ни одним исследованием пока не было доказано, что содержание следовых количеств парниковых газов в старом льду или даже в воздухе между слоями от недавнего снега отражает состав атмосферы.
Данные кернов льда недостоверны.
Данные ледяных кернов из различных полярных областей не согласуются друг с другом. Также существует расхождение между ними и геологическими климатическими данными. В качестве одного из таких примеров можно указать на несоответствие между классическими антарктическими ледяными кернами станций Берда и Востока. Значительное снижение содержания CO2 в пузырьках воздуха произошло на одной и той же глубине в 500 метров, но возраст льда на этой глубине отличался примерно на 16 000 лет. В части керна Берда возрастом примерно 14 000 лет наблюдалось снижение концентрации CO2 на 50 ppmv, тогда как в аналогичном по возрасту льду из керна Восток было обнаружено увеличение на 60 ppmv. Во льду возрастом около 6000 лет из лагеря Века, в Гренландии, концентрация CO2 в пузырьках воздуха составляла 420 ppmv, но в аналогичном старом льду из Берда она составляла 270 ppmv.
Эшгер и др. предприняли специальную попытку объяснить некоторые из этих расхождений как
1) “процесс, который еще не был идентифицирован”,
2) неправильное моделирование,
3) “не перекрывающиеся временные интервалы”,
но это ничего не объясняло. Неспособность решить печально известную проблему, – почему около 30 процентов антропогенного CO2 отсутствует в глобальном углеродном цикле, – основанную на измерениях CO2 в кернах льда, свидетельствует о систематическом искажении данных. Невозможно объяснить запись CO2 в ледяном керне в терминах системы с инвариантными во времени процессами, нарушаемыми сочетанием выбросов углерода из ископаемого топлива, биотического роста и обезлесения.
Датировка таких важных климатических событий, как окончание периода младшего дриаса, основанная на дендрохронологии (изучении роста древесных колец) и озерных отложениях, отличается от последних данных ледяного керна из Гренландии примерно на 900 лет.
Кратковременные пики O18 в ледяных покровах были объяснены ежегодным наслоением снега, образующегося и летом и зимой при наиболее высоких и наиболее низких температурах воздуха. Пиками датирован ледниковый покров в предположении среднего изотопного состава осадков и их приращения в стационарной замкнутой системе. Однако экспериментальные данные говорят о том, что предположение неверно из-за метаморфоз снега и льда в ледяных покровах при изменениях температуры и давления. Радиационное подповерхностное таяние в Антарктиде распространено в местах с летними температурами ниже 2,2°C, что приводит к образованию прудов с жидкой водой на глубине около 1 м под поверхностью.
Эти механизмы ответственны за существование жидкой воды глубоко в холодных антарктических льдах. Обширные подповерхностные озера жидкой воды занимают площадь около 8000 квадратных километров во внутренней части Восточной Антарктиды и вблизи станции Восток, при температурах, близких к базальным, от -4 до -26,2°C.
Перекристаллизация, сублимация и образование жидкой воды и пара под поверхностью нарушают первоначальный изотопный состав снега и льда (рис. 2).
Снежинки, поглощая солнечную радиацию, частично тают и испаряются. Снег превращается в фирн.
Тепловой градиент и гравитационное сжатие снега вызывают движение газа вверх. Некоторое количество воздуха выходит из фирна обратно в атмосферу, а пары H2O конденсируются вблизи охлаждаемой ветром поверхности, образуя ледяную корку. В результате сублимации образуется глубокий иней.
Талая вода просачивается вниз и собирается в непроницаемых слоях. Плотность фирна с глубиной постепенно увеличивается, и при 0,83 г/см3 фирн превращается в твердый лед, в котором закупориватся все поры, с образованием первичных пузырьков воздуха.
На глубине от 900 до 1200 м пузырьки воздуха исчезают. Жидкая вода содержится в квазибесконечной сети капиллярных вен и пленок между кристаллами льда. После снижения давления в растрескавшихся ледяных кернах, загрязненных буровым раствором, образуются вторичные газовые полости.
Изотопные изменения были обнаружены даже в фирне (плотно слежавшийся, зернистый и частично перекристаллизованный, обычно многолетний снег, точнее — промежуточная стадия между снегом и глетчерным льдом; плотность лежит в пределах от 0,45 г/см³ до 0,8 г/см³), подвергшемуся на порядок меньшему воздействию температурного градиента. Такого рода изменения могут происходить несколько раз в год, отражая солнечные и пасмурные периоды, и приводят к ложным оценкам возраста льда.
Достоверность датировки ледяных пластов была поставлена под сомнение, когда во льду были обнаружены шесть американских истребителей “Лайтнинг” и два В17. В 1942 году они совершили вынужденную посадку примерно в 200 км к югу от DYE3. Обломки были найдены 47 лет спустя на глубине 78 м. Гляциологи провели датировку льда с этой глубины по изотопу кислорода и определили возраст льда как 18-летний.
В воздухе из фирна и льда в Саммите (Гренландия), осаждавшихся в течение последних ~200 лет, концентрация CO2 колебалась от 243,3 до 641,4 частей на миллион.
Такой широкий диапазон обусловлен отбором проб или естественными процессами в ледяном покрове, но не изменениями концентрации CO2 в атмосфере. Аналогичный или больший диапазон наблюдался и в других исследованиях содержания парниковых газов в полярных льдах.
Подтасовка данных о выбросах CO2.
До 1985 года опубликованные значения содержания CO2 в пузырьках воздуха в доиндустриальном льду колебались от 160 до 700 ppmv, а иногда даже до 2450 ppmv. После 1985 года высокие показатели исчезли из публикаций! Чтобы результаты соответствовали такому широкому спектру, в соответствии с теорией антропогенного потепления климата, которая была основана на низких доиндустриальных уровнях CO2, были использованы три метода:
1) отклонение высоких значений из наборов доиндустриальных образцов, основанных на кредо: “самые низкие значения CO2 наилучшим образом отражают концентрацию CO2 в первоначально
захваченном льду”;
2) отклонение низких значений из наборов образцов 20-го века;
3) интерпретация высоких значений из доиндустриальных образцов как представляющих современную атмосферу, а не доиндустриальную.
Публикации о парниковых газах во льду часто демонстрируют симптомы, сходные с симптомами Г.С. Каллендара, приведёнными выше. Но самым важным недостатком этих исследований является сама ледяная матрица, которая не соответствует абсолютно необходимому критерию замкнутой системы. Это связано с тем, что жидкая вода присутствует во льду даже при очень низких температурах, а также с тем, что многие химические и физические процессы происходят in situ в ледяных покровах и в извлеченных ледяных кернах. Эти факторы изменяют первоначальный состав воздуха, захваченного льдом. Формирование ледяного керна приводит к тому, что результаты не отражают первоначальный химический состав древней атмосферы.
Вот несколько типичных примеров того, как были определены оценки доиндустриальных уровней содержания парниковых газов в атмосфере. Затем эти результаты были взяты за основу для оценки
антропогенного потепления климата.
• Нефтель и др. сообщалось в 1982 году о довольно высоком медианном уровне концентрации CO2 в доиндустриальном ледяном керне из Берда (Антарктида): значения составляли примерно 330 и 415 ppmv, максимальное составило 500 ppmv. Однако в 1988 году, во второй публикации о том же керне, Нефтель и др. не показали высоких значений; самая высокая концентрация, о которой сообщалось, составила 290 ppmv, что согласуется с теорией глобального потепления (рис. 3).
• Пирман и др. “при изучении данных” отклонили 43 процента показаний CO2 из Law Dome, Антарктического керна, 39 процентов показаний CH4 и 43 процента показаний N2O, поскольку они были выше или ниже предполагаемых “правильных” значений. Таким образом, они пришли к выводу о значении 281 ppmv CO2 для доиндустриальной атмосферы и увеличении с 1600 года на 90 процентов и на 8 процентов, CH4 и N2O соответственно.
• Лейенбергер и Зигенталер утверждали, что их данные , полученные из керна гренландского льда, демонстрируют, что нынешний уровень содержания N2O в атмосфере, составляющий 310 ppbv, является результатом недавнего увеличения на 19 процентов, вызванного промышленной активностью. Чтобы прийти к такому выводу, они забраковали 27 процентов образцов. Показатели содержания N2O признаны “слишком высокими” для доиндустриального льда. После этой “коррекции” средняя доиндустриальная концентрация N2O в атмосфере была объявлена равной 260 ppmv, хотя их значение для льда с 1822 года составляло 296,1 ppmv. Их результаты по неглубокому керну Dye 3 в Гренландии показывают случайное распределение N2O. Тем не менее, авторы сформировали возрастающую временную тенденцию, отвергнув “неправильные” высокие значения.
• Этериджом и др. заявлено, что результаты анализа ледяного керна показывают концентрацию N2O доиндустриального периода в 285 ppmv. Это значение было рассчитано после отклонения 44% их измерений! Судя по остальным анализам, высокие показатели, взятые во льду 16-го и 17-го веков (328,3 и 329,8 ppbv), которые были выше, чем в образцах 20-го века (285,7 и 322,9 промилле), были вновь исключены без объяснения причин.
• Зардини и др. отклонил низкое значение N2O в 240 частей на миллион в самой молодой части антарктического керна, датируемое 1919 годом. Из части керна возрастом в несколько тысяч лет они не отвергли более низкое значение 217 ppbv, но исключили высокие значения 310, 354, 359 и 362 ppbv. Эти “улучшения” привели Зардини и др. к выводу, что доиндустриальный уровень N2O в атмосфере составлял 270 частей на миллион, и что в современной атмосфере N2O увеличился “из-за потребления ископаемого топлива”.
Некоторые ложные предположения.
Для климатической интерпретации данных ледяного керна используются следующие
допущения:
1. Захват воздуха льдом – это, по существу, механический процесс, который происходит без фракционирования газовой смеси; считается, что первоначальный состав захваченного воздуха постоянно сохраняется в полярных ледяных покровах и в собранных ледяных кернах. Это означает, что лед с включенными в него пузырьками воздуха должен оставаться замкнутой системой в течение десятков или сотен тысяч лет в ледяных покровах и что эта система не нарушается во время бурения керна или его транспортировки в лабораторию и хранения.
2. При среднегодовой температуре воздуха -24°C или менее в фирне и льду жидкая фаза отсутствует.
3. Газовые включения на 80-2800 лет моложе возраста льда, в котором они заключены. (См., например, ссылку 36.) Это предположение необходимо для того, чтобы учесть данные из неглубоких ледяных кернов, которые показывают, что воздух, захваченный льдом 19-го века или ранее, демонстрирует уровни CO2, CH4 и концентрации N2O аналогичны нынешним концентрациям в атмосфере.
1Было указано, что эти предположения неверны, и, следовательно, выводы о низких доиндустриальных уровнях содержания парниковых газов в атмосфере неверны. (См., например,
ссылки 12, 22, 24-28.) Однако эта критика была в значительной степени проигнорирована гляциологами, изучающими парниковые газы, которые не представили убедительных аргументов для опровержения этой критики в одной-единственной статье, которую она спровоцировала.
В дополнение к этому предвзятому отбору экспериментальных данных, в науке анализа
ледникового покрова существует множество технических аспектов, которые игнорируются энтузиастами глобального потепления в их стремлении подкрепить свои аргументы
данными о ледниках. Здесь представлены некоторые научные положения, которые были отвергнуты сторонниками глобального потепления.
Химическое фракционирование.
Поразительной особенностью аргументов ледяного керна о том, что в последнее время наблюдается антропогенное увеличение содержания CO2, CH4 и N2O в атмосфере, является то, что все данные о ледяном керне получены из льда, отложившегося не в последние несколько десятилетий, но в 19 веке или раньше. Не представлено никакой информации о недавних концентрациях парниковых газов в фирне и льдах, отложившихся в 20 веке.
Вместо этого концентрации парниковых газов, обнаруженных в доиндустриальном льду, сравниваются с концентрацией этих газов в современной свободной атмосфере. Для обоснования таких сравнений требуется предположение о том, что захват воздуха льдом не влечет за собой какого-либо химического разделения газов. Однако существует более 20 химических и физических процессов, которые изменяют исходный химический состав и изотопный состав льда и газовых включений, извлеченных из ледяных кернов. Даже состав воздуха из приповерхностного снега в Антарктиде отличается от состава атмосферы; было обнаружено, что приземный снежный воздух истощен в отношении CO2 на 20-50 процентов. (Смотрите ссылки в разделе 12.)
“Ни одним исследованием не было продемонстрировано, что содержание следовых количеств парниковых газов в старом льду или даже в воздухе между слоями недавнего снега отражает состав атмосферы”.
Химическое и изотопное фракционирование газов происходит при закупорке воздуха в снежинках, внутриповерхностного воздуха в приповерхностном снеге (эффекты инсоляции), глубоко в фирне и льду, а также в ледяных кернах. В верхних слоях снега и фирна фракционирование происходит в масштабе времени от нескольких дней до нескольких лет; но глубоко во льду оно происходит в масштабе сотен тысяч лет. Фракционирование вызвано различиями в растворимости компонентов воздуха в холодной воде, химическими реакциями, образованием газовых клатратов и гравитационно-тепловыми эффектами (клатраты образуются путём включения молекул вещества — «гостя», в полости кристаллической решётки, составленной из молекул другого типа — «хозяев» (решётчатые клатраты), либо в полость одной большой молекулы-хозяина (молекулярные клатраты)). В фирне фракционирование связано с подповерхностным таянием кристаллов льда,
испарением воды, переносом пара в порах фирна вдоль температурного градиента, разжижение пара, образование слоев льда и глубинного инея (рис. 2).
Большинство из этих процессов связаны с водой, которая присутствует в холодном снеге и во льду при температуре от -73°C, а также с метаморфозой снежных кристаллов. Фракционирование газов
в результате их различной растворимости в воде (CH4 растворим в воде при 0°C в 2,8 раза больше, чем N2; N2O – в 55 раз; и CO2, в 73 раза), начинается с образования снежинок, которые покрыты пленкой переохлажденной жидкости. Газы, растворенные первоначально в жидкой воде, затем уравновешиваются воздухом, захваченным в порах фирна и в воздушных пузырьках твердого льда.
Карбонаты и другие примеси, присутствующие в ледяном покрове, такие как химически активные вещества HNO3 (азотная кислота), HCl (соляная кислота), H2O2 (перекись водорода), SO2 (диоксид серы) и O3 (озон), а также катализаторы, такие как медь, железо, марганец, или твердые частицы, растворяются или взвешиваются в жидкостях, присутствующих на поверхности снега и льда, и могут вступать в реакцию сами с собой (например, производя или потребляя CO2) или с парниковыми газами. Окислительные или восстановительные процессы происходят не только в верхней фирновой части ледяного покрова, куда проникает солнечное излучение, но и в глубоких, темных частях. На это указывает резкое снижение профилей концентрации H2O2, наблюдаемое в глубине ледяного покрова, а также систематическое снижение его концентрации с глубиной.
Другим важным процессом является дифференциальное образование и растворение чистых и смешанных клатратов (гидратов) парниковых газов и основных компонентов воздуха.
Давление диссоциации парниковых газов значительно ниже, чем для кислорода и азота. При температуре -20°C эти давления составляют всего 4, 5 и 13,5 бар для N2O, CO2 и CH4 соответственно (120 бар для N2 и 160 для O2). При температуре -20°C в ледяном покрове газ CO2 начинает превращаться в клатрат CO2 (белое твердое вещество, открытое в 1882 году Зигмунтом Ф. Врублевским, физиком, который впервые сжижил воздух) и для исчезать из газа в пузырьках воздуха, на глубине около 70 м, где давление нагрузки возрастает до 5 бар.
С другой стороны, O2 и N2 превращаются в кристаллы клатрата на гораздо большей глубине, примерно от 900 до 1200 м, где все газы окончательно переходят в клатратную форму или диффундируют в жидкости и кристаллы льда. Поэтому на такой глубине все пузырьки воздуха
полностью исчезают со льда. Теперь, что происходит, когда ледяные керны декомпрессируются и извлекаются на поверхность ледяного покрова: во льду без пузырьков образуются новые искусственно созданные газовые полости из кристаллов клатрата, диссоциирующих при
более низком давлении (рис. 2). Это драматическое явление преуменьшается или игнорируется в
публикациях, посвященных парниковым газам.
Экспериментально было установлено, что парциальное давление газа не является определяющим фактором давления диссоциации клатратов, которые обогащаются компонентами,
легко образующими клатраты. Напротив, свободная газовая фаза обогащается компонентами, которые нелегко образуют клатраты. Появление клатратов приводит к истощению парниковых
газов в два этапа:
(1) во время образования клатратов в ледяном покрове, когда парниковые газы переходят в клатратную форму и покидают пузырьки воздуха раньше, чем N2 и O2; и
(2) в ледяных кернах после снижения давления, когда клатраты N2 и O2 диссоциируют задолго до образования парниковых газов, образуя вторичные газовые полости во льду.
Это последнее явление связано с микровзрывными изменениями в структуре керна (рис. 2) и образованием микро- и макротрещин, которые вместе с разрушением льда под напряжением приводят к молекулярному и изотопному фракционированию газов.
Как упоминалось выше, в некоторых газовых включениях из доиндустриального льда были обнаружены концентрации парниковых газов, аналогичные или намного превышающие концентрации в современной атмосфере. В некоторых газовых включениях были измерены изменения концентрации CO2 до 50 ppmv на расстояниях всего 2,5 см в керне. Такое неоднородное распределение концентраций CO2, очевидно, не отражает изменений в составе атмосферы, а является результатом случайного характера процессов фракционирования.
Однако, как обсуждалось в ссылках 12 и 22, преобладающим эффектом фракционирования газов в ледяных покровах и в извлеченных ледяных кернах является преимущественное уменьшение содержания парниковых газов в пузырьках воздуха и во вторичных газовых полостях. По этой причине большинство газовых проб, извлеченных из кернов полярных льдов, содержали концентрации следовых газов, которые были намного ниже, чем в современной атмосфере, даже во льду, датируемом периодами, когда глобальная температура поверхности была выше, чем сейчас, на 0,5—1,3°C – например, во время эемского межледниковья, 125 000-130 000 лет назад; в середине голоцена, 5000-6000 лет назад; или во время средневекового теплого периода, 1200 лет назад.
Концентрации CO2 в пузырьках воздуха во льду за прошедшие годы 1000-1800, оставался на удивление стабильным: 270-290 ppmv, несмотря на то, что во время Малого ледникового периода 16-19 веков глобальная температура снизилась примерно на 1°C. Такое долгосрочное понижение глобальной температуры должно быть отражено как уменьшение содержания CO2 в атмосфере из
-за более высокой растворимости CO2 в более холодной океанической воде и снижения процессов окисления на суше и в море (см. обсуждение ниже).
Отсутствие этого эффекта у пузырьков воздуха во льду показалось “удивительным” авторам доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата в 1990 году, которые сделали из него вывод, что чувствительность атмосферного CO2 к таким климатическим колебаниям
невелика. Однако содержание CO2 в атмосфере остается неизменным даже при кратковременных и гораздо меньших изменениях глобальной температуры, как будет показано ниже. Более правдоподобно, что долгосрочные изменения концентрации парниковых газов в газовых включениях из ледяных щитов представляют собой совокупный эффект взаимодействия многих процессов, происходящих в ледяном покрове и в ледяных кернах, но не состав древней атмосферы (рис. 4).
Эпоха воздуха в пузырьках
Специальное, спекулятивное предположение о том, что воздух в пузырьках льда на 90-200 лет моложе льда, в который заключены пузырьки, было выдвинуто в то время, когда было обнаружено, что концентрации парниковых газов в пузырьках воздуха изо льда, отложившегося в 18-м и 19-м веках, аналогичны концентрациям парниковых газов нынешней атмосферы.
Никаких экспериментальных доказательств в поддержку этого предположения представлено не было. Вместо этого Крейг и др. предложили аргумент круговой логики, заключающийся в том, что озвученное предположение должно быть правильным, поскольку данные ледяного керна для парникового газа с возрастом, скорректированным таким образом “довольно точно соответствуют недавним атмосферным измерениям”! Позднее предположение о разнице между возрастом воздуха и возрастом льда было разработано теоретически, но не подтверждено экспериментально, с оценками этой разницы для различных полярных участков в диапазоне от 90 до 2800 лет. Эти оценки были попросту основаны на возрасте перехода фирна во лёд. Предполагалось, что в Гренландии и в антарктических районах, где среднегодовая температура составляет -2,4 °C и ниже, вся толща фирна была лишена слоев льда, которые были непроницаемы для атмосферного воздуха. Кроме того, считалось, что воздух может свободно проникать в ледяной покров вплоть до перехода
фирна в лед примерно на глубине от 40 до 120 м, где происходит окончательное закупоривание пор фирна.
Однако, как обсуждалось (ссылка 12), образование ледяных корок было зафиксировано на многих участках, где среднегодовая температура приземного воздуха достигала -57°C. Многочисленные японские, российские и норвежские стратиграфические исследования показали, что такие ледяные пласты высокой плотности распространены повсеместно в Антарктическом ледяном покрове, где они образуют многослойную структуру (от 1 до 15 слоев на метр глубины), разделяющую фирн на горизонтальные карманы (рис. 5). Эта структура действует как барьер для свободного проникновения воздуха в фирн. Химическое и стабильное фракционирование изотопов CO2, CH4, N2 и O2, происходящее в воздухе, захваченном пористым гренландским фирном, указывает на то, что этот воздух в фирне изолирован от атмосферы. На этом основании Крейг и др. отменили свою предыдущую оценку разницы между возрастом воздуха и льда.
Спустя 13 лет после того, как было выдвинуто предположение о разнице в возрасте, и было принято на этой основе решение, что уровень парниковых газов в доиндустриальной атмосфере был ниже, чем сейчас, – была предпринята попытка обосновать всё это в эксперименте, проведенном в скважине на Саммите, Гренландия. В этом месте авторы оценили разницу в возрасте воздуха и льда в 210 лет. Как было указано в ссылке 22, интерпретация результатов в эксперименте игнорировала закон Дарси о течении в пористых средах. Концентрация CО2, измеренная в воздухе фирна, примерно 214-летней давности, варьировалась от 242,3 до 435,7 частей на миллион; а в фирне 50-летней давности она колебалась от 347 до 641,4 промилле. Такие концентрации отражают не состав атмосферного воздуха, а скорее процессы фракционирования в ледяных покровах и экспериментальные артефакты.
Результат предположения о том, что воздух в пузырьках моложе льда, в котором они обнаружены, очевиден на рисунке 6(б), который широко принят в качестве “доказательства” того, что уровень CO2 в атмосфере был повышен в результате деятельности человека. Та же ошибочная процедура также была использована и для других парниковых газов. В случае CO2 данные, полученные изо
льда 19-го века, отобранного в Сипле, Антарктида, были сформированы таким образом, чтобы могли точно перекрыть нынешние концентрации CO2 в атмосфере, измеренные на действующем вулкане Мауна-Лоа, выделяющем CO2, Гавайи, — произвольное предположение того, что закрытый воздух на 83 года моложе льда.
Без этой “поправки”, учитывая реальный возраст льда, кривые Simple и Mauna Loa не соответствуют друг другу и могут указывать на то, что концентрация CO2 в атмосфере во второй половине 19-го века была такой же, как и в 1970-х годах. Можно также отметить, что концентрация CO2 в пузырьках воздуха уменьшается с глубиной залегания льда в течение всего периода между 1891 и 1661 годами – не из-за каких-либо изменений в атмосфере, но из-за возрастающего градиента давления.
Треснувшие и загрязненные ледяные керны.
Ещё один аспект, игнорируемый сторонниками глобального потепления, касается состояния образцов ледяного керна в ходе процедуры отбора проб. Бурение ледяных кернов – жесткий процесс, подвергающий лед механическим и термическим нагрузкам, резкой декомпрессии и загрязнению. Эти факторы вызывают микро- и макроразрушение льда, вскрытие первоначальных пузырьков воздуха и образование искусственно созданных вторичных воздушных полостей
в глубоком льду без пузырьков, внутреннее загрязнение кернов.
Плотная сеть горизонтальных трещин в ледяных кернах образуется в результате сброса давления, превышающего примерно 8 бар; то есть в кернах на глубине менее 110 метров. Растрескивание происходит во время бурения и транспортировки керна вверх по стволу скважины, который заполняется буровым раствором, удерживающим стенки. Небольшие трещины вскоре заращиваются, происходит их регенерация, – их следы видны в виде горизонтального расслоения
сердцевин. Эффекты явления образования пленки, хорошо известного геологам и гляциологам, демонстрируются на рисунке 7.
Такая же горизонтальная трещина видна на аналогичной фотографии керна “Восток”. Буровой раствор (дизельное топливо, авиакеросин и т.д., с добавлением агрессивных органических веществ для регулирования плотности и антифриза) поступает в трещины и проникает в центральные
части кернов, а также в пузырьки воздуха и вторичные газовые полости, образованные диссоциирующими клатратами. В классических статьях о парниковых газах в полярных льдах читатель не информирован о методе бурения или об использовании бурового раствора
(например, смотрите ссылку 50). Газы, выделяющиеся при разложении клатратов, могут попасть в буровой раствор до того, как на поверхности ледяного покрова заживут трещины. Как предположили Крейг и др., в ходе этого процесса может происходить молекулярное и изотопное фракционирование газов.
Многочисленные исследования радиального распространения металлов в кернах (например, ссылка 51) показывают значительное загрязнение их внутренних областей металлами, присутствующими в буровом растворе: концентрация цинка и свинца в глубинном льду Антарктики была в десятки и сотни тысяч раз выше, чем в современном снегу на поверхности ледяного покрова (рис. 8). Это демонстрирует, что ледяные керны не являются замкнутой системой; тяжелые металлы из бурового раствора проникают в керны через микро- и макротрещины во время бурения и транспортировки кернов на поверхность.
Во время бурения ледяные керны становятся пористыми и открытыми как для притока, так и для оттока газов и жидкостей. Явление образования защитной пленки и около 20 физических и химических процессов, происходящих в ледяных покровах и в ледяных кернах, делают лед и его газовые включения неподходящим материалом для реконструкции уровней парниковых газов в
древней атмосфере.
Удивительно, как доверчиво научное сообщество и общественность восприняли явно ошибочные интерпретации исследований ледников во свидетельство антропогенного увеличения
содержания парниковых газов в атмосфере. Будущие историки могут использовать этот случай как пример негативного влияния политики на науку.
Использование данных по изотопам углерода для определения CO2.
Анализ ледникового покрова – не единственный способ оценить антропогенный вклад в текущее содержание CO2 в атмосфере. Углерод, присутствующий в CO2, состоит из двух стабильных
изотопов: углерода-12 и углерода-13. Их соотношение обычно выражается как значение d13C (дельта-углерод-13). Это значение отличается в различных компонентах окружающей среды. Для среднего содержания углерода в земной коре оно составляет 7 промилле; для атмосферного CO2, находящегося в изотопном равновесии с морскими HCO32 и CaCO3 (карбонат кальция), оно, по оценкам, составляет около 7 промилле; измеренное в атмосферном CO2 в 1956 году составляло 7,00 промилле; в 1988 году – 27,807 промилле; а для ископаемого топлива и биогенного углерода оно было равным 26 промилле. Такие большие различия в изотопных характеристиках ископаемого топлива и биогенного углерода делают возможной оценку о текущем и прошлых выбросах этого источника в атмосферу, поскольку смешивание даже относительно небольших количеств CO2 со столь низким значением d13С должно изменить среднее естественное значение d13С атмосферного CO2.
Эта оценка может быть произведена путем расчета баланса массы изотопов углерода. Например, в период с 1956 по 1988 год концентрация CO2 в атмосфере изменилась с 315,6 промилле до 351,2 промилле; то есть на 10,14 процента. Если бы это изменение было вызвано исключительно антропогенными выбросами CO2 с концентрацией D13C в 226 промилле, то в 1988 году средняя атмосферное значение d13C должно быть (7 промилле · 0,8989) + (226 промилле · 0,1014) =
28,927 промилле, а не 27,807 промилле, как измерено Килингом и др. в Мауна-Лоа, Гавайи. При 21-процентном увеличении содержания CO2 в атмосфере, вызванном деятельностью человека, как утверждает МГЭИК на основе исследований ледников, и при доиндустриальном значении d13C, равном 27 промилле, текущее содержание CO2 в воздухе d13C должно снизиться примерно до 211 промилле. Такое низкое значение никогда не определялось. Такие данные противоречат всей структуре гипотезы парникового потепления и, в частности, эти данные противоречат нереалистично долгому времени жизни CO2 в атмосфере – до 200 лет, предполагаемому МГЭИК. Это предположение позволяет накапливать довольно небольшое ежегодное увеличение выбросов ископаемого топлива и землепользования примерно на 6 гигатонн углерода (GtC) в год, примерно до предполагаемого увеличения атмосферного давления на 150 ГтК в период с 1869 по 1990 год. Значение d13С, измеренное в 1988 году, – которое намного превышает результат расчета баланса изотопной массы, – позволяет предположить, что в 1988 году антропогенные источники вносили лишь малую долю в общий объем атмосферного CO2. Эта доля может быть количественно определена следующим образом.
В 1991 году автор вместе с Томом В. Сегалстадом из Университета Осло рассчитал изотопный состав атмосферного общего пула CO2 в декабре 1988 года в размере 748 ГтК, о котором МГЭИК сообщила в 1990 году, в котором Килинг и др. (1989) измерили d13С, равным 7,807 промилле. Мы провели эти расчеты для трех компонентов CO2 в совокупности: (1) доля природного CO2 с d13С или 7 промилле, оставшаяся от доиндустриальной атмосферы (до 1750 года); (2) доля природного CO2
с d13С или 7 промилле, оставшаяся от периода 1750-1988; и (3) совокупная доля CO2, остающаяся от каждого годового выброса ископаемого топлива CO2 с 1860 по 1988 год, при d13C = 26 промилле.
Для различных периодов концентрации CO2 в атмосфере мы рассчитали массу N каждого компонента, оставшегося в 1988 году за определенные годы, используя уравнение
N = N0e2λt, где N0 – ежегодный выброс CO2 (в GtC) за время t (в годах) до конца декабря 1988 г.
из природных источников или при сжигании ископаемого топлива, а λ – константа удаления (reciprocal lifetime) для различных периодов существования CO2 в атмосфере от 2 до 200 лет. Расчеты баланса изотопной массы продемонстрировали, что “служебный” срок, соответствующий критериям 1988 года по d13C, составляющим 7,807 промилле, и массе атмосферного CO2, равной 748 ГтК, составляет всего 5 лет. Ни более длительный, ни более короткий срок не дает реалистичных результатов по балансу изотопной массы.
Продолжительность жизни атмосферного CO2 около 5 лет согласуется с многочисленными оценками, основанными на измерениях атмосферного углерода-14 из природных источников и ядерных испытаниях. Значительные количества углерода-14 в результате ядерных испытаний проникли глубоко в океан за относительно короткое время; через 10 лет после наиболее интенсивного испытания в 1962 году углерод-14 был найден на глубине 5000 м в Северной Атлантике. Аналогичное время жизни CO2 в атмосфере было также оценено Старром на основе сезонных вариаций атмосферного CO2. 5-летний срок службы означает замену 18 процентов, — то есть 135 ГтК, — атмосферного пула CO2 за каждый год. Антропогенный вклад, составляющий около 6 ГтК в год, меркнет по сравнению с этим огромным природным потоком.
Результаты наших расчетов также указывают на то, что масса CО2 от всех прошлых выбросов ископаемого топлива, оставшихся в атмосфере в декабре 1988 года, составило около 30 ГтК, то есть около 4% (а не 21%) от атмосферного содержания CO2 в 1988 году, что соответствует концентрации CO2 в атмосфере около 14 ppmv. Содержание CO2, не связанного с ископаемым топливом и небиогенного, с отношением d13C, равным 7 промилле, в атмосфере в декабре 1988 года составляло около 718 ГтК. Это соответствует доиндустриальной концентрации CO2 в атмосфере, составляющей около 339 промилле. Компонент ископаемого топлива был бы меньше, если бы выбросы от наземной биоты (с аналогичным d13C для ископаемого топлива) были включены в расчет. Оценка Гатри и Смита, согласно которой с 1860 по 1990 год в выбросах CO2 от ископаемого топлива осталось 35 ГтК, основанная на расчетах баланса массы (без учета изотопов) и продолжительности жизни CO2 в атмосфере в 5,1 года, близка к нашему результату.
В текущем объеме атмосферного CO2 преобладает природный CO2 с d13c =7 промилле, дегазированный из океана. 4-процентный антропогенный вклад в этот бассейн очевидно меньше, чем колебания притока CO2 из природных источников, вызванные климатической нестабильностью.
Увеличение выбросов CO2 не является результатом деятельности человека.
Концентрация CO2 в атмосфере увеличилась с 315,6 ppmv в 1958 году до 359 ppmv в 1994, поскольку эти концентрации соответствуют массе CO2 в атмосфере, равной 669 ГтС и 761
GtC, соответственно, совокупный прирост за 37 лет составил 92 GtC; то есть около 14 процентов от атмосферной массы CO2 1958 года. Среднегодовой прирост за этот период составил тогда около 2,5 GtC.
Каждый год около 12 процентов (то есть 92 ГтК) от общей массы CO2 в атмосфере обменивается с океаном, и около 13 процентов (102 от общего объема) приходится на наземную биоту (МГЭИК, 1990).
Возможно, что наблюдаемое увеличение CO2 является результатом небольшого изменения этого годового естественного потока CO2, вызванного усилением дегазации из более теплого океана и усилением процессов окисления на суше и на море в результате естественных климатических колебаний. Эта возможность не обсуждалась в документе МГЭИК 1990 года.
По оценкам МГЭИК, температура поверхностных вод повысилась в период с 1910 по 1988 год примерно на 0,6°C. Аналогичное повышение температуры приземного воздуха также наблюдалось в этом периоде. Повышение средней температуры поверхности океанических вод (15°C) на 0,6°C привело бы к снижению растворимости CO2 в этих водах (0,1970 г CO2 на 100 г) примерно на 2 процента. Поток CO2 из океана в атмосферу должен быть увеличен на тот же коэффициент, то есть
примерно на 1,9 ГтК/год. Это аналогично наблюдаемому среднему увеличению содержания CO2 в атмосфере в 1958-1968 годах на 0,73 ppmv/year, что соответствует 1,6 GtC/год. Измеренное ежегодное увеличение содержания CO2 в атмосфере было выше в следующие два десятилетия (2,5 ГтЦ/год и 3,4 ГтЦ/год в годовом исчислении), что указывает на то, что изменения растворимости CO2 в океанической воде были ответственны только за часть наблюдаемого увеличения содержания CO2. Неорганические процессы на суше и изменения в морской и наземной биоте также могли бы способствовать этому увеличению.
Температура атмосферного воздуха и поверхности моря в течение этого периода повышалась не плавно, а довольно нерегулярно, зигзагообразно из года в год (рис. 9). Ежегодные изменения массы атмосферного CO2 непосредственно следовали за изменениями температуры. Вероятно, это было результатом быстрого установления равновесия между концентрацией CO2 в атмосфере и
растворенным неорганическим углеродом в море примерно за три четверти года.
Наибольшее похолодание и наибольшее снижение скорости увеличения содержания CO2 в атмосфере произошло после извержений вулканов, которые достигли стратосферы, характеризуясь высоким индексом пылевой завесы: Гунунг-Агунг в 1963 году, Фуэго в 1974 году, Эль-Чичон
в 1982 году, Невадо-дель-Руис в 1985 году и Пинатубо в 1991 году.
С другой стороны, плавно и неуклонно растущее ежегодное увеличение антропогенных выбросов CO2 в результате сжигания ископаемого топлива и производства цемента не соответствует
колебаниям атмосферного CO2. С 1988 года эти резко растущие антропогенные выбросы не были связаны со снижением значений d13С атмосферного CO2; в течение 7 лет с 1988 по 1994 год это последнее значение оставалось на удивление стабильным. Если наблюдаемые изменения концентрации CO2 были вызваны человеком, то следует наблюдать снижение d13С.
Во время знаменитого “энергетического кризиса” в 1974-1975 годах практически не наблюдалось снижения антропогенных выбросов CO2, но наблюдалось резкое снижение ежегодного прироста массы атмосферного CO2, связанного с похолоданием атмосферы; в 1983 году снижение уровня антропогенных выбросов CO2 было связано с пиком темпов увеличения массы атмосферного CO2, которому предшествовало понижение температуры воздуха в 1982 году; в 1992 году, самый высокий уровень антропогенных выбросов CO2 был связан с одним из самых глубоких падений
увеличения массы CO2 в атмосфере и охлаждением воздуха.
Данные на рисунке 9 свидетельствуют о том, что увеличение массы CO2 в атмосфере не было связано с антропогенными выбросами этого газа, а скорее о том, что это увеличение зависело от извержений вулканов и других причин естественных климатических колебаний.
Ice Core Data Show No Carbon Dioxide Increase by Zbigniew Jaworowski, Ph.D.