В то же время, когда вулканы выбрасывают летучие вещества в атмосферный воздух, в других местах, в основном вдоль желобов и зон субдукции, материал поступает назад в астеносферу. В глубоководных желобах и на других конвергентных границах плит поглощаются огромные количества воды и карбонатов (минеральной формы углерода). Часть воды и карбонатных минералов затем выделяется новыми вулканами, а часть перерабатывается в мантии. Тем не менее независимо от событий, происходящих на поверхности Земли, – даже в условиях Земли-снежка, – в результате вулканических процессов углекислый газ и другие летучие вещества продолжают выбрасываться, несмотря на лед и снег, и возникающий тепловой эффект в конце концов приводит к таянию даже Земли-снежка.

Ученые могут установить, что увеличение содержания углерода в атмосфере связано со сжиганием ископаемого топлива, по изотопному составу диоксида углерода, как по своего рода отпечаткам пальцев. Существует три изотопа углерода, которые мы впервые обсуждали в главе 4: углерод-14, самый тяжелый и слаборадиоактивный, углерод-13 и углерод-12. Количество углерода-14 естественным образом снижается по мере его распада с образованием азота-14. В тканях растений содержатся преимущественно более легкие изотопы – углерод-13 и углерод-12. Уголь образуется из растений, поэтому в нем преобладает углерод-13, который не радиоактивен. При сжигании угля высвобождается накопленный углерод. Поскольку в атмосфере высокое содержание углерода-14, при попадании в нее углерода-13 из угля наблюдается эффект разбавления и в целом снижение количества углерода-14. Это побочный эффект, связанный с потребностью человека в получении энергии за счет ископаемого топлива, и в этом случае изотопная подпись указывает на последствия деятельности человека: ученые, отслеживающие количество углерода-14 в атмосфере, отмечают значительное его снижение с начала промышленной революции.

Изменения атмосферного воздуха вследствие повышения концентраций диоксида углерода (парникового газа) занимают важнейшее место в научных исследованиях и новостях. Сводный отчет IPCC подтверждает, что климат меняется в результате использования людьми ископаемого топлива[596]. Нефть, природный газ и залежи угля являются резервуарами углерода, для формирования которых потребовались миллионы лет, но углерод высвобождается из этих резервуаров и поступает в атмосферу гораздо быстрее. Метан (CH4) – еще один сильнодействующий парниковый газ, который является побочным продуктом сельского хозяйства, в частности, выращивания крупного рогатого скота. В результате сжигания ископаемого топлива и развития сельского хозяйства деятельность человека привела к изменению фонового состояния атмосферы, изменив состав самого воздуха, необходимого всем живым организмам, включая людей.

Концентрации диоксида углерода и температура взаимосвязаны и меняются вместе: увеличение содержания в атмосфере углекислого газа приводит к росту температуры, и наоборот. Данные о концентрациях диоксида углерода и температурах за период с 800 тыс. лет назад по наше время (см. цветную вклейку 12.4) основаны на результатах изучения ледяных кернов, отобранных в Антарктиде. Цветной график иллюстрирует циклы повышений и понижений обоих параметров. Однако на протяжении этого периода максимальная концентрация углекислого газа редко превышала 300 ppm, за одним исключением. На графике зафиксированы ледниковые периоды – времена великого похолодания, когда преобладал лед и концентрации углерода и температуры были низкими, – и периоды межледниковья, когда обе величины повышались. Параметры планеты, такие как форма земной орбиты, наклон оси и изменение ориентации оси (прецессия), влияют на количество поступающего на Землю солнечного излучения и, таким образом, определяют холодные и теплые периоды. Эти параметры меняются со временем, каждый со своей периодичностью[597]. Такие периодические изменения называются циклами Миланковича, по имени сербского математика Милутина Миланковича (1879–1958), который в 1930 г. соотнес циклические изменения наклона оси Земли, формы орбиты (эксцентриситет) и изменение направления земной оси (прецессия) с периодами оледенений и межледниковья в геологической летописи. Миланкович выполнил все расчеты с помощью карандаша и бумаги, поскольку компьютеров в то время не существовало[598]. Эти циклы приводят к изменению поступления солнечной радиации в среднем на 10 %, вызывая потепление и похолодание. Данные ледяных кернов и другие прокси-данные показывают, что до последних нескольких столетий преобладающая тенденция в изменениях концентраций углекислого газа и температур соответствовала циклам. Однако циклы Миланковича не объясняют и не являются причиной последнего потепления атмосферы Земли, которое продолжается с доиндустриальных времен и является результатом деятельности человека[599].

С переходом к земледелию и в эпоху промышленной революции средняя концентрация диоксида углерода в атмосфере Земли выросла почти на 49 % по сравнению со значениями до промышленной революции, которые составляли примерно 280 ppm. В мае 2019 г. средняя концентрация углекислого газа, которую зарегистрировала обсерватория Мауна-Лоа NOAA, составляла 414,7 ppm – максимальное значение на тот момент[600]. Согласно недавней публикации NOAA, по данным обсерватории Мауна-Лоа значение концентрации диоксида углерода в апреле 2020 г. было 416,21 ppm[601]. Это удручающее значение параметра на 25 % выше исторического максимума за прошедшие 800 тыс. лет и предвещает печальные последствия.

Интересно, что во время пандемии COVID-19 за первые два месяца с момента введения в действие распоряжений о необходимости оставаться дома (с середины марта до середины мая 2020 г.) количество выбросов парниковых газов в целом уменьшилось на 17 % в США и во всем мире[602]. Поэтому NOAA начали исследование, в рамках которого отслеживается влияние снижения выбросов диоксида углерода и других загрязняющих веществ на окружающую среду с начала пандемии[603]. Первые результаты показывают улучшение качества воздуха, поскольку люди стали меньше летать самолетами и использовать автотранспорт. Такие социальные эффекты пандемии наряду со снижением объемов промышленного производства являются наиболее вероятным объяснением временного снижения выбросов и более чистого воздуха. Несмотря на снижение выбросов углекислого газа в связи с меньшим использованием автотранспорта и уменьшением числа полетов, уровень диоксида углерода, по оценке обсерватории Мауна-Лоа, одновременно достиг 417,2 ppm, на 2,4 ppm выше предыдущего максимума в 2019 г.[604]. Выбросы углекислого газа должны снижаться на 10 % по меньшей мере в течение года, чтобы был виден эффект на кривой Килинга – графике, который отображает ежедневные концентрации диоксида углерода на протяжении времени. Никакие события за 62-летнюю историю кривой Килинга, включая экономический спад 2008 г. и даже крах СССР в начале 1990-х гг., не привели к появлению впадины на этом графике, регистрирующем постоянное увеличение уровня диоксида углерода[605].

Хотя кажется невозможным, что потепление на 1 или 2 °C может быть значительным или что люди способны повлиять на такую огромную систему, как Земля, данные свидетельствуют, что именно это и происходит в результате деятельности человека. Изменения наблюдаются во многих наиболее обширных ледниковых щитах и глетчерах на Земле. Исследование 5200 ледников, проведенное в 2015 г., показывает «беспрецедентную утрату льда», особенно в тех ледниках, наблюдения за которыми ведутся уже в течение 100 лет[606]. Эти ледниковые щиты и глетчеры из-за своих размеров играют важную роль в формировании климата и погоды на Земле. Они отражают солнечный свет и способствуют охлаждению планеты. Чем больше льда тает, тем