Имеющиеся результаты моделирования дают основание полагать, что в XXI веке вряд ли возможны такие резкие изменения климата, как разрушение Западно-Антарктического ледового щита, быстрая убыль Гренландского ледового щита или крупномасштабные изменения в океанических циркуляционных системах. Однако вероятность таких изменений все более повышается по мере прогрессирования возмущения в климатической системе.
Физический, химический и биологический анализ кернов гренландского льда, морских отложений из Северной Атлантики и других районов, а также множества других свидетельств климата прошлых периодов показал, что локальные температуры, ветровые режимы и круговорот воды могут быстро меняться всего лишь за несколько лет. Сравнение результатов наблюдений в разных частях света показывает, что в прошлом имели место серьезные изменения в масштабе полушарий или всей планеты. В результате выработалось мнение о неустойчивом климате прошлого, который проходил этапы резких изменений. Поэтому важной проблемой является то, что продолжающийся рост концентраций парниковых газов в атмосфере может создавать возмущение, достаточно сильное для того, чтобы вызвать резкие изменения в климатической системе. Такое вмешательство в климатическую систему можно было бы считать опасным, ибо оно имело бы существенные глобальные последствия.
Перед тем, как обсудить несколько примеров таких изменений, полезно определить термины «резкое» и «существенное». «Резкое» означает, что изменения происходят гораздо быстрее, чем возмущение, их вызвавшее; иными словами, реакция – нелинейная. «Существенное» изменение климата – это изменение, предполагающее изменения, выходящие за диапазон текущей естественной изменчивости и имеющие пространственный охват от нескольких тысяч километров до всей площади поверхности Земли. В локальном и региональном масштабе резкие изменения – типичная характеристика естественной изменчивости климата. Отдельные, кратковременные явления, которые уместнее называть «экстремальными явлениями», здесь не учитываются, а во внимание принимаются довольно крупномасштабные изменения, которые быстро развиваются и продолжаются несколько лет или десятилетий. Например, сдвиг в температурах морской поверхности в середине 1970-х гг. в восточной части Тихого океана или уменьшение солености в верхних 1000 м Лабрадорского моря в середине 1980-х гг. – примеры резких явлений с локальными и региональными последствиями, в отличие от более масштабных, более продолжительных явлений, на которых здесь делается акцент.
Один пример – проблема потенциального коллапса или остановки Гольфстрима, которая привлекла внимание широкой общественности. Гольфстрим – это преимущественно горизонтальное течение в северо-западной части Атлантического океана, приводимое в движение ветрами. При этом, однако, на стабильное свойство общей циркуляции океана, его северное расширение, которое питает формирование глубинных вод в Гренландском, Норвежском и Исландском морях, доставляя таким образом значительные количества тепла в эти моря и к близлежащим участкам суши, сильно влияют изменения плотности поверхностных вод в этих районах. Это течение образует северное окончание меридиональной опрокидывающей циркуляции бассейнового масштаба (МОЦ), которое формируется вдоль западной границы Атлантического бассейна. Непротиворечивым результатом моделирования климата является то, что плотность поверхностных вод в Северной Атлантике снижается вследствие потепления или уменьшения солености, сила МОЦ уменьшается, а с ней снижается и подача тепла в эти районы. Сильное устойчивое снижение солености могло бы вызвать даже более значительное уменьшение или полную остановку МОЦ во всех прогнозных моделях климата. Такие изменения действительно случались в далеком прошлом.
Сейчас вопрос состоит в том, является ли растущее влияние человека на атмосферу достаточно сильным возмущением для МОЦ для того, чтобы такое изменение началось. Повышение содержания парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению и активизации гидрологического цикла, а последний фактор делает поверхностные воды Северной Атлантики менее солеными, поскольку усилившиеся дожди обеспечивают стекание в океан большего количества пресной воды из рек региона. Потепление также вызывает таяние материкового льда, вследствие чего увеличивается приток пресной воды и еще больше снижается соленость поверхностных вод. Оба эффекта снизили бы плотность поверхностных вод (которые должны быть достаточно плотными и тяжелыми, чтобы тонуть и приводить этим в движение МОЦ), в результате чего в XXI веке МОЦ сократилась бы. По прогнозам это уменьшение будет идти в ногу с потеплением: ни одна из нынешних моделей не показывает в текущем столетии резкого (нелинейного) сокращения или полной остановки. Разброс результатов моделирования сокращения МОЦ все равно велик, практически от отсутствия реакции до сокращения более чем на 50% к концу XXI века. Эти межмодельные вариации обусловлены разницей в силе атмосферных и океанических обратных связей, которые имитируются в этих моделях.
Есть неопределенность и в отношении долгосрочной перспективы МОЦ. Многие модели прогнозируют восстановление МОЦ после стабилизации климата. В некоторых моделях, однако, есть пороги для МОЦ, и они проходятся, когда воздействие достаточно сильно и длится достаточно долго. Такие модели показывают постепенное сокращение МОЦ, которое продолжается даже после стабилизации климата. Количественная оценка вероятности такого развития события на данном этапе невозможна. Тем не менее, даже если бы это случилось, Европа все равно испытала бы потепление, так как радиационное воздействие, вызванное повышением концентрации парниковых газов, подавило бы похолодание, связанное с сокращением МОЦ. Поэтому катастрофические сценарии, предсказывающие начало ледникового периода из-за остановки МОЦ, - не более чем предположения, и ни одна модель климата такого результата не дала. На самом деле процессы, приводящие к ледниковому периоду, достаточно хорошо поняты и полностью отличаются от обсуждаемых здесь, поэтому мы с уверенностью можем исключить этот сценарий.
Независимо от долгосрочного развития МОЦ модели сходятся в том, что потепление и снижение солености в результате него значительно сократят формирование глубинных и промежуточных вод в Лабрадорском море в следующие несколько десятилетий. Это изменит характеристики промежуточных водных масс в Северной Атлантике и в конечном итоге повлияет на большие глубины океана. Долговременные последствия такого изменения неизвестны.
Среди других широко обсуждаемых примеров резких изменений климата – быстрый распад Гренландского ледового щита или внезапное разрушение Западно-Антарктического ледового щита. Результаты моделирования и наблюдения показывают, что потепление в высоких широтах северного полушария ускоряет таяние Гренландского ледового щита и что усиление снегопадов вследствие активизации гидрологического цикла не способно компенсировать это таяние. Как результат, Гренландский ледовый щит в следующие столетия может значительно уменьшиться в размерах. Более того, результаты говорят о том, что есть критический температурный порог, за которым щит должен будет полностью исчезнуть, причем этот порог может быть превзойден уже в нынешнем столетии. Вместе с тем, полное таяние Гренландского ледового щита, которое подняло бы глобальный уровень моря почти на семь метров, - процесс медленный, который занял бы многие сотни лет.
Последние спутниковые и прямые наблюдения за ледяными потоками в разрушающихся шельфовых ледниках подчеркивают ряд быстрых реакций систем ледовых щитов. Это поднимает новый вопрос – об общей стабильности Западно-Антарктического ледового щита, разрушение которого повысило бы уровень моря еще на 5-6 метров. Хотя эти потоки, как кажется, подпираются находящимися вперед них шельфами, в данный момент неизвестно, может ли уменьшение или исчезновение этой опоры относительно ограниченных площадей ледового щита вызвать масштабный сход множества ледяных потоков и, следовательно, дестабилизацию всего Западно-Антарктического ледового щита. Модели ледовых щитов лишь начинают учитывать такие мелкомасштабные динамичные процессы, которые включают сложные взаимодействия с ложем ледника и океаном по периметру ледового щита. Поэтому нынешнее поколение моделей ледовых щитов не дает количественной информации о вероятности или времени такого события.