5 марта 2018Переменная
38040

«Нет волшебного тормоза, который может все остановить»

Специалист по моделям климата — о пути от перфокарт к терабайтам и о том, что общего у радиоактивных отходов и углекислого газа

текст: Ольга Баклицкая-Каменева
Detailed_picture© AFP / East News

Текст продолжает проект об экологии «Переменная».

Андрей Ганопольский, выпускник МГУ имени М.В. Ломоносова, уже четверть века работает в Потсдамском институте исследования последствий изменения климата (PIK). В сферу научных интересов ученого входят моделирование климата, палеоклиматология (исследование климата прошлого), циклы оледенения и другие темы. В 2011 году Ганопольский получил медаль имени Милутина Миланковича, которую Европейский союз наук о Земле вручает за выдающиеся исследования в области долгосрочных климатических изменений и климатического моделирования.

— Андрей, вы занимались моделированием климата еще во время учебы на физическом факультете МГУ. Что изменилось за это время?

— Моделированием климата я увлекся в аспирантуре и занимаюсь этим уже 35 лет. Сначала это были модели океана, я изучал волны — физические процессы в его верхних слоях. После аспирантуры я работал в Вычислительном центре Академии наук, в одной из первых лабораторий по моделированию климата, созданной академиком Никитой Моисеевым. Лаборатория под руководством Владимира Александрова в начале 80-х занималась очень популярной темой: одними из первых мы посчитали последствия «ядерной зимы», это можно назвать первым совместным проектом с американскими учеными. Затем я два года работал в Австрии, а последние 25 лет занимаюсь моделями климата в Потсдамском институте исследования последствий изменения климата.

— Из чего складывается работа ученого, который разрабатывает климатические модели, сегодня?

— Последний раз я проводил эксперименты, запуская волны в лотках с водой для дипломной работы. Сейчас у меня в офисе нет ничего, кроме компьютера, и я, конечно, чистый теоретик, который работает с моделями климата. Это значит, что я придумываю такие модели, программирую — кстати, все еще на языке Фортран, запускаю их и анализирую результат (это моя любимая работа). Но за все надо платить, приходится заниматься другими делами и тратить на это много времени: искать финансирование для содержания группы и ведения проектов, читать лекции на выездных школах, участвовать в конференциях и совещаниях, просматривать письма, которых приходит по сотне в день и на дюжину надо ответить. И если раньше у меня было по одной-две научные поездки в год, то теперь — одна-две в месяц.

За 35 лет наша наука изменилась невероятно, не только вырос объем информации, но и увеличилось число занятых в ней ученых, наверное, в тысячу раз. Наша отрасль стала очень технологичной и интернациональной, для работы в ней нужны мощные суперкомпьютеры, доступ к информации, связи, быстрый интернет, свободное владение английским языком. Чтобы произвести что-то достойное, современный ученый-климатолог должен работать в крупном научном центре или, по крайней мере, тесно с ним сотрудничать. Поэтому очень важно, что в кампусе, где я работаю, рядом с башней Эйнштейна, знаменитой астрофизической обсерваторией, — очень хорошая библиотека с доступом ко всем электронным журналам по нашему профилю и тот самый мощный суперкомпьютер.

Последний раз я проводил эксперименты, запуская волны в лотках с водой для дипломной работы. Сейчас у меня в офисе нет ничего, кроме компьютера.

— А как за это время изменились модели климата?

— Модели эволюционировали невероятно. Мы описываем те же самые процессы, что и раньше, но включаем больше разных элементов. Раньше были модели только атмосферы и океана, затем добавились растительность и ледники, геохимические и биохимические циклы, озон, атмосферная химия и так далее. Увеличились сложность и пространственное разрешение, а это очень «дорого» стоит. С двукратным увеличением разрешения временные вычислительные затраты увеличиваются на порядки. Отдельные модели теперь создают большие группы ученых и в большинстве случаев выкладывают не только результаты расчетов, но и сами модели в открытый доступ.

Много людей пишет модели, но еще больше эти модели использует. И это принципиально отличается от того, что мы делали раньше. Сравните: я начинал работать еще на перфокартах, а на БЭСМ-6 была оперативная память 32 килобайта, о чем тут говорить! Потом мы перешли на магнитные ленты, теперь оперируем терабайтами. Более сложная задача — сохранить и переработать данные расчетов, полученных с помощью моделей климата. Это отдельная большая задача, которой я не занимаюсь. Если говорить о технологиях, то 35 лет назад мы работали в каменном веке, но что касается понимания сути проблем климата, я думаю, прогресс не такой большой, как мы ожидали.

— Как быстро вы получаете результаты после работы модели?

— Я отношусь к очень маленькой группе людей, которая использует определенный класс моделей под названием «модели промежуточной сложности» (EMICs, Earth System Models of Intermediate Complexity): этот термин мы сами и придумали. Это «безумно быстрые» модели по сравнению с теми, которые использует большинство ученых, моя модель — одна из самых быстрых. Она на обычном компьютере с одним процессором считает, например, один ледниковый цикл, 10 тысяч лет, за один день. Я могу посчитать миллионы лет вперед и назад за сравнительно короткий период времени. Настоящие модели, для сравнения, в сто раз «дороже» по времени даже при работе на очень мощных компьютерах. Они способны посчитать не более ста лет за день.

По ряду причин мы не поместили эту модель в свободный доступ, но по договоренности ее используют наши коллеги в нескольких институтах.

— Не приводят ли такие «быстрые» модели к накоплению ошибок в результатах?

— И сложные модели могут давать неправильные результаты. Мы не используем слово «ошибка», а говорим о «неопределенности», причем в климатологии это слово имеет другой смысл. Речь идет вовсе не о том, что все не определено — то ли будет глобальное потепление, то ли нет. Неопределенность в научном языке означает просто среднюю ошибку, она может быть очень маленькая или не очень. Допустим, для такой грубой характеристики, как глобальная температура, прогнозы на будущее по разным моделям дают разброс результатов, но ни одна модель не предсказывает похолодания в результате выбросов углекислого газа. К концу XXI века при самом худшем варианте, если мы продолжим жечь ископаемое топливо, этот разброс температур для глобального потепления будет между тремя и пятью градусами. Наши упрощенные модели с грубым пространственным разрешением не учитывают многие процессы, но мы можем сравнивать их со сложными моделями, с палеоклиматическими данными, и они эти данные успешно воспроизводят.

В последнее время проводится все больше палеоклиматических исследований, и мы смогли убедиться, что наши модели правильно описывают изменение климата в старые времена. Мы на сто процентов уверены, что наши модели и предсказывают климат правильно. Спорить о том, будет ли глобальное потепление, растают ледники или нет, — это как вести дискуссию о том, шарообразная Земля или плоская. В этом у нас нет сомнений. Но что касается точного прогноза, например, для предсказания убытков и снижения экономических рисков в сельском хозяйстве, то могут быть ошибки.

Моя модель — одна из самых быстрых. Она на обычном компьютере с одним процессором считает, например, один ледниковый цикл, 10 тысяч лет, за один день.

— Так же как нет сомнений и в том, что причина изменения климата — антропогенный фактор?

— У меня последние 35 лет в этом нет никаких сомнений. Последний доклад IPCC (Межправительственной группы экспертов по изменению климата) употребил слова extremely likely, что, видимо, подразумевает 95% уверенности. Если 35 лет назад я пришел к этому выводу из общих соображений, то теперь все данные настолько убедительны, что я не понимаю, как это можно отрицать. Мы действительно наблюдаем глобальное потепление в полном соответствии с результатами моделей, и это потепление практически полностью вызвано результатами человеческой деятельности. Более того, без нее не было бы никакого потепления, а только небольшое похолодание. Поэтому в этом лично у меня нет никаких сомнений: это не гипотеза, это факт.

— Ваши «быстрые» модели климата позволяют быстро прогонять прошлое и будущее?

— Да, это такая экзотическая и заманчивая возможность — расчет будущего на миллион лет вперед. Мне было интересно с помощью модели разобраться в нерешенной проблеме происхождения ледниковых циклов. С другой стороны, очень важной стала задача захоронения ядерных отходов, которые надо сохранять в безопасности миллион лет, так как некоторые изотопы остаются активными после этого срока. Сейчас до сих пор нет постоянных мест для их захоронения, только временные. То есть нам надо знать будущее Земли на миллион лет вперед.

Ледниковый период — бóльшая катастрофа для человечества, чем глобальное потепление. В последний ледниковый максимум (20 тысяч лет назад), например, почти всю Швейцарию закрывал ледяной купол, ледники доходили прямо до моего офиса, а красивые холмы, на которых мы располагаемся, — это ледниковая морена. Мы сейчас сильно «выскочили» за нормальные рамки межледниковья и двигаемся в сторону суперпарникового эффекта, который был последний раз много миллионов лет назад. С помощью нашей модели мы показали, что ледникового периода долго не будет.

Журналисты обычно спрашивают: это что, плохо? Будет следующий ледниковый период через 50 тысяч лет или через 100 тысяч лет, с точки зрения нормального человека значения не имеет. Тот факт, что мы не живем в ледниковый период, обусловлен расположением планет, а не связан с человеческой деятельностью. Мы сейчас в минимуме, но этот минимум — самый неглубокий за последний миллион лет. Нам повезло, иначе ледники начали бы нарастать. Даже без всякого влияния человека голоцен будет длиться еще 50 тысяч лет, это необычно, такого не было никогда. Но если мы сожжем много ископаемого топлива и ничего не будем делать с CO2 (его теоретически можно из атмосферы изъять, но это дорого), то тогда ледникового периода не будет 100 тысяч лет.

Это не плохо и не хорошо, но просто люди должны понимать, что наша деятельность сегодня имеет практически вечные по человеческим меркам последствия. Если мы вдруг завтра прекратим жечь ископаемое топливо, то система вернется к тому состоянию, в котором она была в доиндустриальную эпоху, через миллион лет. Радиоактивные отходы будут еще опасны миллион лет, а углекислый газ, который мы выбрасываем, будет еще миллион лет влиять на климат. То есть статья была об этом, а не о том, хорошо или плохо отодвинуть ледниковый период.

Если через миллион лет на Землю прилетят инопланетяне и пробурят керны в Антарктиде, то они обнаружат, что нечто необычное случилось миллион лет назад и последствия этого все еще заметны.

— Какими проектами вы еще занимаетесь?

— У нас был интересный проект по Гренландии. Как она будет таять в ближайшее время и в далеком будущем? Если сжечь все ископаемое топливо, то вся Гренландия растает, может, за тысячу лет, что будет означать подъем уровня моря почти на метр за каждые сто лет. Но еще будут таять Антарктида и другие источники, а этого лучше избежать. Конечно, если мы перестанем сжигать в таком количестве ископаемое топливо, то выбросы углекислого газа начнут сокращаться; тогда растает очень маленькая часть Гренландии.

Кроме того, меня продолжает интересовать моделирование ледниковых циклов, так как для них до сих пор не существует полноценной теории. Мы пытаемся понять, почему происходят резкие изменения климата, как можно использовать палеоклиматическую информацию, чтобы поточнее определить чувствительность климата к изменениям СО2. Неопределенность климата, о которой мы говорили, остается достаточно большой — около 50 процентов, эта цифра остается неизменной в течение всей моей карьеры. Метеоролог Жюль Чарни еще 40 лет назад определил этот интервал — изменение глобальной температуры при удвоении углекислого газа — между 1,5 и 4,5 градуса. Мы написали уже пятый отчет IPCC, но этот интервал остался неизменным. Мы хотим использовать палеоклиматические данные, чтобы сузить климатическую неопределенность.

— Изменилось ли в Европе отношение к проблеме глобального потепления климата?

— 35 лет назад вообще никакого отношения не было. Единицы что-то слышали о климате, о глобальном потеплении. Потом об этом люди узнали, начали относиться к этому серьезно. Если говорить о Германии, то это один из важных вопросов в предвыборной программе, и подавляющее большинство людей относится к этому очень серьезно.

Мы с вами живем в антропоцене — геологическом периоде, который сто лет назад сменил голоцен. За последние сто лет мы распространили свое влияние на миллион лет вперед. Даже если мы залезем в пещеры, наши радиоактивные отходы будут опасны миллион лет, а концентрация углекислого газа будет повышена. Если через миллион лет на Землю прилетят инопланетяне и пробурят керны в Антарктиде (если она к тому времени не растает), то обнаружат, что нечто необычное случилось миллион лет назад и последствия этого все еще заметны.

Понятно, что людей мало волнует, что произойдет через миллион лет, но надо понимать, что нет волшебного тормоза, который может все остановить. Мы проводим такие довольно странные исследования, определяя, насколько задержится следующий ледниковый период при сжигании определенного количества ископаемого топлива, чтобы показать людям, насколько долговременны и губительны их действия.

Комментарии