В мире существует потребность в неисчислимом количестве холодильных и кондиционирующих установок. Сегодня все они используют хладагенты, зачастую вредные для окружающей среды. Попытки найти приемлемую альтернативу предпринимаются давно, но пока без особого успеха. Группа учёных создала прототип кондиционера будущего, у которого отсутствуют компрессор и «парниковые» хладагенты — аммиак и другие.

Источник изображения: Luxembourg Institute of Science and Technology in Belvaux

В основе перспективной холодильной установки лежит электрокалорический эффект. Он проявляется в том, что особый материал нагревается в том случае, когда к нему прикладывается электрическое поле. Снятие электрического поля приводит к остыванию материала. Фактически такой материал отводит тепло из системы через фазовый переход, осуществляемый при изменении электрического поля, что намного удобнее, экономически выгоднее и безопаснее для экологии по сравнению с традиционными парокомпрессионными схемами.

Прототип электрокалорической холодильной установки создали учёные из Люксембургского института науки и техники в Бельво. Разработке посвящена статья в журнале Science. Опытная установка представляет собой набор плиток из похожего на керамику материала, который не разрушается при многократных циклах охлаждения и нагрева. Между плитками циркулирует жидкость, которая является переносчиком тепла из охлаждаемой камеры наружу.

В ходе экспериментов было показано, что прототип обеспечивает разницу температур в 20,9 К при максимальной мощности 4,2 Вт. «Более того, максимальный коэффициент полезного действия, даже с учетом энергии, затрачиваемой на перекачку жидкости, достигает 64 % от КПД цикла Карно при условии правильной рекуперации энергии», — сообщают авторы в аннотации к статье. Полученные цифры дают надежду, что электрокалорический эффект станет практической альтернативой холодильным и отопительным установкам будущего, обеспечив более чистую альтернативу современным кондиционерам и холодильникам.

Европейская служба мониторинга климата Copernicus («Коперник») впервые зафиксировала повышение глобальной температуры на Земле на 2 °C относительно доиндустриального уровня. Это произошло в пятницу и повторилось в субботу, о чём в сети X доложила заместитель директора службы Сэм Берджесс (Sam Burgess). Этот рекорд ещё не означает провала Парижского соглашения по климату. Это лишь очередное напоминание, что климат меняется в сторону глобального потепления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3D News

«Это был первый день, когда глобальная температура была более чем на 2 °C выше уровня 1850–1900 годов», — заявила Саманта Берджесс, заместитель руководителя C3S на сайте X, ранее известном как Twitter.

Климатологи полагают, что наблюдаемые в этом году месяцы необычайной жары сделают 2023 год самым жарким в истории, а засухи, масштабные лесные пожары и свирепые ураганы бушевали, и будут бушевать на большей части планеты. Знаковым днём стало 17 ноября, когда глобальная температура на 2,07 °C превысила среднюю доиндустриальную. На следующий день история повторилась — было зафиксировано превышение средней доиндустриальной температуры Земли на 2,06 °C.

Парижское соглашение 2015 года установило цель удержать рост средней глобальной температуры на уровне «значительно ниже» 2 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем и пожелало стремиться к более безопасному превышению на 1,5 °C. Зафиксированный рекорд превышения порога в пятницу и субботу (и, возможно, в другие дни) вовсе не означает, что климатические цели соглашения провалены. Чтобы это произошло, на 2 °C необходимо превысить доиндустриальную температуру в течение 30 лет подряд, что прогнозируется только к середине текущего столетия.

Эксперты по климату призывают мир стремиться к нижнему пределу, чтобы избежать серьезных климатических последствий, таких как волны жары, суперураганы и таяние ледяных шапок и ледников. Пока же считается, что современный климат потеплел почти на 1,2 °C по сравнению с 1850–1900 годами.

Как нетрудно догадаться, установленный 17 ноября рекорд (или антирекорд?) по пиковому набору средней температуре Земли стал вишенкой на торте в череде других температурных «достижений» 2023 года. Так, по данным Copernicus, октябрь стал самым тёплым за всю историю наблюдений в мире, как и все месяцы, начиная с июня. Есть все шансы, что 2023 год «почти наверняка» превзойдёт рекорд самого жаркого года, установленный в 2016 году.

Источник изображения: Copernicus

К этому интересно добавить наблюдения учёных, которые в ряде работ отмечают, что косвенные данные о климате, а это кольца деревьев, ледяные керны и другие свидетельства говорят о том, что температура этого года может стать беспрецедентной в истории человечества, и потенциально самой тёплой за последние 100 000 лет.

Добавим, с 30 ноября по 12 декабря в Объединенных Арабских Эмиратах пройдёт конференция COP28. На мероприятии будут разбираться промежуточные итоги (или провал?) Парижского климатического соглашения. Ожидается принятие трезвых оценок и мер по ликвидации отставания от графика.

История с радиационным охлаждением поверхностей зданий и не только давно волнует учёных. Заманчиво создать такое покрытие, которое пассивно рассеивало бы тепло в космос. Таким же образом охлаждается Земля в ясные ночи. Почему бы не усилить этот эффект и не заставить его работать на благо цивилизации, решили исследователи из Университета Мэриленда и представили свою разработку.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3D News

Группа исследователей назвала своё охлаждающее покрытие «охлаждающим стеклом» (Cooling glass). Сделано это не случайно. В основе нанопористого материала лежит настоящее толчёное стекло. Так удалось уйти от использования полимеров и создать материал, устойчивый к воде, ультрафиолету, выгоранию и даже огню, поскольку он выдерживает нагрев до 1000 °C.

Испытания показали, что в полдень «охлаждающее стекло» удерживает температуру поверхности под ним на 3,5 °C ниже, чем температура окружающего воздуха. Без всяких кондиционеров, вентиляторов и электричества поверхность остаётся холоднее воздуха даже под прямыми лучами солнца. «Стекло» на 99 % рассеивает обычный видимый свет солнца, но главное — излучает тепло в космос в длинноволновой части инфракрасного диапазона, для которого атмосфера почти полностью прозрачна, за счёт чего поверхность под ним охлаждается.

«Это революционная технология, которая упрощает процесс охлаждения и энергосбережения зданий, — сказал ведущий автор исследования Синьпенг Чжао (Xinpeng Zhao). — Это может изменить наш образ жизни и помочь нам лучше заботиться о нашем доме и нашей планете».

Образец «охлаждающего стекла». Источник изображения: University of Maryland

Расчёты показали, что использование нового материала в качестве покрытия среднеэтажного здания снизит его энергопотребление на охлаждение на 10 %. В масштабе страны и мира — это огромные цифры. Разработчики надеются, что когда-нибудь так и произойдёт. Чтобы ускорить процесс и коммерциализировать новый материал, они создали компанию CeraCool. Она займётся его продвижением в массы.

Земная атмосфера защищает нас от высокоэнергичных частиц из космоса. Для самой атмосферы это не проходит бесследно. Солнечные вспышки и частицы из глубин Вселенной возмущают её, и эти события хорошо регистрируются. Обычно они незначительные. Но не в случае ярчайшего гамма-всплеска в истории наблюдений, который зацепил Землю 9 октября 2022 года. Он всколыхнул даже верхние слои ионосферы, чего никогда не наблюдалось.

Источник изображения: IHEP

Впервые гамма-всплеск и реакцию ионосферы связали в одно событие 1 августа 1983 года. Всплеск опосредовано повлиял на амплитуду очень низкой радиочастоты. Нижняя часть ионосферы (до 350 км) оказалась возмущена высокоэнергетическими частицами из космоса, что выразилось в возмущении электромагнитного поля и сказалось на радиосвязи. Впоследствии такие события многократно регистрировались, как регулярно регистрируются возмущения нижних слоёв ионосферы от попадания высокоэнергичных частиц, испускаемых Солнцем в процессе вспышек.

Выше 350 км частицы из космоса никак не проявляли себя в ионосфере. Но 9 октября 2022 года изменило всё. Вспышка GRB 221009A возникла на удалении примерно 2,4 млрд световых лет. Скорее всего, это было рождение чёрной дыры из взрыва сверхновой. Позже у неё обнаружили интересно структурированный джет. Длилась она 7 минут, однако в ионосфере Земли на высоте около 500 км возмущение продолжалось часами, как показало специально проведённое исследование.

«В данной работе мы приводим доказательства возмущения электрического поля ионосферы на высоте около 500 км, вызванного сильным гамма-всплеском, произошедшим 9 октября 2022 г., — пишет группа специалистов под руководством астрофизика Мирко Пирсанти (Mirko Piersanti) из Университета Аквилы и Национального института астрофизики в Италии. — Используя как спутниковые наблюдения, так и новую, специально разработанную аналитическую модель, мы доказываем, что GRB 221009A оказал глубокое воздействие на ионосферную проводимость Земли, вызвав сильное возмущение не только в нижней, но и в верхней ионосфере (на расстоянии около 500 км)».

Энергия GRB 221009A была настолько колоссальной, что ослепила датчики всех космических телескопов за исключением китайского, который в этот момент проходил техническое обслуживание и зарегистрировал событие как бы прищурившись — с почти полным отключением сенсоров. Тем не менее, данные с других спутников с гамма-датчиками тоже пошли в работу и позволили воссоздать картину возмущения в верхней части ионосферы, когда высокоэнергетические гамма-кванты от вспышки GRB 221009A принялись в невиданном ранее масштабе взаимодействовать с частицами земной атмосферы.

Распространённая гипотеза утверждает, что на заре формирования Солнечной системы в Землю врезалась планета Тейя размером с Марс. Удар привёл к образованию Луны из остатков Тейи, а следы остальных обломков так и не были обнаружены. Новое моделирование показало, что остатки древней планеты погрузились в мантию нашей планеты и всё ещё плавают в ней огромными кусками.

Источник изображения: California Institute of Technology

В недавнем прошлом учёные уже проводили расчёты, которые могли бы подсказать происхождение двух гигантских аномалий на стыке ядра Земли и нижних слоёв её мантии. Ещё в 80-х годах прошлого столетия геофизики с удивлением выяснили, что в глубинах нашей планеты находятся два гигантских континента протяжённостью несколько тысяч километров каждый. На это указали сейсмические волны, которые в этих загадочных областях перемещались иначе, чем в окружающей мантии. Эти «объекты» назвали крупными областями с низкой скоростью сдвига (LLSVP, Large low-shear-velocity provinces) и стали разрабатывать гипотезы об их образовании.

Параллельно шло изучение Луны, благо к тому времени «Аполлоны» доставили на Землю образцы с её поверхности. Выяснилось, что Луна и земные мантийные породы имеют одинаковое происхождение и состав, что заставило задуматься об ударном появлении Луны. Расчёты показали, что Луна могла образоваться около 4,5 млрд лет назад при падении на Землю планеты размером с Марс. Поиски других остатков этой гипотетической планеты, которой дали имя Тейя, не увенчались успехом. Их не было в околоземном пространстве и в главном поясе астероидов.

Учёные предположили, что остатки Тейи погрузились в недра тогда ещё расплавленной Земли. Новое и более подробное моделирование, проведённое под руководством учёных из Калтеха, показало, что области LLSVP с большой вероятностью — это действительно остатки Тейи. Они сохранили свою монолитную структуру благодаря тому, что нижний мантийный слой Земли не был достаточно горячим, чтобы произошло смешивание, и остатки успели кристаллизоваться. Благодаря этому мы сегодня можем увидеть их в процессе сейсмических исследований.

Появление в недрах Земли таких гигантских инородных вкраплений очевидным образом повлияло на все последующие геологические процессы на нашей планете. Учёным ещё предстоит оценить это влияние на раннюю эволюцию Земли.

В то время как космические телескопы заглядывают в эпоху зарождения Вселенной, а в лабораториях воспроизводят явления квантового мира, оказалось, что мы пропустили кое-что важное у себя под носом. Неожиданный эксперимент показал, что свет оказался способен испарять воду без передачи тепла и делает это с большей эффективностью, чем нагрев. Это может привести к появлению лучших опреснителей воды и даже способно изменить климатические модели Земли.

Источник изображения: Pixabay

Как всем известно ещё со школы, испарение воды происходит, когда молекулы у поверхности жидкости поглощают достаточно энергии, чтобы улетучиться в воздух в газообразной форме — в виде водяного пара. Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) выяснили, что тепло вовсе необязательно использовать для испарения. Испарять воду можно с помощью света, причём даже более эффективно, чем с помощью тепла.

К исследованию этого вопроса подтолкнули многочисленные наблюдения последних лет, когда эксперименты с гидрогелями показали несоответствие скорости испарения и используемого для этого тепла. На практике испарение происходило заметно интенсивнее, чем допускал нагрев. С физикой процесса что-то явно шло не так, и учёные заинтересовались скрытыми механизмами этого, казалось бы, досконально изученного за сотни лет явления.

Базовые эксперименты показали, что причиной интенсивного испарения воды может быть свет, а не переносимое им тепло (энергия). При этом вода прозрачна для видимого света, что противоречит наблюдаемому результату. Для проверки гипотезы учёные поместили образец гидрогеля в контейнер на весах и последовательно облучали его светом с разными длинами волн, в процессе чего измеряли количество массы, которую он терял со временем в результате испарения. Образец был тщательно изолирован от оборудования и ламп для предотвращения передачи тепловой энергии воде.

Измерения показали, что вода действительно испарялась со скоростью, значительно превышающей допустимую по тепловому пределу. Степень испарения также зависела от длины волны света, достигая максимума при длине волны, соответствующей зелёному свету. Эта зависимость от цвета дополнительно подтверждает, что скорость испарения не связана с передачей тепла.

Этот же эксперимент был повторен в темноте с подогревом образца гидрогеля электричеством. Сила тока и мощность в итоге была такой же, как при облучении образца светом. В этот раз известная нам физика не подвела — объём испарённой воды остался в пределах известной нам со школы термодинамики и он был заметно ниже того, который испарился при облучении одним лишь светом.

Авторы исследования назвали новое явление «фотомолекулярным эффектом» и предположили, что фотоны света могут как бы отщеплять кластеры молекул воды у поверхности жидкости. Вероятно, нечто подобное происходит в природе, хотя физики никогда не подозревали о таком процессе. Тем самым наши климатические модели могут неправильно оценивать воздействие солнечных лучей на океаны и облачный покров. Интенсивность испарения может оказаться выше, и это будет иметь свои последствия.

Доказавшие эффект учёные получили грант на дальнейшие исследования явления. У него есть также практические перспективы. Например, таким образом можно создать более энергоэффективные опреснители, чем уже имеющиеся на основе теплового испарения.

Международное энергетическое агентство опубликовало свежий прогноз по темпам потребления в мире угля, нефти и газа до 2030 года. Установлено, что пик глобального спроса на эти ископаемые ресурсы придётся на конец текущего десятилетия с последующим выходом на ровные показатели в течение десятилетий. Этот прогноз конфликтует с прогнозом ОПЕК, ожидающей роста спроса на газ и нефть до 2045 года.

Источник изображения: Pixabay

«Переход на экологически чистую энергию происходит во всем мире, и его невозможно остановить, — заявил Фатих Бироль (Fatih Birol), исполнительный директор Международного энергетического агентства. — Это не вопрос "если", это вопрос "как скоро" — и чем скорее, тем лучше для всех нас».

Аналитики агентства подчёркивают, что нынешний энергетический кризис в корне отличается от нефтяного кризиса 70-х. Тогда не было альтернатив — солнечной и ветряной энергетики, электромобилей и практики удалённой работы. Сегодня всё это есть и последствия кризиса будут преодолеваться с меньшими издержками, несмотря на разгорающийся новый конфликт на Ближнем Востоке в дополнение к кризису в Европе.

ОПЕК считает опасным давать призрачную надежду на возобновляемую энергетику. Это выльется в недофинансирование нефте- и газодобычи и приведёт к энергетическому хаосу. В агентстве согласны, что потребность в нефти, угле и газе не исчезнет в одночасье. Но трансформация рынков и сознания уже началась и выход спроса на ископаемые ресурсы для энергетики на плато уже к 2030 году — это реальность. После этого развитые станы начнут сокращать потребление ископаемых ресурсов, а развивающие будут увеличивать спрос, но не выше среднего показателя в глобальном масштабе.

Согласно проведенному анализу, к 2030 году на дорогах может появиться в 10 раз больше электромобилей, чем сегодня, а возобновляемые источники энергии, такие как солнце, ветер и гидроэнергия, смогут обеспечивать 50 % мировой электроэнергии по сравнению с 30 % сегодня. Тепловые насосы и другие электрические системы отопления могут превзойти отопление от сжигания газа и мазута. Глобальные инвестиции в морские ветряные электростанции могут превысить инвестиции в угольные и газовые электростанции.

Если всё это произойдет, то в ближайшие три десятилетия спрос на нефть и газ, скорее всего, будет находиться на плато, несколько превышающем сегодняшний уровень, увеличиваясь в развивающихся странах и сокращаясь в странах с развитой экономикой. Спрос на уголь, самое грязное из ископаемых видов топлива, начнёт снижаться, хотя и может колебаться из года в год, если, например, угольные электростанции будут вынуждены работать чаще во время аномальной жары или засухи.

Крупнейшие американские нефтегазодобывающие компании почему-то не воспринимают прогноз агентства всерьёз. В последние месяцы в США они скупают мелких добытчиков, явно ожидая роста спроса на нефтепродукты. Так, в понедельник компания Chevron объявила о планах покупки компании Hess за $53 млрд, что произошло всего через две недели после того, как Exxon Mobil заявила о намерении приобрести Pioneer Natural Resources за $59,5 млрд. В результате обеих сделок нефтяные гиганты приобрели крупные запасы сланцевой нефти в таких регионах, как Техас и Северная Дакота.

В своём почти 400-страничном докладе аналитики Международного энергетического агентства тщательно объяснили пагубность подобных решений и порекомендовали нефтедобытчикам узнать нужды и планы рынка возобновляемой энергетики, что должно вернуть их на землю.

«У меня есть мягкое предложение к руководителям нефтяных компаний: они общаются только между собой, — сказал г-н Бирол в интервью. — Им следует поговорить с производителями автомобилей, с производителями тепловых насосов, с производителями возобновляемых источников энергии, с инвесторами — и узнать, каким они все видят будущее энергетики».

«Пик спроса на ископаемое топливо будет значительным, но для достижения наших климатических целей потребуется его резкое сокращение в таких масштабах и темпах, которых мы еще не видели», — резюмировал Бордофф. В противном случае нам не удастся обуздать климатические изменения и это скажется на всём человечестве.

Когда миллиарды лет назад Земля собралась в одно небесное тело, в её ядре оказались заперты, помимо всего прочего, инертные газы — гелий, неон и другие. Прямо об этом мы не можем узнать — земная наука не может добраться до ядра Земли и не надеется на это в обозримом будущем. Однако по ряду косвенных признаков становится понятно, что газы из ядра Земли понемногу стравливаются в атмосферу и улетают в космос.

Источник изображения: Pixabay

Ранее в образцах древних лавовых потоков учёные обнаруживали повышенную концентрацию изотопа гелия-3 (³He). Никто не придавал этому значения, пока группа геохимиков из Канады и США не начала специально искать ³He в образцах лавы сравнительно молодого возраста около 62 млн лет. Образцы брались в базальтовой лаве с канадского острова Баффин. В этом месте соотношение ³He в породе оказалось почти в 70 раз выше, чем в воздухе. Это означает, что изотоп гелия не мог попасть в породу из воздуха, а попал в неё из другого и, очевидно, подземного источника.

Источник изображения: Nature

Мантия как источник гелия также была исключена, поскольку гелий за миллиарды лет вулканической активности нашей планеты также в основном покинул бы её. Поэтому учёные пришли к выводу, что с большой вероятностью гелий просачивается из ядра Земли, проникает в магму и по её каналам выносится на поверхность и дальше в атмосферу и в космос. Изучение следов инертных газов из невообразимых глубин Земли может стать ещё одним инструментом, который приблизит нас к пониманию, как и из какого вещества сформировалась наша планета.

Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало новые планы для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Агентство больше не делает ставку на непроверенные технологические решения в виде широкого использования водородного топлива и улавливания углекислого газа. Вместо них эксперты рекомендуют умножить усилия по переходу на возобновляемую энергетику и ускорить отказ от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: Hugo Herrera / The Verge

Согласно представленным в 2021 году планам МЭА, чтобы удержать рост средней температуры на Земле на уровне 1,5 °C от доиндустриального уровня, необходимо отказаться от инвестиций в новые проекты по добыче и использованию ископаемого топлива. Среди ряда шагов для достижения углеродной нейтральности к 2050 году, наряду с переходом на возобновляемые источники энергии рекомендовалось переходить на водородное топливо и создавать системы для улавливания углекислого газа в процессах производства.

За прошедшие с момента публикации плана два года планета нагрелась на 1,2 °C и обещает нагреться к 2050 году выше критического уровня в 1,5 °C, установленного Парижским соглашением по климату. За это же время водородные технологии и перспективные решения по улавливанию углерода показали себя малоперспективными и не способными развиться до зрелого уровня. Стало очевидно, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе они не смогут спасти Землю от глобального потепления и делать ставку на них больше нельзя. И если до этого МЭА ожидало от новых технологий сокращения выбросов до 50 %, то теперь ожидания снижены до 35 %.

Так, в докладе сказано, что «производство водорода является скорее климатической проблемой, чем решением климатических проблем». Водород, напомним, должен снизить выбросы тяжёлого транспорта, который загрязняет атмосферу наиболее сильно — это авиация, судоходство, железнодорожный транспорт и грузовики. Для производства водорода в основном в мире используется природный газ, что ведёт также к росту выбросов в атмосферу парниковых газов.

Благие намерения уничтожаются современными технологиями производства водорода. Пока это не изменится, экологическая польза водородного топлива достаточно сомнительна и эксперты решили это признать. Поэтому в новых планах МЭА прогноз по доле большегрузного автомобильного транспорта на топливных ячейках на дорогах в 2050 году снижен по сравнению с планами 2021 года на 40 %.

Аналогичным образом на 40 % снижены предсказания по улавливанию выбросов углерода при производстве энергии. «До сих пор история [улавливания углерода] была в основном историей неоправдавшихся ожиданий», — сказано в новом докладе МЭА. Министерство энергетики США (DOE) потратило сотни миллионов долларов на неудачные проекты по улавливанию углерода в основном из-за «факторов, влияющих на их экономическую жизнеспособность», как было сказано в одном из отчётов федерального регулятора.

«Извлечение углерода из атмосферы обходится очень дорого. Мы должны сделать всё возможное для того, чтобы перестать выбрасывать его в атмосферу», — заявил в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль. Эти технологии могут быть использованы лишь в критических случаях, когда не будет другого выхода.

Вместо непроверенных технологий МЭА рекомендует утроить мощности возобновляемых источников энергии в мире, чтобы в первую очередь прекратить генерировать загрязнение, приводящее к потеплению планеты. Расходы на экологически чистую энергетику должны увеличиться более чем в два раза: с $1,8 трлн в этом году до $4,5 трлн к началу следующего десятилетия. Энергоэффективность также должна удвоиться в те же сроки, а наиболее богатые страны мира должны достичь нулевого уровня выбросов за несколько лет до достижения глобальной цели в 2050 году.

Будет ли услышан голос экспертов? В США активно осваивают бюджетные средства на технологии улавливания углекислого газа из атмосферы и газов, сопутствующих производству. В России также готовы следовать этому курсу, и уже оценили потенциал ресурсов для хранения CO₂ из промышленных источников, к чему подталкивает введение климатических налогов на выбросы.

В рамках заключённого ещё в феврале этого года соглашения компания IBM и NASA создали и открыли доступ к открытой ИИ-платформе для геопространственного анализа спутниковых снимков. В основе инструмента лежат спутниковые снимки (гармонизированные данные) из базы NASA, собранные европейским спутником Sentinel-2. Новый ИИ-инструмент облегчит анализ геоданных и поможет учёным лучше понимать климатические изменения и перспективы.

Источник изображения: IBM

«Никогда еще не была так очевидна важная роль технологий с открытым исходным кодом для ускорения таких важнейших областей открытий, как изменение климата, — сказал Шрирам Рагхаван (Sriram Raghavan), вице-президент IBM Research AI. — Объединив усилия IBM по созданию гибких, многократно используемых систем ИИ с хранилищем спутниковых данных NASA и сделав их доступными на ведущей платформе ИИ с открытым исходным кодом HuggingFace, мы сможем использовать силу сотрудничества для более быстрого и эффективного внедрения решений, которые улучшат состояние нашей планеты».

Данные NASA — это собранные за прошедший год мультиспектральные изображения со спутника с разрешением 30 м на пиксель — обрабатываются моделью IBM watsonx.ai. На сайте HuggingFace можно обнаружить всё необходимое для начала использования этого инструмента. Платформа поможет решить не только прогностические задачи, связанные с климатом планеты, но также позволит давать ответы на насущные вопросы, связанные с землепользованием, вырубками, пожарами, наводнениями и тому подобными проблемами.

Можно ожидать, что появление «разумного» интерфейса в таком деле, как анализ мультиспектральных спутниковых снимков, где неспециалисту ни за что не разобраться, подтолкнёт науку и приведёт к появлению практических решений для экономики, сельского хозяйства, строительства и многих других областей, зависящих от прихотей погоды.

Астроном Иштван Сапуди (István Szapudi) из Института астрономии Гавайского университета опубликовал расчёты, согласно которым климатические изменения на Земле можно остановить потенциально доступным способом. Для этого между Землёй и Солнцем надо разместить что-то вроде зонтика, например, полотно из графена. Но изюминка идеи заключается в другом. В качестве якоря для зонтика учёный предложил использовать астероид, припаркованный в точке Лагранжа L₁.

Источник изображения: Brooks Bays/UH Institute for Astronomy

Идея борьбы с глобальным потеплением с помощью поглощения части солнечного света не нова и, в общем-то, всегда лежала на поверхности. К счастью или нет, власти ведущих стран Земли не спешат реализовывать тот или иной проект. Последствия плохо просчитанных действий на этом направлении могут накликать на наши головы другие проблемы, а мы и с текущими пока не очень-то справляемся.

Главная идея Иштвана Сапуди заключается в том, что в космос не нужно будет доставлять с Земли неимоверный по тяжести груз для удержания зонтика. Якорь можно будет найти в космосе, благо NASA уже испытало возможность ударного воздействия на астероиды для изменения их траектории. Достаточно будет найти подходящий астероид и направить его в точку Лагранжа L₁ между Землёй и Солнцем. Размещение астероида в L₁ в качестве противовеса уменьшит общую массу полезной нагрузки (собственно экрана) до 35 тыс. т. Вся конструкция вместе с якорем будет весить 3,5 млн т. Но это примерно в 100 раз легче, чем если бы зонтик свободно летал в пространстве без привязи.

Сегодня с технической точки зрения такой проект неосуществим. Однако предложенная астрономом версия уже на шаг ближе к реализации, поскольку на несколько порядков снижает ограничения по массе выводимой в космос полезной нагрузки. Прорыв в производстве графена и относительно небольшая затенённость, которая нужна для предотвращения глобального потепления (поглощение от 1 % до 2 % солнечного света), могут дать нам шанс смягчить последствия изменения климата, пока мы не получим иное и более надёжное средство для решения этой проблемы.

Учёные из Университета Торонто подсчитали, что продолжительность земных суток к настоящему моменту могла бы увеличиться до 60 часов, если бы не приливные силы Луны и Солнца.

Источник изображения: Guillaume Preat / pixabay.com

Может показаться, что земные сутки, то есть период полного оборота планеты вокруг собственной оси — показатель стабильный. Но всего столетие назад они были на 1,8 мс длиннее, чем сейчас: Луна постепенно удаляется от Земли, из-за чего скорость вращения планеты замедляется. За всю историю Земли сутки имели разную продолжительность. Вскоре после формирования Луны около 4,5 млрд лет назад они длились всего 10 часов. А ближе к концу эпохи динозавров, примерно 70 млн лет назад, сутки увеличились до почти привычных нам 23,5 часа.

Учёные Университета Торонто считают, что такая скорость изменений не вполне соответствует действительности. Если бы сутки продолжили удлиняться с прежней скоростью, то сегодня они бы составляли около 60 часов — это была бы совсем другая Земля с иными биоритмами у животных и иной культурой у человека. По мнению исследователей, реализации этого сценария помешал набор факторов, определяемых Землёй, Луной и Солнцем.

Луна «несёт ответственность» за океанские приливы: её гравитация «вытягивает» массу воды в «выпуклости». Вращение Земли замедляется лунной гравитацией, а также её последствиями — трением, которое возникает между водой во время приливов и морским дном. Но на вращение Земли воздействует не только Луна. Аналогичные «выпуклости», только уже в земной атмосфере, создаёт и Солнце, но оно не замедляет, а ускоряет вращение планеты.

Сегодня воздействие Луны примерно в 10 раз сильнее солнечного — спутник побеждает в «перетягивании каната», и вращение Земли всё-таки замедляется. Но, по версии исследователей, примерно 2,2 млрд лет назад эти два фактора пребывали в равновесии. В то время температура воздуха была выше, и облёт солнечного прилива вокруг Земли занимал 10 часов. К тому времени планета делала полный оборот вокруг собственной оси за 20 часов — два прилива оказались в резонансе 1:2, что усиливало солнечный фактор. В итоге Солнце и Луна уравновесили друг друга, и продолжительность суток расти перестала, задержавшись на отметке в 19,5 часа на 1,6 млрд лет. Без этой затянувшейся паузы у нас бы теперь были 60-часовые сутки и совсем другой образ жизни.

Во Франции на конференции по геохимии им. Гольдшмидта геофизик из Национального центра научных исследований Франции Жером Гаттачека (Jérôme Gattacceca) представил метеорит, который однажды улетел с Земли и вернулся обратно тысячи лет спустя. Если открытие подтвердят независимые исследователи, это станет первым случаем обнаружения на Земле метеорита земного происхождения.

Источник изображения: Jerome Gattacceca/The Meteorological Society

Нам было удивительно узнать о том, что на Земле обнаруживаются метеориты с Марса. Но найти на земной поверхности метеорит с нашей же планеты — это сродни чуду! Некоторые учёные, кстати, уже выразили сомнение по поводу сделанных группой Гаттачека выводов. Поэтому открытие ещё предстоит защитить в ходе жарких научных дебатов, когда на эту тему выйдет публикация.

И всё же, ряд признаков говорит о том, что этот камень когда-то родился на Земле и затем был выброшен в космос. Такое могло произойти во время встречи Земли с особо крупным астероидом или, что почти невероятно, в процессе извержения вулкана. Расчёты показывают, что для этого камень должен был вылететь из жерла вулкана со скоростью, в несколько раз превышающей скорость вылета обломков в ходе типичного извержения. Обычные вулканические извержения выбрасывают камни на высоту до 31–45 км.

Анализ породы подтвердил земное происхождение камня весом 646 г. Он произошёл из вулкана на стыке океанических плит. Найден метеорит вблизи Марокко в 2018 году. Его каталожное обозначение — Northwest Africa (NWA) 13188. Сахара — одно из самых удобных мест для поиска метеоритов после Антарктиды. Отсутствие растительности и светлый песок выставляют чёрные камни с неба, как на ладони.

Изотопный анализ камня показал, что концентрация в нём гелия-3, бериллия-10 и неона-21 выше, чем встречается в земных породах и ниже, чем в других найденных метеоритах. Эти изотопы образуются под воздействием космических лучей, которые атмосфера Земли в основном блокирует. Из этого обстоятельства был сделан вывод, что камень провёл какое-то относительно короткое, но достаточное время в космосе. Наконец, камень имел характерное оплавление поверхности, которое образуется при вхождении в плотные слои атмосферы, и оно не было искусственным, что исключает фальсификацию.

Точный возраст NWA 13188 учёные надеются определить по концентрации изотопа аргона. Возможно, это укажет на время пребывания камня в космосе. Пока учёные предполагают, что он мог находиться вне Земли несколько тысяч лет. Если открытие подтвердится, это станет первым в истории земной науки обнаружением на Земле метеорита земного происхождения. Ранее порода с Земли была обнаружена на Луне экспедицией «Аполлон-14», что произошло в 1971 году. Так что версия о вернувшемся на Землю «блудном сыне» не такая фантастическая, как может показаться на первый взгляд.

Белый дом опубликовал отчёт о проблемах солнечной геоинженерии, работа над которым была заложена Конгрессом в бюджет 2022 года. В отчёте рекомендовано глубже изучить проблему искусственного вмешательства в солнечную активность на нашей планете, чтобы проблема глобального потепления не превратилась в проблему недостатка освещения для растений и в сокращение флоры и фауны. Чиновники ЕС солидарны с выводами и рекомендуют не спешить.

Источник изображения: Pixabay

Отдельно Белый дом подчёркивает, что действующая администрация не собирается запускать комплексную исследовательскую программу по вопросам модификации солнечного излучения (solar radiation modification, SRM). В представленном докладе излагаются аргументы в пользу того, как должна выглядеть такая исследовательская программа и почему она может быть полезной.

Основной темой доклада стало рассмотрение солнечной геоинженерии по принципу «риск против риска», чтобы риски вмешательства не превысили риски, связанные с бездействием и с соответствующим изменением климата (потеплением). Есть целый ряд факторов, которые могут негативно повлиять на экосистему Земли, если нам вдруг удастся уменьшить интенсивность падающего на планету солнечного света. Необходим сложный научный анализ каждого из них и оценка совокупного их влияния на климат, чтобы принять взвешенное решение, а это очень и очень сложно, а сегодня и вовсе невозможно.

В то же время последствия изменения климата становятся всё более очевидными и не сулят человечеству ничего хорошего в будущем. Это переносит проекты солнечной геоинженерии из области фантастики в область научного и, возможно, практического интереса. Климатические вмешательства могут быть менее опасными, чем глобальное потепление, которое произошло бы без них.

В докладе Белого дома основное внимание уделяется двум методам солнечной геоинженерии. Во-первых, это использование стратосферных аэрозолей, например, диоксида серы. Во-вторых, это осветление (увеличение отражательной способности) облаков над морскими и океаническими акваториями за счёт внесения морской соли в восходящие потоки воздуха. Поскольку в ряде федеральных агентств уже ведутся исследования в области модификации солнечного излучения (правда, фрагментарно) и, в частности, изучение влияния вулканов на климат, то тема аэрозольного вмешательства обещает получить фундаментальную поддержку.

В докладе выражено сожаление, что исследования в области управления солнечной радиацией ограничены и не скоординированы, что оставляет существенные пробелы. Наличие плана исследований поможет Соединенным Штатам подготовиться к внедрению модификации солнечной радиации другим правительством или частным структурам.

Преимуществом управления солнечной радиацией является быстрота. «SRM даёт возможность значительно охладить планету в течение нескольких лет», — говорится в докладе.

Источник изображения: Pixabay/jplenio

При этом эксперты перечисляют потенциальные риски вмешательства в интенсивность инсоляции. Например, аэрозоли в стратосфере могут разрушить озоновый слой. Может измениться структура осадков со всеми вытекающими для растений и животных последствиями, включая повышение уровня моря и гибель экосистем, а также стагнация сельского хозяйства. Одним словом, риски необходимо изучить вплоть до количественных оценок каждого и только тогда принимать решение о модификации солнечного излучения.

Также в докладе говорится, что даже запуск программ SRM не отменяет главной стратегии — сокращения вредных выбросов в атмосферу от деятельности человека. Программа исследований по модификации солнечного излучения будет соседствовать с «основополагающими элементами смягчения последствий выбросов парниковых газов и адаптации к ним», как сказано в докладе. Тем самым программа по модификации солнечного света не является постоянным решением, а лишь вспомогательная и обратимая мера на пути к смягчению климатических опасностей.

Европейский союз также официально выступил против солнечной геоинженерии, выложив в публичное пространство соответствующий документ. «Она не является решением проблемы климата и для её внедрения недостаточно понимания последствий такого вмешательства», — сказано в докладе.

«В нынешнем состоянии развития преднамеренное вмешательство в природные системы Земли, такое как развертывание модификации солнечной радиации (SRM), представляет собой неприемлемый уровень риска для людей и окружающей среды», — резюмируют европейские законодатели. В то же время ЕС будет поддерживать международные коллективные исследования по этой теме.

На днях на Берлинском саммите инициативы Earth Virtualization Engines генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг (Jensen Huang) рассказал специалистам по цифровому моделированию климата об инструментах и методах, которые компания предлагает в этой области, с которыми им придётся работать в ближайшие годы. Иллюстрацией прорыва в климатологии стал сгенерированный в облаке платформы NVIDIA «мультик» виртуального полёта с уровня выше облаков на улицы Берлина.

Источник изображений: NVIDIA

Не секрет, что NVIDIA готовит предсказательную климатологическую платформу и, в целом, создаёт цифрового двойника Земли в проекте Earth-2. Для компании было бы удачным, если бы другие аналогичные проекты использовали её аппаратное и программное обеспечение. Дженсен Хуанг уверен, что международная инициатива Earth Virtualization Engines получит значительный импульс в развитии, если воспользуется тремя «чудесами» NVIDIA: высокой скоростью моделирования климата с разрешением порядка 2 км²; способностью предварительной обработки «огромного» количества данных; и возможностью интерактивной визуализации данных на платформе NVIDIA Omniverse.

Данные надо подать в максимально понятной и простой форме, уверяет глава NVIDIA, чтобы политики, бизнесмены, компании и исследователи могли строить свои стратегии на основе чёткого понимания проблемы. Графические процессоры NVIDIA и соответствующие климатологические платформы компании это обеспечивают.

Все три объявленных «чуда» возможны в скором времени на масштабируемой аппаратной платформе с использованием ускорителей NVIDIA GH200 Grace Hopper. Они обеспечивают до 10 раз более высокую производительность для приложений, работающих с терабайтами данных. Массовое производство процессоров стартовало около месяца назад и приведёт к появлению готовых решений в течение года.

В качестве примера компания показала моделирование температуры в Северной Африке. Глобальная модель прогнозирования погоды FourCastNet компании на основе данных была запущена на фреймворке NVIDIA Modulus с открытым исходным кодом для создания, обучения и тонкой настройки моделей машинного обучения на основе физики. Платформа смогла рассчитать 21-дневные погодные траектории для 1000 отдельных компонентов за десятую часть времени, которое ранее требовалось для расчёта каждого компонента, и с в 1000 раз меньшим потреблением энергии.

«Для участников саммита Хуанг продемонстрировал потрясающую интерактивную визуализацию глобальных климатических данных в облаке с высоким разрешением, увеличивая масштаб от вида земного шара до детального вида Берлина. По словам Хуанга, этот подход может работать для прогнозирования климата и погоды в таких разных местах, как Берлин, Токио и Буэнос-Айрес», — говорится в блоге компании.

«Эти новые типы суперкомпьютеров только появляются, — сказал Хуанг. — Это настолько свежая вычислительная технология, насколько вы можете себе представить».