На фоне климатического саммита COP29 издание Bloomberg опубликовало статью о перспективах борьбы с надвигающимся изменением климата. Через пять лет будет достигнут рубеж, поставленные цели для которого, по-видимому, уже не будут достигнуты или потребуют утроения сил и средств для их достижения. Это делает задачу победить к середине века климатические изменения более сложной, но продолжать попытки надо, ведь на кону — жизни людей и экономика стран.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

В 2023 году, как показывают научные исследования, выбросы углекислого газа снова достигли исторического максимума. Это произошло, несмотря на массу усилий правительств, компаний и организаций. Значительная доля выбросов парниковых газов приходится на США. Выбор президентом этой страны Дональда Трампа будет означать сворачивание многих экологических инициатив, о чём этот кандидат неоднократно заявлял во время своих предвыборных выступлений. Иными словами, к 2030 году ситуация с экологией в США вряд ли улучшится и, скорее всего, станет только хуже.

Потепление климата угрожает не только здоровью и жизни людей (как напрямую от перепадов температуры, так и косвенно от стихийных бедствий и неурожаев), но также грозит экономике. По оценке некоммерческой организации CDP (Carbon Disclosure Project), повышение температуры на 1 °C приведёт к сокращению мирового валового внутреннего продукта на 12 %.

Реализованные и поставленные цели. Источник изображения: Bloomberg

По оценкам Международного энергетического агентства, в период с 2010 по 2023 год мощность солнечной энергии увеличилась примерно в 40 раз, а ветроэнергетика — примерно в шесть раз. Ещё больше предстоит сделать за оставшиеся пять лет, чтобы наверстать ранее упущенное. Так, в 2023 году во всём мире было добавлено около 0,5 ТВт возобновляемой энергии, а это означает, что к 2030 году необходимо добавить ещё 7,3 ТВт зелёной энергии. Для сравнения, в 2023 году во всём мире было выработано чуть менее 9 ТВт энергии от всех источников, включая «грязные». Таким образом, ВИЭ к 2030 году должны составить свыше 80 % от общемировой выработки. Для реализации этого плана ежегодно нужно будет вкладывать в сектор не менее $1 трлн, а не $623 млн или около того, как в 2023 году.

Китай впереди планеты всей

Лидером в развёртывании возобновляемых источников энергии является Китай. Индия и ряд других стран с развивающейся экономикой также стремятся быть в авангарде внедрения зелёных мощностей. Потребление электричества растёт во всём мире — это тенденция, которую необходимо учитывать при планировании в сфере энергетики.

Обещали сокращать выбросы, но не смогли, виноват ИИ

Существенный удар по климатической повестке нанёс искусственный интеллект. С ростом мощностей платформ ИИ и центров обработки данных (ЦОД) потребление энергии лидерами технологической отрасли резко возросло. Ведущие компании, такие как Google, Meta✴, Alphabet, Amazon, Microsoft и Apple, забыли о собственных обещаниях и климатических целях, увеличив или перестав сдерживать потребление энергии в заявленных ранее объёмах. Заявлено, что это вынужденная мера в краткосрочной перспективе. Вскоре «поумневший» ИИ найдёт способ избежать глобального потепления климата; нужно лишь увеличить его мощность и дождаться нужного результата. К чести IT-компаний, они всё же покупают чистую энергию в некотором объёме и ищут способы получать её по более доступной цене, чем ископаемую.

По последним данным, выбросы Google выросли примерно на две трети по сравнению с 2020 годом, а Meta✴ сообщает об увеличении выбросов примерно на 64 %. Потребление электроэнергии центрами обработки данных владельца Facebook✴ по всему миру в 2023 году возросло более чем на треть, почти до 15 млн МВт·ч, и утроилось с 2019 года. С 2020 года выбросы углекислого газа корпорации Microsoft увеличились более чем на 40 %.

Напротив, Amazon сообщила о снижении уровня загрязнения окружающей среды за последние два года, хотя компания столкнулась с критикой за счёт приобретения кредитов на использование возобновляемых источников энергии. Между тем, Apple заявляет, что усилия по внедрению более экологически чистых источников энергии в производство и улучшению переработки отходов позволили сократить выбросы с 2015 года более чем наполовину.

Договорённость не вырубать леса остаётся на бумаге, произведённой из вырубленной древесины

Значительным успехом в 2021 году стала договорённость лидеров 130 стран, на долю которых приходится 90% лесов в мире, о скорейшем прекращении вырубки этого ресурса. Леса поглощают углерод, не позволяют увеличивать площади под сельхозкультуры и, если не используются как топливо, также снижают углеродный след. Однако фактически леса продолжают вырубаться всё более высокими темпами, и ни о каком сокращении речь не идёт. Попытки ввести санкции и торговые ограничения за вырубку лесов были встречены в штыки торговыми партнёрами и фермерами. Необходимо ужесточить законодательство в этой сфере, но национальные правительства тормозят решение данного вопроса.

Согласно оценкам аналитиков, в 2023 году было уничтожено около 6,4 млн гектаров лесов, что на 45% превышает показатель, необходимый для того, чтобы вывести мир на путь достижения цели к 2030 году. Темпы сокращения вырубки должны вырасти гораздо быстрее, чем раньше, однако на это практически нет надежды.

Электромобилей надо продавать больше, но покупать больше их не хотят

Большая надежда на снижение выбросов связана с электромобилями. Их надо продавать больше. Чтобы к 2030 году удержать сектор на нулевом уровне выбросов, на электрические модели должно приходиться 70% покупок новых автомобилей. Это также поможет сократить потребность в 6 млн баррелей нефти в день к 2030 году.

По прогнозам BNEF, в этом году будет продано около 16,6 млн новых электромобилей, а в 2027 году — более 30 млн, что приведёт к трансформации сегмента легковых автомобилей, на долю которого в настоящее время приходится более половины всех выбросов автомобильного транспорта. Если на электромобили не будет субсидий, к 2030 году их доля в продажах новых автомобилей должна составить 45%. Однако для достижения нулевых выбросов эта доля должна быть значительно выше — до 70%, что потребует «умеренных» субсидий.

В то же время автопроизводители столкнулись с негативным отношением к электромобилям, которые по ряду параметров уступают автомобилям с ДВС, но превышают их по цене. Согласно данным BNEF, с конца прошлого года группа из 14 автопроизводителей, на долю которых в 2023 году пришлось более 40% продаж электромобилей, снизила свои общие целевые показатели продаж к 2030 году примерно на 3,3 млн автомобилей. В частности, свои амбиции сократили Mercedes-Benz Group AG, Volvo и даже Tesla, которая к 2030 году планировала выпускать по 20 млн электромобилей, но теперь отказалась от конкретных цифр, предпочитая расплывчатые формулировки «как можно больше».

С защитой биоразнообразия в мире также нет согласия. Для большей определённости была учреждена Куньмин-Монреальская рамочная программа по сохранению биоразнообразия (Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework). Ожидалось, что страны возьмут под охрану до 30% суши, внутренних водоёмов и морей с океанами к 2030 году. Это необходимо, в том числе, для сохранения углерода в почве. Попытки направить усилия в продуктивное русло под эгидой ООН ни к чему не привели. К 2030 году поставленная цель не будет достигнута. Серьёзного стимула для решения этой проблемы нет, как и результата.

Производители тканей не могут сократить производство и потребление воды

Значительные сокращения выбросов, а также снижение потребления воды ожидаются от производителей модной одежды. Цель (вряд ли достижимая) — сократить выбросы парниковых газов к 2030 году на 45%. Однако спрос на дешёвую и модную одежду увеличил мировое производство тканей до 124 млн тонн в 2023 году, а потребление на душу населения почти удвоилось с 1975 года.

Использование воды — это ещё одна серьезная проблема. По данным Всемирного фонда дикой природы, для производства одной хлопчатобумажной футболки может потребоваться до 2700 литров воды — примерно такой же объём необходим для поддержания жизнедеятельности человека в течение 900 дней. Большая группа компаний пообещала сократить потребление на 30 % к 2030 году, хотя в прошлом году потребление воды на технологические процессы выросло. И такая группа не одна — обещают сокращать потребление, а на деле увеличивают.

Выбросы в атмосферу продолжают расти, хотя всем очень хочется их снизить

С контролем уровня выбросов в атмосферу тоже не складывается. Парижское соглашение требует удержать потепление в рамках повышения на 1,5°C по сравнению с доиндустриальным периодом. Для этого к 2030 году ежегодные выбросы в атмосферу в мире должны сократиться на 42%. По факту происходит обратное: в 2023 году выбросы выросли на 1,3%, хотя они должны ежегодно снижаться на 7,5%.

Развитые страны частично справляются со снижением выбросов. Например, группа из 10 крупнейших развитых стран, включая США, Японию и Германию, сократила выбросы на 4,2% в 2023 году, снизив воздействие на окружающую среду до самого низкого уровня с 1970 года. Напротив, среди 10 ключевых стран с формирующейся рыночной экономикой общий показатель выбросов вырос на 4,7%.

Потребление энергии в развивающихся странах быстро растёт, и в большинстве из них энергетические системы по-прежнему зависят от угля и газа, загрязняющих окружающую среду. По прогнозам МЭА, Индия, которая уже является второй по величине страной-потребителем угля, к 2026 году увеличит спрос на электроэнергию быстрее, чем любая другая крупная экономика. При этом Индия не спешит тратить огромные суммы на возобновляемую энергетику, в отличие, скажем, от Китая, который только в первой половине 2024 года инвестировал в ВИЭ 130 млрд долларов. Остальные страны региона Юго-Восточной Азии инвестировали в ту же сферу всего 2,9 млрд долларов. Итогом такой политики безответственности может стать повышение температуры Земли к концу столетия на 2,6–3,1°C.

Авиакомпании в ожидании «устойчивого» топлива живут на закупках использованного растительного масла из закусочных

Ещё одной глобальной проблемой остаётся авиация. Она вносит вклад в выбросы на уровне 2 % ежегодно. Решить вопрос может чистое топливо, которого пока по большому счёту нет. Пока авиация надеется на биодизель, который преимущественно производится из отходов растительного масла. Ряд авиакомпаний надеются довести уровень чистого топлива в расходах на эксплуатацию до 10 % к 2030 году или 24 млн т ежегодно, однако столько отработанного масла рынок не предоставит ни при каком условии. Пока пути решения этого вопроса никому неизвестны.

Это может звучать удивительно, но в США из Китая поставляется отработанное растительное масло, собираемое по закусочным — оно в избытке остаётся после жарки. Именно это масло в основном превращается в биодзель, так необходимый авиации.

Банки, которые должны

Банковский сектор мог бы сделать для климатической повестки больше, чем делает, уверены аналитики. Банкиры с Уолл-стрит должны выделить зелёной экономике $215 трлн к 2050 году. Более того, они должны прекратить финансировать в прежнем объёме сектор ископаемой энергетики. Например, если в 2022 году соотношение инвестиций в ископаемую энергетику и ВИЭ составляло 1 к 0,73, то к 2030 году оно должно составлять 1 к 4. На графике выше представлено, какой банки сколько должен инвестировать в возобновляемую энергетику.

Выражение «увидеть небо в алмазах» — обещание счастья и лучшей доли — может стать главной надеждой человечества, чтобы выжить на разогревающейся Земле. Долгое время наилучшим кандидатом на роль отражающего солнечный свет экрана для планеты считался диоксид серы. Однако у него столько побочных эффектов, что диоксидом серы можно воспользоваться лишь от отчаяния, чего не скажешь об алмазах, которых учёные сочли лучшими кандидатами для спасения планеты.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Группа исследователей во главе с климатологом Сандро Ваттиони (Sandro Vattioni) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) провела моделирование в поисках наилучшего материалы для такого метода глобального охлаждения, как стратосферного аэрозольного впрыска (SAI), и обнаружила, что наночастицы алмазов стоимостью в несколько сотен триллионов долларов лучше всех должны сделать это дело.

На сегодняшний день сложился ряд из семи кандидатов на роль охладителей планеты — это два вида оксида титана, оксид алюминия, кальцит, алмазы, карбид кремния и диоксид серы. Лучше всего изучено возможное влияние на климат диоксида серы — это вещество в избытке выбрасывается в атмосферу вулканами. В то же время от немедленного использования этого вещества заставляет воздержаться множество негативных побочных факторов, включая провоцирование кислотных дождей.

Учёные из Цюриха заново вложили в климатические модели данные о движении, химическом поведении, термодинамических свойствах всех семи кандидатов в аэрозоли для глобального отражения солнечного света от атмосферы Земли и пришли к заключению, что 5 млн тонн алмазов шириной 150 нм каждый могли бы уберечь планету от повышения температуры.

Наноалмазы не будут слипаться, как другие кандидаты, что может привести к обратному (тепличному) эффекту, а также долго останутся взвесью в воздухе — они не склонны к выпадению или не настолько сильно страдают от этого по сравнению с другими кандидатами. Также наноалмазы химически нейтральны и не образуют химических соединений в присутствии влаги в воздухе.

Использование наноалмазов минимум на три порядка увеличит стоимость материалов для аэрозольного проекта по охлаждению Земли. К счастью, сегодня никто не спешит бросаться наполнять небо алмазами, диоксидом серы или чем-то другим. Это проекты на всякий случай, если климатическая катастрофа дойдёт до крайностей. Но знать о подобной возможности нужно заранее, чтобы не торопясь обсудить её в учёном сообществе.

Новый комплекс моделей и натурные испытания в городах Индии, Австралии, США и Европы показали, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей улучшает перемешивание воздуха и делает его чище на уровне земли, а также делает дни теплее, а ночи прохладнее.

Источник изображения: University of Calcutta

Международная группа учёных из Индии, Австралии, США и Европы провела первое в своём роде комплексное исследование вопроса влияния на городской климат солнечных фотоэлектрических установок, размещаемых на крышах. Но самым ценным в исследовании стало создание наиболее полной цифровой модели по оценке влияния солнечных панелей на микроклимат городов.

Предложенный учёными инструмент для расчётов использует новейшую модель исследований и прогнозирования погоды (WRF), интегрирующую в себя энергетическую модель здания (BEM) и параметризацию эффекта здания (BEP). Модель была проверена на десяти объектах наблюдения в Калькутте (Индия) с использованием экспериментально полученных данных.

«Хотя в существующей литературе сообщается о воздействии RPVSP [солнечных установок на крышах] на городскую среду, большинство из них основаны на конкретных полевых экспериментах или моделировании в масштабе здания, без всестороннего анализа в масштабе нескольких городов. В этих исследованиях также не учитывалась конвективная теплопередача между поверхностью крыши и нижней частью солнечных панелей, — пояснили учёные. — Наша работа устраняет эти пробелы, включив новые параметры для RPVSP, в том числе конвективную теплопередачу, что приводит к более согласованным результатам с другими исследованиями, включающими аналогичные соображения».

В Калькутте было проведено 5 экспериментов в течение одного самого жаркого месяца. Отражательная способность голой крыши (альбедо) принималась за значение 0,15. В ходе опыта исследовались варианты с покрытием городских крыш солнечными установками на уровне 0,25, 0,50, 0,75 и 1,0 площади. Альбедо для панелей, эффективность преобразования и излучательную способность установили на отметках 0,11, 0,19 и 0,95 соответственно.

Методика была протестирована сначала в Калькутте, а затем подтверждена в Сиднее (Австралия), Остине (США, Техас), Афинах (Греция) и Брюсселе (Бельгия), чтобы гарантировать, что результаты не ограничиваются конкретной климатической зоной. Выяснилось, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей повышает дневную температуру на уровне земли на 1,1–1,9 °C (в одних местах больше, в других — меньше). Также панели на крышах способствуют тому, что ночью температура воздуха на уровне земли становится чуть ниже — на 0,3-0,8 °C.

Наконец, что самое существенное, панели на крышах интенсифицируют перемешивание воздуха на городских улицах, что поднимает так называемый планетарный пограничный слой — самую низкую часть атмосферы, на которую непосредственно влияет поверхность Земли — до высоты 615,6 м. Это снижает уровень загрязнения воздуха на уровне земли, что можно считать благом для городов и их жителей.

Хотя 2024 год обещает установить новый рекорд по нагреву Земли, возобновляемые источники энергии успешно справляются с возросшей потребностью в электричестве, которую раньше закрывали угольные электростанции. В США в 2024 году впервые солнечные и ветряные электростанции седьмой месяц подряд выдают больше энергии, чем угольные. Это на два месяца дольше, чем год назад, в чём помогли новые установленные мощности в сфере солнечной и ветряной энергетики.

Источник изображения: Copilot

О достижении рекордного результата сообщили в Управлении энергетической информации США (EIA). В США впервые за первые семь месяцев года было произведено больше энергии из возобновляемых источников, чем при использовании угольных электростанций. Кроме того, в течение двух месяцев подряд — в марте и апреле — выработку энергии с использованием угля превзошла одна только ветряная энергетика. Ветроэнергетические установки произвели в марте 45,9 ГВт·ч и рекордно высокие 47,7 ГВт·ч в апреле, по сравнению с произведёнными угольными электростанциями 38,4 ГВт·ч в марте и 37,2 ГВт·ч в апреле.

В США пик спроса на электрическую энергию приходится на летние месяцы и начало осени, а также на конец весны. Решающими окажутся данные за август — сможет ли возобновляемая энергетика перебить хребет ископаемой? Но поскольку в США продолжают наращивать объёмы производства чистой энергии, перелом не за горами. Так, если в прошлом году в США было введено в работу 18,4 ГВт солнечных мощностей, то в текущем году прирост составит уже 36,4 ГВт.

Похожие тенденции происходят также в сфере ветровой генерации. По сообщению Scientific American, производство энергии силой ветра в США выросло примерно на 8 % по сравнению с прошлым годом. По состоянию на июнь 2024 года было добавлено около 2,5 ГВт ветровой мощности, и ожидается, что еще 4,5 ГВт будут введены до конца 2024 года. Представители техасского и калифорнийского операторов энергосистем отметили, что вопреки рекордной жаре этого лета системы впервые ведут себя стабильно, за что они благодарят солнечную и ветряную энергетику, а также резервные (батарейные) системы хранения энергии.

В журнале Science появилась статья, в которой учёные из Гарвардского университета публично отказались от проведения первого научно обоснованного эксперимента по искусственному охлаждению Земли. Тщательно проработанный план опыта разбился о протесты лидеров коренных народов Швеции — саамов. Их не поставили в известность, а когда информация всплыла, это вызвало бурную реакцию протеста против этого и других экспериментов по геоинженерии.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Эксперимент SCoPEx (Stratospheric Controlled Perturbation Experiment) был задуман в Гарварде ещё в 2017 году. Известно, что выброшенные вулканами частички диоксида серы в верхних слоях атмосферы отражают часть солнечного света обратно в космос и, тем самым, не дают нагреваться Земле — фактически охлаждают её. Подобные частицы или аэрозоли могут быть рукотворными, что позволит обратить вспять процесс глобального потепления. Эксперимент SCoPEx должен был подвести под такие геоинженерные проекты научную базу — помочь собрать данные для уточнения климатических моделей воздействия на среду.

Как планировалось, в воздух над Швецией должен был подняться воздушный шар, с которого был бы произведён выпуск отражающих свет аэрозолей. Оборудование на шаре должно было изучить взаимодействие частиц друг с другом и окружающим воздухом — ничего сверхъестественного или необратимого. Более того, первый запуск в 2021 году планировался чисто технический — без распыления аэрозоля. Но само известие о запланированном опыте вызвало негодование местных национальных лидеров. Именно этот момент за многие годы планирования эксперимента учёные не учли.

В свежей статье в журнале Science внимание уделено именно этому обстоятельству — необходимости диалога с людьми при обсуждении геоинженерных проектов. Коллектив Гарварда не справился с «интересом прессы к опыту и не знал, как согласовать вопрос с представителями коренных народов», поэтому в марте 2024 года было объявлено о сворачивании программы SCoPEx.

Следует сказать, что формально небольшие по масштабу геоинженерные опыты никем не запрещены. Более того, ещё в 2010 году, когда соответствующий комитет ООН наложил мораторий на проведение геоинженерных проектов, речь шла исключительно о глобальных проектах. Небольшие компании и научные коллективы вольны проводить эксперименты в сфере геоинженерии, если они носят крайне локальный характер. Например, один из стартапов позволил себе поднять в небо воздушные шары для распыления диоксида серы, а учёные из Университета Вашингтона поставили натурный опыт по осветлению морских облаков, и ничего им за это не было.

Но если речь идёт о глобальных проектах, то даже палящее в шею Солнце не должно подталкивать к самодеятельности. Геоинженерные проекты должны в обязательном порядке обсуждаться в общественном пространстве, поскольку последствия могут затронуть всех и каждого, не говоря о будущих поколениях. И начинать надо с оформления межгосударственных договорённостей и диалога между властями разных стран. Только так можно создать условия для потенциального влияния на климат Земли.

Учёные из Швейцарии при поддержке NASA впервые создали наиболее полную модель изменения скорости Земли и дрейфа полюсов в зависимости от множества факторов. Эта работа была бы невозможной без использования машинного обучения, что позволит в будущем давать наиболее точный прогноз о положении Земли в космическом пространстве. Это важно для космических полётов, ведь каждый сантиметр ошибки на старте обернётся сотнями метров отклонения от цели путешествия.

Замедление скорости вращения Земли делает дни длиннее. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

По предыдущим работам мы уже знаем, что таяние полярных льдов ведёт к оттоку воды к экватору. Это собирает там массу и как бы утолщает Землю, что похоже на действия фигуриста, который замедляет своё вращение волчком с помощью вытянутых в стороны рук. С помощью ИИ учёные из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) выяснили, что подобное климатическое воздействие на поведение Земли намного глубже, чем предполагалось.

Изменение центра масс нашей планеты также ведёт к смещению оси вращения Земли (к дрейфу полюсов) и к процессам в мантии, ядре и жидком металлическом слое, обволакивающем внутреннее ядро Земли. Влияние человека на климат оказывает комплексное воздействие на планету, с чем нам теперь придётся жить. И даже на её положение в космическом пространстве. Более того, со временем антропогенное климатическое воздействие человека на скорость вращения Земли окажется выше, чем воздействие на этот параметр Луны, которая виновна в приливном торможении нашей планеты.

Согласно астрономическим наблюдениям с начала прошлого века, ось вращения Земли понемногу смещается. За сто лет полюса сместились примерно на 10 м. Представленная швейцарцами модель в точности соответствовала результатам наблюдений, что обещает работать также в случае прогнозов. В будущем это поможет планировать запуски космических аппаратов к далёким и не очень уголкам Солнечной системы. Ведь ошибка в несколько сантиметров на старте, например, обернётся промахом в сотни метров при посадке на Марсе.

Во вторник 14 мая 2024 года в 19:51 по московскому времени на Солнце достигла пика мощнейшая в текущем 11-летнем цикле вспышка, сила которой по 10-бальной шкале достигла значения X8.7. Вспышку в рентгеновском диапазоне породило крупное пятно AR3664, уже отличившееся в конце прошлой недели. Но в этот раз впечатляющих полярных сияний ждать не стоит — потенциальный коронарной выброс массы ушёл в сторону от Земли.

Источник изображений: NOAA

До того как уйти за западный край Солнца, пятно AR3664 — локальная область переключения линий магнитного поля звезды, испустило три вспышки экстремального уровня: X1.7, X1.3 и колоссальную X8.7. Последняя вспышка привела к сбою коротковолновой связи почти везде на дневной стороне Земли. Не исключено, что пятно AR3664 могло породить и более интенсивные вспышки, но оно ушло за край горизонта и стало недоступно для наблюдений.

В ночь с 10 на 11 мая из-за случившихся днями ранее коронарных выбросов массы в сторону Земли — прицельных облаков солнечной плазмы, ускоряющих друг друга по причине малых интервалов между выбросами, на планете даже в южных районах наблюдались красочные полярные сияния. В интернете полно роликов и фотографий, где полярные сияния видели даже в Краснодарском крае, что случается очень и очень редко. Поскольку Солнце приближается к очередному пику активности, а это может произойти даже раньше обычного — уже нынешней осенью — подобных событий может стать намного больше и они будут ещё ярче.

Методы супрамолекулярной химии позволяют создавать причудливые молекулярные связи из сложных молекул. Только настройка реакций для синтеза сложна и непредсказуема. Однако в случае удачи можно добиться невероятного результата, который, например, получила группа химиков из Великобритании и Китая, создавшая первую в своём роде молекулу для эффективного поглощения парниковых газов и не только.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Свою молекулу учёные из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге назвали «клеткой из клеток». Это своего рода каркас из каркаса, сборка которого происходит сама собой в ходе серии последовательных химических реакций. Сначала собираются молекулы, по виду напоминающие призмы, а затем эти «призмы» собираются в тетраэдры. Получается глубоко пористый материал, молекулы которого способны организовывать устойчивые связи с молекулами углекислого газа и, в принципе, с другими летучими органическими соединениями.

Например, новый материал показал способность абсорбировать «запах» синтетики от новых вещей, что предотвратит появление не всем приятных запахов от нового салона автомобиля или телевизора. Но больше всего учёных поразила способность синтезированной молекулы поглощать гексафторид серы (SF₆). Этого парникового газа сравнительно мало в атмосфере, но он способен накапливаться где угодно и сохраняться там свыше 3 тыс. лет. За 100 лет, например, парниковый эффект от SF₆ будет в 23 500 раз сильнее, чем от выбросов CO₂.

Источник изображения: Nature Synthesis

«Это захватывающее открытие, — поясняют учёные, — потому что нам нужны новые пористые материалы, которые помогут решить самые большие проблемы общества, такие как улавливание и хранение парниковых газов».

Синтезированная молекула, что важно, не боится влаги, что позволит новому материалу абсорбировать парниковые газы непосредственно из промышленных выбросов, часто представляющих собой водяной пар или стоки. Открытое вещество хорошо показало себя в лаборатории, но когда оно выйдет на простор коммерческого использования — это отдельный и не до конца понятный вопрос, а полный текст статьи в журнале Nature Synthesis можно найти по ссылке.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» снова продемонстрировала свои удивительные возможности, предоставив учёным данные для составления карты погоды далёкой экзопланеты. И это не абстрактные знания. Это и другие подобные наблюдения помогут нам улучшить климатические модели Земли, а нам ведь на ней ещё жить, да жить.

Художественное представление горячего юпитера у звезды. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-43b — горячий юпитер массой 1,78 от нашего Юпитера — уже не раз привлекала к себе внимание астрономов. Очень уж удачно она расположена у своей звезды, что делает экзопланету WASP-43b идеальным объектом для изучения: она обращается вокруг звезды за 19,5 ч и расположена не так уж далеко от нас. Ранее наблюдения WASP-43b с помощью телескопов «Хаббл» и «Спитцер» позволили заподозрить на ней наличие облаков. Появление «Уэбба» не могло пройти мимо поклонников WASP-43b, и они провели суточное наблюдение за ней, фиксируя показания в среднем инфракрасном диапазоне каждые 10 секунд.

На основании полученных данных и климатических моделей, подобных климатическим моделям Земли, был сделан вывод о наличии на ночной стороне экзопланеты сильной облачности. Надо заметить, WASP-43b находится на удалении всего 2 млн км от своей звезды, которая хоть и слабее Солнца, но достаточно горяча и массивна, чтобы удерживать экзопланету в состоянии приливного захвата. Иначе говоря, WASP-43b постоянно обращена к своему светилу одной стороной.

Яркость объекта на ночной стороне имеет больший провал, чем показывает моделирование

Согласно моделированию, ночная сторона экзопланеты должна была быть горячее, тогда как измерения этого не выявили. Подобное несоответствие с большой долей вероятности можно объяснить плотной облачностью, которая не позволяет экзопланете нагреваться с ночной стороны. Вещество в атмосфере WASP-43b — это силикаты и оксиды, поднятые вверх с разогретой до 1250 °C дневной стороны. На ночной стороне температура составляет 600 °C.

В атмосфере экзопланеты «Уэбб» обнаружил водяной пар и совсем не нашёл метана, который там должен формироваться в таких условиях. По этим данным учёные заключили, что на WASP-43b сильные ветра, достигающие на экваторе скорости 8000 км/ч. За счёт быстрого перемещения масс на ночной стороне не успевают проходить химические процессы и атмосфера экзопланеты в целом однородна. На освещённой стороне, похоже, всегда ясно.

В конце 2023 года учёные из Массачусетского технологического института (MIT) буквально огорошили научный мир, открыв явление испарения воды без нагрева. Бесчисленные века человечество видело туманы, облака, дымку и прочее, что позже учёные связали с процессами испарения при нагреве воды. Но оказалось, что при испарении важна не только температура, но и сам свет (фотоны), который способен испарять воду и даже эффективнее, чем нагрев. И это оказалось важным.

Источник изображения: Bryce Vickmark/MIT

На днях в журнале PNAS вышла статья исследователей из MIT, которые продолжили эксперименты с «фотомолекулярным эффектом», как они назвали открытое явление. Учёные провели 14 опытов, доказывающих и проясняющих ряд моментов воздействия света на воду, в ходе которого молекулы воды отрывались от её поверхности и превращались в пар. Например, ещё в прошлом году было замечено, что наиболее сильное воздействие на эти процессы — на отрыв кластеров молекул воды от её жидкой поверхности — оказывал зелёный свет. В новых опытах учёные изменяли наклон освещения и поляризацию света.

Исследования показали, что сильнее всего испарение шло при освещении под углом 45°. Поляризация также оказывала влияние на интенсивность испарения, но этот момент ещё предстоит уточнить. Самое забавное, что учёные пока не понимают до конца, как объяснить данное явление, при котором зелёный свет под углом 45° начинает интенсивно поглощаться водой в состоянии пара и приводить к ощутимому эффекту испарения жидкой воды.

Лабораторные установки исключали всякую передачу тепла пару или воде, обеспечивая освещение светодиодами. Тем не менее, испарение при освещении воды светом начиналось и продолжалось, пока был свет. В темноте явление отсутствовало.

Собственно говоря, климатологи давно ломали копья в спорах о степени поглощения света облачной массой Земли и о влиянии всего этого на климат планеты. Данные были противоречивы и демонстрировали заметные расхождения между наблюдениями и моделями. С открытием фотомолекулярного эффекта всё может встать на свои места. Модели обретут недостающие контуры и будут соответствовать наблюдениям, а понимать эти процессы не просто важно, а принципиально необходимо, ведь на этом строится климатическая повестка со всеми вытекающими.

Наконец, открытие испарения без нагрева — это путь к новым и эффективным опреснителям и технологическим процессам сушки при производстве всего: от продуктов до древесины, бумаги и даже электродов литиевых аккумуляторов. Учёные, кстати, уже начали получать запросы на разработку фотомолекулярных сушилок от тех или иных представителей промышленности. Так что дело может быстро набрать ход.

Исследователи из Университета Нотр-Дам (University of Notre Dame) создали эффективное покрытие для обычных оконных стёкол. Оно блокирует инфракрасный и ультрафиолетовый свет и полностью пропускает видимое излучение. С таким фильтром на окне в комнате будет светло и прохладно, что важно для стран с жарким климатом, где охлаждение помещений требует огромных расходов энергии. Удивительно, но в создании фильтра помог ИИ и квантовые расчёты.

Источник изображения: University of Notre Dame

По словам учёных, они создали первый в отрасли широкоугольный спектральный фильтр. Благодаря этому достигается полосовая селективность, что позволило сохранить максимум света в оптическом диапазоне, и вырезать из него ультрафиолетовый и несущий тепло инфракрасный свет в ближнем диапазоне этих волн. Более того, впервые в отрасли создана плёнка, которая одинаково хорошо пропускает и фильтрует свет вне зависимости от угла падения солнечных лучей. Иными словами: утром, днём и вечером.

Базовый поиск необходимых оптических материалов осуществлялся с помощью интерактивного машинного обучения и с использованием квантового компьютера. В частности, использовался так называемый квантовый отжиг или нахождение оптимальных значений для набора из множества параметров.

Квантовые алгоритмы и ИИ сузили выбор базовых материалов с необходимыми оптическими селективными характеристиками до кремнезёма, оксида алюминия и титана. Для отражения инфракрасного излучения поверх всех трёх плёнок на стекле добавили кремниевый полимер, который также повысил прочность покрытия. Эксперименты показали, что предложенная плёнка при сохранении прозрачности снижает температуру в помещении на 5,4–7,2 °C. Охлаждающий эффект пленки сохранялся независимо от угла пропускания света снаружи.

Источник изображения: Cell Reports Physical Science

Для стран с жарким климатом, подчёркивают исследователи, предложенный оконный фильтр может снизить годовой расход энергии на охлаждение примерно на 97,5 МДж/м². Для дома средней площади в США это может вылиться в экономию до трети потребляемой в год электрической энергии, о чём исследователи подробно рассказали в статье в журнале Cell Reports Physical Science.

Многие климатологи считают, что глобальное потепление наступает быстрее прогнозов. Для его сдерживания годятся любые доступные средства, но арсенал не так уж богат. Поэтому необходимо расширять спектр инструментов для воздействия на климат, раз уж человечество не может в короткие сроки отказаться от грязной ископаемой энергетики. Одним из таких перспективных инструментов по сдерживанию нагрева Земли может стать осветление морских облаков.

Концепция корабля для осветления облаков. Источник изображения: Interesting engineering

Нетрудно понять, что чем больше соли в облаках, тем сильнее отражается от них солнечный свет. Соль находится в избытке в земных океанах. Если запустить по ним специальные установки по разбрызгиванию морской воды в небо, то можно рассчитывать на увеличение солёность низких облаков. Теоретически всё должно работать, но на практике остаётся множество вопросов: от глобальных — как это повлияет на климат в отдельно взятых частях света, до сугубо технических — это оптимальный размер капли, концентрация соли, сила распыления и другое. Наконец, распыляющие установки должны работать максимально эффективно и желательно на возобновляемых источниках энергии.

Предлагающие метод осветления морских облаков учёные не призывают немедленно внедрять эту технологию, но считают важным подготовиться к такому шагу, если вдруг он будет признан насущным и неотложным. Власти США и ЕС, кстати, также рекомендуют направить усилия исследователей на геоинженерные методы решения проблемы глобального потепления, но и они призывают относиться к ним с осторожностью.

Установка для экспериментального распыления солёных аэрозолей. Источник изображения: www.nytimes.com

Недавно группа исследователей из США под руководством учёных из Университета Вашингтона впервые испытала технологию осветления морских облаков на практике. Это произошло в заливе Сан-Франциско на палубе авианосца Hornet, давно превращённого в музей на воде. Специальная установка распыляла солёный аэрозоль, а система датчиков дальше по палубе собирала информацию о поведении и состоянии аэрозольного шлейфа. Полученный набор данных будет подвергнут анализу, чтобы вычислить наиболее оптимальные режимы распыления соленой воды.

«Цель программы ОМО — понять, возможно ли вообще предсказуемо и надёжно осветлить низкие морские облака, и если да, то как это в разных регионах земного шара повлияет на температуру, осадки и климат как в глобальном, так и в локальном масштабе, а также [оценить влияние] на любые другие возможные побочные эффекты, — заявили участники проекта. — Как учёные-атмосферники, мы считаем критически важным, чтобы у общества были ответы на эти вопросы, прежде чем принимать какие-либо решения о том, действительно ли использовать осветление морских облаков в попытке снизить климатические риски».

Накануне в журнале Nature вышла статья, в которой геофизик Дункан Агню (Duncan Agnew) из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния, доказал влияние глобального потепления на скорость вращения Земли. Расчёты учёного показали, что отток талых вод с полюса к экватору замедлил и будет дальше замедлять скорость вращения нашей планеты. Но есть и хорошие новости. Они касаются регулярной коррекции времени, которая ведёт к сбою в работе программ.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Согласно данным со спутников, на экватор Земли перетекло достаточно воды с тающих полярных льдов, чтобы форма планеты стала более сплюснутой и менее шарообразной. Лучшая аналогия для этого явления — это выполнение такого элемента в фигурном катании, как центровка, когда спортсмен может замедлять скорость вращения вытягивая руки в стороны и ускорять его прижимая руки к бокам. Так и увеличение объёма планеты в районе экватора замедляет скорость её вращения и фактически делает сутки длиннее.

«Растаяло достаточно льда, чтобы уровень моря поднялся настолько, что мы действительно можем видеть, как это повлияло на скорость вращения Земли», — утверждает Дункан Агню.

Важно отметить, что в масштабе миллиардов и миллионов лет скорость вращения Земли снижалась. К этому подталкивало гравитационное влияние Луны на океаны, что создавало эффект торможения. Например, анализ геологических отложений показывает, что 1,4 млрд лет назад сутки на Земле длились 19 часов.

С появлением атомных часов в 60-е годы прошлого века учёные стали замечать, что скорость вращения Земли увеличивается. Поскольку начались космические полёты, радары, навигация, компьютеры и разная электроника, изменение скорости планеты пришлось как-то соотносить со всемирным координированным временем, базирующимся на атомных часах. С 1972 года для этого была введена високосная секунда, которая позволяла уравнять измеряемое время и реальное суточное вращение Земли. Всё было хорошо до распространения компьютеров и программ, для которых дополнительная секунда стала неимоверной головной болью. Её невозможно было учесть — она вводилась командным методом уполномоченными организациями.

Но настоящий хаос мог наступить при введении отрицательной секунды, которая ни разу не объявлялась. Ожидалось, что её могут использовать в 2026 году. Дело в том, что ядро Земли жидкое и примерно с 70-х годов перемещение потоков в ядре планеты начало ускорять вращение Земли. Это проявилось в том, что високосную секунду с определённого момента стали добавлять реже. Наконец, в 2026 году Земля могла обогнать суточные показания атомных часов, и одну секунду пришлось бы вычесть из всемирного времени.

Работа Дункана Агню показала, что благодаря таянию полярных льдов скорость Земли снизилась настолько, что теперь вычитание одной секунды из всемирного времени можно отложить на три года — до 2029 года и, в целом, их придётся вводить реже. Для метрологов это бальзам на душу, потому что никто не понимает, во что бы вылилась такая коррекция времени. Для самого учёного это повод лишний раз на примерах показать, что деятельность человека напрямую и очень сильно влияет на нашу планету.

В ответ на растущую угрозу природных катастроф учёные с поддержкой Европейского космического агентства (ESA) разработали «цифрового двойника» Земли — инновационную модель для моделирования природных бедствий. Этот проект позволит лучше понять и предотвратить реальные риски, связанные с изменением климата, благодаря моделированию различных климатических условий и их последствий для нашей планеты.

Источник изображения: geralt / Pixabay

Земля не смогла бы выжить без воды, которая занимает 71 % всей её поверхности, а океаны составляют примерно 97 % этой цифры. Круговорот воды в природе является крайне сложным процессом из-за непрерывно меняющегося климата, на который оказывает влияние и человек. Поэтому прогнозирование стихийных бедствий, таких как наводнения, оползни и засухи, требует создания и анализа моделей, содержащих как можно больше данных с высоким разрешением, охватывающих каждый сантиметр планеты, от самых высоких горных вершин до водных глубин.

Проект создания «цифрового двойника» Земли направлен на то, чтобы предоставить учёным инструмент, с помощью которого можно вводить в модель новые данные и симулировать сценарии природных катастроф в различных условиях по всему миру. Это позволит наблюдать за потенциальными рисками, которые могут возникнуть во время оползней или других бедствий, как если бы они происходили в реальном времени, что, в свою очередь, поможет лучше подготовиться к возможным разрушительным событиям в будущем.

Разработка такой модели требует огромных усилий от учёных, которые используют данные, полученные со спутников, включая измерения влажности почвы, осадков, глубины снега, испарения и течения рек, собранные в определённые промежутки времени. Эти данные позволяют создать подробную картину динамики этих переменных на планете. Модель, содержащая данные с высоким разрешением, может служить интерактивным инструментом для учёных.

«Моделирование Земли с высоким разрешением очень сложно, поэтому идея состоит в том, чтобы сначала сосредоточиться на конкретной цели, — сообщил Лука Брокка (Luca Brocca) из Национального исследовательского совета (CNR) Италии, являющийся ведущим автором исследования. — Именно эта идея лежит в основе разработанного нами проекта — цифровые двойники для изучения земного водного цикла в Средиземноморском бассейне. Наша цель — создать систему, которая позволит неспециалистам, в том числе лицам, принимающим решения, и гражданам проводить интерактивное моделирование».

На первом этапе были смоделированы территории вокруг реки По в Северной Италии и другие части Средиземноморского бассейна. «Мы должны начать с того, что нам хорошо известно, — добавил Брокка. — Долина реки По очень сложная: у нас есть Альпы, есть снег, который трудно моделировать, особенно на неровном и сложном рельефе, как горы. Затем есть долина со всеми видами человеческой деятельности — промышленностью, ирригацией. Затем у нас есть река и экстремальные события — наводнения, засуха. А затем мы переместились в Средиземноморье, которое является хорошим местом для изучения экстремальных явлений, связанных как с избытком, так и с недостатком воды».

Усилия учёных сфокусированы на анализе крупных регионов с целью последующего расширения исследований на более локальные области. Планируется расширение модели на другие регионы Европы и сотрудничество с учёными других континентов. Отмечается, что сложность разработанных алгоритмов требует их доработки по мере поступления значительных объёмов данных. Кроме того, по словам учёных, необходимо проводить больше наземных наблюдений, чтобы продолжать проверять данные, полученные со спутников.

График, показывающий устойчивый рост средней температуры по планете с 1880 года (источник изображения: NASA)

Для повышения точности и надёжности «цифрового двойника» Земли проект предусматривает внедрение искусственного интеллекта (ИИ). Использование ИИ позволит минимизировать ошибки, возникающие вследствие атмосферных колебаний в момент получения спутниковых данных. Предполагается, что ИИ, эффективно обученный на соответствующих данных, сможет работать как дополнительный инструмент анализа, уточняя модели в режиме реального времени.

Это будет не только способствовать повышению точности прогнозов, но и оптимизировать время, требуемое для аналитической обработки данных, тем самым освобождая ресурсы для решения других критически важных задач в области климатических исследований. Примеры применения ИИ в области прогнозирования погодных условий и предсказания лесных пожаров уже демонстрируют значительные преимущества данного подхода, подтверждая его эффективность и перспективность для реализации проекта «цифрового двойника» Земли.

В журнале Science Advances вышла статья исследователей Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и NASA, в которой учёные предложили средство для сдерживания роста нагрева Земли. Решение не отменяет необходимости снижать парниковые выбросы, но может стать одним из методов сдерживания неуклонного роста температуры на поверхности планеты.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Так, временным или вспомогательным методом для сдерживания климатических изменений может быть осушение верхних слоёв атмосферы. Технически это можно сделать уже сейчас. Для этого достаточно разбрасывать с самолётов лёд на высоте 17 км — чуть ниже стратосферы. Лёд охладит поднимающийся на высоту с потоками воздуха влажный водяной пар и превратит его в осадки.

Расчёты показали, что если каждую неделю распылять по 2 т льда, то это примерно на 5 % снизит нагрев планеты от последствий, связанных с выбросом углекислого газа. На самом деле — это очень небольшое влияние на климат Земли, поэтому предложенный метод надо рассматривать не как альтернативу для сохранения темпов углеродных выбросов, а как возможность немного затормозить катастрофические изменения климата.

Учёные подчёркивают, что они лишь предлагают концепцию для обсуждения. Несомненно, она подлежит более тщательному анализу, прежде чем её начнут реализовывать. Одно дело работать в лаборатории, другое дело — на улице. Случиcь что-то неожиданное, назад можно уже не повернуть. Поэтому не участвующие в проекте учёные осторожно встретили предложение по вмешательству в глобальные атмосферные процессы. Кроме того, такие вещи необходимо обсуждать в ООН или в профильных международных организациях. Планета, как ни как, это наш общий дом и хорошо бы принимать коллегиальное решение по его обустройству.