Вчені пояснили зростання CO2 температурою океанів

Німецький дослідник Йоахім Денглер запропонував нову модель, яка пояснює зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері через температурні зміни поверхні океанів. Його дослідження стало відповіддю на публікації у провідних медіа, зокрема Guardian, які стверджували, що природні поглиначі вуглецю можуть відмовляти.

Денглер розробив температурно-залежну модель поглинання CO2, яка враховує як концентрацію вуглекислого газу, так і температуру морської поверхні. Згідно з його розрахунками, ця модель пояснює 80% варіацій даних, порівняно з 57% для простої моделі, що враховує лише концентрацію CO2.

Основою для нової моделі стали фундаментальні фізичні закони. Закон Генрі описує обмін газів між рідиною та газовою фазою. Константа цього закону залежить від температури, солоності та кислотності. За сучасних умов земних океанів температура є домінуючим фактором, що впливає на розчинність CO2. Холодні полярні води діють як поглиначі CO2 через вищу розчинність, тоді як теплі тропічні води часто стають джерелами викидів через нижчу розчинність.

Розчинність CO2 у полярних водах може бути більш ніж удвічі вищою порівняно з тропічними водами виключно через різницю температур. Карта потоків CO2 в океанах показує, що області чистого поглинання знаходяться біля полюсів, а регіони чистих викидів — біля екватора.

Дослідник також посилається на правило ван'т-Гоффа, яке стверджує, що швидкість розкладання біологічної речовини збільшується з підвищенням температури. Хоча фотосинтез також залежить від температури до 30°C, поглинання переважно масштабується з концентрацією CO2, тоді як біологічний розклад та природні викиди масштабуються з температурою.

Найпростіша модель поглинання з залежністю від концентрації CO2 та температури має лінійну форму. При оцінці оптимальних параметрів цієї моделі пояснена дисперсія залежить від часового зсуву між вимірюванням температури та подальшою здатністю поглинання CO2. З чотиримісячним часовим лагом модель пояснює 80% дисперсії даних.

Єдиним значним відхиленням стала здатність поглинання між 1991 та 1994 роками, яка була значно більшою за передбачену моделлю. Рой Спенсер пояснив це наслідком виверження Пінатубо у 1991 році, коли пил збільшив розсіяне світло та значно посилив фотосинтез.

Особливо примітним є те, що різке зростання концентрації CO2 з 2023 року повністю базується на температурі. Модель показує, що концентраційно-залежні причини здатності поглинання швидше збільшилися, ніж зменшилися.

Для валідації моделі Денглер використав дані про розпад радіоактивного вуглецю-14 після заборони ядерних випробувань у 1963 році. Ядерні випробування 1950-х років раптово припинилися з підписанням договору про заборону ядерних випробувань, що створило ідеальний імпульс викидів 14C для дослідження.

Константа поглинання 14C, скоригована на ефект Зюсса через антропогенні викиди, становить 0,051 з 95% довірчим інтервалом [0,047, 0,055]. Це ідеально підтверджує константу поглинання, залежну від концентрації, розширеної моделі поглинання.

Дослідник також валідував модель через дані про дихання ґрунту. Протягом 19 років з 1989 по 2008 рік природні викиди від дихання ґрунту зросли на 0,1 гігатонни вуглецю на рік. За цей час глобальна температура підвищилася на 0,3°C, що дає температурну залежність дихання ґрунту 6,33 гігатонни вуглецю на градус Цельсія.

Температурний коефіцієнт розширеної моделі становить 3,6 частин на мільйон на градус Цельсія, що дорівнює 7,7 гігатонни вуглецю на градус з 95% довірчим інтервалом [5,9, 9,5]. Це можна вважати достатньо хорошим збігом з даними про дихання ґрунту.

Денглер порівняв свій підхід з двома іншими методами, які використовують змінні, похідні від температури, але без довгострокового тренду. Фердинанд Енгельбен запропонував, що поглинання має залежати від похідної температури за часом, а не від самої температури. Рой Спенсер пов'язав короткострокову мінливість поглинання з багатоваріантним індексом ЕНСО.

Дослідник вважає, що його модель з фактичною температурою краща з фізичної точки зору, оскільки елементарні процеси поглинання відчувають лише змінну стану температури, а не складні її похідні.

Денглер підкреслює, що мета його дослідження — пояснити недавнє зростання концентрації CO2 як наслідок підвищення температури поверхні моря, а не гіпотетичного неспостережуваного зниження поглинання океанами чи рослинами. Хоча зростання концентрації реальне, причина не в відмові поглиначів, а в більшому підвищенні температури понад тренд, що відповідає зростанню рівня CO2.

Температурно-залежна модель дозволяє краще відокремити фактичне антропогенне походження змін CO2 від природних причин, серед яких температура є дуже важливою. Найважливішим внеском стала можливість відокремити поглинання від природних викидів, що дає надійну оцінку річної швидкості поглинання у 5% від концентрації CO2.