Основной вопрос трансформации исходной природной среды заключается в том, при каких уровнях концентрации парниковые газы будут вызывать беспрецедентное изменение климата. Изучение данного аспекта должно учитывать имеющиеся отрицательные и положительные обратные связи.
Водяные пары.Нагретая атмосфера в результате увеличения скорости испарения должна содержать больше водяных паров. Водяной пар сам по себе является сильнодействующим парниковым газом. Следовательно, это положительная обратная связь, что было доказано с помощью спутниковых измерений, проведенных в рамках программы ERBE (эксперимент по изучению радиационного баланса Земли), показавших, что в современных условиях величина инфракрасного излучения (ИК), поглощенного в атмосфере, значительно возрастает с увеличением температуры морской поверхности.
Лед и снег.При глобальном потеплении лед и снег в горных ледниках и в некоторых полярных областях будет таять. Это означает, что из-за меньшей, чем в настоящее время, площади блестящего льда поверхность прогретой Земли способна отразить меньшую часть падающего на нее излучения обратно в космос. Более темная поверхность поглощает больше лучей — это положительная обратная связь. Хотя при моделировании климата этот процесс не вызывает сомнений, реальная ситуация является, возможно, более сложной.
Облаказанимают только десятую часть объема тропосферы, и всего лишь миллионную часть их объема занимает конденсированная вода. Тем не менее облака играют ключевую роль в значении температуры Земли в конкретное время и в конкретном месте посредством поглощения и отражения солнечной энергии. Вариации поверхности облачного покрова и, следовательно, отражательной способности облаков создают, вероятно, наибольшую неопределенность в предсказании масштаба глобального потепления. В результате изменений таких параметров, как количество, высота и содержание влаги, облака могут играть роль как положительной, так и отрицательной обратной связи для глобального потепления. Так, например, в верхних слоях атмосферы облака могут играть роль навеса, тем самым понижая температуру атмосферы. В то же время в нижних слоях они могут усилить парниковый эффект, улавливая длинноволновый спектр солнечного излучения.
Облачность является существенным фактором, регулирующим тепловое состояние и увлажнение земной поверхности. Диапазон колебаний облачности в природе на порядок превышает эффект в изменении температуры воздуха и осадков, обусловливаемых ростом содержания в атмосфере парниковых газов антропогенного происхождения. Поэтому наблюдаемый рост облачности является мощным фактором, который сдерживает имеющееся потепление климата.
Облака играют важную роль в регуляции энергетического запаса Земли. Обычно они закрывают половину земной поверхности, и 30% солнечных лучей, которые отражаются Землей в космос, отражаются с помощью облаков. Однако облака не только отражают солнечные лучи от Земли: они также поглощают некоторое количество тепла, выделяемое Землей, и отражают это тепло обратно на ее поверхность. В настоящее время отражательная способность облаков превосходит создаваемый ими парниковый эффект, благодаря чему облака оказывают охлаждающее воздействие на поверхность Земли.
И отражающее воздействие облаков и возникающий благодаря им парниковый эффект достаточно велики по сравнению с парниковым эффектом, имеющим место в связи с СОг и другими атмосферными газами. Последние сведения, полученные во время эксперимента, проведенного с помощью спутника, свидетельствуют о следующих масштабах потепления: если потепление от удвоения концентрации СОг принять за 1, то охлаждающий эффект облаков равен 11, а эффект потепления облаков равен в настоящее время 7. Следовательно, эффект охлаждения в четыре раза превосходит возможное потепление, которое будет вызвано удвоением концентрации СОг-
Однако необходимо учитывать характер облачности: высокие облака задерживают тепло, низкие — отражают его. Эксперимент ERBE показал, что в настоящее время суммарное воздействие облаков приводит к охлаждению Земли. Но при глобальном потеплении ситуация может кардинально измениться. Например, чем больше облаков будет формироваться на больших (и более холодных) высотах, тем меньше будет их излучение, и поэтому они будут влиять на парниковый эффект как положительная обратная связь. Такая же неопределенность имеет место в предсказаниях знака обратных связей, обусловленных изменением величины облаков и (или) содержания в них воды.