60 лет назад математик понял, как умирают планеты. И мы рискуем повторить этот сценарий на Земле

В середине 1960-х годов советский климатолог и математик Михаил Будыко занялся вопросом, который волновал не только учёных, но и политиков того времени: может ли человечество своим вмешательством подтолкнуть планету к необратимой климатической катастрофе? Чтобы найти ответ, он решил обратиться к далёкому прошлому Земли — примерно на 600 миллионов лет назад.

Существовала смелая гипотеза, что в глубокой древности вся поверхность планеты могла быть покрыта льдом — даже экваториальные области. Большинство специалистов считали это фантастикой, но Будыко сумел показать, что механизм действительно возможен. Его модель демонстрировала, что если морской лёд расширяется достаточно далеко от полюсов, отражающая способность поверхности резко возрастает. Всё больше солнечного света уходит обратно в космос, что запускает цепную реакцию: похолодание усиливается, ледяной покров распространяется ещё дальше, и в конечном счёте вся Земля превращается в сплошной ледяной шар. Так родилось представление о «Земле-снежке» — состоянии, когда планета оказывается в новом стабильном, но абсолютно замороженном климатическом режиме.

Для Будыко этот анализ был не просто историческим экскурсом. Его тревожил вопрос: если климат способен совершать такие скачки сам по себе, то может ли деятельность человека запустить подобный процесс в наши дни? В эпоху холодной войны он и его коллеги задумывались о возможных последствиях обмена ядерными ударами между США и СССР. Тогда учёные всерьёз рассматривали сценарий «ядерной зимы»: глобальное задымление атмосферы могло заблокировать солнечный свет на длительное время и фактически уничтожить жизнь на планете.

К счастью, ракеты не были запущены. Но вскоре стало ясно, что для резких климатических сдвигов вовсе не нужны ядерные арсеналы. Уже в то время было очевидно: концентрация углекислого газа в атмосфере растёт, а вместе с ней повышается и глобальная температура.

С тех пор исследования показали: климатическая система Земли способна к резким перестройкам — так называемым «точкам перелома». Если исчезает значительная часть морского льда, океан начинает сильнее поглощать солнечное тепло, что ускоряет таяние. Амазонские джунгли могут высохнуть и превратиться в саванну. Коралловые рифы — потерять симбиотические водоросли и обесцветиться. Атлантическая меридиональная циркуляция — система течений, приносящая тепло к берегам Европы, — может ослабнуть или вовсе прекратить свою работу, и тогда Шотландия окажется в климатических условиях Сибири.

Опасность таких переломов в том, что они означают не плавные изменения, а переход к новому состоянию, где вся экосистема, а вместе с ней и цивилизация, перестраиваются в совершенно иной порядок.

Однако с математической точки зрения «точки перелома» крайне сложно описывать. Малейшие изменения в исходных предположениях модели могут приводить к диаметрально противоположным результатам. Наблюдательных данных зачастую не хватает. И хотя сама планета безусловно нагревается, и последствия потепления очевидны, предсказать, где именно и когда произойдёт перелом, крайне трудно.

Тем не менее математики уже более века изучают подобные явления в сложных динамических системах. В XIX веке Анри Пуанкаре, исследуя движение жидкости вокруг массивных тел, показал, что по мере охлаждения система может внезапно менять форму — из грушевидной фигуры жидкость распадается на две отдельные части. Эти переходы получили название «бифуркации». В XX веке Кристофер Зиман популяризировал эту идею в Великобритании, демонстрируя публике «машину катастроф»: колесо, связанное с резиновой лентой, которое внезапно совершало скачок при плавном увеличении нагрузки. Его показ в рождественской лекции 1978 года объяснял, что постепенные изменения могут приводить к внезапным и необратимым последствиям.

В 1960–70-е годы бифуркации пытались использовать и для описания социальных процессов — от биржевых кризисов до политических революций. Так появилась «катастрофическая теория» Рене Тома, получившая известность в контексте контркультурных движений и протестов против войны во Вьетнаме. Но научное сообщество вскоре отвергло её как чрезмерно упрощённую и спекулятивную.

Тем не менее сама идея бифуркаций оказалась живучей. В экологии её проверили экспериментально на озере Питер в Мичигане. С середины XX века здесь наблюдали два устойчивых состояния: мутная вода с водорослями и множеством мелкой рыбы или прозрачное озеро с доминирующей популяцией окуня, который контролировал пищевую цепь. В 2008 году учёные решили искусственно вмешаться и запустили в озеро больше хищников. Система долго сопротивлялась, но в какой-то момент произошёл сдвиг: водоросли исчезли, и вода стала кристально чистой. Теоретическая модель бифуркации полностью совпала с реальностью. Более того, перед изменением удалось заметить «критическое замедление» — статистические признаки приближающегося перелома.

В начале 2000-х климатолог Тим Лентон из Университета Эксетера предложил новый термин — «точка перелома» (tipping point). Он считал его более понятным для общества, чем сухое слово «бифуркация». История Земли давала множество примеров таких резких сдвигов: от ледниковых эпох до превращения зелёной Сахары шесть тысяч лет назад в безжизненную пустыню.

Но при моделировании будущего возникают сложности. Атмосфера и океаны — это открытые системы с миллиардами взаимосвязанных переменных. Учёные знают: климат может вести себя как система с несколькими устойчивыми состояниями, но предсказать, в какой именно момент произойдёт переход, непросто. Тем не менее есть ключевые «кандидаты на перелом», такие как Атлантическая меридиональная циркуляция.

Эта система течений переносит огромное количество тепла от тропиков к северу и обеспечивает мягкий климат Европы. Ослабление циркуляции может привести к резкому похолоданию в Европе, нарушению тропических муссонов и деградации лесов. В 2023 году датские исследователи Петер и Сюзанна Дитлевсены представили анализ данных, согласно которому коллапс течения может произойти между 2025 и 2095 годами, с наибольшей вероятностью около середины века. Их работа вызвала колоссальный резонанс: публика заинтересовалась конкретной датой, но многие учёные призвали учитывать высокую степень неопределённости.

Критики, например Майя Бен-Ями из Технического университета Мюнхена, указали, что используемые данные о температуре Атлантики слишком ограниченны и неточны, а методические допущения могли сильно повлиять на прогноз. Дитлевсены согласились с частью замечаний и продолжают корректировать модели, но настаивают: полностью исключить возможность катастрофы нельзя.

В конечном счёте исследования показывают: климатические системы действительно способны к резким переломам, но точный прогноз их наступления невозможен. Тем не менее сама идея «точек перелома» подчёркивает важную истину: устойчивость климата не гарантирована, и история Земли уже не раз демонстрировала радикальные изменения.

При этом у концепции есть и обратная сторона. Исследователи вроде Лентона и Шеффера говорят о «позитивных точках перелома» — моментах, когда изменения в экономике или технологиях начинают ускорять сами себя. Так, массовое распространение электромобилей снижает цены и повышает привлекательность новой техники, а переход стран к возобновляемым источникам энергии запускает цепную реакцию в энергетике. Такие переломы могут стать инструментом ускоренного перехода к устойчивому будущему.

Именно поэтому, несмотря на все неопределённости, работа с моделями переломов остаётся важной. Она напоминает: наш климат не вечен и не стабилен по умолчанию. Чтобы избежать негативных сценариев, нужно снижать выбросы парниковых газов. А чтобы ускорить переход, стоит искать и стимулировать те самые позитивные точки, где перемены начинают развиваться лавинообразно.