Глобальное потепление

Из природных явлений  планетарного масштаба к числу наиболее мощных и имеющих наиболее серьезные последствия для человека следует отнести так называемое южное колебание – перераспределение масс воздуха в низких широтах Южного полушария между Индийским и Тихим океанами. В обычной ситуации, когда атмосферное давление примерно одинаково над обоими океанами, северо-восточные и юго-восточные пассатные ветры нагоняют теплую воду в западную часть Тихого океана. При этом в его восточной части в результате сгона поверхностного слоя формируется холодный слой перемешивания. Если давление над Тихим океаном растет, то сгонно-нагонные явления в океане становятся еще более выраженными. Однако возможна и другая ситуация, повторяющаяся через нерегулярные промежутки времени – давление над Индийским океаном вырастает настолько, что пассатные ветры ослабевают и даже меняют направление на противоположное.

Теплая вода из западной части Тихого океана устремляется на восток и накапливается у берегов  Южной Америки. Такие случаи значительного  потепления воды в центральной и  восточной частях экваториальной зоны Тихого океана получили название явлений Эль-Ниньо.

Явления Эль-Ниньо оказывают  влияние не только на региональный климат и морскую экосистему западного  побережья Южной Америки, но и  возмущают атмосферную циркуляцию на всем земном шаре. Вызванные этими возмущениями аномалии погоды обнаруживаются во многих районах умеренных широт. Глобальные изменения состояния океана и атмосферы сопровождаются также изменениями концентрации в атмосфере углекислого газа и озона и даже небольшим замедлением вращения Земли.

Разумеется, что средний  температурный эффект автоколебаний  за достаточно длительный промежуток времени, включающий несколько колебаний  в системе атмосфера – океан, должен быть близок к нулю.

Современная наука не позволяет предсказывать точные даты явлений Эль-Ниньо, однако анализ методами математической статистики временного ряда явлений дает возможность построить надежный прогноз среднего числа событий за достаточно длинный промежуток времени. Из этого прогноза следует, что наблюдаемое в настоящее время учащение явлений Эль-Ниньо в ближайшие десятилетия прекратится и в 20-х годах следующего столетия частота появления Эль-Ниньо станет минимальной.

 

2.6. Изменение климата  может происходить само по  себе без каких-либо внешних  воздействий и деятельности человека

Планета Земля настолько  большая и сложная система  с огромным количеством структурных  элементов, что её глобальные климатические  характеристики могут ощутимо изменяться без всяких изменений солнечной  активности и химического состава  атмосферы. Различные математические модели показывают, что на протяжении века, колебания температуры приземного слоя воздуха (флуктуации) могут достигать 0,4 °С. В качестве сравнения можно привести температуру тела здорового человека, которая варьирует в течение дня и даже часа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. АНТРОПОГЕННАЯ  ГИПОТЕЗА ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА

Обострение глобального экологического кризиса связано с демографическим взрывом и необходимостью удовлетворения растущих материальных потребностей людей, что обусловливает расширение масштабов хозяйственной деятельности и приводит к увеличению антропогенной нагрузки на окружающую среду. Как следствие обостряются проблемы глобального загрязнения окружающей среды, глобального изменения климата, разрушения стратосферного озона, истощаются природные ресурсы планеты, увеличивается число техногенных катастроф, возрастает вероятность потери устойчивости биосферы, хозяйственная емкость которой конечна.

 

3.1. Антропогенное возмущение климатической системы

Глобальное изменение климата (потепление) связывают с аномальным усилением естественного атмосферного явления, называемого парниковым эффектом. Он был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896 году. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты.

При отсутствии парникового  эффекта средняя глобальная температура  поверхности Земли составляла бы – 18 °С. Основные компоненты воздуха – азот, кислород и инертные газы – прозрачны как для видимого солнечного света, так и для инфракрасных лучей. Однако энергия излучения Земли, соответствующая инфракрасной области спектра, эффективно поглощается другими составляющими атмосферы – парниковыми газами (ПГ), повышая температуру приземных слоев атмосферы. К основным парниковым газам относятся: водяной пар, диоксид углерода, метан, закись азота, а также ряд техногенных газов. Парниковые газы сохраняются в атмосфере довольно длительное время, период их жизни исчисляется многими десятилетиями. Суммарное содержание в атмосфере парниковых газов составляет менее 0,5 %, но этого достаточно, чтобы создать естественный парниковый эффект. Благодаря  этому  эффекту  средняя  глобальная температура повышается до +15 °С.

 Аномальное увеличение  концентрации парниковых газов  в атмосфере, наблюдаемое в  последние десятилетия, происходит  за счет превышения притока  над стоком этих газов и  вызвано ростом антропогенных,  т.е. связанных с хозяйственной  деятельностью человека, выбросов ПГ. В настоящее время вклад диоксида углерода в усиление парникового эффекта составляет около 80 %, метана – 18-19 %, оставшиеся 1-2 % приходятся на закись азота, некоторые промышленные газы и озон. Хотя вклад водяного пара в парниковый эффект даже больше, чем вклад CO2, однако за многолетний период не наблюдалось сколько-нибудь значительного отклонения влажности воздуха от среднего значения.

Сжигание угля, нефти  и природного газа приводит к высвобождению  с беспрецедентной скоростью заключенного в этих ископаемых видах топлива углерода. Нынешний объем ежегодных антропогенных выбросов составляет более 23 млн тонн диоксида углерода или почти 1 % от общей массы диоксида углерода в атмосфере. Диоксид углерода, обусловленный хозяйственной деятельностью людей, включается в естественный углеродный цикл. Дополнительное антропогенное поступление углекислого газа в атмосферу могло бы компенсироваться в результате биотической регуляции, осуществляемой экологическими системами биосферы (например, поглощаться лесами). Но вследствие нарушений структуры биоты суши и в целом глобального биохимического цикла углерода эта избыточная антропогенная часть углекислого газа в атмосфере постоянно возрастает. Даже с учетом того, что половина выбросов диоксида углерода, обусловленных антропогенной деятельностью, поглощается океанами и растительностью, атмосферные уровни продолжают расти более чем на 10 % за каждые 20 лет. За последние 150-250 лет из-за изменений в землепользовании значительно сократилось количество биомассы и почвенного углерода, а, значит, и запас углерода, накопленного на земных экосистемах в целом. В результате в атмосферу поступило большое количество CO2. Резко сократилась площадь лесов, прежде всего в тропиках. Выпас все большего количества скота в развивающихся странах, особенно в Африке, привел к деградации пастбищ. Все это не только повлияло на местный климат, но и внесло свой отрицательный вклад в глобальные процессы. По оценкам экспертов Организации Объединенных Наций, антропогенный парниковый эффект на  57 %  обусловлен добычей топлива и производством энергии, на 20 % – промышленным производством, не связанным с энергетическим циклом, но потребляющим топливо, на 9 % – исчезновением лесов, на 14 % – сельским хозяйством.

Помимо аномального роста абсолютных значений средней глобальной температуры, весьма существенным фактом является резкое увеличение скорости ее роста. Острота проблемы изменения климата заключается не столько собственно в потеплении, сколько в разбалансировке и дестабилизации климатической системы. Мощный выброс CO2 является своего рода химическим толчком, достаточно сильным возмущением для климатической системы. На долговременный процесс естественной эволюции глобального климата накладываются все более ощутимые изменения в климатической системе, вызванные антропогенной деятельностью.

Популярность антропогенной  гипотезы можно объяснить следующими факторами. Во-первых, она является наиболее согласованной с другими известными гипотезами, а во-вторых, она может быть включена в теорию "саморегулируемого" изменения климата. Действительно, хозяйственная деятельность человека является источником углекислоты, в результате чего срабатывает парниковый эффект и происходит потепление, вследствие которого в свою очередь повышается уровень концентрации парниковых газов.

Между тем некоторые  ученые имеют иную точку зрения, утверждая, что вклад человечества в процесс изменения климата ничтожен. Процессы потепления/похолодания наблюдались на протяжении большей части истории Земли и являлись самоподдерживающимися.

 

3.3. Парниковые газы, образующиеся в результате деятельности человека (антропогенные газы)

Атмосферные концентрации основных антропогенных парниковых газов, таких, как двуокись углерода, метан, закись азота и тропосферный озон, постоянно возрастали в течение  большей части ХХ века. Исключением  являются галоидоуглероды, поскольку их концентрация возрастала приблизительно до 1990 г., а затем стабилизировалась после того, как в соотвествии с Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой¹, были введены в действие ограничения на использование этих компонентов. Изменения концентраций парниковых газов вызваны главным образом сжиганием ископаемого топлива, все большими изменениями в области сельского хозяйства и землепользования. Концентрации двуокиси углерода возросли с 280 частей на миллион (ppm) в прединдустриальную эпоху (1750-е гг.) до 370 в настоящее время, и считается, что, учитывая существующую тенденцию, эта концентрация будет находиться в пределах от 540 до 970 ppm в 2100 году. Эти газы характеризуются продолжительным сроком нахождения в атмосфере. Оценки показывают, что половина всех выбросов СО2 заканчивает свое существование в атмосфере и остается там в течение 50-200 лет, в то время как вторая половина поглощается океанами, сушей и растительностью. Ввиду изменений в землепользовании и дальнейшего обезлесения ожидается увеличение доли СО2 в атмосфере.

 

3.3.1.  Аэрозоли

Аэрозоли – это мелкие частицы пыли, которые находятся во взвешенном состоянии в атмосфере. Они образуются главным образом в результате химических реакций  между газообразными загрязнителями воздуха, поднятого на   высоту  песка или брызг   морской    воды,   лесных   пожаров,

 

 

 

сельскохозяйственной  и промышленной деятельности, а также  автомобильных выхлопов. Аэрозоли образуют мутный слой в тропосфере, самом  низком слое до высоты 10 км в атмосфере. Они могут также образоваться высоко в атмосфере после вулканического извержения и даже в стратосфере на высоте порядка 20 км. В безоблачные дни небо становится из-за них не таким абсолютно синим, а скорее беловатым (особенно в направлении Солнца). Лучше всего аэрозоли видны при восходе и заходе солнца, когда путь лучей в атмосфере до поверхности Земли больше. Аэрозоли являются высокоэффективными рассеивателями солнечного света, поскольку их величина составляет, как правило, несколько десятых долей микрона. Некоторые аэрозоли (такие, как сажа) поглощают также свет. Чем больше они поглощают, тем больше нагревается тропосфера и тем меньше солнечной радиации может достигнуть поверхности Земли. В результате этого аэрозоли могут понизить температуру приземного слоя атмосферы. Большие количества аэрозолей могут привести, таким образом, к охлаждению климата, которое компенсирует в определенной степени эффект потепления в результате увеличения объема парниковых газов.

Кроме того, аэрозоли обладают дополнительным косвенным эффектом охлаждения благодаря своей способности усиливать облачный покров. Продолжительность нахождения частиц пыли в атмосфере гораздо короче продолжительности существования парниковых газов, поскольку они могут исчезнуть в результате осадков в течение недели. Последствия воздействия аэрозолей также гораздо более локальны по сравнению с широко распространенным воздействием парниковых газов.

 

3.2.2. Изменения в землепользовании

В связи с ростом мирового населения многократно возросла нагрузка на культивируемые участки суши. Интенсивное земледелие, выпас скота и истощение запасов подводных вод из-за их использования для ирригации привели к деградации почвы в нескольких районах. Альмерия (юг Испании) является одним из многочисленных примеров, когда земле угрожает опасность опустынивания. Изменения в землепользовании негативно воздействуют на климатические параметры региона, такие, как температура и влажность, которые, в свою очередь, оказывают воздействие на региональный и глобальный климат. Со времени промышленной революции зеленые леса на всем земном шаре, в настоящее время находящиеся в основном в зоне тропических дождей, были вытеснены товарными и прочими культурами. Люди также изменяют окружающую среду в результате выращивания скота, которое повышает спрос на воду. Помимо выпаса скота на естественных пастбищах, люди существенно изменили частоту, интенсивность и объем выпаса в результате одомашнивания скота. Фактически, усилиям по сдерживанию опустынивания в сахельских регионах и в других местах мешают чрезмерный выпас скота и рубка деревьев для получения дров.

 

3.2.3. Урбанизация

Урбанизация способствовала изменению климата. В начале нынешнего  столетия жители городов составляли почти половину мирового населения. Согласно оценкам, город с населением в 1 млн человек производит ежедневно 25 000 тонн двуокиси углерода и 300 000 тонн сточных вод. Концентрация деятельности и выбросы являются достаточными для того, чтобы изменить местную атмосферную циркуляцию вокруг городов. Эти изменения являются столь значительными, что могут изменить циркуляцию на уровне региона, а это, в свою очередь, сказывается на глобальной циркуляции. Если подобное воздействие будет продолжаться, то ощутимым станет долгосрочное воздействие на климат.

 

3.3. Влияние человека на климат

Выброс парниковых газов  в атмосферу – лишь один из ряда факторов, оказывающих влияние на климат. Наряду с этим в природе  происходят процессы противоположного направления. Например, атмосферный  углерод активно поглощается  зелеными растениями в процессе фотосинтеза, он растворяется в воде, откуда часть его уходит из глобального оборота, превращаясь в химически малоактивные соединения (костные образования морских организмов). Известны и другие пути связывания углекислого и прочих парниковых газов. Построить же точную количественную модель их циркуляции до сих пор не удается. В силу того, что полного понимания механизмов реализации углеродного цикла (как, впрочем, и других газов) пока нет, нет и гарантий, что наблюдаемое увеличение концентрации того или иного газа в случае снижения его выброса прекратится.