Изменение климата на Земле.Основные гипотезы.Парниковый эффект.Парниковые газы

В Австралии летом 1982/83 г. была одна из самых драматических  засух за всю историю континента, получившая название “великая сушь”. Она охватила всю восточную и  южную часть континента и сопровождалась сильными лесными пожарами. В то же время Китай заливали дожди, продолжавшиеся три месяца. В Индии задержался сезон муссонных дождей. В Индонезии и на Филиппинах свирепствовали засухи. Над Тихим океаном пронеслись сильнейшие тайфуны. Побережье Южной Америки и засушливый Средний Запад США оказались залитыми дождями, которые затем сменились засухой. (С. 101-105)Все вулканы Земли ежегодно поставляют в окружающую среду от 130 до 175 млн т диоксида углерода, а индустриальная деятельность - 22 млрд т диоксида углерода в год.Самый крупный поставщик диоксида углерода из вулканов - Этна: 25 млн т/год, что эквивалентно 4 ТЭЦ мощностью по 1 ГВт.Обычно один действующий вулкан дает 1,3 млн т диоксида углерода.Наука и жизнь. 1990. № 4. С. 39. “Океан поднимается” (О чем пишут научно-популярные журналы мира).Последние 100 лет вода поднимается в среднем на 1,2 миллиметра в год.В диапазоне 10-20 градусов Цельсия при нагревании на один градус литр воды увеличивается в объеме на 0,15 кубического сантиметра. Немного, но при пересчете на объем Мирового океана (1307,5 кубического километра) цифры становятся вполне чувствительными.Нью-Йорк Таймс, недельное обозрение “Наука”. 1993. 14-27 сентября.

                              Оценка состояния климата Земли

За последнее столетие средние температуры земной поверхности повысились на 0,3-0,6 °С; уровень Мирового океана поднялся в среднем на 10-20 см; начиная с 1973 г. среднегодовая площадь снегового покрова в северном полушарии сократилась на 8%.

Если человечество не примет мер  по ограничению выброса парниковых газов, средние температуры на поверхности планеты будут расти примерно на 0,3 °С в десятилетие (возможная ошибка в пределах 0,2-0,5 °С), а уровень моря только за счет теплового расширения вод - подниматься на 2-4 см в десятилетие.

Что за потеплением - подъем или падение  уровня океана?

Во время глобального потепления Антарктическое оледенение не сокращалось, а, напротив, разрасталось.

И в наше время, несмотря на глобальное потепление (за столетие - примерно на 0,6 °С), снеговая линия в Канадской Арктике, на о. Баффина и на Аляске продвигается к югу, а увеличение мощности Гренландского оледенения должно приводить к падению (а не повышению!) уровня Мирового океана примерно на 0,45 мм/год

Горные ледники начали отступать  около 100 лет назад; то же можно сказать и о некоторых районах Антарктического полуострова

В прошлом масштабы оледенения возрастали как раз в периоды потепления, а не похолодания.

                                  2.Парниковый эффект

В последнее время  деятельность человека оказывает беспрецедентное  по масштабам и интенсивности  воздействие на окружающую среду  и глобальные системы жизнеобеспечения. Доказательство тому - одна из многих экологических  проблем - глобальное потепление климата - парниковый эффект. Скоро атмосфера станет непроницаемой для тепла, и последствия могут быть очень глобальными - неизбежное повышение уровня мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников, морских льдов, теплового расширения вод океана. Такое потепление климата вызовет серьёзные изменения экологических условий в тундре, в зонах «вечной мерзлоты»: увеличится сезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, активизируется процесс заболачивания, ухудшится состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

                      2.1 Причины возникновения парникового эффекта

Еще в 1827 году французский физик  Жозеф Фурье предположил, что  атмосфера земли выполняет функцию  своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла.

Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс, вполне логично  предположить, что увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество СО_2 (углекислоты) в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, «увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли... Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды».

Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Дело в том, что даже когда изменение климата действительно происходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным. Мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий - причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце восьмидесятых - начале девяностых годов несколько лет подряд среднегодовая  глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения в том, что  вызванное человеческой деятельностью  глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 - 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний.

Неопределенность в вопросе  глобального потепления порождает  скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что когда гипотеза об антропогенных факторах глобального потепления подтвердится, уже поздно будет что-либо предпринимать.

                               2.2  Последствия парникового эффекта

Главная проблема это  повышение уровня Мирового океана. При очень значительном потеплении катастрофически начнет сокращаться (примерно в 3 - 5 раз) площадь горного оледенения, в Арктике уменьшатся площадь и толщина морских льдов, начнут таять материковые ледники Гренландии и Антарктиды.

Поднятие уровня океана, даже незначительное, может иметь весьма негативные экологические и социально - экономические последствия: Будут затоплены приморские равнины, ухудшится водоснабжение прибрежных районов. Если же уровень океана повысится существенно, будут затоплены значительные участки суши и ущерб будут огромным. Подсчитано, что при подъёме уровня мировых вод на 1м будет затоплено 20% территории Бангладеш, сельскохозяйственные земли Египта, некоторые крупные города Китая, катастрофическим наводнениям подвергнется Венеция.

Потепление климата, скорее всего, благоприятно отразится на растительности, в частности на лесных экосистемах и сельском хозяйстве. При этом потеплении изменится и режим атмосферных осадков в сторону их увеличения, что также улучшит условия произрастания растений во многих регионах. Специалисты предполагают, что при повышении температуры воздуха на 1 ^оС количество осадков над континентами в среднем возрастёт на 10%.

Повышение концентрации СО₂ в атмосфере может увеличить интенсивность фотосинтеза и, значит, способствовать росту и развитию растений.

Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере может оказать  благоприятное воздействие на урожайность  многих сельскохозяйственных культур.

Глобальное потепление климата  может привести к изменению структуры  и местоположения биомов Земли. Учёными на основе исследований составляются прогнозы изменения растительных природных зон при увеличении температуры на 1,4 ^оС (2000 год) и на 2,2 ^оС (к 2025 году). Согласно этому прогнозу учёных, при глобальном потеплении будет наблюдаться существенное уменьшение площадей наших тундры и лесотундры - более чем в 2 раза при потеплении на 1,4 ^оС и более чем в 6 раз при повышении температуры на 2,2 ^оС. При этом будут изменяться природные зоны.

                                          2.3 Киотский протокол

Так как предполагаемое потепление климата, вызванное человеческой деятельностью, на 50% происходит в результате потребления  энергии, напрашивается вывод о  том, что для того, чтобы предотвратить  кризис, надо изменить практику этого  потребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьезные меры. Если опасения, связанные с потеплением климата, оправдаются, то плата за бездействие будет намного выше, чем затраты на предотвращение кризиса.

По мнению экологов, наиболее действенными будут такие меры, как повышение  эффективности энергопользования  и переход к альтернативным видам  топлива (отказ от ископаемых видов  топлива, таких как нефть и  уголь) Хотя мировое сообщество сделало  большой шаг вперед в повышении эффективности использования энергии после нефтяного эмбарго 1973 года, ему еще предстоит огромная работа в этой области.

В 1980 году более 100 миллионов тонн СО₂ было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы СО₂ развитых стран в 1985 году составили 74% от общего объема, а доля развивающихся стран составила 24%. Ученые предполагают, что к 2025-му году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44%. В последние годы Россия и страны бывшего СССР значительно сократили выбросы в атмосферу СО₂ и других тепличных газов. Это прежде всего связано с переменами, происходящими в этих странах, и падением уровня производства. Тем не менее, ученые ожидают, что в начале двадцать первого века Россия достигнет прежних объемов выброса в атмосферу тепличных газов.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному  изменению климата, делегатами из более  чем ста шестидесяти стран  была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 годам выбросы СО₂ на 5% от уровня 1990 года:

· Европейский союз должен сократить  выбросы СО₂ и других тепличных газов на 8%.

· США - на 7%.

· Япония - на 6%.

Протокол предусматривает систему  квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что  каждая из стран (пока это относится  только к тридцати восьми странам, которые  взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительныe выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% - будет выполнена.

Тем не менее, переговоры по вопросу сокращения выбросов тепличных газов идут очень сложно. Прежде всего конфликт существует на уровне официальных лиц и бизнеса с одной стороны и неправительственного сектора - с другой. Неправительственные экологические организации считают, что достигнутое соглашение не решает проблемы, так как пятипроцентное сокращение выбросов тепличных газов недостаточно для того, чтобы остановить потепление, и призывают сократить выбросы как минимум на 60%. Кроме того, конфликт существует и на уровне государств. Такие развивающиеся страны, как Индия и Китай, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, присутствовали на встрече в Киото, но не подписали соглашение. Развивающиеся страны вообще с настороженностью воспринимают экологические инициативы индустриальных государств. Аргументы просты: а) основное загрязнение тепличными газами осуществляют развитые страны и б) ужесточение контроля на руку индустриальным странам, так как это будет сдерживать экономическое развитие развивающихся стран. В любом случае проблема глобального потепления климата - яркий пример того, какие механизмы, подчас, включены в решение экологической проблемы. Такие компоненты, как научная неопределенность, экономика и политика нередко играют в этом процессе ключевую роль.

                                        3. Парниковый газ

Парниковые газы - газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект.

Основными парниковыми газами, в  порядке их оцениваемого воздействия  на тепловой баланс Земли, являются водяной  пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглероды и оксид азота.

Водяной пар

Водяной пар -- основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли, что несколько уменьшает эффект.