Причины глобального потепления на земле



Г. А. Гусев

Важнейшим инструментом научного анализа процессов глобализации является метод математического моделирования. Однако его возможности ограничены рамками используемых моделей, которые не всегда адекватны наблюдаемым процессам и явлениям. Адекватная модель позволяет не только классифицировать состояние изучаемой системы, но и сделать прогноз относительно ее поведения в ближайшем (в соответствующем масштабе времени) будущем.

При построении моделей сложных явлений, к которым, безусловно, относятся явления планетарного масштаба, важнейшую роль играет полнота используемой базы данных. К сожалению, именно для явлений планетарного масштаба такую базу создать исключительно сложно: по экономическим соображениям и историческим причинам возможности эксперимента и наблюдений ограниченны. Тем не менее физико-математических моделей очень много, и они неплохо согласуются с экспериментом (если не иметь в виду прогнозы).

Поскольку имеющиеся фактические данные наблюдений и экспериментов неточны и неполны, для областей, не охваченных измерениями, часто приходится прибегать к экстраполяции (не всегда обоснованной). Помимо этого, для упрощения модели (чтобы можно было провести расчеты за какое-то разумное время) приходится пренебрегать некоторыми физически важными, но сильно усложняющими задачу деталями. Такая методология автоматически подразумевает неточность описания явления.


Учитывая описанные трудности создания математических моделей планетарных процессов и составления с их помощью долговременных прогнозов, мы рассмотрим одну из широко обсуждаемых сегодня проблем – глобальное потепление климата на нашей планете.

Что такое глобальное потепление?
Глобальная средняя годовая температура и климат

Причины глобального потепления на землеПод глобальным потеплением обычно понимают среднее повышение в течение десятков лет средней годовой температуры. Сразу отметим, что в настоящее время это условие не выполняется. Вот типичный текст из Интернета: «Есть данные более чем по 20 регионам. Бросается в глаза то, что факт потепления более бесспорен для Северного полушария Земли. Причем в самом Северном полушарии заметен меридиональный градиент: на севере потепление заметнее, чем на юге. В Южном полушарии по-настоящему серьезное потепление отмечается только на Антарктическом полуострове. Причем на всей остальной территории Антарктиды, особенно в ее центральных районах, ничего похожего в последние 50 лет не наблюдается. Все это дает основание ряду ученых говорить, что потепление носит локальный характер, связанный с Северным полушарием Земли». Можно встретить и утверждения относящиеся к одному году, вроде таких: «В 2005 г. была самая высокая годовая температура на станции «Восток». Ясно, что такие данные вполне могут быть просто случайными.


Логика измерений и осреднения температуры представлена на схеме (рис. 1).

Следует отметить, что рассчеты среднегодовых температур, сделанные разными организациями, далеко не всегда совпадают друг с другом. Некоторое представление о том, какой может быть результирующая точность, дает график изменений  глобальной среднегодовой температуры по данным некоторых метеостанций США и Великобритании (рис. 2). Довольно явный разброс среднегодовых значений температуры (более 0,2 °С) сопровождается значительным расхождением результирующих сглаженных кривых – до 0,2 °С.

Причины глобального потепления на земле

Не известны также и ошибки измерений, поскольку они зависят от методики измерений и полноты экспериментальных данных. Таким образом, на конечный результат влияют методика измерений, способ осреднения данных по времени и пространству и  использованные для осреднения данные. Вполне вероятно, что ошибка может составить даже 0,3 °С, а не 0,1 °С (как обычно предполагают с необоснованным оптимизмом).


На изменения глобальной температуры влияют многие факторы. Факторы, ведущие к потеплению: антропогенная эмиссия CO2, метана, закиси азота; увеличение содержания в атмосфере Земли водяного пара вследствие роста температуры, а значит, и испаряемости воды океанов; выделение CO2 Мировым океаном вследствие его нагревания; уменьшение альбедо (отражающая способность) Земли в инфракрасном диапазоне; выделение метана при таянии вечной мерзлоты; разложение метангидратов – кристаллических льдистых соединений воды и метана, содержащихся в приполярных областях Земли.

Факторы, препятствующие потеплению: глобальное потепление вызывает замедление скорости океанических течений – замедление теплого течения Гольфстрим вызовет снижение температуры в Арктике; с увеличением температуры на Земле растет испаряемость, а значит, и облачность, которая является определенного рода преградой на пути солнечных лучей; с ростом испаряемости увеличивается количество выпадающих осадков, что способствует заболачиванию земель, а болота являются одними из главных депо CO2; увеличение температуры способствует расширению площади теплых морей, а значит, и расширению ареала моллюсков и коралловых рифов, депонирующих CO2; увеличение концентрации CO2 в атмосфере стимулирует рост и развитие растений, которые являются потребителями CO2.

Интересно проследить, как изменялась средняя годовая температура в геологическом масштабе времени (рис. 3) и как соотносились эти изменения с содержанием в атмосфере СО2  и СН4  за последние 800 тыс. лет (рис. 4).


Причины глобального потепления на земле

Причины глобального потепления на земле

Возникает вопрос: а каким образом можно узнать об изменениях в атмосфере Земли в такой глубине веков? Такие данные (например, за последние
420 тыс. лет) были получены при изучении результатов бурения ледника на станции Восток (Антарктида). По содержанию во льду изотопа кислорода 18О с точностью до десятых долей градуса была реконструирована температура воздуха на поверхности ледяного щита, изменения в составе атмосферы концентраций углекислого газа и метана, а также колебания запыленности атмосферы.

Если сравнить уровень СО2 в течение последних 800 тыс. лет с современным, равным 395 ppm, то стоит признать, что антропогенный выброс СО2 действительно велик в сравнении с предыдущей эпохой, когда оледенения и межледнивековья (эпохи глобального потепления) происходили при низком уровне СО2, демонстрируя слабую зависимость этих процессов от самой концентрации СО2.

Отметим, что любой среднегодовой глобальной температуре может соответствовать несколько совершенно различных климатических многообразий на Земле. Например, при неизменной среднегодовой глобальной температуре в Северном полушарии может быть в среднем потепление, а в Южном – компенсирующее его похолодание. Или в Северном и Южном полушариях произойдет определенная климатическая перестройка, сильно изменяющая условия жизни многих экосистем, а формально найденная средняя глобальная температура не изменится.


Причины глобального потепления и похолодания

Основные гипотезы о причинах глобальных изменений климата сводятся к следующим.

Гипотеза 1. Причиной глобального потепления является изменение солнечной активности.

Гипотеза 2. Причина глобального потепления – изменение угла оси вращения Земли и ее орбиты. Здесь речь идет о медленных (сотни тысяч лет) изменениях.

Гипотеза 3. Виновник глобальных климатических изменений – океан. Это очень правдоподобное предположение, т.к. океан в силу своей большой теплоемкости и наличия теплых и холодных течений способен быть как стабилизирующим фактором, так и причиной изменчивости климата в разных масштабах пространства и времени.

Гипотеза 4. Вулканическая активность. При извержениях мощных стратовулканов, когда массы пыли и пепла выбрасываются высоко вверх, рассеиваются в стратосфере и вызывают хорошо известный эффект «ядерной зимы», влияние на климат прослеживается явно.

Гипотеза 5. Взаимодействия между Солнцем и планетами Солнечной системы, приводящие как к возмущению солнечной активности, так и к возмущению элементов орбиты Земли: и то и другое влияет на климат Земли.


Гипотеза 6. Изменение климата может происходить само по себе без каких-либо внешних воздействий и деятельности человека. Эта гипотеза вполне правдоподобна и отражает неизбежность собственных колебаний в системе оболочек Земли (атмосфера, океан, поверхность суши и горных массивов, ледников Арктики и Антарктики).

Гипотеза 7. Всему виной человек. Эта гипотеза самая радикальная. Она связана с недооценкой значения перечисленных выше гипотез, а также с желанием использовать «экологическое сознание» в политических целях.

Экспериментальная информация о климате черпается из следующих источников: исторические летописи и хроники; метеорологические наблюдения; спутниковые измерения площади льдов, растительности, климатических зон и атмосферных процессов; анализ палеонтологических (останки древних животных и растений) и археологических данных; анализ осадочных океанических пород и отложений рек; анализ древних льдов Арктики и Антарктиды (соотношение изотопов 16O и 18О); измерение скорости таяния ледников и вечной мерзлоты, интенсивности образования айсбергов; наблюдение за морскими течениями; наблюдение за химическим составом атмосферы и океана; наблюдение за изменениями ареалов (мест обитания) живых организмов; анализ годовых колец деревьев и химического состава тканей растительных организмов.

Климат древних эпох изучает палеоклиматология. Экспериментальные данные используются для построения глобальной климатической модели, но их точность и точность модели не может быть оценена однозначно.


Основные долговременные климатические циклы в течение четвертичного периода (2,6 млн лет) – это эпоха оледенений и межледниковий. Оледенение – это похолодание, разрастание покровных ледников до умеренных широт, понижение уровня океана на 100 м и более. За последние 800 тыс. лет было 8 оледенений. Во время межледниковий бывают также значительные вариации климата (рис. 5). Так, имел место малый ледниковый период – похолодание XIV–XIX вв., а также малый климатический оптимум X–XIII вв. В теплые периоды среднегодовая температура арктических широт поднималась до 7–13 °С, а температура самого холодного месяца января составляла 4–6 °C. На смену теплым периодам рано или поздно приходили похолодания, во время которых льды достигали современных тропических широт.

Причины глобального потепления на земле

Так есть ли глобальное потепление? Существующие данные дают основание ряду ученых говорить, что потепление носит локальный характер и связано с Северным полушарием Земли. С другой стороны, по мнению некоторых климатологов, климатическое равновесие настолько хрупко, что наблюдаемое в XX в. потепление уже стало необратимым и закончится полным таянием льдов, по крайней мере, в Северном полушарии. Однако это не подтверждается прошлой климатической историей, поэтому большинство специалистов не столь радикальны в своих суждениях.


Парниковый эффект

Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоев атмосферы по сравнению с температурой верхних сравнительно холодных слоев, которая является эффективной температурой Земли,  температурой, которую бы определили наблюдатели из космоса. Атмосфера прозрачна для солнечного излучения в оптическом диапазоне длин волн, поэтому оно беспрепятственно достигает поверхности Земли и нагревает ее. Эффективная средняя температура поверхности Земли составляет около 23 °С. Как и всякое нагретое тело, поверхность Земли излучает электромагнитные волны, причем при такой температуре максимум излучения приходится на инфракрасный диапазон. В этой области длин волн некоторые газы, получившие название парниковых (СО2, Н2О, СН4, и др.), очень хорошо поглощают излучение, что приводит к нагреванию нижних слоев атмосферы, т.е. к парниковому эффекту.

Парниковым газом номер один является водяной пар, его вклад в существующий атмосферный парниковый эффект составляет, по некоторым оценкам, 20,6 °С. На втором месте находится СО2, его вклад составляет, по тем же оценкам, около 7,2 °С. Из космоса мы видим излучение сравнительно холодных слоев атмосферы, а атмосфера – это теплоизолирующая оболочка. Разность температур на поверхности Земли и эффективной, видимой из космоса, составляет 30–39 °С. Схема, иллюстрирующая парниковый эффект, представлена на рисунке 6.


Причины глобального потепления на земле

Миф о роли антропогенного (2–6 Гт СО2) фактора в возможном глобальном потеплении состоит из недооценки естественного круговорота СО2 (190 Гт) и роли других факторов (водяной пар, нелинейная теплопроводность, конвекция и т.д.). Главный поставщик СО2 в атмосферу – океан. Увеличение содержания СО2 в атмосфере по сравнению с доиндустриальной эпохой составило 31%, причем не доказано, что это следствие антропогенного влияния. За это время средняя глобальная температура выросла примерно на 0,3–0,9 °С.

Но не только СО2 участвует в парниковом эффекте (вклад водяного пара примерно в 3 раза выше вклада СО2), и не только парниковый эффект регулирует температуру в нижних слоях атмосферы. Факторов много, и важны динамика и обратные связи, противодействующие любым изменениям в большой термодинамической системе (принцип Ле-Шателье–Брауна).

Сторонники гипотезы глобального потепления утверждают, что избыток антропогенных парниковых газов нарушает устойчивость климата, приводя к катастрофическим последствиям для человечества. Противники этой гипотезы утверждают, что, согласно геологическим данным, значительное потепление на Земле всегда через некоторое время приводит к росту СО2. Кроме того, точность определения средней равновесной глобальной концентрации СО2 остается под вопросом.

Считается, что за последние 100 лет средняя температура поднялась на 0,3–0,6 °С, но относительно причин этого явления единого мнения нет. Можно ли в сложной динамической и статистической системе отделить влияние человека от естественных факторов? Это главный вопрос.

Влияние потепления на живую природу


Причины глобального потепления на землеВлияние потепления на живую природу весьма разнообразно и может быть оценено по изменениям в фауне и флоре, хотя не все изменения связаны только с климатом. Есть естественный эволюционный ход с возможными скачкообразными переходами. Общая схема воздействия глобальных и региональных потеплений на организмы, их сообщества и в целом на экосистемы представлена на рисунке 7. Отметим, что приводимые ниже данные не всегда могут быть распространены на всю Землю, а касаются только местных экосистем.

Под статическим воздействием потепления понимается действие самой температуры как физической величины, а под динамическим – влияние скорости ее изменений во времени на экологию.

Глобальное потепление ускорило ход очень многих биологических событий. Специалисты изучили изменения, зафиксированные в 1976 и 2005 гг. у более чем 700 видов рыб, птиц, млекопитающих, насекомых, земноводных, планктона и растений. Выяснилось, что более 80% биологических событий – цветение растений, овуляция у млекопитающих, миграция птиц и др. – сегодня начинаются в среднем на 11 дней раньше, чем в 1970-х гг. С каждым десятилетием темп изменений ускоряется. Пока различия возникают независимо друг от друга на разных уровнях пищевой цепи. Причем в нижней части цепи изменения в биологических событиях проявляются сильнее, чем в верхней. Теоретически впоследствии это может оказаться серьезной проблемой. Например, сложно предположить, будут ли хищники в состоянии адаптироваться к изменениям, произошедшим с их добычей.

По данным наблюдений, некоторые виды птиц в Великобритании из-за потепления климата стали откладывать яйца значительно раньше, чем это происходило 40 лет назад. Согласно научной терминологии, эти процессы в жизни пернатых называются фенологическим сдвигом. Из-за климатических изменений в Северной Америке становится все меньше снега, а вместе с ним исчезают и росомахи. Леса вечнозеленой секвойи и другие экосистемы вдоль западного побережья США могут столкнуться с засухой.

Глобальное потепление, по оценкам ученых, может привести к гибели 30% растительного и животного мира. Причем гибель животных будет сопровождаться их ассимиляцией с мигрирующими особями, особенно с юга, а также возрастающим распространением переносчиков различных заболеваний, которые могут серьезно повредить и самому человеку, уничтожая посевы и провоцируя эпидемии.

В последнем отчете Всемирного фонда дикой природы приведен прогноз для России в связи с глобальным потеплением: распространение инфекций (энцефалит и малярия); засухи, которые коснутся всех степных районов; разрушение инфраструктуры, дорог и зданий в связи с таянием вечной мерзлоты. 

Ботаники из Швейцарии показали, что реакция флоры умеренных широт на потепление будет зависеть от типа и состояния растительных сообществ. Растения пионерных и нарушенных экосистем будут быстро отвечать на потепление, зрелая экосистема широколиственных лесов более инертна. Это различие связано с преобладанием альтернативных механизмов регуляции сезонных циклов у растений пионерных и зрелых экосистем.

С нашей точки зрения, все предлагаемые прогнозы потепления будут опровергнуты временем, как это уже было, например, в случае прогнозов по уровню воды в Каспийском море или запасам нефти (прогнозы Римского клуба, о которых благополучно забыли). Вообще, далекие линейные экстраполяции в глобальных масштабах или в локальных масштабах, но на долгие времена, давно себя исчерпали. Об этом говорит весь накопленный опыт. В то же время следует сказать, что независимо от природы и длительности настоящего потепления, по крайней мере, в Северном полушарии, его надо учитывать в экологической охранной деятельности. Так, очевидно, что надо спасать леса, реки, экосистемы там, где это возможно, четко понимания, что действительно глобальному потеплению противостоять силами человечества невозможно (рис. 8).

Причины глобального потепления на земле

Может ли современная наука ответить на все вопросы?

Нужно иметь в виду, что сложная климатическая машина Земли зависит от многих физико-химических параметров суши и океана, которые тесно связаны с деятельностью Солнца, его гравитационным полем и полем других космических объектов в Солнечной системе и вне ее. Эта система эволюционирует, имеет различные масштабы временных вариаций и определенную инерционность, позволяющую на разных временных и пространственных масштабах наблюдать относительную устойчивость климатических параметров.

В то же время под влиянием внутренних (земных) и внешних причин могут запускаться катастрофические процессы потери относительной устойчивости в периоды межледниковий, последствия которых неприемлемы для жизни человечества на современных обжитых территориях. Вопрос в том, может ли современная наука предсказывать такие катастрофы.

В настоящее время усилиями физиков и математиков построено большое число глобальных климатических моделей, которые часто претендуют на весьма точное описание эволюции климата. Прогресс в построении таких моделей обычно выражается в добавлении новых важных деталей в общую математическую модель, однако узнать, лучше или хуже согласуются прогнозы новых моделей с данными наблюдений, почти невозможно. К тому же теоретики не любят обсуждать вопрос о качестве экспериментальных данных и выборе самих экспериментальных методик. На глобальных картах температур, давлений, скоростей воздушных потоков все выглядит довольно убедительно и правдоподобно, но прогнозы  редко бывают точны. Одной из причин является то, что быстродействие современных компьютерных комплексов не позволяет учесть все данные достаточно плотной сетки точек наблюдений на Земле, тем самым выбрасываются сильные локализованные в пространстве динамические эффекты.

Вопрос в том, может ли человечество конкурировать с естественными процессами с помощью пассивных или активных воздействий. Скорее всего, возможности человечества ограничены более или менее точным прогнозом глобальных катастрофических климатических перестроек и пассивными методами борьбы с потерей экологического равновесия в региональных масштабах. Но и это уже требует напряжения всех экономических сил да еще в условиях кризиса.

Романтики, забывая, что денег для осуществления проектов нет, предлагают такие оригинальные способы предотвращения глобального потепления, как выведение новых сортов растений и пород деревьев, листья которых обладают более высоким альбедо, покраска крыш в белый цвет, установка зеркал на околоземной орбите, укрытие ледников от солнечных лучей и т.д. Много усилий тратится на замену традиционных источников энергии, основанных на сжигании углеродного сырья, на нетрадиционные – солнечные батареи, ветряки, приливные электростанции, а также ГЭС, АЭС. В будущем планируется уделять большое внимание улавливанию парниковых газов при производстве электроэнергии и непосредственно из атмосферы путем захоронения растительных организмов, использования хитроумных искусственных деревьев, закачки CO2 на многокилометровую глубину в океан, где он будет растворяться в водной толще.

Большинство перечисленных способов нейтрализации CO2 очень дороги. В настоящее время стоимость улавливания 1 т СО2 составляет приблизительно 100–300 долларов США, что превышает рыночную стоимость 1 т нефти, а если учесть, что при сгорании 1 т нефти образуется приблизительно 3 т CO2, то многие способы связывания CO2 оказываются пока невыполнимыми.

Остается самый главный вопрос: как конкурировать с отлаженной за миллиарды лет космической тепловой машиной, включающей Землю, Солнце, океан, сушу, ледники, атмосферу, биосферу, стратовулканы, и как учесть ее постоянные сбои, к счастью для нас, на больших временных отрезках. Единственным, но и достаточным утешением может служить то, что за последние несколько тысяч лет эта машина не пыталась уничтожить человечество. Полагаясь на ее инерционность, с известной долей оптимизма можно считать, что человечество имеет еще лет 500 для самоусовершенствования.

Заключение

В вопросе о глобальном потеплении дьявол прячется в слове «глобальный». Очень трудно наполнить это слово точным физическим смыслом, если не иметь в виду некий упрощенный подход, когда Земля представляется малым телом с однородной температурой, характеризуемой одним числом. Этот параметр сам по себе ничего не определяет вне контекста сложной модели с большим числом разных эффектов, хотя бы таких, как парниковый эффект, циклонические вихри, холодные и теплые течения в океанах, распределение по глубине многих физически важных параметров. Кроме того, нет однозначной связи между динамикой процессов на Земле и этим средним: совершенно различные глобальные климаты в течение года могут дать одно и то же среднее.

Причины глобального потепления на земле

Важно определить, что такое глобальное потепление и является ли оно именно глобальным, если иметь в виду все экспериментальные данные. Изложение причин похолодания и потепления в виде гипотез очень разумно. Казалось бы, так же разумно связывать глобальное потепление и похолодание с состоянием наших главных холодильников (Арктический и Антарктический бассейны) и главных инерционных сфер, прежде всего океана. Но здесь могут быть ловушки, если иметь в виду кратковременные измерения (20–30 лет), т.к. инерционность этих сфер очень велика и именно по этой причине происходят собственные колебания, природа которых очень сложна. Так что, на наш взгляд, вопрос о глобальном потеплении вряд ли может быть решен однозначно на основании всего лишь отдельных наблюдений, относительно которых даже нет единства среди разных групп ученых. Но несомненно, что в последние 20–30 лет в Северном полушарии потепление имеет место.

Что касается самой разницы температур на поверхности Земли и в верхних слоях атмосферы, то здесь все предлагаемые модели совпадают с достаточной точностью. Однако при увеличении концентрации CO2 старые модели дают значительное усиление парникового эффекта. Недавно предложена модель, учитывающая дополнительно к тепловому излучению конвекцию и теплопроводность. В результате главную роль в парниковом эффекте стал играть водяной пар и «повышение концентрации CO2» перестало звучать устрашающе. Правда, специалисты пока не определили своего отношения к этому факту.

Влияние потепления на экологическую обстановку даже в региональном масштабе следует признать давно доказанным. В самом деле, если отвлечься от каких-то смелых экстраполяций в будущее, то обычно приводимые факты по локальным эффектам легко проверяются местными жителями, особенно когда речь идет о теплых зимах или таянии вечной мерзлоты. Кроме того, биосферные эффекты, касающиеся отдельных организмов, наблюдаются всеми нами на бытовом уровне и потому вопросов не вызывают. Более тонкие эффекты действия потепления или похолодания на экосистемы требуют оценок специалистов, особенно в случае глобальной связи региональных экосистем.

О возможностях фундаментальной науки в решении вопроса о глобальном климате говорилось уже много. Даже парниковый эффект пока рассчитывался в сильно упрощенном виде, так что серьезный анализ еще впереди. Глобальные климатические модели вызывают осторожный пессимизм. Дело в том, что математики довольно слабо представляют себе физику даже простых явлений, их больше интересует строгость в математическом смысле. Математическая физика также традиционно смещается в сторону математики и не спешит развивать методологию для таких сложных задач. Математические физики удовлетворены тем, что сильно упрощенная модель дает правдоподобные результаты. Более того, модели постоянно усложняются, что создает впечатление быстрого развития этого направления. Правда, иногда ученые признаются, что модель можно всегда «настроить» так, чтобы получить любой желаемый и удобный для политического манипулирования результат.

Фото предоставлены автором

Источник: bio.1sept.ru

Что такое глобальное потепление?

Глобальное потепление — это медленное и постепенное увеличение средней температуры на нашей планете, которое как раз наблюдается в настоящее время. Глобально потепление — это факт, спорить с которым бессмысленно, и именно поэтому необходимо трезво и объективно подойти к его осмыслению.

Причины глобального потепления

По научным данным, глобальное потепление может быть вызвано множеством факторов:

Скорее всего, окажется, что каждая из этих составляющих вносит свой вклад в глобальное потепление.

Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект, наблюдал любой из нас. В теплицах температура всегда выше, чем снаружи; в закрытом автомобиле в солнечный день наблюдается то же самое. В масштабах Земного шара все так же. Часть солнечного тепла, полученного поверхностью Земли, не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера действует на подобии полиэтилена в парнике. Не будь парникового эффекта средняя температура поверхности Земли должна быть около -18° С, а в действительности около +14°С. Сколько тепла остается на планете напрямую зависит от состава воздуха, который как раз и меняется под воздействием вышеописанных факторов (Чем вызвано глобальное потепление?); а именно меняется содержание парниковых газов, к которым относятся водяной пар (ответственный более чем за 60% эффекта), диоксид углерода (углекислый газ), метан (вызывает больше всего потепления) и ряд других.

Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Большая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов.

Какие факты доказывают глобальное потепление?

Глобальное потепление климата и последствия потепления

Взаимосвязь глобального потепления и мировых катаклизмов

Глобальное потепление климата и последствия потепления

Методы предсказывания глобального потепления

Глобальное потепление климата и последствия потепления

Глобальное потепление и его развитие предсказывают, в основном, с помощью компьютерных моделей, на основе собранных данных о температуре, концентрации углекислого газа и много чего еще. Разумеется, точность подобных прогнозов оставляет желать лучшего и, как правило, не превышает 50%, причем, чем дальше замахиваются ученые, тем меньше становится вероятность сбывания предсказания.

Так же для получения данных используют сверхглубокое бурение ледников, иногда пробы берутся с глубины до 3000 метров. Этот древний лед хранит в себе информацию о температуре, солнечной активности, интенсивности магнитного поля Земли того времени. Информация используется для сравнения с показателями настоящего времени.

Какие меры принимаются, чтобы остановить глобальное потепление?

Широкий консенсус среди учёных-климатологов относительно продолжения роста глобальных температур привёл к тому, что ряд государств, корпораций и отдельный людей пытаются предотвратить глобальное потепление или же приспособиться к нему. Многие экологические организации ратуют за принятие мер против изменения климата, в основном потребителями, но также на муниципальном, региональном и правительственном уровнях. Некоторые также выступают за ограничение мирового производства ископаемых видов топлива, ссылаясь на прямую связь между сжиганием топлива и выбросами CO2.

На сегодняшний день основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению является Киотский протокол (согласован в 1997, вступил в силу в 2005), дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Протокол включает более 160 стран мира и покрывает около 55% общемировых выбросов парниковых газов.

Европейский союз должен сократить выбросы CO2 и других тепличных газов на 8%, США — на 7%, Япония — на 6%. Таким образом предполагается, что главная цель — сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% — будет выполнен. Но это не остановит глобальное потепление, а только лишь немного замедлит его рост. И это в лучшем случае. Так что, можно сделать вывод, что серьёзные меры по предотвращению глобального потепления не рассматриваются и не принимаются.

Цифры и факты глобального потепления

Одним из наиболее наглядных процессов, связанных с глобальным потеплением, является таяние ледников.

За последние полвека температура на юго-западе Антарктики, на Антарктическом полуострове, возросла на 2,5°C. В 2002 году от шельфового ледника Ларсена площадью 3250 км и толщиной свыше 200 метров, расположенного на Антарктическом полуострове, откололся айсберг площадью свыше 2500 км, что фактически означает разрушение ледника. Весь процесс разрушения занял всего 35 дней. До этого ледник оставался стабильным в течение 10 тысяч лет, с конца последнего ледникового периода. На протяжении тысячелетий мощность ледника уменьшалась постепенно, но во второй половине XX века скорость его таяния существенно возросла. Таяние ледника привело к выбросу большого количества айсбергов (свыше тысячи) в море Уэдделла.

Разрушаются и другие ледники. Так, летом 2007 года от шельфового ледника Росса откололся айсберг длиной 200 км и шириной 30 км; несколько раньше, весной 2007 года, от антарктического материка откололось ледяное поле длиной 270 км и шириной 40 км. Скопление айсбергов препятствует выходу холодных вод из моря Росса, что приводит к нарушению экологического баланса (одним из следствий, например, является гибель пингвинов, лишившихся возможности добраться до привычных источников питания из-за того, что лёд в море Росса держался дольше обычного).

Отмечено ускорение процесса деградации вечной мерзлоты.

С начала 1970-х годов температура многолетнемёрзлых грунтов в Западной Сибири повысилась на 1,0°C, в центральной Якутии — на 1-1,5°C. На севере Аляски с середины 1980-х годов температура верхнего слоя мёрзлых пород увеличилась на 3°C.

Какое влияние глобальное потепление окажет на окружающий мир?

Сильно отразится на жизни некоторых животных. Например, белые медведи, тюлени и пингвины будут вынуждены сменить места своего обитания, так как и нынешние просто растают. Многие виды животных и растений могут просто исчезнуть, не успев приспособиться к быстро изменяющейся среде обитания. Изменит погоду в мировом масштабе. Ожидаются рост числа климатических катаклизмов; более продолжительные периоды экстремально жаркой погоды; будет больше дождей, но при этом вырастет вероятность засухи во многих регионах; рост числа наводнений из-за ураганов и роста уровня моря. Но все зависит от конкретного региона.

В докладе рабочей группы межправительственной комиссии по изменению климата (Шанхай, 2001 год) приведено семь моделей изменения климата в XXI веке. Основные выводы, сделанные в докладе, — продолжение глобального потепления, сопровождающегося увеличением эмиссии парниковых газов (хотя согласно некоторым сценариям к концу века в результате действия запретов на индустриальные выбросы возможен спад эмиссии парниковых газов); ростом поверхностной температуры воздуха (к концу XXI века возможно увеличение поверхностной температуры на 6°C); повышением уровня океана (в среднем — на 0,5 м за столетие).

К наиболее вероятным изменениям погодных факторов относятся более интенсивное выпадение осадков; более высокие максимальные температуры, увеличение числа жарких дней и уменьшение числа морозных дней почти во всех регионах Земли; при этом в большинстве континентальных районов волны тепла станут более частыми; уменьшение разброса температур.

Как следствие перечисленных изменений можно ожидать усиление ветров и увеличение интенсивности тропических циклонов (общая тенденция к усилению которых отмечена ещё в XX веке), увеличение частоты сильных осадков, заметное расширение районов засух.

Межправительственная комиссия выделила ряд районов, наиболее уязвимых к ожидаемому изменению климата. Это район Сахары, Арктика, мега-дельты Азии, небольшие острова.

К негативным изменениям в Европе относятся увеличение температур и усиление засух на юге (в результате — уменьшение водных ресурсов и уменьшение выработки гидроэлектроэнергии, уменьшение продукции сельского хозяйства, ухудшение условий туризма), сокращение снежного покрова и отступание горных ледников, увеличение риска сильных паводков и катастрофических наводнений на реках; усиление летних осадков в Центральной и Восточной Европе, увеличение частоты лесных пожаров, пожаров на торфяниках, сокращение продуктивности лесов; возрастание неустойчивости грунтов в Северной Европе. В Арктике — катастрофическое уменьшение площади покровного оледенения, сокращение площади морских льдов, усиление эрозии берегов.

Некоторые исследователи (например, П. Шварц и Д. Рэнделл) предлагают пессимистический прогноз, согласно которому уже в первой четверти XXI века возможен резкий скачок климата в непредвиденную сторону, причём следствием может явиться наступление нового ледникового периода продолжительностью в сотни лет.

Как глобальное потепление отразится на человеке?

Глобальное потепление климата и последствия потепления

Пугают нехваткой питьевой воды, ростом числа инфекционных заболеваний, проблемами у сельского хозяйства из-за засух. Но в долгосрочной перспективе ничего кроме эволюции человека не ожидает. Наши предки столкнулись с проблемой посерьезнее, когда после окончания ледникового периода температура резко поднялась на 10°С, но именно это привело к созданию нашей цивилизации. А то до сих пор бы, возможно, охотились на мамонтов с копьями.

Конечно, это не повод загрязнять атмосферу чем попало, ведь в краткосрочной перспективе нам придется худо. Глобальное потепление — вопрос, в котором нужно следовать зову здравого смысла, логики, не попадаться на дешевые байки и не идти на поводу у большинства, ведь история знает множество примеров, когда большинство очень глубоко заблуждалось и натворило немало бед, вплоть до сжигания великих умов, которые, в конечном счете, оказывались правы.

Глобальное потепление — это современная теория относительности, закон всемирного тяготения, факт вращения Земли вокруг Солнца, шарообразность нашей планеты во время их вынесения на суд общественности, когда мнения так же разделились. Кто-то точно прав. Но вот кто?

P.S.

Дополнительно на тему «Глобальное потепление».

Источник: www.vitamarg.com

Содержание CO2 в прошлом

800 тысяч лет, до начала индустриально-промышленной эпохи, содержание диоксида углерода в воздухе регулировалась происходящими на поверхности и в океане геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. В среднем концентрация колебалась от 150 ppm до 300 ppm (частиц на миллион). Колебание зависело от определенных временных периодов на планете, в том числе и ледниковых.

Земля ведёт подробный дневник, записанный в прошлогоднем снеге. Учёные-климатологии берут на исследования керны — образцы льда из ледников Гренландии и Антарктики, в которых сохранился древний воздух. Анализируя его, можно вести непрерывную запись состояния земной атмосферы за последние 800 тысяч лет.

За всё это время содержание углекислого газа в воздухе никогда не превышало 3 сотых процента. Одним из первых, кто нашёл способ точного измерения концентрации диоксида углерода в атмосфере, был океанограф по имени Чарльз Дэвид Киллинг. Свое открытие он совершил в 1958 году. Благодаря этому открытию мы знаем, что Земля наша дышит, но очень медленно. На один вдох требуется целый год. Большая часть земной жизни находится в её лесах. А основная масса лесов располагается в Северном полушарии.

Когда на север приходит весна, леса вдыхают углекислый газ из воздуха и вырастают, делая земли зелеными. Содержание CO2 в атмосфере падает. Когда приходит осень, деревья сбрасывают листья, которые разлагаются и выдыхают двуокись углерода обратно в атмосферу. Когда на север приходит осень, то же самое происходит и в Южном полушарии. Но большую часть Южного полушария занимает океан, так что именно леса севера контролируют ежегодные изменения глобального уровня углекислоты.

Процесс дыхания нашей планеты происходит подобным образом десятки миллионов лет. Казалось бы, что никто не сможет нарушить глобальное равновесие экосистемы на нашей планете. Но на Земле уже существовал и развивался человек.

Повышение CO2 в атмосфере

Зарождение цивилизаций
В 14000 году до нашей эры сельское хозяйство заложило основу оседлой жизни и появлению постоянных поселений. Это был период становления древнейших цивилизаций, таких как Шумерская, на территории современного Ирака. Чтобы выращивать урожай, люди начали вырубать леса еще в древности, используя освобожденные места для засева культурами. Древесина использовалась и используется повсеместно как: строительный материал, инструмент, топливо.

Добыча угляУже в 1750 году Западная Европа начинает использовать механизмы, работающие на сжигании каменного угля. В течение нескольких десятилетий, новые методы химического производства, паровые котлы и станки полностью заменили ручной труд. С этого момента установилась тесная взаимосвязь между загрязнением, выбросами углекислого газа и деятельностью человека.

Тяговое транспортное средствоВ 1781 году был запатентован первый паровой двигатель. Это стало важным шагом в промышленной революции и позволило ввести в эксплуатацию тяговые, транспортные средства и железнодорожные локомотивы. Что привело к увеличению добычи и использования каменного угля. Не стоит забывать и об увеличении населения и его потребностях. Оно составляло на тот момент 800 миллионов человек. До 1 миллиарда оставалось примерно 17 лет.

Добыча нефтиВ 1850-х нефть использовали в качестве топлива и сырья в различных промышленных производствах. Это «новое золото» используется повсеместно национальными и международными компаниями.

К концу 19-го столетия, на нефтяной сектор приходилось около 1/3 глобальных выбросов углекислого газа.

Пассажирские автомобилиВ 1908 году на рынок выходит автомобиль Ford, что дает начало массовому производству в автомобилестроении. Население Земли в это время перевалило за 1 миллиард 650 миллионов человек.

В настоящее время более миллиарда человек имеют собственный автомобиль.

Посадка на самолетУже в 1950 происходит бум гражданской авиации, и люди повсеместно начинают пользоваться услугами авиаперевозчиков. А население планеты в этот год достигло числа в 2,5 миллиарда человек. Спустя 8 лет Дэвид Киллинг обнаружил беспрецедентный в истории человечества резкий рост общего уровня CO2, который с тех пор только усиливался. По сравнению с содержанием этого газа во времена становления земледелия и цивилизаций, отрыв был шокирующим. 3 миллиона лет ничего подобного на земле не происходило.

Причины глобального потепления на землеСейчас, в 2000-е годы, более половины населения Земли проживает в городах и потребляет приблизительно 70 процентов первичной энергии произведенной человеком. Население земли приближается к отметке в 8 миллиардов человек.

Обобщая все факторы, влияющие на избыток углекислого газа в атмосфере, можно сказать, что с ростом и развитием человечества и улучшением его комфортного существования растет содержание диоксида углерода в воздухе.

По состоянию на 2018 год основными источниками углекислого газа являются:

  • Сжигание угля;
  • Сжигание нефти;
  • Сжигание газа;
  • Производство цемента;
  • Сжигание попутного газа;
  • Изменение в типе пользования земли (вырубка лесов, строительство, земледелие).

Такие незначительные факторы как, увеличение численности населения, пастбищ и крупного рогатого скота в совокупности дополняют общую эмиссию CO2 и приводят к глобальному потеплению.

Причины глобального потепления климата на Земле

Сжигая уголь, нефть и газ наша цивилизация выдыхает двуокись углерода намного быстрее, чем Земля способна его поглотить. Из-за этого CO2 накапливается в атмосфере и планета нагревается.

Источники и поглотители CO2

Каждый тёплый объект излучает некий свет в невидимом невооружённым глазом диапазоне, это тепловое инфракрасное излучение. Все мы светимся невидимым тепловым излучением даже в темноте. Поступающий от солнца свет падает на поверхность, а Земля поглощает значительные объёмы этой энергии. Эта энергия нагревает планету и заставляет поверхность излучать в инфракрасном диапазоне.

Но углекислый газ атмосферы поглощает большую часть этого исходящего теплового излучения, отражая его обратно к поверхности Земли. Это ещё сильнее нагревает планету — это и есть парниковый эффект, который приводит к глобальному потеплению. Простейшая физика поддержания энергетического баланса.

Хорошо, но откуда мы знаем, что проблема в нас? Возможно, рост уровня CO2 вызван самой Землёй? Возможно сжигаемые уголь и нефть, тут не причем? Возможно, всё дело в этих проклятых вулканах? Ответ — нет, и вот почему.

Раз в несколько лет гора Этна на Сицилии впадает буйство.

Гора Этна на Сицилии

При каждом сильном извержении в атмосферу выбрасываются миллионы тонн CO2. Прибавим к этому результаты остальной вулканической активности на планете, возьмем самое большое расчетное число около 500 млн. тонн вулканического углекислого газа в год. Создается впечатление, что это много, да? Но это меньше 2% из 30 млрд. тонн CO2, выбрасываемых каждый год нашей цивилизацией. Увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере совпадает с известными объемами выбросов от сжигания угля, нефти и газа. Совершенно очевидно, что причиной роста концентрации углекислоты в воздухе кроется не в вулканах. Более того, наблюдаемое потепление соответствует прогнозам, по результатам зарегистрированного увеличения содержания двуокиси углерода.

30 млрд. тонн углекислого газа в год, много ли это? Если сжать его до твердого состояния, то объем будет равняться всем «белым скалам Дувра» и такое количество CO2 мы выбрасываем в атмосферу каждый год беспрерывно. К несчастью для нас, главный побочный продукт нашей цивилизации, не какое-то другое вещество, а именно углекислый газ.

Свидетельства того, что планета нагревается, повсюду. Для начала стоит взглянуть на градусники. Метеостанции ведут регистрацию данных о температуре с восьмидесятых годов 19 века. Ученые НАСА использовали эти данные для составления карты, которая показывает изменения средних температур по всему миру с течением времени.

Сильнейшее воздействие на изменение климата сейчас оказывает, вызванное сжиганием ископаемых видов топлива, увеличение концентрации углекислого газа, удерживающего больше солнечного тепла. Эта дополнительная энергия должна куда-то деваться. Часть идет на нагрев воздуха, а большая часть оказывается в океанах и они становятся теплее.

Повышение температуры у поверхности океана вследствие глобального потепления влияет на развитие фитопланктона, ограничивая количество питательных веществ, поступающих из прохладных океанских глубин в поверхностные слои. Сокращение численности фитопланктона означает снижение способности океана поглощать углекислый газ и дополнительное ускорение глобального потепления, которое, в свою очередь, будет ускоряющимися темпами наносить урон морской экосистеме.

Очевиднее всего потепление видно в северном ледовитом океане и окружающих его районах. Из-за нагрева океанов мы теряем летние льды в местах, куда почти никто не заходит. Лёд — самая светлая природная поверхность на земле, а океанские просторы самые темные. Лёд отражает падающий солнечный свет обратно в космос, вода поглощает солнечный свет и нагревается. Что приводит к таянию новых льдов. Что в свою очередь обнажает еще больше поверхности океана, поглощающей еще больше света — это называется положительной обратной связью.

Мыс Дрю Пойнт, штат Аляска

На мысе Дрю Пойнт штата Аляска, берег Северного Ледовитого океана, 50 лет назад береговая линия находилась более чем в полутора километрах дальше в море. Берег отступал со скоростью около 6 метров в год. Сейчас эта скорость составляет 15 метров в год. Северный Ледовитый океан нагревается всё сильнее. Большую часть года в нём уже нет льдов, это делает берег ещё более уязвимым перед эрозией из-за штормов, которые становятся с каждым разом все мощнее.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это по большей части вечная мерзлота. 1000 лет почва там была заморожена круглый год. В ней содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там до замерзания. Из-за того, что арктические регионы нагреваются быстрее других, вечная мерзлота тает, а ее содержимое начинает гнить.

Таяние вечной мерзлоты приводит к выделению в атмосферу углекислого газа и метана, еще более сильного парникового газа. Это еще больше усиливает глобальное потепление — новый пример положительной обратной связи. Вечная мерзлота содержит достаточно углерода, чтобы увеличить содержание CO2 в атмосфере более чем вдвое. При существующих темпах, глобальное потепление способно высвободить всю эту двуокись углерода до конца этого столетия.

Какие последствия может иметь глобальное потепление

Чем же опасен углекислый газ в больших концентрациях в воздухе и к чему приведет глобальное потепление? Такое будущее прогнозируют уже давно и вот каким оно будет в 2100 году.

При отсутствии действий по смягчению последствий изменения климата, со способами и темпами хозяйственной деятельности аналогичными сегодняшним, мы будем жить в энергоемкой мире, основанном на использовании все более дефицитного и дорогостоящего ископаемого топлива. Человечество будет испытывать большие проблемы в сфере энергетической безопасности. Лесной покров в тропиках будет замещен сельскохозяйственными и пастбищными угодьями практически повсеместно. К концу 21-ого века, глобальная температура достигнет отметки на ≈ 5°С выше, чем до индустриальной революции.

Сухая земля и заводы

Контрастность природных условий резко усилится. Мир полностью измениться при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 900 ppm. Произойдут широкие преобразования природной среды, часто в ущерб человеческой деятельности. Стоимость адаптации к новым условиям намного превысит стоимость смягчения последствий изменения климата.

Последствия в океане

Воды Арктики могут стать полностью свободными ото льда в летний период к 2050 году. Уровень моря повысится на 0,5-0,8 метров и продолжит повышаться после 2100 года. Многие населенные пункты и прибрежная инфраструктура по всему миру будут находиться под угрозой разрушения. Произойдет значительное увеличение случаев экстремальных ситуаций в прибрежной зоне (ущерб нанесут цунами, штормы и связанные с ними приливы).

Цунами на пляже

Возникнет повсеместная гибель коралловых рифов в результате окисления и нагрева океана, повышения уровня моря и усиления интенсивности тропических циклонов и ливней. Изменения в рыболовстве даже не поддаются предсказаниям.

Последствия на суше

Области распространения вечной мерзлоты сократятся более чем на 2/3, что приведет к эмиссиям в атмосферу, эквивалентным выбросам углекислого газа за всю историю вырубки лесов. Многие виды растений будут не в состоянии достаточно быстро приспособиться к новым климатическим условиям. Увеличение температуры негативно скажется на урожае пшеницы, риса и кукурузы в тропических и умеренных широтах. В результате чего произойдет массовое исчезновение видов. Повсеместно будет не хватать пищи людям, голод станет одной из основных проблем человеческой цивилизации.

Неурожай пшеницы

Последствия в атмосфере

Интенсивность и продолжительность периодов аномально жарких дней, по крайней мере, удвоится по сравнению с сегодняшним днем. Холодные и влажные северные регионы станут еще более влажными, а регионы с полусухим и пустынным климатом еще более сухими. Экстремальные осадки станут более интенсивными и частыми на большей части умеренных и тропических широт. Произойдет глобальное увеличение количества осадков, а ежегодная площадь наводнений увеличится в 14 раз.

Дождь в городе

Последствия для человека

Расчетный безопасный уровень концентрации CO2 для человека в 426 ppm будет достигнут в ближайшие 10 лет. Предполагаемый рост до 900 ppm в атмосфере к 2100 году очень негативно скажется на человеке. Постоянная вялость и усталость, чувство духоты, потеря внимания, обострение астматических заболеваний – это лишь малая часть неудобств, которые мы ощутим на себе. Постоянные перепады температур и погодных условий не принесут человеческому организму никакой пользы. Производительность труда сильно упадет. Эпидемиологический и болезненный риски очень повысятся в больших городах.

Человек устал от жары

Читайте также: Нормы углекислого газа в помещении для человека.

Пути решения глобального потепления

Решить проблему глобального потепления, кардинально изменив свое отношение к потреблению благ цивилизации, мы не можем на данном этапе времени. Слишком много факторов связывают нас с производством и промышленностью. А они, в свою очередь, являются основными источниками углекислого газа.

Электростанция

Но двигаться в этом направлении необходимо и нужно, если мы оставим все как есть, то какое будущее достанется нашим внукам и правнукам?

На данный момент есть четыре варианта решения:

  1. Поиск альтернативных источников энергии.
  2. Уменьшение выбросов CO2, совершенствуя существующее производство и транспорт.
  3. Посадка деревьев.
  4. Отбор углекислого газа из атмосферы и закачка в подземные пласты Земли.

Энергия солнца, ветер, приливы и отливы, тепловая энергия недр Земли – отличные экологические источники энергии.

Экологические источники энергии

Используя их, можно получать электрическую энергию не сжигая уголь и газ. Промышленные выбросы необходимо пропускать через химические сепараторы – станции очистки уходящих газов от диоксида углерода. Транспорт было бы неплохо заменить электрокарами, чтобы уйти от двигателей внутреннего сгорания. Зачастую вырубка лесов идет без насаждения в этих местах новых деревьев. Нужным шагом в сторону сохранения и приумножения лесов считалось бы образование всемирной организации озеленения планеты, которая следила за лесными массивами.

Отличием парниковых свойств CO2, по сравнению с другими газами, является его долговременное воздействие на климат. Это влияние, после прекращения вызвавшей его эмиссии, остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Поэтому необходимо, в ближайшем будущем, наладить установку станций по закачке углекислого газа из атмосферы в недра планеты.

Источник: UglekislyGaz.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.