Глобальное потепление

   2.4. Вулканические извержения

   В соответствии с современными представлениями  механизм влияния вулканической  активности на климат состоит в следующем. Основное влияние на поток солнечной  радиации и, следовательно, на тепловой режим Земли оказывает слой сернокислотного  аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Этот аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат.

   В результате выбросов после вулканических извержений в атмосферу попадают значительные объемы частиц и газов. Эти частицы переносятся тропосферными и стратосферными ветрами над обширными районами земного шара и не пропускают часть приходящей солнечной радиации. Любое изменение приходящей солнечной радиации неизбежно вызывает изменение регулярности, режима и места восходящих и нисходящих воздушных потоков, а также преобладающего климата, в том числе температуры. Однако эти изменения не являются долгосрочными.

   Помимо изменений в температурном режиме вулканические выбросы уничтожают также стратосферный озон. Например, вследствие извержения в Мексике в 1982 г. вулкана Эль-Чичон в последующие три-четыре года было уничтожено порядка 10 % озона. В 1991 г. извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах вызвало уменьшение озона на 15 % в течение нескольких лет, и считается, что оно явилось причиной увеличения размера озоновой дыры над Антарктикой.

   Насколько серьезным фактором может оказываться  вулканическая активность, демонстрируют также факты, свидетелями которых является нынешнее поколение. Крупнейшее за XX век вулканическое извержение произошло в 1991 г. – вулкан Пинатубо отправил в стратосферу 3×107 тонн серы. Последующие годы 1992 и 1993, хотя и входят в перечень самых теплых, однако занимают в нем позиции в конце списка.

   Еще в середине прошлого века была высказана  гипотеза о связи вулканической  и солнечной активности. Анализ достаточно обширных архивов по вулканическим  извержениям и солнечной активности, который стал возможен к концу XX века, подтверждает эту гипотезу. Полной ясности о том, как Солнце оказывается в состоянии управлять вулканами, пока нет, тем не менее можно с уверенностью, используя методы математической статистики, прогнозировать вулканическую активность, опираясь на данные о солнечной активности. Интересно, что с точки зрения влияния того и другого фактора на климат, один как бы усиливает другой – уменьшение активности Солнца приводит к снижению среднеглобальной температуры атмосферы Земли и одновременно активизирует деятельность вулканов, что, в свою очередь, вносит дополнительный эффект в уменьшение солнечной радиации, достигающей поверхности планеты. 

   2.5. Виновник глобальных климатических изменений – океан

   Мировой океан – огромный инерционный  аккумулятор солнечной энергии. Он во многом определяет направление и скорость движения тёплых океанических, а также воздушных масс на Земле, которые в сильной степени влияют на климат планеты. В настоящий день мало изучена природа циркуляции тепла в водной толщи океана. Так известно, что средняя температура вод океана составляет 3,5°С, а поверхности суши 15°С, поэтому интенсивность теплообмена между толщей океана и приземным слоем атмосферы может приводить к значительным климатическим изменениям. Кроме того, в водах океана растворено большое количество СО2 (около 140 трлн. тонн, что в 60 раз больше, чем в атмосфере и ряда других парниковых газов, в результате определённых природных процессов эти газы могут поступать в атмосферу, существенным образом оказывая влияние на климат Земли.

   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 0.

   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 в 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 ООН, 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 слой, 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 г. 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.