Проблемы глобального потепления климата

          Усиление техногенного воздействия на природную среду  породило целый ряд экологических  проблем, из них самые острые связаны  с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов. По сравнению с другими компонентами геосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей - высокую подвижность, изменчивость составляющих ее элементов, своеобразие молекулярных реакций, в которых могут участвовать и инертные газы. Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли, озоновый экран защищает нашу планету от излишней ультрафиолетовой радиации. Соотношение тепла и влаги в атмосфере - основная причина существования географических зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессыформирования рельефа. 
                 Человек может не только прямо, но и косвенно влиять на атмосферу и происходящие в ней процессы. Особенно сильные косвенные воздействия хозяйственной деятельности на местный климат и климат целых районов - сведение лесов, распашка обширных территорий, межбассейновые переброски вод, большие мелиоративные работы (ирригация, осушение), добыча полезных ископаемых, сжигание ископаемого топлива, военные действия и т.п. 
                  По подсчетам ученых, количество кислорода в атмосфере ежегодно уменьшается более чем на 10 млн. тонн. Если и впредь будет продолжаться его расходование в таких размерах, то две трети суммарного количества свободного кислорода атмосферы и гидросферы будут исчерпаны за 100 с небольшим тысяч лет. Соответственно содержание углекислого газа в атмосфере достигнет чрезмерной концентрации. Поэтому одним из самых важных результатов, привлекающих к себе внимание ученых и широко обсуждаемых в литературе, является повышение концентрации углекислого газа в атмосфере. Вместе с тем увеличивается его поглощение через фотосинтез, водами океана, известняками и каустобиолитами.  Имеются расчеты, что удвоение количества СО2 в атмосфере повысит среднюю планетарную температуру на 1,5-2 градуса  в результате "парникового эффекта" . Следует отметить, что в последние 70 лет действительно наблюдается поднятие уровня Мирового океана в среднем на 1,5 мм в год. Полагают, что одна из причин этого - таяние ледников, происходящее вследствие потепления климата. Быстрое таяние ледников может привести к сильной перестройке всей природной среды. Так, возможен подъем  уровня Мирового океана на 5 м, затопление низменностей и в связи с этим необходимость переселения почти миллиарда человек. 
                  Таким образом, изменение природных условий - мощный фактор, влияющий на жизнь общества, и их необходимо учитывать при глобальном прогнозировании, особенно на длительное время. Предполагают также, что доказательством потепления является  и увеличение частоты засух, особенно в умеренных широтах северного полушария. В то же время любое резкое изменение климатических условий на обширных площадях будет равноценно настоящей экологической катастрофе. Предполагают, что подтопление окраин материков и изменение их гидрографии скажутся и на подземной "гидросфере". Ответной реакцией может стать изменение режима перемещения участков земной коры на материках. Предполагают, что ХХ1 век может оказаться временем планетарной антропогенной активизации сейсмических процессов, а возможно, и других проявлений внутренних сил Земли. 
                В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,032% (в городах - 0,034%). Медики утверждают, что для здоровья человека концентрация СО₂ в воздухе безвредна до уровня 1% , т.е. человечество имеет еще достаточно времени для решения этой проблемы. Кроме того, следует подчеркнуть, что многие прогнозы влияния СО₂ на окружающую среду спорны. Спорность эта происходит потому, что модели, на основе которых делаются соответствующие прогнозы, еще далеки от совершенства. Нужны еще очень подробные и детальные исследования.

          Приведем некоторые  цифры и факты, подтверждающие процесс глобального потепления, изменения климата на планете Земля:

• с 2002 по 2005 год из-за таяния только антарктического шельфа уровень Мирового океана повысился на 1,5 мм;
•    с 1996 по 2005 год таяние льдов в Гренландии удвоилось; 
  общий прирост уровня воды составляет около 3 мм в год;
•   с доиндустриального периода середины XVIII века концентрации углекислого газа и метана увеличились на 31% и 149% соответственно, примерно половина повышения углекислого газа в атмосфере приходится на период после 1965 года.

2.2.Сущность  парникового эффекта. 

          Воздух, которым мы дышим, является необходимым условием нашей жизни во многих аспектах. Без нашей атмосферы средняя температура на Земле составила бы около –18 ⁰С вместо сегодняшних 15 ⁰С. Весь поступающий на Землю солнечный свет (около 180 Вт/м²) приводит к тому, что Земля излучает инфракрасные волны как гигантский радиатор. Отраженное тепло просто бы беспрепятственно возвращалось в космос. Из-за атмосферы только часть этого тепла напрямую возвращается в космос. Оставшееся задерживается в нижних слоях атмосферы, которые содержат ряд газов – водяной пар, СО₂, метан и другие – которые собирают исходящее инфракрасное излучение. Как только эти газы нагреваются, некоторое накопленное ими тепло вновь поступает на земную поверхность. В целом, этот процесс называется парниковый эффект, главной причиной которого является избыточное содержание в атмосфере парниковых газов. Чем больше в атмосфере будет содержаться парниковых газов, тем больше тепла, отраженного земной поверхностью, будет задерживаться. Так как парниковые газы не препятствуют поступлению солнечной энергии, то температура у земной поверхности будет повышаться.

                      С повышением температуры увеличится испарение воды из океанов, озер, рек и т.д. Так как нагретый воздух может содержать в себе больший объем водяного пара, это создает мощный эффект обратной связи: чем теплее становится, тем выше содержание водяного пара в воздухе, а это, в свою очередь, увеличивает парниковый эффект.

          Человеческая деятельность мало влияет на объем водяного пара в атмосфере. Но мы выбрасываем другие парниковые газы, что делает парниковый эффект все более и более интенсивным. Ученые считают, что увеличение объема выбросов СО₂, в основном от сжигания ископаемого топлива, объясняет, по крайней мере, около 60 % потепления на Земле, наблюдавшегося с 1850 года. Концентрация диоксида углерода в атмосфере возрастает примерно на 0,3 % в год, и сейчас составляет примерно на 30 % выше, чем до индустриальной революции. Если это выразить в абсолютных измерителях, то каждый год человечество добавляет примерно 7 миллиардов тонн. Несмотря на то, что это небольшая часть по отношению ко всему количеству углекислого газа в атмосфере – 750 миллиардов тонн, и еще меньшая по сравнению с количеством СО₂, содержащимся в Мировом океане – примерно 35 триллионов тонн, она остается весьма значительной. Причина: естественные процессы находятся в равновесии, в атмосферу поступает такой объем СО₂, который оттуда изымается. А человеческая деятельность только добавляет СО₂.

          Метан, основной компонент природного газа, является причиной 15 % потепления в современное время. Генерируемый бактериями на рисовых полях, разлагающимся мусором, продуктами сельского хозяйства и ископаемого топлива, метан циркулирует в атмосфере около десятилетия. Сейчас его в атмосфере в 2,5 раза больше, чем в XVIII веке.

Другой  парниковый газ – это оксид азота, продуцируемый как сельским хозяйством, так и промышленностью – различные растворители и  хладагенты, как хлорфторуглероды (фреоны), которые запрещены международным соглашением вследствие их разрушающего действия на защитный озоновый слой Земли.

          Неослабевающее накопление парниковых газов в атмосфере привело ученых к решению, что в нынешнем столетии средняя температура повысится от 1 до 3,5 ⁰С. Для многих это может показаться немного. Для объяснения приведем пример. Аномальное похолодание в Европе, длившееся с1570 по 1730 годы, вынудившее европейских фермеров забросить свои поля, было вызвано изменением температуры всего в пол градуса Цельсия. Можно представить какие последствия может иметь повышение температуры на 3,5 ⁰С. 

2.3. Причины глобального потепления 

          "Парниковый эффект" возник не сегодня - он существовал  с тех пор, как наша планета  обзавелась атмосферой, и без  него температура приземных слоев  этой атмосферы были бы в  среднем градусов на тридцать  ниже реально наблюдаемой. Однако  в последние век-полтора содержание некоторых "парниковых" газов в атмосфере очень сильно выросло: углекислоты - более чем на треть, метана - в 2,5 раза. Появились и новые, ранее просто не существовавшие вещества с "парниковым" спектром поглощения - прежде всего хлор- и фтор углеводороды, в том числе пресловутые фреоны. Сам собой напрашивается вывод о связи между этими двумя процессами. Тем более, что причину быстрого роста количества "парниковых" газов тоже долго искать не надо - вся наша цивилизация, от костров первобытных охотников до современных газовых плит и автомобилей зиждется на быстром окислении соединений углерода, конечным продуктом которых и является СО2. С деятельностью человека связан и рост содержания метана (рисовые поля, скот, утечки из скважин и газопроводов) и окислов азота, не говоря уж о хлор органике. Пожалуй, только на содержание водяного пара в атмосфере человек еще не оказывает заметного прямого влияния.

          Еще во времена Петра  в Европе было гораздо холоднее. Это был пик так называемого  малого ледникового периода, одного из нескольких периодов похолодания в исторические времена.  В ту пору и Темза в Лондоне замерзала. Постепенно с НТР от Петровских времен до конца ХIX века и особенно в ХХ веке развитие НТП привело к повышению годовой температуры на 1 градус по Цельсию.

          А в последней  четверти XX в. началось резкое потепление глобального климата, которое в бореальных областях сказывается уменьшением количества морозных зим. Средняя температура приземного слоя воздуха за последние 25 лет возросла на 0,7°С.  В экваториальной зоне она не изменилась, но чем ближе к полюсам, тем потепление заметнее. Температура подледной воды в районе Северного полюса возросла почти на два градуса, вследствие чего началось подтаивание льда снизу. Проблема глобального потепления была впервые высказана в гипотезе шведским ученым Сванте Арейниусом в конце XIX века. Не исключено, что это потепление частично имеет естественный природный характер. Ведь еще А.И. Войков и В.И. Вернадский подчеркивали, что мы живем в конце последней ледниковой эпохи и только выходим из нее. Однако скорость потепления заставляет признать роль антропогенного фактора в этом явлении. Еще в 1927 г. в «Очерках геохимии» Вернадский писал о том, что сжигание больших количеств каменного угля должно привести к изменению химического состава атмосферы и климата. В 1972 г. расчетами это подтвердил М.И. Будыко. Сейчас человечество сжигает ежегодно 4,5 млрд. т угля, 3,2 млрд. т нефти и нефтепродуктов, а также природный газ, торф, горючие сланцы и дрова. Все это превращается в углекислый газ, содержание которого в атмосфере возросло с 0,031% в 1956 г. до 0,035% в 1992 г. и продолжает расти. Кроме того, резко увеличились выбросы в атмосферу другого парникового газа — метана. Сейчас большинство климатологов мира признает роль антропогенного фактора в потеплении климата.

          Это потепление вызвало  большой переполох после появления  в 1986 г. сразу на шести языках книги «Наше общее будущее», подготовленной Комиссией ООН во главе с тогдашним премьер-министром Норвегии Гру Харлем Брундтланд. В книге подчеркивалось, что потепление вызовет бурное таяние льдов Антарктиды и Гренландии, резкий подъем уровня Мирового океана, затопление прибрежных территорий, что будет сопровождаться экономическими и социальными потрясениями.

          За прошедшие с  той поры 12 лет проведено много исследований и совещаний, которые показали, что мрачные прогнозы этой книги несостоятельны. Подъем уровня Мирового океана действительно происходит, но со скоростью 0,6 мм в год, или 6 см за столетие. В то же время вертикальные поднятия или опускания береговых линий достигают 20 мм в год. Таким образом, трансгрессии и регрессии моря определяются тектоникой в большей мере, чем подъемом уровня Мирового океана.

          В то же время потепление климата будет сопровождаться увеличением  испарения с поверхности океанов и увлажнением климата, о чем можно судить по палеогеографическим данным. Всего 7–8 тыс. лет назад во время голоценового климатического оптимума, на месте Сахары расстилалась саванна с рощами акаций и многоводными реками, а в Средней Азии Заравшан впадал в Амударью, река Чу — в Сырдарью, уровень Аральского моря находился на отметке 72 м и все эти реки, блуждая по территории современной Туркмении, текли в прогибавшуюся впадину Южного Каспия. Подобное происходило и в других ныне аридных областях мира. 

2.4. Проблема углекислоты 
 
                  Среди стоящих перед человечеством глобальных экологических проблем проблема СО2 - одна из самых дискуссионных. многие считают ее мнимой, надуманной. И действительно, пока нет реальных признаков потепления климата, которое прогнозируется некоторыми климатологами и физиками. Потепление, по их мнению, должно наступить из-за увеличения парникового эффекта, который в свою очередь возникает в результате накопления в атмосфере углекислого газа антропогенного происхождения. 
                 В четвертичный период, включая и наше время, содержание СО2 в воздухе характеризуются очень малыми величинами. В Х1Х в. содержание СО2 в воздухе также было значительно ниже современного. За последнее время на земном шаре темпы накопления этого газа в атмосфере беспрецедентно высоки. Полезны или вредны будут его последствия? Мнения специалистов по этому поводу расходятся... 
До недавнего времени большинство исследователей считали сжигание ископаемого топлива едва ли не единственной причиной роста содержания СО2 в воздухе в Х1Х и ХХ вв. 
               Сегодня среди процессов, нарушающих редукцию почвенно-растительного покрова суши стоят такие, как: 1) сведение лесов; 2) земледелие; 3) перевыпас и ряд других нарушений. 
               Сведение лесов при строительстве. горных разработках, создании водохранилищ и особенно превращение лесных земель в сельскохозяйственные считается важнейшим процессом, ведущим к невозобновимой убыли органического вещества биосферы. 25% содержащегося в атмосфере углекислого газа обязаны своим присутствием этому процессу. Сведение лесов и сжигание топлива по масштабам продуцируемого СО2 сейчас примерно уравновешивают друг друга. 
             Дигрессия лесов происходит при чрезмерном использовании для отдыха и туризма, при загрязнении воздуха и в ряде других случаев (интенсивная пастьба, подтопление местности, осушение близлежащих болот и др.). Наблюдениями установлено, что даже незначительная по времени нагрузка вызывает изменения в почвенно-растительном покрове, сравнимые с теми, которые происходят при продолжительном использовании. Уплотнение почвы, происходящее в лесопарках, заказниках и т.д. ведет к уменьшению массы корней деревьев, из-за чего снижается прирост древесины, деревья становятся мельче, разреживается и укорачивается их хвоя. Механическое же повреждение деревьев приводит к развитию болезней и вредителей. При массовом посещении лесов гибнут нижние ярусы растительности, вытаптывается почвенная подстилка и страдает гумусовый горизонт. Так, на стоянках и площадках для отдыха в лесу запасы органического вещества в почве снижаются на 50% и более. 
             Весьма ощутимо вырождение лесов при значительном загрязнении воздуха. Летучая зола, угольная и коксовая пыль закупоривают поры листьев, уменьшают доступ света к растениям и ослабляют процесс ассимиляции. Загрязнение почвы выбросами пыли металлов, мышьяковой пылью в соединении с суперфосфатом или серной кислотой отравляет корневую систему растений, задерживая ее рост. Токсичен для растений и сернистый ангидрит. Полностью уничтожается растительность под воздействием дымов и газов медеплавильных комбинатов в непосредственной близости от них. Ущерб растительному покрову, и в первую очередь лесам, наносится при выпадении кислых осадков в результате разноса соединений серы на сотни и тысячи километров. Региональное деструктивное воздействие на лесные почвы оказывают кислые осадки. Ощутимое уменьшение биомассы лесов происходит, по-видимому, и из-за пожаров. 
              Земледелие в наше время - мощный процесс, ведущий к быстрому уменьшению запасов гумуса в почвах и выделению СО2. Больше всего гумуса теряется в результате сильной эрозии и выдувания. Помимо этого возделываемые земли теряют гумус из-за его окисления при распашке почвы и выжигании растительности при подсечно-огневой системе земледелия. Постоянная потеря гумуса почвами замечена, когда в них истощаются запасы азота, не восполняемые удобрениями. 
            В развитых странах в наше время азотное истощение почв компенсируется внесением минеральных азотных удобрений и посевами бобовых культур.     Избыточная пастьба в тундрах, лесах, на лугах и особенно на засушливых землях приводит к их разрушению. В настоящее время особенно большой ущерб перевыпас наносит землям Африки. Евразии, Латинской Америки и Австралии. Одновременно с опустыниваемых площадей постепенно удаляется почва с ее органическим веществом. 
Осушение болот приводит к окислению части накопленного в торфяниках органического вещества. Кроме того, при удалении метрового слоя болотных вод с площади в 1 га дополнительно высвобождаются и окисляются десятки тонн растворенного органического вещества. Орошение земель также в ряде случаев приводит к потерям почвы в результате ирригационной эрозии. В то же время правильная мелиорация бедных пустынных земель, наоборот, мероприятие, которое увеличивает ресурсы органического вещества в почве. В настоящее время ежегодно 0,2-0,3 млн. га орошаемых земель превращаются в пустоши из-за засоления и заболачивания. После этого они чаще всего быстро разрушаются.  
Строительство и рост городов, создание коммуникаций и горные разработки ведут, как правило, к полному разрушению почвенно-растительного покрова, хотя затем на части охваченных этими процессами территорий создаются культурные почвы и растительность. Это лишь отчасти компенсирует потери органического вещества. В настоящее время размах строительства городов и коммуникаций и добыча полезных ископаемых увеличиваются так быстро, что несколько десятков миллионов гектаров суши будут представлять собой земли, нарушенные горными разработками. Очевидно, не будет преувеличением считать, что ежегодно строительные работы и горная добыча разрушают почвенно-растительный покров на площади 5-10 млн. га, что ведет к убыли запасов органического вещества биосферы, исчисляемой десятками и сотнями тонн в сухом весе с 1 га. Даже самый осторожный подсчет должен дать суммарную цифру ежегодных потерь в несколько сот миллионов тонн органического вещества.