Изменение климата: причины, модели и проблемы, экологические последствия

3.2 Не климатические факторы

Парниковые газы

Принято считать, что парниковые газы являются главной причиной глобального  потепления. Парниковые газы имеют  также значение для понимания  климатической истории Земли. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий  в результате нагревания атмосферы  тепловой энергией, удерживаемой парниковыми  газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли.

В течение последних 600 млн лет  концентрация диоксида углерода в атмосфере  варьировались от 200 до более чем 5 000 чнм из-за воздействия геологических  и биологических процессов. Однако в 1999 году ученые показали, что на протяжении последних десятков миллионов лет  нет строгой корреляции между  концентрацией парниковых газов  и изменением климата и что  более важная роль принадлежит тектоническому движению литосферных плит. Есть несколько  примеров быстрых изменений концентрации парниковых газов в земной атмосфере, имеющих строгую корреляцию с  сильным потеплением, среди которых  термальный максимум палеоцена —  эоцена, вымирание видов перми  — триаса и конец варяжской  «Земли — снежка» (snowball earth event).

Растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального  потепления, начиная с 1950 года.

Имеется скептическое отношение к  геоинженерным методам изъятия  углекислоты из атмосферы, в частности, к предложениям хоронить углекислый газ в тектонических трещинах или закачивать его в породы на океанском дне: изъятие 50 миллионных долей газа по этой технологии будет стоить, по меньшей мере, 20 триллионов долларов, что в два раза больше национального долга США.

Тектоника литосферных  плит

На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.

 

Солнечное излучение

 

Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, так как развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. «парадоксу слабого молодого Солнца».

Изменения орбиты

По своему влиянию на климат изменения  земной орбиты сходны с колебаниями  солнечной активности, поскольку  небольшие отклонения в положении  орбиты приводят к перераспределению  солнечного излучения на поверхности  Земли.

Вулканизм

Одно сильное извержение вулкана  способно повлиять на климат, вызвав похолодание  длительностью несколько лет. Гигантские извержения, формирующие крупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов. Первоначально предполагалось, что причиной похолодания является выброшенная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует достигнуть поверхности Земли солнечному излучению. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.

 

3.3 Антропогенные  факторы 

Антропогенные факторы включают в  себя деятельность человека, которая  изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях  причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при  влиянии орошения на температуру  и влажность, в других случаях  эта связь менее очевидна.

Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО₂ в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

Сжигание топлива

Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО₂ в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО₂ в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2040 годами.

Аэрозоли

Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при  сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато»  на графике температур в середине XX века.

Цементная промышленность

Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО₂. Поэтому производство и потребление цемента изменяет только локальные концентрации СО₂ в атмосфере, не изменяя среднее значение.

Землепользование

Существенное влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство  коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности  и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.

Скотоводство

Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов  в мире. Это включает в себя и  изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В  тропических лесах Амазонки 70% вырубки  лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО₂, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.

3.4 Взаимодействие факторов

Влияние на климат всех факторов, как  естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м².

Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные  процессы, влияющие на климат Земли. В  масштабе нескольких лет вулканы  могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м². Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.

В масштабе нескольких столетий на 2005 год по сравнению с 1750 годом имеется  комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый  как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м². Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 град С. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С{

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Причины изменений климата

Парниковый эффект

Наблюдаемые изменения в климатической  системе Земли ученые связывают  с аномальным ростом концентрации в  атмосфере так называемых «парниковых  газов» (углекислый газ, метан, закись азота и др.). Эти газы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность, создавая тем самым «парниковый эффект». Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас.

 

Схема парникового эффекта

Источники: Okanagan university college in Canada, Department of geography; University of Oxford, school of geography; United States Environmental Protection Agency (EPA), Washington 1995; Climate Change 1995, IPCC Report.

 

Масштабность проблемы «искусственных»  выбросов вызвана тем, что в перспективе  Земля должна освободиться от количества энергии, получаемого от Солнца. Так как более тонкий слой парниковых газов способствует снижению потерь энергии на Земле, климатическая система должна каким-либо образом приспособиться к восстановлению баланса между получаемой и выходной энергией. Результат этого известен под названием «усиленный парниковый эффект».

 

Климат приспосабливается к  более тонкому слою парниковых газов  через «глобальное потепление»  поверхности Земли и нижних слоев  атмосферы. Это повышение температуры сопровождается другими изменениями, например, в облачном покрове и ветровых режимах. Некоторые из этих изменений могут в дальнейшем усилить потепление (положительная обратная связь), а другие — противодействовать ему (отрицательная обратная связь). Разнообразие указанных взаимодействий затрудняет попытки специалистов в точности определить степень изменения климата в последующие десятилетия.

 

Выбросы парниковых газов

Ископаемые виды топлива, образовавшиеся из останков давно умерших растений и животных, являются единственным наибольшим источником антропогенных  выбросов парниковых газов. Сжигание угля, нефти и природного газа каждый год освобождает миллиарды тонн углерода, которые в противоположном случае остались бы скрытыми в земной коре. Это также касается большого количества метана и закиси азота. Количество выбросов закиси азота увеличивается при вырубке деревьев и отсутствии новых насаждений.

Кроме того, одним из основных источников выделяемого метана являются огромные стада крупного рогатого скота, а  также заливные рисовые поля и  свалки. Закись азота является результатом использования удобрений. Такие стойкие газы, как фреоны, гидрофторуглероды и перфторуглероды, используемые для разработки механизмов кондиционирования воздуха и охлаждения, являются результатом промышленной деятельности и со временем поступают в атмосферу. Большинство из этих видов деятельности, порождающих выбросы парниковых газов, на сегодняшний день представляют собой важную часть мировой экономики и являются неотъемлемым атрибутом современной жизни.