Глобальное потепление или глобальное похолодание?

Юрий Степанович Почанин, 2022

В книге рассмотрены гипотезы потепления и похолодания глобального климата Земли. Одна гипотеза утверждает, что одной из основных причин изменения климата является антропогенное воздействие на природу, связанное с выбросом парниковых газов в атмосферу, при этом планета нагревается за счет парникового эффекта, который приводит к глобальному потеплению. По второй гипотезе помимо парникового эффекта на глобальное изменение климата оказывает влияние ряд естественных причин, не зависящих от человека: от динамических процессов на Земле (техтоника литосферных плит), от изменений в орбитальном движении Земли вокруг Солнца, от колебаний активности Солнца, при этом рост концентрации углекислого газа в атмосфере незначительно влияет на климат планеты, но значительно ухудшает местную экологию планеты. Для предотвращения неблагоприятных изменений климата под влиянием хозяйственной деятельности человека описаны некоторые мероприятия.

1.5. Влияние парникового эффекта на климат

. Парниковый эффект — это повышение температуры нижних слоёв атмосферы за счёт того, что некоторые газы препятствуют излучению тепловой энергии с поверхности планеты в космическое пространство. Играет решающую роль в сохранении жизни на Земле — если бы парникового эффекта не было, температура была бы почти на 32-39 градусов ниже, чем сейчас. Земля находится в состоянии теплового равновесия. Средние годовые температуры земной поверхности и атмосферы в любой точке Земли мало меняются от года к году. Это означает, что на верхней границе атмосферы солнечная радиация уравновешивается излучением Земли. Но не всё излучение Земли уходит в космическое пространство. Его значительная часть поглощается находящимися в атмосфере водяным паром и парниковыми газами.

Парниковый эффект имеет место не только на Земле. К примеру, сильный парниковый эффект на соседней планете — Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475°С. Климатологи полагают, что Земля избежала такой участи благодаря наличию на ней океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк. Посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате на планете наблюдается неуправляемый парниковый эффект.

Парниковые газы — газообразные составляющие атмосферы природного, или антропогенного происхождения, которые поглощают и переизлучают инфракрасное излучение.

Явление естественного парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой стало возможным возникновение и развитие жизни. Это было обусловлено естественными изменениями климата в последние несколько миллионов лет. Физические процессы, из-за которых парниковые газы могут повысить температуру воздуха, известны с конца XIX в. Но до недавнего времени антропогенным парниковым газам придавалось мало значения. Антропогенное увеличение концентрации парниковых газов приводит к повышению температуры поверхности Земли, изменению климата и негативным геоэкологическим последствиям, рис. 1.7.

Рис. 1.7. Воздействие парникового эффекта на природные процессы и его геоэкологические последствия

Список парниковых газов, подлежащих ограничению, определен в Приложении А к Киотскому протоколу (подписан в Киото (Япония) в декабре 1997г. 159 государствами) и включает двуокись углерода (CO2), метан (CH4), закись азота (N2O), перфторуглероды (ПФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и гексафторид серы (SF6).

Очень обстоятельные исследования парникового эффекта были проведены в Национальном Центре атмосферных исследований (США). Они так оценили удельный вес газов в создании эффекта: водяной пар — 60%, углекислый газ — 26%, озон — 8%, метан — 6%. Дальнейшие исследования показали, что облака (водяного пара) усиливают парниковый эффект в нелинейной пропорции. Тогда доля водяного пара возрастает до 70%, а доля углекислого газа снижается до 22%. Водяной пар оказывает более сильное воздействие потому, что его в атмосфере значительно больше, чем углекислого газа и значимость углекислого газа для парникового эффекта во много раз ниже, чем это признано.

Водяной пар — самый распространенный парниковый газ — исключен из данного рассмотрения, так как нет данных о росте его концентрации в атмосфере (связанная с ним опасность не просматривается). В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, повышение влажности способствует развитию облачного покрова, а облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли. Альбедо — характеристика отражательной (рассеивающей) способности поверхности земли. Повышенное альбедо приводит к антипарниковому эффекту, несколько уменьшая общее количество поступающего солнечного излучения и дневной прогрев атмосферы

Двуокись углерода (углекислый газ) (СО2). Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека. Примерно 65% антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу связано со сжиганием ископаемого топлива (нефти, газа, угля и др.) и 35% — с уменьшением его поглощения, вызванного освоением новых земель и массовой вырубкой лесов. При этом примерно 45% от общего количества выбросов углекислого газа остаётся в атмосфере, 30% — поглощается океаном, а остальная часть усваивается биосферой.

Некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения, однако, в состоянии равновесия, большинство биоценозов за счет гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает. Углекислый газ является"долго живущим"в атмосфере. Круговорот диоксида углерода представлен на рис. 1.8.

Оцениваемый эффективный период пребывания для СО2 колеблется в пределах от 50 до 200 лет.

Метан (СН4) имеет как природное, так и антропогенное происхождение. Парниковая активность метана примерно в 21 раз выше, чем у углекислого газа. Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 12 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом делает его кандидатом для смягчения последствий глобального потепления в ближайшей перспективе.

Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов).

Рис. 1.8. Круговорот диоксида углерода

В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40%, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель, пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов. Анализ пузырьков воздуха во льдах свидетельствует о том, что сейчас в атмосфере Земли больше метана, чем в любое время за последние 400000 лет.

Закись азота (N2O) — третий по значимости парниковый газ Киотского протокола. Выделяется при производстве и применении минеральных удобрений, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и т. д. На него приходится около 6% глобального потепления.

Перфторуглероды — ПФУ (Perfluorocarbons — PFCs). Углеводородные соединения, в которых фтор частично замещает углерод. Основным источником эмиссии этих газов является производство алюминия, электроники и растворителей. При алюминиевой плавке выбросы ПФУ возникают в электрической дуге или при так называемых анодных эффектах.

Гидрофторуглероды (ГФУ) — углеводородные соединения, в которых галогены частично замещают водород.

Гексафторид серы (SF6) — парниковый газ, использующийся в качестве электроизоляционного материала в электроэнергетике. Гексафторид серы (элегаз, или шести фтористая сера) — неорганическое вещество, при нормальных условиях тяжелый газ, в 5 раз тяжелее воздуха. Выбросы происходят при его производстве и использовании. Чрезвычайно долго сохраняется в атмосфере и является активным поглотителем инфракрасного излучения. Это соединение, даже при относительно небольших выбросах, обладает потенциальной возможностью влиять на климат в течение продолжительного времени в будущем.

Озон — парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Но определить его значение в парниковом сложнее по сравнению с другими газами, так как территориальное распределение этого газа очень изменчиво.

В 2000–2010 гг. глобальные выбросы парниковых газов (ПГ) росли быстрее (на 2,2% в год), чем в три предшествующих десятилетия (на 1,3% в год в 1970–2000 гг.), несмотря на глобальный экономический кризис и усилия растущего числа стран реализовать Рамочную конвенцию ООН об изменении климата и Киотский протокол. За последние четыре десятилетия накопленные выбросы углекислого газа увеличились с 900 млрд т СО2 в 1970 г. до 2 000 млрд т в 2010 г. Выбросы ПГ от сжигания топлива в 2013 г. превысили 32 млрд т СО2, и при отсутствии жестких мер политики по их контролю могут вырасти до 50–70 млрд СО2 к 2050 г. и до 90 млрд т СО2 — к 2100 г.

Расчеты показывают, что без существенных дополнительных мер по контролю за выбросами в ближайшие 20 лет будет практически невозможно удерживать концентрацию ПГ в атмосфере в рамках 450–500 ppm. Это означает, что потребуются большие усилия по снижению выбросов в 2030–2050 гг. или широкомасштабное применение технологий удаления ПГ из атмосферы либо ее охлаждения в последующие годы. Хотя смягчение воздействия на климат сопряжено с существенными затратами, они могут быть снижены за счет устранения барьеров для проникновения на рынок низкоуглеродных технологий и возобновляемых источников энергии.

Без сомнения человеческая деятельность в масштабах планеты негативно влияет на окружающую среду. В 2014 году глобальные выбросы по вине человека составили 9,795 гигатонн углерода или 35,9 гигатонн углекислого газа CO₂, природными процессами (вулканическая деятельность, дегазация глубинных разломов, выделения мировым океаном, разложение органики, и т. д.) выбросы составили 119 гигатонн углерода или 439 гигатонн CO_2. Человеческая деятельность слишком мала по сравнению с природными процессами, чтобы серьезно влиять на выбросы СО2 в атмосферу.