Парниковый эффект в атмосфере
нашей планеты вызван тем, что
поток энергии в инфракрасном
диапазоне спектра, поднимающийся
от поверхности Земли, поглощается
молекулами газов атмосферы, и излучается
обратно в разные стороны, в результате
половина поглощенной молекулами парниковых
газов энергии возвращается обратно
к поверхности Земли, вызывая
её разогрев. Следует отметить, что
парниковый эффект – это естественное
атмосферное явление. Если бы на Земле
вообще не было парникового эффекта,
то средняя температура на нашей
планеты была бы около -21°С, а так, благодаря
парниковым газам, она составляет +14°С.
Поэтому, чисто теоретически, деятельность
человека, сопряжённая с выбросом парниковых
газов в атмосферу Земли, должна приводить
к дальнейшему разогреву планеты.
Познакомимся подробнее
с парниковыми газами, способными
потенциально вызвать глобальное
потепление. Парниковым газом номер
один является водяной пар,
его вклад в существующий атмосферный
парниковый эффект составляет 20,6
°С. На втором месте находится
СО2, его вклад составляет около 7,2°С. Рост
содержания в атмосфере Земли углекислого
газа сейчас вызывает наибольшую озабоченность,
так как растущее активное использование
углеводородов человечеством продолжится
и в ближайшем будущем. За последние два
с половиной века (с начала индустриальной
эры) содержание СО2 в атмосфере уже выросло
приблизительно на 30%.
На третьем месте
нашего «парникового рейтинга»
находится озон, его вклад в
общее глобальное потепление
составляет 2,4 °С. В отличие от
других парниковых газов, деятельность
человека наоборот вызывает уменьшение
содержания озона в атмосфере
Земли. Далее следует закись азота,
её вклад в парниковый эффект оценивается
в 1,4°С. Содержание закиси азота в атмосфере
планеты имеет тенденцию к росту, за последние
два с половиной века концентрация этого
парникового газа в атмосфере выросла
на 17%. Большое количество закиси азота
поступает в атмосферу Земли в результате
сжигания различных отходов. Список основных
парниковых газов завершает метан, его
вклад в суммарный парниковый эффект составляет
0,8°С. Содержание метана в атмосфере растёт
очень быстро, за два с половиной столетия
этот рост составил 150%. Основными источниками
метана в атмосфере Земли являются разлагающиеся
отходы, крупный рогатый скот, а также
распад природных соединений, содержащих
в своём составе метан. Особое опасение
вызывает то, что способность поглощать
инфракрасное излучение на единицу массы
у метана в 21 раз выше, чем у углекислого
газа.
Наибольшая роль в
имеющем место глобальном потеплении
отводиться водяному пару и
углекислому газу. На их долю
приходится более 95% всего парникового
эффекта. Именно благодаря этим
двум газообразным веществам
происходит разогрев атмосферы Земли
на 33°С. Антропогенная деятельность оказывает
наибольшее влияние на рост в атмосфере
Земли концентрации углекислого газа,
а содержание водяного пара в атмосфере
растёт вслед за температурой на планете,
вследствие увеличения испаряемости.
Общий техногенный выброс СО2 в атмосферу
Земли составляет 1.8 млрд. т/год, общее
количество углекислого газа, которое
связывает растительность Земли в результате
фотосинтеза составляет 43 млрд. т/год,
но почти всё это количество углерода
в результате дыхания растений, пожаров,
процессов разложения снова оказывается
в атмосфере планеты и только 45 млн.т/год
углерода оказывается депонированной
в тканях растений, болотах суши и глубинах
океана. Эти цифры показывают, что деятельность
человека потенциально может являться
ощутимой силой, влияющей на климат Земли.
6. Факторы, ускоряющие
и замедляющие глобальное потепление
Планета Земля настолько
сложная система, что существует
множество факторов, которые прямо
или косвенно влияют на климат
планеты, ускоряя или замедляя
глобальное потепление.
Факторы, ускоряющие глобальное
потепление:
+ эмиссия CO2, метана, закиси
азота в результате техногенной
деятельности человека;
+ разложение, вследствие
повышения температуры, геохимических
источников карбонатов с выделением
СО2. В земной коре содержится в связанном
состоянии углекислого газа в 50000 раз больше,
чем в атмосфере;
+ увеличение содержания
в атмосфере Земли водяного
пара, вследствие роста температуры,
а значит и испаряемости воды
океанов;
+ выделение CO2 Мировым
океаном вследствие его нагревания
(растворимость газов при повышении
температуры воды падает). С ростом
температуры воды на каждый
градус растворимость в ней
CO2 падает на 3%. В Мировом океане
содержится в 60 раз больше CO2, чем
в атмосфере Земли (140 триллионов
тонн);
+ уменьшение альбедо Земли
(отражающей способности поверхности
планеты), вследствие таяния ледников,
смены климатических зон и
растительности. Морская гладь отражает
значительно меньше солнечных
лучей, чем полярные ледники
и снега планеты, горы лишённые
ледников, также обладаю меньшим
альбедо, продвигающая на север
древесная растительность обладает
меньшим альбедо, чем растения
тундр. За последние пять лет
альбедо Земли уже уменьшилось
на 2,5%;
+ выделение метана при
таянии вечной мерзлоты;
+ разложение метангидратов
– кристаллических льдистых соединений
воды и метана, содержащихся в приполярных
областях Земли.
Факторы, замедляющие глобальное
потепление:
- глобальное потепление
вызывает замедление скорости
океанических течений, замедление
тёплого течения Гольфстрим вызовет
снижение температуры в Арктике;
- с увеличением температуры
на Земле растёт испаряемость,
а значит и облачность, которая
является определённого рода
преградой на пути солнечных
лучей. Площадь облачности растет
приблизительно на 0,4% на каждый
градус потепления;
- с ростом испаряемости
увеличивается количество выпадающих
осадков, что способствует заболачиванию
земель, а болота, как известно, являются
одними из главных депо CO2;
- увеличение температуры,
будет способствовать расширению
площади тёплых морей, а значит
и расширению ареала моллюсков
и коралловых рифов, эти организмы
принимают активное участие в
депонировании CO2, который идёт
на постройку раковин;
- увеличение концентрации
CO2 в атмосфере стимулирует рост
и развитие растений, которые
являются активными акцепторами
(потребителями) этого парникового
газа.
7. Возможные сценарии глобальных
климатических изменений
Глобальные климатические
изменения очень сложны, поэтому
современная наука не может
дать однозначного ответа, что
же нас ожидает в ближайшем
будущем. Существует множество
сценариев развития ситуации.
Сценарий 1 – глобальное потепление
будет происходить постепенно
Земля очень большая
и сложная система, состоящая
из большого количества связанных
между собой структурных компонентов.
На планете есть подвижная
атмосфера, движение воздушных
масс которой распределяет тепловую
энергию по широтам планеты,
на Земле есть огромный аккумулятор
тепла и газов – Мировой
океан (океан накапливает в
1000 раз больше тепла, чем атмосфера)
Изменения в такой сложной
системе не могут происходить
быстро. Пройдут столетия и тысячелетия,
прежде чем можно будет судить
об сколько-нибудь ощутимом изменении
климата.
Сценарий 2 – глобальное потепление
будет происходить относительно
быстро
Самый «популярный»
в настоящее время сценарий. По
различным оценкам за последние
сто лет средняя температура
на нашей планете увеличилась
на 0,5-1°С, концентрация - СО2 возросла на
20-24 %, а метана на 100%. В будущем эти процессы
получат дальнейшее продолжение и к концу
XXI века средняя температура поверхности
Земли может увеличиться от 1,1 до 6,4°С,
по сравнению с 1990 годом (по прогнозам
IPCC от 1,4 до 5,8°С). Дальнейшее таяние Арктических
и Антарктических льдов может ускорить
процессы глобального потепления из-за
изменения альбедо планеты. По утверждению
некоторых учёных, только ледяные шапки
планеты за счёт отражения солнечного
излучения охлаждают нашу Землю на 2°С,
а покрывающий поверхность океана лёд
существенно замедляет процессы теплообмена
между относительно теплыми океаническим
водами и более холодным поверхностным
слоем атмосферы. Кроме того, над ледяными
шапками практически нет главного парникового
газа – водяного пара, так как он выморожен.
Глобальное потепление
будет сопровождаться подъёмом
уровня мирового океана. С 1995 по 2005
год уровень Мирового океана уже поднялся
на 4 см, вместо прогнозируемых 2-ух см.
Если уровень Мирового океана в дальнейшем
будет подниматься с такой же скоростью,
то к концу XXI века суммарный подъём его
уровня составит 30 - 50 см, что вызовет частичное
затопление многих прибрежных территорий,
особенно многонаселённого побережья
Азии. Следует помнить, что около 100 миллионов
человек на Земле живёт на высоте меньше
88 сантиметров над уровнем моря.
Кроме повышения уровня
Мирового океана глобальное потепление
влияет на силу ветров и
распределение осадков на планете.
В результате на планете вырастет
частота и масштабы различных
природных катаклизмов (штормы, ураганы,
засухи, наводнения).
В настоящее время
от засухи страдает 2% всей суши,
по прогнозам некоторых учёных
к 2050 году засухой будет охвачено
до 10% всех земель материков. Кроме
того, изменится распределение количества
осадков по сезонам.
В Северной Европе
и на западе США увеличится
количество осадков и частота
штормов, ураганы будут бушевать
в 2-а раза чаще, чем в XX веке.
Климат Центральной Европы станет
переменчивым, в сердце Европы
зимы станут теплее, а лето
дождливее. Восточную и Южную
Европу, включая Средиземноморье,
ждёт засуха и жара.
Сценарий 3 – Глобальное потепление
в некоторых частях Земли сменится
кратковременным похолоданием
Известно, что одним
из факторов возникновения океанических
течений является градиент (разница)
температур между арктическими
и тропическими водами. Таяние
полярных льдов способствует
повышению температуры Арктических
вод, а значит, вызывает уменьшение
температурной разницы между
тропическими и арктическими
водами, что неминуемо, в будущем
приведёт к замедлению течений.
Одним из самых известных
тёплых течений является Гольфстрим,
благодаря которому во многих
странах Северной Европы среднегодовая
температура на 10 градусов выше,
чем в других аналогичных климатических
зонах Земли. Понятно, что остановка
этого океанического конвейера
тепла очень сильно повлияет
на климат Земли. Уже сейчас
течение Гольфстрим, стало слабее
на 30% по сравнению с 1957 годом.
Математическое моделирование показало,
чтобы полностью остановить Гольфстрим
достаточно будет повышения температуры
на 2-2,5 градуса. В настоящее время
температура Северной Атлантики
уже прогрелась на 0,2 градуса по
сравнению с 70-ми годами. В случае
остановки Гольфстрима среднегодовая
температура в Европе к 2010 году
понизится на 1 градус, а после
2010 года дальнейший рост среднегодовой
температуры продолжится. Другие
математические модели «сулят»
более сильное похолодание Европе.
Согласно этим математическим
расчётам полная остановка Гольфстрима
произойдёт через 20 лет, в результате
чего климат Северной Европы,
Ирландии, Исландии и Великобритании
может стать холоднее настоящего
на 4-6 градусов, усилятся дожди и
участятся шторма. Похолодание затронет
также и Нидерланды, Бельгию, Скандинавию
и север европейской части
России. После 2020-2030 года потепление
в Европе возобновится по сценарию
№2.
Сценарий 4 – Глобальное потепление
сменится глобальным похолоданием
Остановка Гольфстрима
и других океанических вызовет
глобальное похолодание на Земле
и наступление очередного ледникового
периода.
Сценарий 5 - Парниковая катастрофа
Парниковая катастрофа
- самый «неприятный» сценарий
развития процессов глобального
потепления. Автором теории является
наш учёный Карнаухов, суть
её в следующем. Рост среднегодовой
температуры на Земле, вследствие увеличения
в атмосфере Земли содержания антропогенного
CO2, вызовет переход в атмосферу растворённого
в океане CO2, а также спровоцирует разложение
осадочных карбонатных пород с дополнительным
выделением углекислого газа, который,
в свою очередь, поднимет температуру
на Земле ещё выше, что повлечёт за собой
дальнейшее разложение карбонатов, лежащих
в более глубоких слоях земной коры (в
океане содержится углекислого газа в
60 раз больше, чем в атмосфере, а в земной
коре почти в 50 000 раз больше). Ледники будут
интенсивно таять, уменьшая альбедо Земли.
Такое быстрое повышение температуры
будет способствовать интенсивному поступлению
метана из тающей вечной мерзлоты, а повышение
температуры до 1,4–5,8°С к концу столетия
будет способствовать разложению метангидратов
(льдистых соединений воды и метана), сосредоточенных
преимущественно в холодных местах Земли.
Если учесть, что метан, является в 21 раз
более сильным парниковым газом, чем CO2
рост температуры на Земле будет катастрофическим.
Чтобы лучше представить, что будет с Землёй
лучше всего обратить внимание на нашего
соседа по солнечной системе – планету
Венера. При таких же параметрах атмосферы,
как на Земле, температура на Венере должна
быть выше Земной всего на 60°С (Венера
ближе Земли к Солнцу) т.е. быть в районе
75°С, в реальности же температура на Венере
почти 500°С. Большинство карбонатных и
метано-содержащих соединений на Венере
давным давно были разрушены с выделением
углекислого газа и метана. В настоящее
время атмосфера Венеры состоит на 98% из
СО2, что приводит к увеличению температуры
планеты почти на 400°С
Если глобальное потепление
пойдёт по такому же сценарию,
как на Венере, то температура
приземных слоев атмосферы на
Земле может достигнуть 150 градусов.
Повышение температуры Земли
даже на 50°С поставит крест, на человеческой
цивилизации, а увеличение температуры
на 150°С вызовет гибель почти всех живых
организмов планеты.
По оптимистическому
сценарию Карнаухова, если количество,
поступающего в атмосферу CO2, останется
на прежнем уровне, то температура
50°С, на Земле установится через 300 лет,
а 150°С через 6000 лет. К сожалению, прогресс
не остановить, с каждым годом объёмы выбросов
CO2 только растут. По реалистическому сценарию,
согласно которому выброс CO2 будет расти
с такой же скоростью, удваиваясь каждые
50 лет, температура 502 на Земле уже установится
через 100 лет, а 150°С через 300 лет.