Парниковый эффект и тенденции в изменении глобального климата

По данным ученых СССР и  США, потепление, наблюдавшееся с  конца XIX в. до 40-х годов XX в., сменилось  похолоданием, длившимся 20 лет. За ним последовало потепление, продолжающееся до настоящего времени. Аналогичные изменения температуры происходили и в Южном полушарии.

Потепление тропосферы в  минувшее десятилетие сопровождалось похолоданием стратосферы. Это имеет важное значение для выяснения физического механизма современного изменения климата. Парниковый эффект в атмосфере увеличивает концентрацию СО₂, рост ее повышает разность температуры между низкими и высокими слоями атмосферы, что согласуется с предположением о существенном влиянии роста содержания диоксида углерода на климат наших дней.

Усиление парникового  эффекта в индустриальную эпоху 

Усиление парникового  эффекта в индустриальную эпоху  связано в

первую очередь с возрастанием содержания в атмосфере техногенного диоксида углерода за счет сжигания ископаемых видов органического топлива  предприятиями энергетики, металлургическими  заводами, автомобильными двигателями: С + О = СО₂, С₃H₈+ 5O₂ = 3СО₂ + 4Н₂О, С₂₅Н₅₂ + 38О₂ = 25СО₂+26Н₂O, 2С₈Н₁₈+25О₂ = 16СО₂ + 18Н₂О. 

Количество техногенных  выбросов СО₂ в атмосферу значительно возросло во второй половине XX в. Основной причиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемых видов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счет сжигания горючих ископаемых. Рост потребления энергии всегда считался не только важным условием технического прогресса, но и благоприятным фактором существования и развития человеческой цивилизации. Когда человек научился добывать огонь, произошел первый скачок в изменении уровня жизни, энергоресурсами были мускульная сила человека и дрова.  
Рост потребления энергии в настоящее время составляет около 5% в год, что при росте населения чуть менее 2% в год означает более чем двукратное увеличение душевого потребления.

В 2000 г. мир израсходовал более 16- 109 кВт -ч энергии, четверть этого количества пришлась на США и столько же - на развивающиеся страны вместе с Китаем (доля России - около 6%). В настоящее время ископаемые виды органического топлива составляют более 90% всех первичных энергоресурсов, обеспечивая 75% мирового производства электрической энергии. В результате сжигания органического топлива только на тепловых электростанциях (ТЭС), не считая работу автомобильных двигателей и металлургических предприятий, в атмосферу ежегодно поступает более 5 млрд т углекислого газа (25% техногенных выбросов диоксида углерода в атмосферу дают США и страны Евросоюза, 1 1% - Китай, 9% - Россия).  

С начала XX в., по оценкам  экспертов ООН, увеличение выбросов СО2 составляло от 0,5 до 5% в год. В результате за последние сто лет только за счет сжигания топлива в атмосферу поступило 400 млрд. т углекислого газа.  
Развитие индустриализации и экономической деятельности человека приводит к тому, что в воздух выбрасывается все больше примесей, создающих знаменитый парниковый эффект, - углекислого газа, метана и прочей «грязи». Это, соответственно, приводит к тому, что среднегодовые температуры медленно, но верно увеличиваются. Несмотря на то, что из года в год рост измеряется десятыми и сотыми долями градуса, за десятилетия и века накапливаются вполне солидные величины в несколько градусов по шкале Цельсия. 

Последние климатические  модели дают следующий результат: к  началу следующего века, то есть к 2100 году, климат Земли станет теплее на 2-4,5 градуса  относительно так называемого «доиндустриального» уровня (то есть относительно того давнего периода, когда промышленность еще не начала выбрасывать в атмосферу парниковые газы). Средняя оценка колеблется в районе трех градусов.  
Однако наиболее важно, по-видимому, не то, насколько разогреется Земля в течение XXI века. Важнее то, что научный мир в целом пришел к согласию относительно причин температурного скачка. В течение последних 20-30 лет антропогенная теория глобального потепления постоянно сталкивалась с критикой со стороны скептиков, полагавших, что у климатических изменений могут быть и естественные причины. К 2007 году подавляющее большинство ученых сошлось на том, что ни солнечная радиация, ни вулканическая активность, ни иные природные явления не могут дать столь мощного теплового эффекта.  
 
Последствия усиления парникового эффекта  

Предположения, что последствиями  хозяйственной деятельности человека могут стать значительные изменения  климата, впервые были высказаны  в конце XIX - начале XX в. В 1922 г. английский геолог Р.Шерлок выдвинул идею, что эти изменения напрямую связаны с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, с возрастающими масштабами использования ископаемого горючего топлива.

Главным следствием усиления парникового эффекта является повышение  приземной температуры, которое  устойчиво наблюдается в последние  десятилетия. В 1988 г. в Торонто состоялась первая Международная конференция по проблеме антропогенного изменения климата. Ученые пришли к выводу, что последствия усиления парникового эффекта из-за роста содержания в атмосфере углекислого газа уступают лишь последствиям мировой ядерной войны. Тогда же при Организации Объединенных Наций была образована Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата - МГЭИК (IPCC-Intergovernmental Panel on Climate Change), которая занялась всесторонним изучением влияния повышения приземной температуры из-за усиления парникового эффекта на климат, экосистему Мирового океана, биосферу в целом, в том числе на жизнь и здоровье населения планеты. По данным экспертов ООН, к 2025 г. повышение среднегодовой температуры у поверхности Земли может составить 2,5 °С, а к концу столетия - почти 6 °С. Это приведет к нарушению природных механизмов поддержания теплового баланса планеты и необратимо превратит Землю в раскаленный ад, подобный Венере.  

Иногда можно услышать, что глобальное потепление выгодно  России, поскольку она – «холодная  страна». На самом деле это не так. Если, например, для Москвы температурный  разброс составляет от -35 до +37 °С, то повышение температуры на 2 градуса не означает, что амплитуда колебаний станет от -33 до +39 °С. По расчетам климатологов, при этом минимальная температура станет еще меньше, а максимальная еще выше: амплитуда московской температуры станет где-то от -40 до +40 °С. Среди важнейших проблем, связанных с усилением парникового эффекта и потеплением климата, приоритетной является повышение уровня Мирового океана за счет таяния материковых ледников и морских льдов, теплового расширения океана.

Подъем уровня моря - уже  реальный факт. За прошедшее столетие уровень Мирового океана повысился, по разным оценкам, на 10-25 см (главным образом в последнюю четверть XX века), к 2025 г. возможно повышение уровня Мирового океана еще на 20-30 см, а к концу наступившего столетия - на 1-2 м. В докладе IPCC на заседании в Шанхае (январь 2001 г.) отмечено, что за последние десять лет толщина ледового покрова в Северном Ледовитом океане сократилась на 40%, происходит интенсивное разрушение ледовых щитов Антарктиды и Гренландии. Из-за таяния гренландских и арктических льдов происходит замедление течения Гольфстрима, несущее миллионы миллиардов ватт тепла из тропиков, согласно исследованиям американских ученых уже сейчас сила потока уменьшилась на 10%. Исчезновение Гольфстрима приведет к существенным изменениям климата Северной Атлантики: у побережья Британии температура может понизиться на 5 °С, в других районах среднегодовая температура упадет на 10 °С.

Прямое воздействие повышения  уровня Мирового океана - перемещение  береговой линии. В результате таяния льдов под водой окажутся многие прибрежные районы и острова, вторжение  фронта соленых морских вод в  пресноводные реки вызовет засоление  пресноводных прибрежных акваторий. Все  эти процессы глубоко затронут человеческое общество, особенно густонаселенные  приморские районы. Подъем уровня воды вызовет затопление многих приморских городов, ухудшатся условия их водоснабжения, серьезно пострадают места нерестилищ рыб. Подсчитано, что повышение уровня океана на 1 м повлечет за собой колоссальные потери людских и материальных ресурсов.

Сотни миллионов людей  на земном шаре вынуждены будут мигрировать  из прибрежных зон, дельт рек и  с островов. Потепление приведет к  высвобождению метана, находящегося в зоне вечной мерзлоты в виде гидрата  метана (твердое соединение кристаллов воды и поглощенного под давлением  газообразного метана), таянию фунтов. Это создаст угрозу дорогам, строениям  и коммуникациям, в том числе  газо- и нефтепроводам, буровым установкам и т. п., ухудшит состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

Произойдут существенные изменения природных процессов  в биосфере: - нарушение круговоротов главных биогенных элементов; - изменение  характера облачности и, как следствие, климатические изменения; - изменение  распределения осадков по регионам; - смещение климатических зон и, в  частности, расширение зон пустынь; - нарушение биологических ритмов развития растений и длительные периоды  неурожаев главных сельскохозяйственных культур. Изменение средней приземной  температуры приведет к перестройке  биоты - всей системы живых организмов Земли - и будет сопровождаться такими аномальными явлениями, как распространение болезней, вредителей, так называемых видов-гангстеров.

Частично такие процессы уже начались: от короедов гибнут еловые леса Нечерноземья. Разбалансировка  системы регуляции климата проявляет  себя в виде учащения и усиления аномальных погодных явлений, таких, как  штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами.

Исследования показали, что  в 2004 г. в мире произошло в два раза больше катаклизмов, чем предсказывали ученые. Проливные дожди над Европой сменились засухой. Летом этого же года температура в ряде европейских стран достигала 40 °С, хотя обычно максимальная температура не превышает 25-30 °С. И, наконец, 2004 год закончился сильнейшим землетрясением в Юго-Восточной Азии (26 декабря), породившим цунами, в результате которого погибло сотни тысяч человек.  
Изменения климата могут нанести миру ущерб в сотни миллиардов долларов, если не будут приняты срочные меры по сокращению выбросов парниковых газов. Достаточно серьезны социальные последствия изменения климата для России. В ряде регионов России участились засухи, изменился паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель, сокращаются зоны уверенного земледелия. Все это наносит значительный урон относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором. 

Влияние аэрозолей  на характеристики атмосферы.

Важнейший экологический эффект, связанный с влиянием на прозрачность атмосферы, ее световой и энергетический режим, климат в целом, вызывают аэрозоли — твердые или жидкие атмосферные частицы, обладающие малыми скоростями осаждения.

Аэрозоли подразделяются на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размеры жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может  быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), средне- дисперсной (50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на            супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5- 3,0 мкм), грубодисперсный туман (3—10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Следует отметить, что аэрозоли чаще всего полидисперсные, т. е. содержат частицы различного размера.

Ряд газов, в том числе  диоксид серы и оксиды азота, в  результате реакций с кислородом, водяным паром и другими частицами образуют вещества, которые переходят в твердое или жидкое состояние, поэтому аэрозоли разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом их превращений в атмосфере.

Нижние, более всего загрязненные слои воздуха содержат минеральную  пыль, продуты горения, вулканическую  пыль, семена, споры и пыльцу растений, а также мельчайшие частицы морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании морской воды прибоем. Соль и некоторые другие взвешенные частицы, например продукты горения, играют роль ядер конденсации водяного пара в воздухе.

Пыль городов, индустриальных центров и районов содержит много  частиц различного происхождения — в ней встречаются кварц, полевой шпат, асбест, кальций, свинец, гипс, сажа, продукты испарения резиновых автошин и многое другое. В районах с большим числом промышленных предприятий в аэрозолях находят более 20 элементов, в т. ч. токсичных (сурьма, мышьяк, свинец и др.).

В верхнюю атмосферу проникает  также космическая пыль, в том  числе и образующаяся при сгорании метеоритов. Подсчитано, что за год  на Землю падают десятки млн. т. космической пыли. В целом в атмосфере планеты постоянно находится около 250 млн. т. пыли.

Большое количество аэрозолей  поступает в атмосферу с выбросами вулканов. Так, извержение вулкана Эль-Чичон (март 1982 г.) сопровождалось выбросом более 10 млн. т. пепла, покрывшего территорию четырех штатов Мексики, и сернистых газов. Образовавшееся облако пыли и газов стало «наматываться» на земной шар по спирали, одновременно расползаясь по ширине. Облако находилось на высоте примерно 21 км и простиралось на 20 тыс. км — от Мексики до Аравийского полуострова. Через полгода оно наблюдалось уже в умеренных широтах, через год накрыло «шапкой» все Северное полушарие.

С помощью космической техники было установлено, что эта «шапка» находилась на высоте 30 км, и ее максимальная плотность приходилась на экваториальные широты. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей газы превратились в серную кислоту, точнее — в аэрозоль, состоящий из мельчайших (размером в несколько десятых микрометра) капель. Капельки, отражая солнечные лучи, препятствовали возникновению «парникового эффекта». По мнению ученых, последствия извержения сказывались на климате планеты в течение трех лет.

На прозрачность атмосферы  и величину солнечной радиации огромное влияние оказывает антропогенная  деятельность, особенно горнодобывающая промышленность, теплоэнергетика. В частности, массовые взрывы на карьерах являются крупными источниками пыли. Так, на Криворожском железорудном бассейне производили взрывы мощностью 500-700 т взрывчатых веществ. При этом масса взрываемых пород достигала 2 млн. т., а объем пылегазового облака — 15-20 млн. м³. Установлено (Д. С. Орлов и др., 2002 г.), что в 80-е годы в Рурском и Верхнесилезском бассейнах на каждый гектар площади ежедневно выпадало 2-5 т. пыли; интенсивность солнечного свечения в Рейн-Вестфалии (Германия) уменьшалась на 20 %, а в Катовицах (Польша) — на 50 %.