Что такое парниковый эффект в атмосфере Земли

Земная атмосфера имеет свойство пропускать солнечные лучи, задерживая при этом тепловое излучение с поверхности. В результате происходит аккумуляция тепла. Накопление в атмосфере газов и других выбросов этот процесс усугубляет, запуская механизм парникового эффекта.

Эта глобальная проблема существует достаточно давно. Но с развитием технологий, увеличивающих выбросы в атмосферу, с ростом количества машин и общим ухудшением экологии она становится все более актуальной. Согласно статистике средняя температура планеты только за прошедшее столетие выросла на 0.74°. На первый взгляд это, кажется совсем немного. Но даже такое повышение уже привело к необратимым климатическим изменениям.

Кто открыл механизм формирования парникового эффекта? Впервые это определение было использовано в 1827 году Ж. Фурье. На эту тему им даже была написана объемная статья, в которой он рассматривал различные схемы формирования земного климата. Именно Фурье впервые выдвинул и подтвердил идею о том, что оптические свойства земной атмосферы аналогичны свойствам стекла.

Позднее шведский физик Аррениус при исследовании инфракрасных свойств водяного пара и углекислого газа выдвинул теорию, что их накопление в атмосфере может вызывать повышение температуры всей планеты. Впоследствии на основании этих исследований и возникло понятие парникового эффекта.

Что такое парниковые газы?


Парниковые газы – это собирательное название целого ряда газов, способных задерживать тепловое излучение планеты. В видимом диапазоне они остаются прозрачными, поглощая при этом инфракрасный спектр. У парниковых газов нет какой-то определенной формулы. Их процентное соотношение может постоянно изменяться. Итак, какие газы относят к парниковым?

Список парниковых газов

К основным парниковым газам относятся:

  1. Углекислый газ. Самый долго живущий в атмосфере, вследствие этого происходит его постоянное накопление.
  2. Метан. Благодаря ряду свойств обладает более сильной активностью. Согласно данным Википедии его уровень с 1750 года в атмосфере возрос более чем в 150 раз.
  3. Закись озота.
  4. Перфторуглероды – ПФУ (Perfluorocarbons – PFCs).
  5. Гидрофторуглероды (ГФУ).
  6. Гексафторид серы (SF6).

Озон защищает планету от солнечного ультрафиолета. Его недостаток способствует образованию озоновых дыр.

Кроме основных парниковых газов к усилению парникового эффекта в атмосфере приводит водяной пар. По сути, он и является основной причиной роста температуры и влажности.


Помимо вышеперечисленных, к парниковым газам относятся оксиды азота и фреоны. Вследствие активной деятельности человека их концентрация ежегодно возрастает, что значительно усугубляет негативное влияние на окружающую среду.

Источники образования парниковых газов

Парниковые газы приводят к значительным климатическим изменениям, по своей природе источники их образования можно разделить на 2 большие группы:

  1. Техногенные. Являются самой главной причиной возникновения парникового эффекта. К ним относятся различные виды промышленности, использующие сжигание углеводородного топлива, разработка нефтяных месторождений, выбросы автомобильных моторов.
  2. Природные. Играют второстепенную роль. Большая часть природных парниковых газов попадает в атмосферу при извержении вулканов. Также в эту группу можно отнести испарения Мирового океана и крупные лесные пожары.

Причины парникового эффекта

Главной причиной развития парникового эффекта на Земле являются накапливающие в атмосфере газы. Превышение их концентрации приводит к изменению теплового баланса. Дополнительно в этот процесс может вовлекаться и озоновый слой. Под воздействием фреона и оксидов азота, которые также входят в список парниковых газов, он начинает стремительно разрушаться и истончаться. В результате резко возрастает уровень жесткого ультрафиолетового излучения. Таким образом парниковый эффект и разрушение озонового слоя являются цепочкой взаимосвязанных событий, оказывающих значительное влияние на биогеоценоз всей планеты.

К основным причинам возникновения парникового эффекта можно отнести:


  1. Стремительный рост промышленности, использующей в качестве источников энергии нефть, газ и другие ископаемые углеводороды. На их долю приходится около половины всех газовых выбросов.
  2. Массовое уничтожение лесов. В процессе фотосинтеза деревья усваивают углекислый газ и вырабатывают кислород, леса — это «легкие планеты», их уничтожение чревато резким ростом количества углекислого газа в атмосфере.
  3. Развитие сельского хозяйства. В результате распада продуктов жизнедеятельности животных образуется большое количество метана, являющего одним из самых агрессивных парниковых газов.

Что способствует усилению парникового эффекта

Кроме деятельности человека усилению парникового эффекта могут способствовать и естественные причины. Например, крупные извержения вулканов или массовое горение лесов. Повышение температуры на поверхности Земли в результате истончения озонового слоя приводит к усиленному испарению влаги, что также усугубляет положение. Взаимосвязь парникового эффекта и озонового слоя доказана уже давно. Увеличение концентрации водяных паров в атмосфере является основополагающим фактором развития проблемы.

Последствия парникового эффекта

Последствия, как и причины возникновения парникового эффекта весьма разнообразны. Особенно сильно его влияние на климат. Если объяснять это простыми словами, выбросы парниковых газов способны привести к целому ряду значимых изменений:

iv>
  1. Снижение или увеличение количества осадков. В ряде климатических зон дожди станут большей редкостью, другие же наоборот будут страдать от постоянных штормов и затоплений.
  2. Повышение уровня мирового океана. Это будет одним из самых значимых последствий парникового эффекта. В результате таяния льдов Антарктиды и Гренландии затопленными окажутся значительные территории, что уничтожит все прибрежные населенные пункты. При этом стоит отметить, что в них проживает значительная часть населения, которая окажется без жилья и средств к существованию.
  3. Гибель целых экосистем. Если кратко, парниковый эффект вызовет значительные изменения климата. В результате многие биологические виды не смогут адаптироваться к быстро изменившимся условиям и просто погибнут. Их исчезновение из цепи питания приведет к возникновению «эффекта домино».

Также изменения климата повлияют и на здоровье людей. Из-за аномально высоких температур значительно возрастет количество сердечных, легочных и респираторных заболеваний. Поэтому пользы от парникового эффекта никакой, а вот вред очень значителен.

Карта выбросов парниковых газов

Для более полного представления масштабов и сущности парникового эффекта компанией Google в 2012 году была разработана карта выбросов парниковых газов, где показано в каких местах на Земле их больше всего. На ней при помощи цветового кодирования отображается уровень выбросов во всех индустриально развитых странах. Создание карты было приурочено к моменту окончания Киотского протокола.


Источник и разработчик сервиса: Google.com. Условия использования.

Справка: Что такое Киотский протокол и в чем его суть? Кратко — это международное соглашение, которое было заключено для снижения выбросов парниковых газов в атмосферу планеты, чтобы предотвратить или сократить эффект глобального потепления. Киотский протокол является дополнительным документом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 года (РКИК ООН). Почему «Киотский»? Данный протокол был принят в японском городе Киото 11 декабря 1997 года и вступил в силу 16 февраля 2005 года. Главная цель полученного между странами соглашения: стабилизировать уровень концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему Земли. Сейчас насчитывается 192 участника Киотского протокола (191 государство и Европейский союз). При этом США подписали, но не ратифицировали Протокол, Канада официально вышла из Киотского протокола 16 декабря 2012 года.

Меры по предотвращению и сокращению парникового эффекта

Изменения климата на Земле происходили уже неоднократно. Если кратко последствия их были катастрофическими. Примером может служить хорошо известный ледниковый период. Его влияние на живые организмы было очень значительным. Часть видов просто вымерла, так и не приспособившись к резкому похолоданию. Остатки льда с тех времен до сих пор сохранились в Антарктике и Гренландии.

>

Что нужно сделать чтобы снизить парниковый эффект и не допустить очередных катаклизмов? Как эффективно бороться с глобальной проблемой? На данных момент выявлены уже все факторы, способствующие накоплению газов в атмосфере. По мнению специалистов, исследующих физические основы возникновения парникового эффекта, есть несколько путей решения данной проблемы:

  1. Снизить эмиссию вредных веществ, образующихся в результате промышленной деятельности.
  2. Активно внедрять экологичные технологии, использующие альтернативные источники энергии. Это позволит отказаться или хотя бы свести к минимуму потребление топливных углеводородов.
  3. Прекратить активные вырубки лесов.
  4. Уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов также способствует ликвидация стихийных свалок, ведь именно они являются источником метана, фреона и оксидов азота.

Существуют различные пути решения проблемы парникового эффекта. Главное, чтобы борьба велась на международном уровне. Для исправления сложившейся ситуации необходимы усилия всего человечества. Выбросы газов – проблема глобальная, она касается всей планеты в целом, а не отдельных стран.

Интересные факты о парниковом эффекте


  • Российские синоптики подсчитали, что если газовые выбросы останутся на прежнем уровне, то к 2080 году климат Сибири значительно потеплеет. Зимние температуры в среднем вырастут на 9°, а летние на 5.7°. При этом повысится и уровень осадков, в среднем на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится на четверть.
  • В 2020 году томские ученые возобновят исследования арктического климата. Их внимание привлекла повышенная концентрация метана. Он и другие газы выделяются при таянии вечной мерзлоты. Для исследований будет привлечен специальный научный самолет. С его помощью ученые смогут сделать полноценный анализ воздушной среды.
  • Крупнейшая алмазодобывающая компания «Алроса» отчиталась о снижении интенсивности газовых выбросов за период с 2016 по 2018 год на 52%. Как известно, горнодобывающая промышленность занимает лидирующие позиции по количеству выбросов в атмосферу. Для поддержания положительной динамики весь транспорт компании переводится на более экологичные газовые двигатели.

Источник: promdevelop.ru

На главную / Экология / Парниковый эффект и его социальные последствия


| Печать |

А. А. Титлянова Парниковый эффект и его социальные последствия

Круговорот углерода, в который включены наша жизнь и смерть, осуществляется на Земле благодаря двум мощным биосферным процессам: фотосинтезу и минерализации органического вещества. Фотосинтезом называется осуществляемый растениями процесс образования органических веществ с использованием энергии солнечного излучения. Минерализацией называются всевозможные происходящие в природе процессы превращения органических веществ в неорганические.

При фотосинтезе растения поглощают двуокись углерода СО2 из атмосферы и воду из почвы. Из двуокиси углерода и водорода, освобождаемого при расщеплении воды под действием света (фотолиз воды), синтезируется глюкоза, из которой в процессах биосинтеза строятся другие органические соединения. Освободившийся при фотолизе кислород поступает в атмосферу. Часть органических веществ тратится при дыхании растений с образованием СО2. Остальная часть ассимилированного углерода строит новую биомассу растений (фитомассу). Растения суши потребляют для своего воспроизводства 86,5*109 т yглерода в год, растения океанов, морей, других водоемов — 30*109 т углерода в год (рис. 1).

Ежегодно фитомасса, содержащая 86,5*109 т углерода, отмирает или поедается всеми организмами (включая человека) и в конце концов в виде отмерших органов растений, всевозможных отходов жизнедеятельности и трупов организмов поступает в почву.


есь огромное множество почвенных животных, грибов, бактерий перерабатывает органическое вещество и минерализует его до СО2. Подобный же процесс идет и в водоемах. В результате 116*109 т углерода в составе СО2. ежегодно вновь поступает в атмосферу. Каждый год происходят небольшие колебания «приходной и расходной частей бюджета» углерода, но в целом этот удивительно точный баланс сохраняется десятки тысячелетий. Фотосинтез и минерализация поддерживают постоянные запасы углерода в различных оболочках биосферы. Наименьшее количество углерода содержится в атмосфере, больше запасено в фитомассе суши; содержание углерода в почвенном органическом веществе (гумусе) составляет 1515*109 т и в водном органическом веществе — 3500*109 т. Лишь незначительная доля циркулирующего углерода (всего 0,05*109 т) ежегодно ускользала в глубины Земли в процессах образования осадков; в Земле сформировался огромный запас ископаемого углерода. Все это происходило год за годом, тысячелетие за тысячелетием.

Схема круговорота углерода в биосфере.

Рис. 1. Схема круговорота углерода в биосфере. Прямоугольниками обозначены резервуары углерода, стрелками сплошными — естественные потоки углерода, штриховыми — антропогенные потоки. Запасы С в 109 т, интенсивности потоков в 109 т за год.


Начиная с восемнадцатого века человек вмешался в сложившийся, сбалансированный цикл углерода и, сжигая ископаемое топливо, начал постепенно увеличивать антропогенные, то есть порожденные человеком потоки углерода. В настоящий момент антропогенный поток углерода достигает 7×109 т; он складывается из сжигания ископаемого топлива (5*109 т), минерализации древесины при сведении лесов (1,5*109 т) и дополнительной минерализации гумуса пахотных почв (0,5*109 т).

Однако ежегодное увеличение содержания углерода в атмосфере составляет не 7*109 т, а 3*109 т. В результате физико-химических процессов, идущих на поверхности моря, 100*109 т углерода выделяется в атмосферу и 104*109 т поглощается океаном. Природные процессы пока частично уравновешивают человеческую деятельность. Частично, но не полностью, в связи с чем запас СО2 в атмосфере ежегодно увеличивается приблизительно на 3*109 т, т. е. на 0,5% количества, данного нам природой. Каковы могут быть последствия этого увеличения?


Парниковый эффект

Атмосфера Земли обеспечивает нашу жизнь не только потому, что мы дышим кислородом и питаемся продуктами фотосинтеза. Она «согревает» земную поверхность. Без атмосферы средняя температура близ земной поверхности была бы около -18°С, вместо ныне существующей +15°С. Весь приходящий солнечный свет, с энергией, эквивалентной приблизительно трем 100-ваттным электрическим лампочкам на 1 м2, достигал бы земной поверхности и отражался бы от нее в виде инфракрасного излучения, как от гигантского радиатора. Это тепло беспрепятственно уходило бы в космос. Но благодаря атмосфере лишь часть тепла рассеивается в пространстве. Остальная часть захватывается нижним слоем воздуха, содержащим водяные пары, СО2, метан и другие газы. Все эти газы поглощают (абсорбируют) исходящую инфракрасную радиацию и переизлучают тепло обратно к поверхности Земли. В целом этот процесс называется парниковым эффектом; большая его часть обусловлена главным парниковым газом — парами воды.

Люди не могут контролировать содержание паров воды в атмосфере. Но мы, как показано на рис. 1, производим и выбрасываем в воздух другой парниковый газ, который увеличивает нагревание воздуха — двуокись углерода СО2.

Содержание двуокиси углерода в атмосфере в последние годы значительно увеличилось (рис. 2), причем основным фактором, обусловившим это увеличение, являются антропогенные выбросы этого газа вследствие сжигания ископаемого топлива. В 1981 году, например, было выброшено 5,3×109 т СО2. Общий выброс СО2 за период с XIX столетия до 1980 года составляет около 160×109 тонн. При этом величина выброса растет со средней скоростью 2,5% в год. Вдобавок к промышленному выбросу, сжигание лесов и древесины, а также минерализация гумуса пахотных почв, как было показано на рис. 1, вносят значительный вклад в антропогенный поток СО2. Точная оценка факторов сложна, но несомненно, что именно человеческая деятельность приводит к увеличению концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Самый большой поставщик СО2 — США, затем следует Россия и Китай (рис. 3). В таких регионах, как Африка и Южная Америка, выброс СО2 обусловлен главным образом сведением лесов и сжиганием древесного топлива.

Рост содержания диоксида углерода в атмосфере

Рис. 2. Рост содержания диоксида углерода в атмосфере (ppmv — одна миллионная по объему). Флюктуации отражают сезонные вариации. Низкие летние значения объясняются тем, что СО2 потребляется растениями. Данные собраны в обсерватории Маунт-Лоа на Гавайских островах (данные Института океанографии Скриппса).

Мировой выброс углекислоты

Рис. 3. Мировой выброс углекислоты в результате хозяйственной деятельности в 1990 году.

За год за счет сжигания ископаемого топлива и сведения лесов в атмосферу уходит более 1 т углерода на каждого жителя Земли. Основные поставщики СО2 — развитые страны. На них приходится около 70% всего антропогенного выброса СО2. Большие выбросы в Восточной Европе связаны не только с развитием промышленности, но и с устаревшими технологиями. Так, в бывшем СССР объем производства на душу населения составлял 2/3 европейского, а объем выбросов на душу населения был в два раза выше.

Двуокись углерода — не единственный газ, который приводит к изменениям температуры. Хотя концентрации других газов достаточно низкие, их совокупный эффект может быть значительным. В таблице 1 перечислены основные газы, вносящие свой вклад в парниковый эффект.

Таблица 1.

Основные газы, обусловливающие парниковый эффект

Газ С(1880) С(1990) C(2030) Р(%) V Основные источники Т
Двуокись углерода 260-290 ppm 353 ppm 440-450 0,5 66 сжигание топлива,сведение лесов 2
Метан 1,2 ppm 1,72 ppm 2,5-2,6 ppm 0,9 15 рисовые поля,животноводство, свалки, производство горючего 7-10
Оксиды азота 290 ppb 310 ppb 340 ppb 0,25 3 азотные удобрения,сведение лесов, сжигание биомассы 140-190
Хлорфтор углерод 0 0,28 ppb 0,5 ppb 4 4 аэрозоли, холодильники 65-110

Примечание: С(1880) — предполагаемая концентрация в 1880 г.; С (1990) — концентрация в 1990 г.; С(2030) — прогнозируемая концентрация в 2030 г.; Р — среднегодовой прирост концентрации (% в год); V — вклад в потепление (%); Т- период сохранения газа в атмосфере (лет); ppm — одна миллионная часть, ppb — одна миллиардная по объему.

Кроме концентрации газа, большое значение имеют период сохранения его молекул в атмосфере и эффективность взаимодействия с тепловым излучением. Так, например, молекула метана остается в атмосфере около 11 лет и абсорбирует тепловое излучение приблизительно в 15 раз более эффективно, чем молекула СО2. Доля метана в суммарном тепличном эффекте оценивается в 15%, доля фреонов — от 15 до 20%. Вызывает тревогу увеличение концентрации метана в атмосфере. Она оставалась неизменной почти в течение 1000 лет, а с начала XIX столетия начала расти, и сейчас почти удвоилась (рис. 4). Основные источники выброса метана антропогенного происхождения: животноводство, рисовые поля, добыча угля, а также природные болота.

Увеличение концентрации метана в атмосфере

Рис. 4. Увеличение концентрации метана в атмосфере, оцененная по анализу воздуха, сохранившегося в пузырьках в глетчерном льду (Khalil, Rassmuscu, 1987). ррв — одна миллиардная часть по объему.

Содержание двуокиси азота также увеличилось в последние годы. Источниками этого вещества могут быть сжигание топлива, азотные удобрения, сведение лесов, сжигание биомассы.


Концентрация СО2 и температура атмосферы

Есть ли доказанная связь между концентрацией СО2, и температурой атмосферы? Изучение изменений климата в прошлом помогает ответить на этот вопрос. Всего 15 тысяч лет назад Северная Европа и значительная часть Северной Америки были покрыты ледниками. Играли или нет изменения в составе атмосферы какую-нибудь роль в мощных колебаниях климата, вызывающих чередование ледниковых и межледниковых периодов? Ответ на этот вопрос пока не получен, хотя кое-что ясно уже сейчас. Одно из наиболее важных достижений в этой области состоит в том, что ученые научились определять состав атмосферы по микроскопическим пузырькам воздуха, включенным в глетчерный лед. В частности, анализируя колонку льда, вырубленную на советской станции «Восток» в Антарктиде, исследователи смогли определить состав атмосферного воздуха в периоды наступления и отступления ледников (рис. 5). Аналогичные результаты получили иностранные, независимо работавшие экспедиции, так что следующие дальше выводы удовлетворяют обычным требованиям проверки научных результатов и не вызывают сомнений.

Связь между концентрацией СО2 в атмосфере и температурой

Рис. 5. Связь между концентрацией СО2 в атмосфере и температурой за последние 160 тыс. лет (данные анализа колонки «Восток»). В колонке льда содержатся пузырьки воздуха, «вмерзшие» в лед в разное время и поэтому оказавшиеся на разных глубинах.

Колонка «Восток», как ее иногда называют, имела в длину 2200 м — достаточно для того, чтобы проследить за изменениями климата, происходившими в последние 160 тысяч лет. Оказалось, что колебания температуры в указанный период достигали 10°С. Определить это удалось по изменениям изотопного состава элементов, входящих в лед. Хорошо известно, например, что отношение концентраций двух наиболее распространенных изотопов кислорода 18О и 16О в колонках морских осадков зависит от того, какой была температура в период отложения осадков.

Данные, полученные на станции «Восток», показывают, как на протяжении последних 160 тысяч лет вместе с температурой менялось содержание в атмосфере различных газов, а именно: чем выше была температура, тем больше была концентрация двуокиси углерода, и наоборот.

Несмотря на тесную связь между колебаниями содержания двуокиси углерода и температуры на всей длине «записи», изменения температуры были в 5-14 раз больше, чем если бы влияние оказывала одна двуокись углерода. Это означает, что на Земле действовали (и действуют) независимые механизмы положительной обратной связи, усиливающие климатический «отклик». Такая положительная обратная связь может обеспечиваться влиянием льда на суше и на море, облаков и водяного пара, которые также задерживают тепловое излучение Земли.


Изменение климата в настоящем

Начнем с вопроса, имеются ли доказательства тому, что климат действительно изменяется в настоящее время. Слова «в настоящее время» подчеркивают здесь тот факт, что в геологической летописи действительно имеются доказательства прошлых изменений климата (например, ископаемые находки фауны теплых вод в Антарктиде).

Убедительные свидетельства глобального потепления появились лишь к концу 1988 г. Наиболее наглядные из них основаны на записях температуры в различных точках земного шара, которые велись с 1860 г. (рис. 6). Анализ данных показал, что средняя температура на земном шаре повысилась за этот период примерно на 0,5-0,7°С. Наибольшее увеличение приходится на последнее десятилетие (1987-1997 гг.): это потепление статистически значимо и подтверждается результатами теоретических исследований и расчетов по моделям глобального климата. Повышение температуры отмечается не во всех регионах: анализ записей климатических характеристик не обнаружил повышения температуры на большей части территории США. Такое неоднородное проявление потепления на земном шаре не является чем-то удивительным, поскольку указанные районы занимают лишь 1,5% поверхности планеты.

Кроме записей температуры, имеются и другие свидетельства ускоряющегося потепления. В последние десятилетия на Аляске и в Канадской Арктике возросла глубина залегания слоя вечной мерзлоты. Увеличивается средняя температура воды в канадских озерах, сдвигаются к полюсам границы плавучих льдов в Антарктике и в Арктике, отступают ледники, расположенные в Европе и в других районах.

Потеплели в основном зимние месяцы, зимы стали явно не такими холодными, как раньше. Летние сезоны ненамного жарче, чем прежде. В течение суток распределение потепления неравномерно: теплее стали ночи. Есть некоторые признаки того, что увеличилась влажность воздуха, а, следовательно, и облачность. Облака затеняют землю в летние жаркие дни, поэтому потепление затрагивает преимущественно ночи и зимние месяцы. Однако есть основания думать, что летние месяцы тоже стали жарче. Действительно, девять из наиболее жарких одиннадцати лет данного столетия пришлись на последнее десятилетие, причем 1997 г. был настолько знойным, что он, по мнению климатологов, войдет в историю как год жары и засухи.

Среднегодовые глобальные температуры

Рис. 6. Среднегодовые глобальные температуры, 1880-1988 гг.

Все эти явления не были неожиданностью для ученых. Грубое, но зато самое надежное предсказание изменения климата вследствие выброса парниковых газов следует из законов физики. Общие методы астрофизики, основанные на законе излучения Стефана — Больцмана, позволяют предсказать, насколько возникающая от выброса СО2 непрозрачность атмосферы для инфракрасного излучения должна повысить температуру поверхности Земли. Если, как это можно предвидеть на основании измерений, содержание двуокиси углерода в атмосфере будет возрастать в том же темпе, что сейчас, то в течение нескольких десятилетий (от 50 до 100 лет) доля энергии, не выпущенной из атмосферы парниковым эффектом, достигнет величины порядка 1%. И тогда, как следует из законов физики, средняя температура земной поверхности повысится на 0,75%. В дальнейшем — если не будут приняты очень серьезные меры по сокращению выбросов — температура будет возрастать в геометрической прогрессии, то есть, например, за каждые 50 лет в 1,075 раза.

Методы климатологии позволяют подтвердить эти предсказания более детально, с помощью компьютерного моделирования климата Земли. За последние несколько лет значительное большинство климатологов также подтвердили связь между промышленным выбросом парниковых газов и повышением температуры поверхности Земли и согласны между собой в предсказаниях возможных последствий этого процесса. Межправительственная группа по изменениям климата (Introgovemmental Panel on Climate Change, IPCC), включающая примерно 2000 ученых из десятков стран и финансируемая ООН, пришла к выводу, что если в течение нескольких ближайших десятилетий не будут сделаны оченьзначительные сокращения выбросов парниковых газов, то до 2100 года средняя температура земной поверхности в целом повысится на величину от I до 3,5 градуса Цельсия.


Что ждет нашу планету в будущем?

Каковы же могут быть последствия непрерывного повышения концентрации парниковых газов? Этот вопрос ученые также пытаются решить с помощью компьютерных моделей. Как уже было сказано, модели предсказали, что накопление двуокиси углерода в атмосфере будет приводить к постепенному потеплению, причем скорость потепления будет зависеть от темпов глобального потребления энергии. При реалистических предположениях относительно потребления энергии в будущем модели предсказывают, что количество СО2 в атмосфере удвоится к середине следующего столетия. А насколько возрастет температура в результате такого удвоения? На этот вопрос разные модели дают разные ответы: от 1 до 5°С. Наиболее реалистичным является прогноз: на 1° к 2025 г. и на 3° к концу XXI столетия.

Предсказываемые изменения температуры могут показаться незначительными, поскольку колебания такой величины мы ощущаем на себе на протяжении сезона и даже суток. Однако действительное значение таких изменений можно понять, например, из того факта, что снижение температуры в Европе на 1°С привело к похолоданию, длившемуся в течение нескольких веков (примерно с 1400 по 1800 гг.) и получившему название «малого ледникового периода». Изменение на 5°С — это та разница, которая отделяет конец последнего ледникового периода (12 тыс. лет назад) от настоящего времени. Более того, расчеты показывают, что повышение температуры в Северном полушарии произойдет всего за полвека — в 10-50 раз быстрее, чем изменения, происходившие после окончания последнего ледникового периода.

При минимальной расчетной величине потепления обычная приспособляемость человеческого сообщества была бы достаточной для того, чтобы адаптироваться к изменениям климата, хотя это потепление и вынудило бы людей во многом изменить свой образ жизни. Потепление максимальной расчетной величины привело бы к последствиям разрушительного характера.

Последствия изменения климата разнообразны и включают как природные, так и социальные аспекты.

Одно из самых угрожающих последствий — подъем уровня моря. В табл. 2 представлены варианты оценок и причины повышения уровня моря.

Таблица 2

Варианты оценок повышения уровня моря (в см) к 2100 г.

Источник данных В результате теплового расширения воды В результате таяния Всего
Альпийских ледников льдов Гренландии льдов Антарктиды
Нац. АН США, 1985 30 12 12 50 104
Hoffman, 1980 28-83 27 27 12-220 57-368

Под угрозой затопления, штормовых волн и проникновения соленой воды в реки находится 5 млн. км2 береговой суши. Это всего лишь 3% земной поверхности, но здесь проживает 1 миллиард населения, и здесь собирают одну треть мирового урожая. Пострадают многие страны — лишь 30 государств полностью изолированы от моря. В зоне наибольшего риска находится 27 стран: Нидерланды, Бангладеш, Египет, Гамбия, Индонезия и др. Большинство из них — бедные страны с огромной плотностью населения, неразвитой промышленностью и наименьшим вкладом в парниковый эффект. И эти народы будут платить своим благополучием и жизнями за богатство Америки и Европы и бесхозяйственность бывшего СССР и нынешней России!

Одно из важнейших изменений может произойти в круговороте воды. Даже небольшое глобальное потепление может значительно увеличить влажность воздуха в связи с тем, что при подъеме температуры всего на 1°С содержание водяных паров в атмосфере возрастает на 6%. К каким же последствиям это приведет? По этому вопросу у климатологов существуют разные мнения, но большинство согласно с тем, что:

а) в среднем будет больше облаков и дождей, но выпадение осадков будет очень неравномерным по пространству;

б) в одних регионах увеличится риск проливных и штормовых дождей и наводнений;

в) в других регионах увеличится частота и продолжительность засух.

Так, для большей части Америки прогноз предсказывает уменьшение влажности почвы на 10-30%.

Еще меньше дождей будет в полупустынных и пустынных регионах, отчего пустыни начнут расширяться.

Значительные изменения произойдут и в сельском хозяйстве. В целом в связи с повышением осадков не прогнозируется снижения урожаев и уменьшения количества пищи. Однако многие благодатные для сельского хозяйства регионы будут потеряны — залиты морской водой или обезвожены засухами. Сельскохозяйственные зоны сдвинутся в Канаду и Сибирь. Но при этом наиболее благоприятные по климату зоны окажутся в регионах с бедными почвами. Потребуется много времени и капиталовложений, чтобы сделать эти почвы плодородными. В связи с повышением температуры в тропических регионах под угрозой окажется вся культура риса в Азии, а в Азии 60% населения потребляют рис как основной продукт питания.

Глобальное потепление заставит изменить привычные сельскохозяйственные культуры и методы земледелия. Фермеры приспособятся со временем к новым условиям, но для перестройки сельского хозяйства понадобятся большие инвестиции, и вследствие этого цены на пищевые продукты возрастут.

Глобальное потепление, вследствие затопления территории и голода, который будет сопровождать эти катаклизмы, вызовет, по прогнозам, бегство около 50 миллионов человек из прибрежных регионов. Потоки беженцев в другие страны неизбежно приведут к внутринациональным и межнациональным трениям и конфликтам. Таким образом, экологические изменения вызовут экономические последствия, а вместе с тем и неизбежные политические потрясения.


«Большой климатический спор»

Итак, эксперты говорят, что климат становится теплее и человечество хотя бы частично несет за это ответственность. Однако многие фрагменты информации не складываются в мозаику, а другие остаются неопределенными или неясными.

1. Несовпадение измеряемых величин.

Датчики на поверхности земли и океана показывают стабильное за последние 20 лет повышение температуры. В то же время спутники, которые следят за температурой в нижних слоях атмосферы, а также метеорологические зонды указывают на слабый тренд похолодания. Споры по этому поводу продолжаются.

2. Неточность моделей, дающих прогнозы.

Компьютерные модели тестируются по «предсказанию» прошлого — это единственный метод их проверки: в такую модель вводятся данные в некотором прошедшем году, и по ним рассчитывается климат в другом, также прошедшем году. Лишь та модель считается пригодной для предсказания будущего, которая удачно «предсказывала» прошлое. Но все выводы, получаемые из моделей, зависят от тех предположений, которые вводятся в модель. А наши знания во многих областях ограничены: ученые не знают точно и детально, как океан взаимодействует с атмосферой или как повышающаяся температура влияет на поведение облаков. Тем самым предсказания могут быть неточны.

3. Поведение облаков.

Считается, что увеличивающийся парниковый эффект повысит количество облаков, но последствия этого явления остаются неясными. Может сложиться такой механизм обратной связи, который приведет не к дальнейшему потеплению, а к похолоданию.

4. Выбросы аэрозолей.

Некоторые аэрозоли, выбрасываемые промышленностью, в основном твердью частицы и сульфатные компоненты (которые вносят свой вклад и в кислые дожди), делают облака более светящимися. Чем больше аэрозолей, тем больше их отражающая способность и тем меньше света они пропускают. Эксперты считают, что их охлаждающая активность на 20% компенсирует потепление, связанное с увеличивающимся парниковым эффектом.

5. Влияние растений.

Известно, что растения растут быстрее при повышении концентрации СО2. Насколько за счет этого может возрасти фонд углерода, который депонируется в фитомассе, и понизиться концентрация СО2 в воздухе — неизвестно. Конечно, физиологические ограничения не позволяют растениям неограниченно повышать свою производительность, между тем как концентрация СО2, в атмосфере экспоненциально возрастает.

Несмотря на существование неясностей и противоречивых сведений, после многих лет исследований Межправительственная комиссия по изменению климата, финансируемая ООН, еще в 1955 г. пришла к заключению, что наблюдается заметное глобальное влияние человека на климат.

Вопрос о потеплении климата и возможных последствиях этого процесса для человечества давно перешел из науки в СМИ и в политику. Возник «Большой климатический спор» (Уайт, 1990). Дальше приводятся выдержки из статьи Уайта, демонстрирующие, в каком тоне все эти вопросы предлагаются в печати общественному мнению.

«Глобальное потепление климата, говорят одни, угрожает самой жизни на планете. Прогнозы ухудшения окружающей среды, возражают другие, недостаточно обоснованы и толкают на преждевременные политические шаги. Действительно ли «Земля под угрозой», как гласит заголовок статьи, открывающей последний номер журнала «Time» в 1988 г.? Или же дело обстоит так, как утверждает журнал «Forbes»: «Страх перед глобальным потеплением — классический пример преувеличения»?

Неопределенность научных выводов объясняет разнообразие политических призывов к действию. Одна точка зрения такова: если есть вероятность, что прогнозы, даваемые моделями, верны, то последствия могут быть настолько удручающими, что необходимы немедленные шаги, направленные на приостановление изменений климата. Другая точка зрения, также достаточно распространенная, состоит в следующем: принятие каких-либо срочных мер, влекущих за собой коренные изменения в экономике и социальной сфере, не может быть обоснованным как ввиду неопределенности научных выводов, так и из-за отсутствия ясных представлений о необходимых экономических затратах.

Что можно сказать о споре, который ведут специалисты по атмосфере, активисты движений за сохранение окружающей среды, политические организации? Окружающая среда подвергается воздействиям со многих сторон. Потепление климата — это лишь одно из таких воздействий, возможно, наиболее сложное по характеру. Если мы считаем, что изменения, происходящие в атмосфере, грозят определенными негативными последствиями, мы должны изучить эти проблемы и разработать разумные политические меры для «лечения». Неразумными были бы только две крайности: удариться в апокалиптические настроения или, подобно страусу, спрятать голову в песок, чтобы ничего не слышать и не видеть».

Очевидно, нет недостатка и в корыстно искаженных мнениях, отражающих интересы производителей углеродных топлив, нефти, газа и угля. Риск, о котором предупреждают все серьезные ученья, не угрожает их нынешним хозяевам: как известно, планы капиталистических фирм составляются, самое большее, на пять-семь лет вперед. Этот риск угрожает нашим детям и внукам. Когда все будущие опасности станут в точности известны, может оказаться, что принимать меры против них будет уже поздно. Риск — по самому смыслу понятия — это еще не достоверная опасность, и все мы в своей повседневной жизни считаемся с такими вероятными опасностями. Чтобы реагировать на достоверную опасность, не требуется много ума.


Есть ли у нас альтернатива?

Сегодня ископаемые топлива обеспечивают 78% всех энергетических нужд: на нефть приходится 33%, на уголь — 27% и на газ — 18%. Одно из предлагаемых решений — заменить нефть и уголь газом, который на единицу получаемой энергии выделяет в полтора раза меньше СО2 чем нефть, и в два раза меньше, чем уголь. Однако расчеты показали неэффективность такого пути, поскольку утечки газа, главным образом метана, дадут повышение парникового эффекта, которое сведет на нет весь выигрыш. Среди возможных механизмов, смягчающих «парниковый эффект», рассматривается, наряду со снижением выбросов «парниковых» газов, депонирование углерода во вновь посаженных лесах. Но, конечно,кардинальное решение — смена источников энергии, переход к энергии солнца, ветра и геотермальных вод.

Для уменьшения выбросов необходимо международное соглашение об ограничении выбросов СО2, в атмосферу для каждой страны и установление квот на эти выбросы для основных источников выброса. Страны-производители подписали Рамочную конвенцию об изменении климата. Она предусматривает стабилизацию выброса СО2 в 2000 г. на уровне 1990 г. Однако конструктивная работа в этом направлении сдерживается противоречиями между развивающимися и развитыми странами. На сессии Межправительственного комитета в 1995 г. промышленные страны заблокировали решение о снижении к 2005 г. выбросов парниковых газов на 20%. В 1997 г. в Киото был одобрен договор о глобальном потеплении, согласно которому США и другие промышленные страны должны резко уменьшить выбросы СО2 и других газов, способствующих потеплению. Но администрация Дж. Буша в 2001 г. отказалась ратифицировать это соглашение.

Ясно, что все соглашения об уменьшении выбросов вступают в резкие противоречия с интересами гигантских промышленных компаний, использующих в своих технологиях ископаемое топливо.

Второй возможный путь — расширить резервуар фитомассы (рис. 1), то есть попытаться «загнать» углерод в растительность. На земном шаре имеется около 8,5 млн. км2 пахотных и брошенных земель, где раньше произрастали леса. Из них 3,5 млн. км2 можно вернуть лесам и в течение 70-80 лет ежегодно депонировать 2*109 т углерода в растущую древесину. Но это лишь несколько смягчило бы проблему (см. рис. 1) и при этом потребовало бы огромных капиталовложений. Стоимость создания и выращивания одного га лесных насаждений — 300-400 долларов и соответственно одного миллиона км2 — 4 миллиарда долларов.

Следовательно, единственные пути решения проблемы — развитие технологий, сберегающих энергию, т. е. повышающих эффективность использования энергии, и разработка технологий, основанных на привлечении альтернативных источников энергии — энергии солнца, ветра и геотермальной энергии. Что касается атомной энергии, то многие ученые именно ее рассматривают как энергию будущего. Но после Чернобыля число сторонников АЭС понизилось. Мы рассмотрим проблему атомной энергии СО2 в статье Ю. Дублянского.

Энергия солнца может быть преобразована в электрическую энергию через тепловую. Такая гелиотермальная установка уже построена в Лос-Анджелесе и преобразует в электрический ток 22% падающей солнечной энергии. Энергия солнца преобразуется в тепло в солнечных панелях. Считается, что в 2030 г. солнечные панели будут подогревать воду для бытового потребления во всех странах. Они уже работают в Японии и Израиле. Энергия солнца прямо преобразуется в электроэнергию в фотогальванических солнечных батареях. Уже разработаны фотогальванические кровельные покрытия, позволяющие сделать крышу источником энергии.

Геотермальная энергия. Уже сегодня Кения, Никарагуа и Филиппины получают большую часть своей энергии за счет природных горячих вод. Фактически все страны Тихоокеанского кольца обладают большими, а Япония, Исландия, Индонезия — очень большими запасами геотермальной энергии.

Энергия ветра использовалась человеком давно в ветряных мельницах. Сегодня ветровые турбины работают в Калифорнии и в других местах, в ущельях с сильным ветром. Продажа полученной энергии оказалась выгоднее, чем сельское хозяйство на тех же землях. Ветряные турбины могут работать везде, где дуют постоянные ветры.

Энергия биомассы. Можно засаживать брошенные земли быстро растущими растениями, дающими много биомассы (например, амарантусом). Эта биомасса может сжигаться и давать энергию. Конечно, при этом будет выделяться СО2 но в процессе фотосинтеза на следующий год на этих же полях он будет депонироваться в биомассе.

Таблица 3

Затраты на производство энергии

Альтернатива ископаемому топливу Стоимость производства энергии, цент/кВт/час Снижение выбросов, С *Затраты на предотвращение выбросов, С доллар/т
Повышение эффективности использования энергии 2,0-4,0 100 0-16
Энергия ветра 6,4 100 95
Геотермальная энергия 5,8 99 110
Энергия биомассы 6,3 100 125
АЭС 12,5 80 535
Гелиотермальная энергия 12 100 400
Солнечные батареи 28,4 100 819

*По сравнению с затратами по производству электроэнергии на ТЭС, работающей на угле, где стоимость производства энергии 2 цента за 1 кВт/час

Атомная энергия. Важнейшим из применяемых в настоящее время видов неуглеродной энергии является атомная энергия. При соблюдении мер безопасности она не приводит ни к катастрофам, ни к загрязнению окружающей среды. Чернобыльская трагедия вовсе не была следствием действительной опасности атомной энергии: она произошла из-за преступной безответственности чиновников, управлявших реактором. В других странах за сорок лет применения атомных реакторов не было ни одного смертельного случая. Атомные электростанции работают вблизи населенных мест, причем радиоактивное заражение среды от них значительно меньше, чем от дыма тепловых электростанций: не все знают, что этот дым тоже радиоактивен. Радиоактивные отходы можно собирать и хранить в безопасных местах по крайней мере сотни лет, тем временем разрабатывая меры по их устранению. Главную трудность представляет обезврежение атомных станций, отслуживших свой срок. Для этого пока нет дешевых и эффективных путей.

В принципе, мы можем обойтись без ископаемого топлива и даже без атомной энергии. По оценкам Минэнерго США, одни только восполняемые ресурсы могут давать энергию в 250 раз больше, чем ее ежегодно требуется.

Так в чем же дело? Почему эти замечательные технологии до сих пор лишь испытываются, а не замещают ископаемое топливо? Ответ прост: они дороже угля и нефти (табл. 3).

Можно надеяться на то, что быстрый технический прогресс приведет к снижению стоимости энергии, получаемой от альтернативных источников. Давление общественности, политическая воля правительств, адекватные налоговые законы, международные договоры и новые технологические решения заставят, может быть, человечество перейти на другие пути развития и спастись от надвигающейся экологической катастрофы.

 

Источник: www.modernproblems.org.ru

Согласно опубликованным данным, за период с 1906 по 2005 годы средняя температура Земли поднялась на 0,74 градуса. В ближайшие 20 лет рост температуры, по мнению экспертов, составит в среднем 0,2 градуса за десятилетие, а к концу XXI века температура Земли может повыситься от 1,8 до 4,6 градусов (такая разница в данных – результат наложения целого комплекса моделей будущего климата, в которых учитывались различные сценарии развития мировой экономики и общества).

По мнению ученых, с 90-процентой вероятностью наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека – сжиганием углеродного ископаемого топлива (т.е. нефти, газа, угля и др.), промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных поглотителей углекислого газа из атмосферы.

Возможные последствия изменения климата:
1. Изменение частоты и интенсивности выпадения осадков.
В целом климат на планете станет более влажным. Но количество осадков не распространится по Земле равномерно. В регионах, которые и так на сегодняшний день получают достаточное количество осадков, их выпадение станет интенсивнее. А в регионах с недостаточным увлажнением участятся засушливые периоды.

2. Повышение уровня моря.
В течение ХХ века средний уровень моря повысился на 0,1-0,2 м. По прогнозам ученых, за XXI век повышение уровня моря составит до 1 м. В этом случае наиболее уязвимыми окажутся прибрежные территории и небольшие острова. Такие государства как Нидерланды, Великобритания, а также малые островные государства Океании и Карибского бассейна первыми подпадут под опасность затопления. Кроме этого участятся высокие приливы, усилится эрозия береговой линии.

3. Угроза для экосистем и биоразнообразия.
Существуют прогнозы исчезновения до 30 40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям.

При повышении температуры на 1 градус прогнозируется изменение видового состава леса. Леса являются естественным накопителем углерода (80% всего углерода в земной растительности и около 40% углерода в почве). Переход от одного типа леса к другому будет сопровождаться выделением большого количества углерода.

4. Таяние ледников.
Современное оледенение Земли можно считать одним из самых чутких индикаторов происходящих глобальных изменений. Спутниковые данные показывают, что начиная с 1960-х годов произошло уменьшение площади снежного покрова примерно на 10%. С 1950-х годов в Северном полушарии площадь морского льда сократилась почти на 10-15%, а толщина уменьшилась на 40%. По прогнозам экспертов Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург), уже через 30 лет Северный ледовитый океан в течение теплого периода года будет полностью вскрываться из под льда.

По данных ученых, толща Гималайских льдов тает со скоростью 10-15 м в год. При нынешней скорости этих процессов две трети ледников исчезнут к 2060 году, а к 2100 все ледники растают окончательно.
Ускоренное таяние ледников создает ряд непосредственных угроз человеческому развитию. Для густонаселенных горных и предгорных территорий особую опасность представляют лавины, затопления или, наоборот, снижение полноводности рек, а как следствие   сокращение запасов пресной воды.

5. Сельское хозяйство.
Влияние потепления на продуктивность сельского хозяйства неоднозначно. В некоторых районах с умеренным климатом урожайность может увеличиться в случае небольшого увеличения температуры, но снизится в случае значительных температурных изменений. В тропических и субтропических регионах урожайность в целом, по прогнозам, будет снижаться.

Самый серьезный удар может быть нанесен беднейшим странам, наименее всего готовым приспособиться к изменениям климата. По данным МГЭИК, к 2080 г. число людей, сталкивающихся с угрозой голода, может увеличиться на 600 млн.чел., что вдвое больше числа людей, которые сегодня живут в бедности в Африке к югу от Сахары.

6. Водопотребление и водоснабжение.
Одним из последствий климатических изменений может стать нехватка питьевой воды. В регионах с засушливым климатом (Центральная Азия, Средиземноморье, Южная Африка, Австралия и т. п.) ситуация еще более усугубиться из-за сокращения уровня выпадения осадков.
Из-за таяния ледников существенно снизиться сток крупнейших водных артерий Азии – Брахмапутры, Ганга, Хуанхэ, Инда, Меконга, Салуэна и Янцзы. Недостаток пресной воды коснется не только здоровья людей и развития сельского хозяйства, но также повысит риск политических разногласий и конфликтов за доступ к водным ресурсам.

7. Здоровье человека.
Изменение климата, по прогнозам ученых, приведет к повышению рисков для здоровья людей, прежде всего менее обеспеченных слоев населения. Так, сокращение производства продуктов питания неизбежно приведет к недоеданию и голоду. Аномально высокие температуры могут привести к обострению сердечнососудистых, респираторных и других заболеваний.

Повышение температуры может привести к изменению географического распространения различных видов, являющихся переносчиками заболеваний. С повышением температуры ареалы теплолюбивых животных и насекомых (например, энцефалитных клещей и малярийных комаров) будут распространяться севернее, в то время как люди, населяющие эти территории, не будут обладать иммунитетом к новым заболеваниям.

По мнению экологов, предотвратить полностью прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Однако в человеческих силах смягчить климатические изменения, сдержать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий в будущем. В первую очередь, за счет:
1. Ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа);
2. Повышения эффективности потребления энергии;
3. Внедрения мер по энергосбережению;
4. Более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии;
5. Развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий;
6. Через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса – естественные поглотители углекислого газа из атмосферы.

Парниковый эффект имеет место не только на Земле. Сильный парниковый эффект – на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475 градусов. 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.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Источник: ria.ru