к разделу "Экология"

Виновато ли человечество в глобальном изменении климата? *)

А.В. К л и м е н к о, В.В. К л и м е н к о

Климат планеты стремительно меняется. Явно обозначившаяся тенденция к потеплению может привести в обозримом будущем к серьезным последствиям для состояния экосистем, отразиться на хозяйственном производстве, уровне Мирового океана, состоянии береговой линии на всем ее протяжении и многом другом.

Разумеется, что такая перспектива, представляющая по сути угрозу существованию человеческой цивилизации, не может не вызывать пристального интереса не только ученых, но и всего общества.

В широком общественном сознании укрепилась простая схема взаимодействия человеческой деятельности и климата – образующийся при сжигании органического топлива углекислый газ накапливается в атмосфере и задерживает часть отраженного поверхностью Земли солнечного излучения, что приводит к возрастанию температуры (так называемый парниковый эффект).

В действительности все обстоит не так просто. Прежде всего не только CO2 обладает свойством парникового эффекта. К парниковым газам относятся: метан, закись азота, фреоны, озон и другие газы, количественное присутствие которых в атмосфере также может быть обусловлено антропогенными причинами. Оценки показывают, что вклад малых парниковых составляющих атмосферы в суммарный эффект сейчас достигает 40%.

Кроме того, в анализе причин изменения климата следует принять в расчет естественные процессы, никак не связанные с человеческой деятельностью. Что подтверждает история климата Земли еще до появления на ней человека разумного, а затем и на протяжении нескольких тысячелетий до начала XIX века, откуда отсчитывается индустриальная эра развития цивилизации. Температура испытывала значительные колебания еще задолго до того, как человек мог оказать сколько-нибудь заметное влияние на глобальные процессы циркуляции атмосферы, ее газовый состав.

Другим подтверждением весомости естественных факторов формирования климата является изменение концентрации CO2 в атмосфере – главного «обвиняемого» в потеплении климата, Выясняется, что содержание двуокиси углерода в атмосфере претерпевало значительные колебания вне зависимости от человеческой деятельности. Подчеркнем также, что жесткой связи между среднеглобальной температурой и концентрацией диоксида углерода в атмосфере не наблюдается – повышение содержания CO2 может как предшествовать росту температуры (например, период около 2700 г. до н.э.), так и отставать от него (примерно 1200 г. н.э.). Таким образом, человек не может нести всю полноту ответственности за парниковый эффект, за потепление климата. Антропогенное воздействие должно рассматриваться вместе с естественными причинами изменения климата.

Какие же факторы оказывают влияние на климат? Если ограничиться масштабом времени, не превышающим тысячелетия, что является характерным для современного периода «парниковой» проблемы, то, на наш взгляд, существенными оказываются следующие факторы:

1) концентрации парниковых газов атмосферы;

2) концентрации тропосферных аэрозолей (серно-кислотные или сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате взаимодействия оксидов серы и атмосферного водяного пара);

3) солнечная постоянная, т.е. тепловой поток, поступающий от Солнца на внешнюю границу тропосферы;

4) вулканическая активность, определяющая степень насыщения стратосферы аэрозолями серной кислоты.

5) апериодические колебания в системе атмосфера – океан (явление Эль-Ниньо/Южное колебание);

6) параметры орбиты Земли (эксцентриситет, прецессия, угол наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики).

Изменение первых двух факторов в последние 200 лет вызывается в основном антропогенной деятельностью и, в первую очередь, сжиганием органического топлива. В то же время все остальные факторы имеют исключительно естественное происхождение.

КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ

Безусловно, важнейшим из парниковых газов является двуокись углерода. Его основным источником служат процессы сжигания органического топлива (уголь, газ, нефть и продукты ее переработки, горючие сланцы, дрова). За счет этого в атмосферу поступает до 80% двуокиси углерода.

Следующими по вкладу в парниковый эффект являются метан СН4 и закись азота N2O. Концентрация того и другого газа определяется как естественными, так и антропогенными причинами. Так, естественным источником СН4 являются переувлажненные почвы, в которых происходят процессы анаэробного разложения.

Человек добавил свои источники – рисовые плантации, добычу и транспортировку природного газа, сжигание биомассы и др. К естественным поставщикам N2O в атмосферу относятся океан и почвы. Антропогенная добавка связана с сжиганием топлива и биомассы, вымыванием азотных удобрений.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ТРОПОСФЕРНОГО СУЛЬФАТНОГО АЭРОЗОЛЯ

Частицы аэрозоля играют важную роль в климатической системе, поскольку они непосредственно влияют на характеристики прямого или отраженного солнечного излучения. Наибольшее климатическое значение имеют частицы размером менее одного микрометра, они образуются в атмосфере в результате газохимических превращений, в которые вовлечены в основном серосодержащие газы и, в первую очередь, SO2. В результате образуется серная кислота, которая немедленно конденсируется в виде мельчайших капелек. Такие процессы всегда имели место в атмосфере Земли, куда достаточное количество серы поступало с поверхности океана и в результате извержений вулканов, однако в XX веке равновесие оказалось нарушенным. Сейчас б o льшая часть

(примерно 60%) серы, попадающей в атмосферу, имеет антропогенное происхождение и обусловлена сжиганием ископаемых топлив и биомассы, выбросами некоторых производств (производство серной кислоты, меди, цинка и др.). Развитие технологий сероулавливания в энергетике и в промышленности привело к тому, что на рубеже веков эмиссия серы и концентрация тропосферного аэрозоля стабилизировались.

СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ

Тепловой поток, поступающий от Солнца на внешнюю границу атмосферы, в среднем составляет 1370 Вт/м2. Данное значение испытывает сложные квазициклические колебания в пределах долей процента, однако этого оказывается достаточно для того, чтобы существенным образом влиять на формирование климата.

Оказывается, что солнечная активность подвержена колебаниям с разными амплитудами и периодами (от 6,6 до 2500 лет). В настоящий момент Солнце проходит через тысячелетний пик своей активности, образованный наложением кратко- и долгосрочных трендов и отличающийся достаточно высокой стабильностью. Этот пик, по-видимому, продлится до 2010 г., после чего начнется постепенное уменьшение активности, которое приведет к ее глубокому минимуму во второй половине следующего столетия. Минимальная оценка снижения солнечной постоянной по сравнению с нынешним уровнем составляет 0,4%, что вполне достаточно для снижения среднеглобальной температуры на 0,5—0,6 ° С.

ВУЛКАНИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

В соответствии с современными представлениями механизм влияния вулканической активности на климат состоит в следующем. Основное влияние на поток солнечной радиации и, следовательно, на тепловой режим Земли оказывает слой сернокислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Этот аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат.

АВТОКОЛЕБАНИЯ В СИСТЕМЕ АТМОСФЕРА–ОКЕАН

Из природных явлений планетарного масштаба к числу наиболее мощных и имеющих наиболее серьезные последствия для человека следует отнести так называемое южное колебание – перераспределение масс воздуха в низких широтах Южного полушария между Индийским и Тихим океанами. В обычной ситуации, когда атмосферное давление примерно одинаково над обоими океанами, северо-восточные и юго-восточные пассатные ветры нагоняют теплую воду в западную часть Тихого океана. При этом в его восточной части в результате сгона поверхностного слоя формируется холодный слой перемешивания. Если давление над Тихим океаном растет, то сгонно-нагонные явления в океане становятся еще более выраженными. Однако возможна и другая ситуация, повторяющаяся через нерегулярные промежутки времени – давление над Индийским океаном вырастает настолько, что пассатные ветры ослабевают и даже меняют направление на противоположное.

Теплая вода из западной части Тихого океана устремляется на восток и накапливается у берегов Южной Америки. Такие случаи значительного потепления воды в центральной и восточной частях экваториальной зоны Тихого океана получили название явлений Эль-Ниньо. Явления Эль-Ниньо оказывают влияние не только на региональный климат и морскую экосистему западного побережья Южной Америки, но и возмущают атмосферную циркуляцию на всем земном шаре. Вызванные этими возмущениями аномалии погоды обнаруживаются во многих районах умеренных широт.

Глобальные изменения состояния океана и атмосферы сопровождаются также изменениями концентрации в атмосфере углекислого газа и озона и даже небольшим замедлением вращения Земли.

Разумеется, что средний температурный эффект автоколебаний за достаточно длительный промежуток времени, включающий несколько колебаний в системе атмосфера – океан, должен быть близок к 0. Начиная с начала ХVI века и по сей день, произошло 48 достаточно сильных явлений Эль-Ниньо Наступление Эль-Ниньо сопровождается заметным повышением среднеглобальной температуры.

ПАРАМЕТРЫ ОРБИТЫ ЗЕМЛИ

По сравнению с перечисленными выше факторами формирования глобального климата фактор изменения параметров орбиты Земли проявляется на гораздо более длительных временных интервалах. Нынешний период истории планеты характерен тем, что суммарный эффект от изменения параметров орбиты ведет к медленному понижению среднеглобальной температуры со скоростью 0,04 ° С в столетие.

*) По материалам Аналитического ежегодника "Россия в окружающем мире" 1998 МНЭПУ