В связи с всё растущей в мире тенденцией урбанизации особый интерес представляет климат городов.

Загрязняющие вещества, поступающие из различных источников в воздух города, в сочетании с изменением свойств земной поверхности (шероховатость, теплопроводность, альбедо и др.) и непосредственными тепловыделениями оказывают существенное обратное влияние на микро- и мезоклиматический режим города и его окрестностей. Под воздействием этих факторов произошли в городах определённые изменения в полях температуры и влажности воздуха, скорости ветра, радиации, видимости, количества осадков, условий формирования облаков и туманов.

Практически во всех городах как больших, так и малых, наблюдается тенденция к повышению температуры воздуха по сравнению с температурой воздуха в окрестностях. Однако рост температуры неодинаков в разные сезоны года. Обычно наблюдается увеличение температуры летом в 2 – 3 раза меньше, чем зимой, что свидетельствует о том, что выбросы антропогенного тепла не играют определённой роли. Например, зафиксировано, что центральная часть Санкт-Петербурга летом при ясной тихой погоде поздним утром и днём на 2 – 3 С теплее побережья Финского залива, а относительная влажность в центре города в течение всего дня на 15 – 20 % ниже, чем в пригородах.

Загрязняющие городскую атмосферу вещества оказывают существенное влияние на потоки и притоки коротковолновой (солнечной) и длинноволновой (земной) радиации, а в итоге – на радиационный баланс поверхности Земли и загрязнённого слоя атмосферы. По данным наблюдений, в некоторых городах Центральной Европы поток солнечной радиации ослаблен в городе по сравнению с окружающей сельской местностью на 29 – 36 % при высоте Солнца 10 , на 20 – 26 % – при высоте 20 , на 15 – 21 % – при высоте 30  и на 14 – 16  – при высоте 40 .

Антропогенное влияние оказывает большое воздействие на температуру Земли, изменяя атмосферный климат в различных её регионах, но механизмы таких воздействий до конца не выявлены. Возможные изменения климата в атмосфере связаны с наличием так называемого «эффекта домино». Во всяком случае, человечество ощущает экономические, социальные, а, возможно, и политические последствия изменения климата.

Изменение климата, как в мировом масштабе, так и в региональном, происходит в результате выброса и накопления значительного количества вредных веществ. Немалую роль в таком накоплении играют специфические погодные условия, а именно, инверсии, которые прерывают естественное перемешивание слоёв воздуха и приостанавливают естественный процесс рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере до относительно безопасной предельно допустимой концентрации.

Инверсии обычно возникают от разности температур в атмосфере и состояния климатических условий. Более продолжительные инверсии возникают в результате «оседания» воздушной массы с высоким давлением (антициклона). Когда воздух в антициклоне опускается к земной поверхности, он сжимается и его температура возрастает.

Такая воздушная масса нередко наслаивается на лежащий ниже слой холодного воздуха, который, в свою очередь, расположен над слоем прилегающего к поверхности более тёплого воздуха. В результате образуется «сандвич» с начинкой из холодного воздуха между двумя слоями тёплого.

С возникновением инверсии начинается накопление вредных веществ в более холодном слое воздуха. Часто результатом этого процесса является появление такого явления, как смог.

Смог – смесь тумана и дыма, содержащая опасные для живых организмов вещества. Отличительная особенность смога – коричневатый оттенок, который придают ему оксиды азота, входящие в состав пароксилацетилнитрата (ПАН) – главной составляющей смога. ПАН образуется при воздействии солнечной радиации, прежде всего ультрафиолетовой и фиолетовой, на углеводороды и оксиды азота, которые при этом взаимодействуют между собой. Смог образуется в определённых атмосферных условиях, при недостатке турбулизации (перемешивания) и одновременном присутствии инверсии и солнечного излучения. В результате сложных физико-химических процессов при таких условиях образуется густой, желто-коричневый туман, содержащий озон и сильные отравляющие вещества со свойствами окислителей (перекиси). В смоге содержатся также диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Все окислители, в первую очередь ПАН, сильно раздражают слизистую оболочку и вызывают воспаление глаз, а в комбинации с озоном раздражают носоглотку, приводят к спазмам грудной клетки, а при высокой концентрации (свыше 3 – 4 мг/м³) вызывают сильный кашель и ослабляют возможность на чём-либо сосредоточиться.

Различают влажный, фотохимический и ледяной смоги. Влажный (смог лондонского типа) - смог в виде густого ядовитого тумана, который образуется в осенне-зимнее время. Самым вредным соединением этого типа смога является диоксид серы SO₂. Наиболее известны по своим катастрофическим последствиям следующие случаи влажного смога. 3 – 9 декабря 1952 г. туман накрыл Лондон, покрыв площадь 1813 км². Смог нарушил работу транспорта, создал пробки. Уже через 12 часов резко увеличилось число заболеваний, а за всё время смога погибло 4 тыс. чел., до 10 тыс. тяжело заболели.

12 – 22 ноября 1963 г. в Нью-Йорке возник застой воздуха. Концентрация сажи, пыли, золы возросла до 1 т/км³ воздуха. Содержание SO₂ в пять раз превысило ПДК. Многие тысячи жителей жаловались на боль в глазах, непреодолимые приступы кашля. За 10 дней смог стал причиной смерти более 2 тыс. чел.

Смог лос-анджелесского типа ещё называют фотохимическим туманом. Он образуется в тёплое время года в воздухе, сильно загрязнённом промышленными и транспортными газами в результате их разложения под действием солнечного излучения. Такой смог может быть весьма интенсивным. Так, по свидетельству американских космонавтов там, где находится Лос-Анджелес, из космоса наблюдается сплошное бурое пятно. В 70-х годах XX в. на центральных улицах Токио регулировщики могли работать только в противогазах – такой высокой была концентрация выхлопных газов и, следовательно, фотохимического смога. Появились даже так называемые «кислородные» бары, где можно было подышать чистым кислородом. Столкнувшись с такой проблемой, автомобилестроение в Японии быстро перестроилось на производство автомобилей, потребляющих минимальное количество топлива при максимальной очистке выхлопных газов. Сейчас в Японии самое жёсткое законодательство в мире в отношении автомобильных выхлопов (после штата Калифорния, США).

Смог ледяной – это сочетание газообразных загрязнителей, пылевидных частиц и кристалликов льда, возникающих при замерзании капель тумана. Встречается довольно редко.

В связи с достаточной тенденцией последнего времени – потеплением климата, эта тема требует более подробного освещения.

Теплота, образующаяся в результате человеческой деятельности, составляет всего 0,02 % энергии, получаемой от Солнца, но и она, по мнению, некоторых учёных, вызвала повышение температуры в среднем на 0,1 С.

По некоторым данным, в результате увеличения концентрации СО₂ в атмосфере средняя температура воздуха у земной поверхности с конца  века повысилась примерно на 0,5 С. Изменение средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности может составить в 2025 г. – 2–3 и в 2050 г. – 3–5 С.

Увеличение концентрации СО₂ повышает разность температуры между низкими и высокими слоями атмосферы (парниковый эффект).

Последние десятилетия регистрируется стабильный прирост содержания углекислого газа в атмосфере (примерно 0,4 % в год).

Регулярные наблюдения за концентрацией углекислого газа в воздухе планеты были начаты в 1958 году в обсерватории на вершине гавайского вулкана Мауна-Лоа. Тогда она составляла 315 частей на миллион, сейчас достигла приблизительно 360 частей на миллион. Это ещё не очень много, хотя наблюдается устойчивая тенденция. Однако до сих пор не найдено реальных доказательств, что изменение содержания углекислого газа в атмосфере вызвано только развитием промышленности. Вполне возможно, что наблюдаются естественные колебания газового состава атмосферы или какое-то суммарное воздействие природных и промышленных факторов.

Исследования образцов льда из глубоких скважин в Антарктиде показали, что за последние 30 тыс. лет содержание углекислого газа в атмосфере менялось много раз и в довольно большом диапазоне – от 200 до 320 частей на миллион, хотя тогда никакой промышленности на планете не было.

Наблюдается постоянное увеличение взвешенных пылевидных частиц в атмосфере, т.к. концентрация аэрозолей в воздухе возрастает на 10 % в год.

Помимо сложной системы климатических колебаний существуют и такие явления, как извержения вулканов или мощные лесные пожары, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества мелких частиц. После вулканических извержений отмечается уменьшение потока солнечной радиации. Так, после извержения вулкана Катмай русские учёные на станции в Павловске под Петербургом в 1912 году установили снижение в течение полугода солнечной радиации на 35 %. После извержения индонезийского вулкана Тамбора в 1815 году наблюдались аномально холодные зимы. В начале 80-х годов  столетия произошло два крупных извержения:18 мая 1980 году взорвался вулкан Сент-Хеленс в США и 28 марта 1982 года – вулкан Эль-Чичон в Мексике. Оба выбросили примерно по 0,5 км³ мельчайших частиц. Это во много раз больше среднего количества пыли, поступающего за год в атмосферу. Выбросы Эль-Чичон достигли высоты 35 км. Результатом явились несколько очень холодных зим, последовавших за извержением.

Летом 2000 года в России и многих других странах бушевали лесные пожары. Помимо колоссального экономического ущерба и экологического урона можно говорить и о климатических последствиях – более холодных зимах, что и наблюдалось в 2002/2003 году.

Вся Земля стоит сейчас перед возможным глобальным кризисом – изменением климата. Суть не в том, что на Земле будет иной климат, суть – в скорости изменений. Если темп изменений будет превышать скорости изменения экосистем (порядка сотни лет), то система разрушится.

Начиная с конца  века, средняя глобальная температура приземного воздуха повысилась на 0,5 – 0,7 С. На первый взгляд, такая величина несущественна, однако необходимо помнить, что во время максимальной стадии последнего оледенения 18 тыс. лет назад, когда мощный ледяной панцирь сковывал северную половину Европы (вплоть до 50  северной широты) и Северную Америку (до 40  северной широты), средняя глобальная температура у поверхности земли была всего лишь на 5 С ниже современной; с другой стороны, около пяти миллионов лет назад, когда температура была приблизительно на столько же выше современной, Гренландия была свободна от материкового льда и покрыта лесами, а Арктический бассейн ещё не знал многолетних льдов.

Ещё в  веке в Голландии катались на коньках, а Темза полностью замерзала. А уже к 1940 году в Гренландском море количество льдов по сравнению с началом века сократилось вдвое, а в Баренцевом – почти на треть.

Последние десятилетия, начиная с 60-х годов ХХ века, действительно нарастают климатические аномалии, увеличивается их частота: суровая зима 1967/68 года в СССР; суровые зимы с 1972 по 1977 год в США; серия очень мягких зим в те же семидесятые в Европе; очень сильная засуха в Восточной Европе в 1972 году и на редкость дождливое лето в 1976-м; сильные заморозки в 1976 и 1979 годах погубили кофейные плантации в Бразилии; зима 1981/1982 года в США и Канаде была одной из самых холодных (от холода погибли 230 американцев); летом 1982/1983 года в Австралии – едва ли не самая сильная засуха за всю историю («великая сушь»), а в 1988 году сильнейшая засуха в США, очень мягкие зимы последних лет при этом достаточно суровая и многоснежная зима 2002/2003 годов в России и Украине, причём только в Москве за эту зиму замерзли 350 человек; суровая и снежная зима 2005/2006 гг., когда только в Украине погибли от холода около 800 человек.

Следует отметить, что информация об аномалиях погоды сейчас более доступна, чем ранее, возможно, с этим фактом и связаны бытующие сейчас представления о катастрофическом изменении климата Земли. Однако некоторые учёные считают, что такое мнение преувеличено.

Если температура будет расти и дальше с такой же скоростью, как в последние 10 – 15 лет, то к середине  века она повысится на 1,3 С. По некоторым прогнозам, скорость потепления увеличится по сравнению с современной. Тогда к 2050 г. температура повысится на величину от 1,5 до 4,5 С. Трудно сказать, будет ли в этом случае климат в целом более благоприятным для хозяйственной деятельности людей или нет. В одних районах условия могут улучшиться, в других, наоборот, - ухудшиться. Однако можно с уверенностью сказать, что при таком интенсивном потеплении должны произойти существенные смещения климатических зон, что, безусловно, затруднит условия жизни и хозяйственной деятельности людей на большей части земного шара. Так, в умеренных широтах Северного полушария граница между лесом и степью при таком потеплении может переместиться на север на 100 – 150 км за десятилетие и к 2030 году может переместиться на 400 – 600 км. Вследствие таяния материковых льдов в полярных районах будет происходить быстрый подъём уровня океана, и под угрозой затопления окажутся хотя и небольшие по площади, но сейчас весьма обжитые людьми прибрежные территории.

Потепление началось в конце  века, но как явление крупного масштаба привлекло внимание климатологов в 20 – 30 годы прошлого столетия. В эти годы появились признаки интенсивного потепления Арктики, и сначала говорили не о глобальном потеплении, а именно о потеплении Арктики. Вслед за этим анализ измерений температуры воздуха показал, что в 30-х годах  века температура воздуха была выше, чем в конце  века, не только в полярных широтах, где потепление было наибольшим (температура зимой в Западной Гренландии была на 5 , а на Шпицбергене – на 8 – 9  выше, чем в 1912 – 1926 г.г.), но и в умеренных широтах. Потепление сопровождалось повсеместным отступлением горных ледников. Так, ледник Якобхавн в Западной Гренландии за 40 лет (с 1880 по 1920 год) – отступил на 20 км. Ледники отступали в Европе, Азии, Северной Америке, даже в горах экваториальной Африки и в тропической части южноамериканских Кордильер.

Некоторые острова Северного Ледовитого океана, сложенные в основном ископаемым льдом, существенно изменили свои очертания или вообще исчезли. Граница вечной мерзлоты отступила к северу, а её верхняя граничная поверхность углубилась. Так, в Туруханске в 1937 г. было отмечено, что за прошедшие сто лет верхняя граница вечной мерзлоты углубилась на 10 м. Только в советском секторе Арктики с 1924 по 1945 г. площадь морских льдов сократилась наполовину (т.е. на 1 млн. км²). Это позволило преодолевать весь Северный морской путь от Архангельска или Мурманска до Берингова пролива обыкновенным судам за одну навигацию, не встречая льдов.

Потепление повлекло за собой смещение границ распространения птиц и зверей к северу. Потепление вод океана привело к проникновению далеко на север теплолюбивых рыб. Жители Гренландии, например, перешли от промысла морского зверя как основного занятия к рыболовству. “В какие-нибудь полтора десятка лет и даже ещё более короткий промежуток времени, - писал один из основателей советской океанологии проф. Н.М. Книпович, - произошло такое изменение в распределении представителей морской фауны, какое связывается обыкновенно с представлением о долгих геологических промежутках”.

Потепление  века не было непрерывным, после 40-х годов оно было прервано похолоданием. Ледники во многих районах Земли стали наступать или замедлили своё отступление. После 1945 года стала увеличиваться площадь арктических льдов. В некоторых морях средних широт (Северное море) наблюдалось уменьшение биологической продуктивности, отмечалась миграция косяков рыб в более низкие широты. Похолодание привело к сокращению вегетационного периода в Англии на 10 суток, в ряде стран оно стало причиной снижения урожаев сельскохозяйственных культур.

Работы по сбору, обработке и анализу данных по важнейшим характеристикам климата (температура и влажность воздуха, облачность, осадки, скорости воздушных течений и т.д.) позволят более полно оценить изменение климата в  веке. Лучше других, по-видимому, обстоит дело с данными об осадках, хотя из-за недостаточного количества измерений в океанских районах и в Южном полушарии индекс годовых осадков можно проследить лишь в континентальных районах Северного полушария.

Если рассматривать весь период, то у осенних и зимних осадков обнаруживается тенденция к повышению, тогда как в весенних и летних осадках никакой определённой тенденции не просматривается. Выделяются 2 сухих во всех сезонах периода (1912 – 1922, 1938 – 1948) и один период, когда все 4 сезона были более влажными, чем в среднем (1950-е годы).

Известно, что в период 900 – 1300 годов климат был более тёплым, чем в настоящее время. Самые различные данные свидетельствуют, что это потепление охватывало всё Северное полушарие. Хотя данных по Южному полушарию недостаточно, имеющиеся данные говорят о глобальном характере этого потепления. Температура воздуха в средних широтах Северного полушария была, по крайней мере, на градус выше, чем в настоящее время, а в высоких широтах максимальное превышение температуры доходило до 5 С. Именно поэтому в тот период викингам удалось колонизировать Гренландию (и она тогда получила своё название «Зелёная страна»). Они смогли достичь Ньюфаундленда и основать там поселение, задолго до Колумба открыв, таким образом, Американский континент.

Другой яркий пример крупных климатический изменений – последовавшее за «эпохой викингов» похолодание, получившее название «Малого ледникового периода». Это похолодание, начавшееся в ХІІІ – ХІV веках, достигло максимальной величины в ХVІ – XVII веках и продолжалось с небольшими перерывами примерно до середины ХІХ века. Оно хорошо документировано летописями, дневниками и даже живописью того времени. В этом периоде наступление ледников отмечалось в Альпах, Скандинавии и Исландии, в Северной и Южной Америке, в Новой Зеландии. Увеличилась область распространения дрейфующих морских льдов, в связи, с чем участились случаи длительной ледовой блокады берегов Исландии (до 15 – 26 недель против 0 – 4 недель в «эпоху викингов»), нарушилась связь с гренландскими поселениями, которые вскоре погибли. Отмечались необычные случаи замерзания нижнего течения Роны, Генуэзского залива, всего Балтийского моря и частично Северного моря, гавани Нью-Йорка. Снеговая линия в горах Центральной Европы понизилась на 200 – 400 м, появились и по нескольку месяцев сохранялись снежные шапки в горах Эфиопии. Скорость снегонакопления в Антарктиде вследствие господства мощного холодного антициклона уменьшилась, достигнув минимума в 1657 – 1687 гг. (максимумы скорости снегонакопления в 1057 – 1086 и в 1867 – 1896 гг. были связаны, наоборот, с потеплением в результате влияния циклонов).

Давать прогнозы изменений климата в будущем весьма рискованно, поскольку достоверно неизвестны причины изменений климата. В связи с этим можно вспомнить о прогнозах, которые давались в конце периода потепления 1890 – 1940 гг. о том, что потепление будет продолжаться, и в 1950-х годах Арктика освободится ото льда. Эти прогнозы не оправдались. В конце периода похолодания 1940 – 1965 гг. появились высказывания о приближении ледникового периода. Но похолодание сменилось нынешним потеплением. Сейчас прогнозы говорят, что к середине ХХІ века климат Земли будет похож на тёплый климат плиоцена (2 – 7 млн. лет назад).

Тем не менее, можно попытаться предугадать изменения климата. Увеличение среднего содержания парниковых газов по расчётам климатологов приведёт не к равномерному росту температуры по земному шару, а к увеличению контрастности и неустойчивости климата. Так, по прогнозам, наибольшее повышение температуры в высоких широтах будет зимой и может повлиять на сроки вегетационного периода. Летом повышение температуры ожидается в умеренных широтах с уменьшением относительной влажности воздуха. В тропиках изменения предполагаются незначительными. Атмосферный цикл, по-видимому, изменится с увеличением осадков к северу.

К 2025 г. вероятное повышение средней глобальной температуры составит 2,5 , а к 2050 г. – примерно 3 – 4 . Помимо всеобщего потепления, это изменит и режим осадков. На всей территории, например, они возрастут сначала на 5 – 20, затем на 10 – 30 см/год. При этом в Средней Азии в середине следующего века осадки возрастут примерно в 2 раза. В итоге климат там по условиям увлажнённости станет похожим на современный климат юга Украины, что важно для развития всех отраслей хозяйства этой засушливой зоны.

В задачах краткосрочного прогнозирования погоды вполне успешно применяется теоретический аппарат, основанный на классической физике: ЭВМ делает прогноз на базе так называемых «примитивных уравнений» динамики атмосферы. В результате удаётся на некоторый срок просчитать достаточно детально эволюцию синоптических вихрей.

 век – самый тёплый за последнее тысячелетие. В нём можно выделить повышение среднегодовой температуры в 40-х годах (за счет ослабления вулканической деятельности) и заметное потепление в последние годы. При этом самыми тёплыми в прошлом веке были 90-е годы, а 1998-й – максимально тёплым годом  века. При этом в 2001 году, по данным Всемирной метеорологической организации, среднегодовая температура повысилась на 0,42 %. Ученые фиксируют удлинение безморозного периода, уменьшение толщины морского льда, повышение температуры воды в океане, рост осадков с 0,5 % до 1 %. Тем не менее, не замечены тренды (тренд – достоверное устойчивое изменение) протяжённости льдов в Арктике и Антарктике, нет достоверных сведений о понижении уровня залегания вечной мерзлоты. Повышение уровня Мирового океана не удаётся объяснить одним лишь тепловым расширением. Потому вопрос об антропогенном потеплении климата на планете ещё далеко не решён.

Что же всё-таки ожидает человечество впереди – глобальное потепление или глобальное похолодание? Как ни парадоксально, наиболее точный ответ – одновременно и то, и другое. Рассмотрим эти прогнозы более подробно.

В  веке ожидается рост среднегодовой температуры от 1,4 до 5,8 . Стихийные бедствия будут случаться чаще и их мощь, будет нарастать. Согласно самому достоверному сценарию, изменение климата будет происходить следующим образом. К 2050 году температура на всём земном шаре повыситься на 1,5 – 3,5 . Наибольшее потепление ожидается в Африке и Южной Америке. Там же произойдёт и максимальное снижение количества осадков. Ожидается уменьшение осадков и в Европе. Возможное потепление скажется, прежде всего, на урожайности сельскохозяйственных культур. Уменьшение прогнозируется в большинстве государств Южной Америки и Африки, а увеличение в среднем на 10 % - в европейских странах, Канаде, США, Китае, Украине и России, хотя в отдельных регионах этих стран могут усилиться засухи. Ожидается повышение уровня моря на 47 см за сто лет. В институте глобального климата и экологии Российской АН прогнозируют усиление размножения насекомых (например, ос), продвижение на север южных насекомых типа малярийных комаров. Треть видов животных ожидает вымирание.

Повышение среднегодовой температуры имеет и свои плюсы, прежде всего для энергетики. Так, российские учёные подсчитали, что повышение температуры на 1,5  на её европейской части – это экономия 1,5 млн. т нефти на отопление. Однако большим минусом может оказаться таяние вечной мерзлоты, что может привести к проседанию домов, выходу из строя нефте- и газопроводов. Возможно заболачивание зон вечной мерзлоты (погружение в трясину Якутска, Норильска), последующий выход метана и усиление парникового эффекта.

Для Украины с её более мягким климатом эта величина не столь значительна, но при отсутствии своих энергоресурсов экономия значительна. Более существенной проблемой станет нехватка водных ресурсов.

Тем не менее, в Европе ожидается похолодание, как ни странно, вызванное общим глобальным потеплением. Причину этой парадоксальной ситуации нашли в Институте космических полётов и исследований Земли им. Годдарда. В последний период заметно значительное таяние вечных льдов, например, за последние 10 лет три крупнейших ледника Антарктиды потеряли до 50 м в толщину. Это привело к повышению уровня Мирового океана, а это, в свою очередь, сказалось на силе и ширине Гольфстрима. Пресная вода ледников на 20 % охладила Гольфстрим в среднем всего на 0,45 , замедлив процесс его циркуляции. Поэтому благотворное влияние этого течения на климат Европы уменьшилось, погодные условия становятся зимой более холодными, а летом более тёплыми. Климат в Европе, в том числе и у нас, сменится на резко континентальный – зимой будет до –50, летом жара +40.

Совместные исследования учёных Института мерзлотоведения СО РАН им. П.И. Мельникова и Университета геофизики Аляски рассчитали модель глобального потепления. Судя по ней, сейчас действительно происходит серьёзная ломка климата. Существует несколько погодных циклов (30-, 100-, 300-летние). Эти циклы сейчас совпали (в плане повышени\ температуры) и дали сильный резонанс. Вследствие этого началось активное испарение океана. Отсюда мощные ливни и тайфуны ближе к краям материков и сильные засухи в центре континентов, куда пары влаги уже не доходят. В меньших масштабах это уже происходило в 40-е годы прошлого века. По этой модели через 8 – 10 лет начнется похолодание, которое продлится приблизительно 20 лет.

Научно-технический прогресс вызвал многие последствия, которые можно отнести к экологическим. Сложилось обоснованное мнение о том, что последствием прогресса есть деформация окружающей среды. Прежде всего, это было замечено в отношении увеличений концентраций так называемых малых газов в атмосфере. Темпы их ежегодного прироста составляют: диоксида углерода – 0,5 %; метана – 0,9; оксидов азота – 0,25; хлорфторуглеводородов – 4 %. Тенденция роста особенно резко проявилась в средине  века. Сравнения стали возможны благодаря анализу палеотемператур. Основой для их определения служит анализ соотношения стабильных изотопов во льду. Анализ ледяных кернов в Антарктиде позволил установить характерную тенденцию роста. Сейчас их роль в парниковом эффекте не вызывает сомнений.

Парниковый эффект – это удержание значительной части тепловой энергии Солнца у земной поверхности.

Понятие парникового эффекта вначале появилось в физике. Оно было сформулировано Тиндаллом еще в 1863 г. В 1896 г. Аррениус показал, что диоксид углерода, составляющий ничтожную часть атмосферы (примерно 0,3 %), поддерживает ее температуру на 5-6 ⁰С выше, чем, если бы этот газ отсутствовал. В 1938 г. Каллендер впервые высказал предположение о возможном влиянии антропогенных выбросов углекислого газа на климат.

В 70-е гг. было доказано, что другие газы в еще меньших количествах, чем диоксид углерода, дают ощутимый парниковый эффект. В 1978 – 1980 гг. были поставлены численные эксперименты, которые показали что при удвоении концентрации углекислого газа возможно глобальное потепление на 2 – 4 ⁰С, а в полярной области Северного полушария – на 6 – 8 ⁰С.

Источниками малых газов, прежде всего углекислого газа, оксидов азота, являются сжигание ископаемого топлива, биота. Выделение метана происходит в результате сельскохозяйственной (животноводство, выращивание риса) и жилищно-коммунальной (свалки бытовых отходов) деятельности. Галогенводороды имеют исключительно антропогенное происхождение.

К настоящему времени сложился стереотип парникового эффекта и его влияния на глобальный климат, который состоит в следующем:

1. Происходит постоянное и нарастающее увеличение выбросов в атмосферу парниковых газов, прежде всего диоксида углерода. Источники последнего – сжигание угля и других углеродосодержащих топлив, нефти, газа и производных продуктов, прежде всего бензина, в топках ТЭЦ, двигателях автомобиля и т.п.

Еще более быстрыми темпами увеличиваются выбросы других газов, усиливающих парниковый эффект, - метана, оксидов азота, галогенуглеводородов.

2. В результате выбросов в атмосферу на планете возросла и продолжает увеличиваться среднегодовая температура. За последние сто лет она выросла с 14,4 до 15,2 ⁰С.

Конечно, такое увеличение температуры не кажется значительным, но опасность таится в самой тенденции роста.

3. Последствия потепления для населения и экономики разных стран могут оказаться различными и иметь как отрицательные, так и положительные стороны. В глобальном масштабе чрезвычайно высокие темпы изменений, которые прогнозируются, чреваты трудностями или даже невозможностью быстрой адаптации к новым условиям. Подъем среднего уровня моря может составить 0,5- 1 м к средине 21 века и 2 м – к концу, в результате будут затоплены значительные территории суши. Все это может отразиться на биоте: может резко сократиться разнообразие флоры и фауны, увеличатся масштабы обезлесивания, начнется необратимое разрушение экосистем.

Стереотип глобального потепления продолжает широко обсуждаться. Главная проблема состоит в необходимости раскрыть соотношения между природно обусловленными и антропогенными изменениями климата. На сегодняшний день основные выводы, касающиеся изменений глобального климата, сводятся к следующему:

1. Происходит существенное усиление антропогенных выбросов.

2. Данные моделирования с очевидностью указывают на следующие наиболее вероятные пределы повышения среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха при удвоении концентрации углекислого газа: 1,5-4,5 С.

3. Существует много неопределенностей и расхождений в прогнозах возможных изменений климата в отношении величины, времени и регио­нального пространственного распределения изменений.

4. За последние 100 лет произошло повышение среднеглобальной приземной температуры воздуха в пределах 0,3-0,6 С.

5. Размер потепления в целом согласуется с прогнозами на основа­нии моделирования, но он имеет ту же величину, что и природно обус­ловленная изменчивость климата.

6. Однозначное обнаружение усиления парникового эффекта мало­вероятно раньше чем через 10 лет.

В целом современную ситуацию в области исследований глобально­го климата можно оценить как весьма противоречивую.

Многолетние усилия по обоснованию стереотипа гло­бального потепления завершились выводами об отсутствии ве­сомых доказательств парниковой обусловленности глобального потепле­ния за последние 100 лет и о неприемлемости палеоаналогов для прог­нозов.

На первый план вышли исследования внутренней изменчивости кли­матической системы (изучение климатообразующей роли динамики об­лачного покрова, взаимодействия атмосферы и океана, роли биосферы и т. д.).

Степень неопределенности прогнозов климата очень велика. Принци­пиально важные неопределенности связаны со многими причинами, но одной из наиболее существенных считают нерешенность проблемы гло­бального круговорота углерода. Особенно это касается усвоения антропогенных выбросов океаном (роль «биологического насоса») и функционирования биосферы суши как источника или стока углерода (проблема «по­терянного стока» углерода).

Для всех параметров моделей характерен широкий диапазон оценок. Расхождения результатов вычислений с использованием различных мо­делей достигают 300 %. Так, подъем уровня океана, который пока соста­вил 10 см, по одним оценкам, достигнет к середине  столе­тия 30 см, по другим, – 150 см и даже 2 м.

Следует сказать, что в отношении темпов повышения уровня Миро­вого океана в будущем веке взгляды специалистов год от года менялись. В 1990 г. наиболее вероятными величинами подъема океана была скорость, которая повлечет за собой повышение к 2100 г. на 30-100 см, к 2030 г. – на 18 см, к 2070 – на 44 см, к 2100 г. – на 66 см при соответствующем возрастании скорости подъема на 4; 5; 5,5 и 6,0 мм в год. Со временем про­гнозируемые средние величины уменьшились по сравнению с первоначальными (к 1996 г. примерно на 30 %), но все равно скорости остались в 2-4 раза больше, чем наблюдавшиеся в течение последних 100 лет.

Существует точка зрения, что парниковый эффект полезен, так как потепление будет способствовать расцвету сельского хозяйства, увеличе­нию атмосферных осадков и т.п. Ясно, однако, что последствия будут раз­личными в разных регионах мира. Для России положительным считают тот факт, что уже сейчас все реже наблюдаются продолжительные холодные зимы и среднегодовая температура возрастает. В этой связи потребность в топливе снизится. В сельском хозяйстве последствия для России будут не­однозначными. Погодные аномалии в теплом климате могут стать более продолжительными. За последние десятилетия содержание водяного пара в приземной атмосфере возросло на несколько процентов; все реже на территории РФ происходят засухи. Негативными последствиями считают фактор, связанный с вечной мерзлотой, которая занимает 60 % террито­рии России. Потепление в этом регионе Сибири приведет к таянию льда, в результате чего могут разрушиться системы жизнеобеспечения (дороги, дома, трубопроводы и т.п.), приспособленные к нынешнему климату. Более влажный климат проявится интенсификацией гидрологического цикла, увеличе­нием осадков, стока рек, повышением уровня воды в водоемах. Многие районы Сибири превратятся в непроходимые болота.

Прогноз антропогенных изменений глобального климата, а также экологических и экономических последствий глобального потепления сделан специалистами Росгидромета до 2005 – 2020 гг.

В целом же последствия глобального потепления плохо предсказуе­мы, и прогнозы сильно отличаются для разных регионов. Возможно, что на севере Европы его не произойдет. Шведские ученые предполагают, что, напротив, здесь и даже южнее — в Испании, Италии, Греции — насту­пит резкое похолодание. Многие климатологи предупреждают, что теплосистема в Мировом океане весьма чувствительна к климатическим изменениям и глобальное потепление может привести к тому, что мор­ские потоки пойдут другими путями. Теплая вода Гольфстрима уже не будет продвигаться так далеко на север, как сейчас. Поэтому вполне ве­роятно, что глобальное потепление создаст большие проблемы.

Изотопные данные свидетельствуют о том, что колебания темпера­туры за последнее тысячелетие достигали 1,5-2С. Теплыми были II, VI и  века, холодными — III—V и VII—I века. В Северном полу­шарии за последние 100 лет наблюдалась следующая картина: конец I века был относительно холодным, в начале  века отмечалось потеп­ление, достигшее максимума в 1930—1940 гг. Затем возобладала тенден­ция к похолоданию, сохранявшаяся в течение 60-70 гг.

Анализ ледяных кернов со станции «Восток» указывает на соответствие и даже тесную корреляцию изменений концентрации диоксида уг­лерода и температур, вычисленных по изотопным данным. Содержание другого углеродного соединения — метана в древней атмосфере также тесно связано с ходом палеотемператур. Детальная информация о палеотемпературах получена по керну из скважины со станции «Кэмп-Сенчури», расположенной на северо-западе Гренландского ледникового щита. Вклад парниковых газов в изменение температуры в Центральной Антар­ктиде за последние климатические циклы может колебаться в пределах 50±10 %. Это значит, что по крайней мере 3 С из 6 °С—амплитуды изме­нений могут происходить вследствие парникового эффекта.

Таким образом, прогнозы ученых не являются утопией. По мнению Генерального секретаря ВМО проф. Г.О.П. Обаси, научные свидетельства указывают, на то, что изменения мирового климата, вероятно, уже про­исходят. По мере приближения к  столетию глобальная температура оказывается на 0,7 °С выше, чем в конце  века. В 1998 г. глобальная приземная температура была самой высокой за все время проведения надежных измерений начиная с 1860 г.: на 0,57 °С выше многолетнего среднего за период 1961 — 1990 г. Вторым самым теплым годом был 1997 г., а семь из десяти самых теплых лет приходятся на 1990-е годы. За последние 20 лет глобальная температура повысилась особенно быстро.

Загадочным, однако, остается тот факт, что в некоторых регионах Земли одновременно происходит похолодание. Если в последние 10 лет сначала в южных океанах, а затем в Сибири, Восточной Европе и на за­паде Северной Америки отмечалось потепление, то в Гренландии, на северо-востоке Канады и ряде островов российской зоны Арктики на­блюдалось понижение средних температур.

Вопреки математическим прогнозам в полярных районах потепления пока не было, хотя именно здесь оно ожидалось в наиболее выраженном виде. Правда, существуют теоретические обоснования того, что в не­которых районах планеты в первой фазе общего потепления, связанного с парниковым эффектом, будет наблюдаться падение средних температур (данные немецких и советских исследователей).

Трудно предвидеть, что произойдет с живыми организмами в случае глобального потепления, поскольку их взаимодействия весьма многооб­разны и сложны. Так, например, москиты, переносящие лихорадку денге, гибнут при повышении температуры и в этом случае должны чаще пи­таться, что увеличивает риск заболеваемости людей.

Адаптации к изменению климата проявляются по-разному. У неко­торых видов черепах, например, при повышении температуры окружаю­щей среды появляется больше женских особей. Вполне возможно, что потепление уже привело к отклонениям в соотношении полов среди некоторых популяций, что грозит их дальнейшему существованию.

Убывание оледенения в горах вызовет сокращение стока рек, что породит трудности в сельском хозяйстве и выработке гидроэлектроэнер­гии. Подъем уровня океана потребует защиты побережий и приморских городов. При потеплении увеличится испарение с поверхности океана, и будет выпадать больше атмосферных осадков.

При глобальном потеплении на 1 С количество осадков заметно воз­растет на широтах от 10 до 30 с.ш. и к северу от 50° с.ш., в то время как между 30 и 50 с.ш. количество осадков даже уменьшится.

Если прогнозы о предстоящем потеплении на ближайшие 50 лет оправдаются, то оно будет происходить в результате комбинации естественных температурных трендов и парникового эффекта.

Гипотеза парникового эффекта основана на представлениях о высо­кой чувствительности термического режима Земли к изменениям концен­трации диоксида углерода в атмосфере, причём с учетом тенденции роста потреб­ления минерального топлива на ближайшие десятилетия.

Рамочная конвенция об изменении климата. Проблеме изменений климата уделяется особое внимание мировой общественности и специалистов. Девяностые годы  века были периодом бурного развития осведомленности и реагирования на изменения климата. Важным шагом в мировой экологической политике явилась Ра­мочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН), принятая в 1992 г. на Конференции по окружающей среде и развитию (КОСР-2) в Рио-де-Жанейро.

РКИК подписали 154 государства. Первая конференция сторон, при­соединившихся к Конвенции, состоялась в марте-апреле 1995 г. в Берли­не, вторая — в Женеве в июле 1996 г.

Страны, подписавшие Конвенцию, берут на себя, в частности, сле­дующие обязательства:

готовить, периодически обновлять, публиковать и предоставлять в распоряжение Конференции сторон национальные отчеты по антропогенным выбросам газов, не контролируемых в соответствии с Монреаль­ским протоколом (по озону), используя при этом сопостави­мые и согласованные методики;

формулировать, реализовывать, публиковать и регулярно корректи­ровать национальные, а при необходимости и региональные программы, предусматривающие принятие мер по предотвращению изменений кли­мата путем контроля антропогенных источников выбросов и пре­кращению накопления всех парниковых газов, не контролируемых в со­ответствии с Монреальским протоколом, а также мер, направленных на облегчение адаптации к изменению климата.

Из числа ведущих ученых-климатологов и технических экспертов об­разована Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), которая регулярно готовит и публикует информацию по «оценке воздействий».

В 1995 г. опубликована Вторая оценка воздействий, в подготовке ко­торой участвовали более 2000 ученых и экспертов из более чем 130 стран. В Оценке сделан анализ проблемы в трех аспектах:

современных знаний об изменении климата;

последствий изменения климата и мер борьбы с отрицательными по­следствиями, способов адаптации к новым условиям;

экономических и социальных аспектов изменения климата.

Главная цель РКИК ООН — обеспечить стабилизацию концентраций парниковых газов в атмосфере, на таких уровнях, которые позволят пред­отвратить опасные последствия вмешательства человека в климатическую систему. Накопление парниковых газов в атмосфере должно проис­ходить достаточно медленно, чтобы экосистемы смогли естественным путем адаптироваться к изменившимся климатическим условиям. Тем самым можно будет предотвратить угрозу нарушений в Производстве про­дуктов питания и обеспечить устойчивость экономического развития.

Принята Женевская Декларация министров, в которой подчеркивается необходимость ужесточить требования к контролю выбросов в период после 2000 г. и объявить эти договоренности юридически обязы­вающими. В Декларации записано следующее:

1. Имеющиеся данные свидетельствуют о заметном влиянии человека на глобальный климат. Если не будут приняты меры, направленные на предотвращение изменений климата, средняя глобальная температура земной поверхности к 2100 г. может повыситься на 2 С (от 1 до 3,5  С) по сравнению с уровнем 1990 г., средний уровень моря может вырасти к тому же сроку на 50 см (от 15 до 95 см). Для того чтобы стабилизировать атмосферные концентрации парниковых газов на уровне, в два раза пре­вышающем соответствующие уровни доиндустриальной эпохи, необхо­димо снизить существующие уровни глобальных выбросов более чем в два раза.

2. Ожидаемые климатические изменения окажут серьезное и в основ­ном отрицательное влияние на многие экосистемы и социально-эконо­мические секторы, включая продовольственное снабжение и водные ре­сурсы, а также на здоровье людей. В некоторых случаях последствия мо­гут оказаться необратимыми. Наиболее уязвимыми по отношению к из­менению климата являются развивающиеся страны и малые островные государства.

3. Значительное уменьшение суммарных выбросов парниковых газов технически возможно и экономически оправдано. Для этого необходимо разработать комплекс мер в области технической политики, ускоряющих техническое развитие, распространение и передачу новых технологий. Большинство стран вполне способно предпринять безболезнен­ные шаги, ведущие к уменьшению суммарных выбросов парниковых газов.

За период, прошедший после принятия РКИК ООН, знания о про­цессах, влияющих на климат, существенно расширились.

Важной вехой в мировой экологической политике была третья сессия Конференции сторон-участников РКИК ООН в Киото (Япония) в 1997 г. В ней участвовали 159 сторон.

Протокол, подписанный в Киото (Киотский протокол), явился, не­сомненно, событием в мировой экологической политике. Основные пред­посылки и позиции Протокола сводятся к следующему.

Поскольку использование невозобновляемых ресурсов, которые яв­ляются ограниченными, растет экспоненциально, так же как и населе­ние Земли, их использование должно находиться в состоянии равновесия с возможностями воспроизводства и переработки отходов экосистем. Для большинства малых газовых составляющих в атмосфере возможность переработки уже сейчас меньше желаемой, что подтверждается ростом концентраций долгоживущих парниковых газов. Отсюда вытекает цент­ральная задача — снижение общих выбросов долгоживущих парниковых газов индустриально развитыми странами (в протоколе их перечислено 39). Снижение должно составить в среднем 5,2 % по отношению к уровню 1990 г. для газов: гидрофторуглеводородов, перфторуглеводородов и гексафторида серы. Снижение рассчитано в эквивалентах диоксида углеро­да.

С учетом возможностей различных стран снижение выбросов долж­но составить:

для стран Европейского Союза, Швейцарии и некоторых стран с пе­реходной экономикой, всего 27 сторон-участников — 8 %;

для США – 6 %;

для Венгрии, Канады, Польши и Японии — 7 %;

для Хорватии — 5 %.

Ряд стран могут оставить общие выбросы на прежнем уровне. Это Россия, Украина, Новая Зеландия и также Австралия. Исландия и Нор­вегия даже могут еще дополнительно повысить их на 1,8 и 10 % соответственно.

Общий выброс, согласно Протоколу, — это разница между выброса­ми от источников и поглощением стоками. При этом к стокам углерода относятся только новые лесные посадки и восстановленные леса, начиная с 1990 г. Сведение лесов считается источником выбросов.

Трудностью решения этой проблемы является то, что величины эмиссии существенно отличаются в разных странах.

В решении проблемы загрязнения атмосферного воздуха предполага­ются следующие шаги:

реализация совместных проектов по распределению эмиссии диок­сида углерода между странами;

торговля квотами на эмиссию — для стран, имеющих резервы;

«чистое развитие».

Ряд решений Киотского протокола рассматриваются как прорыв. Сюда относится возможность торговли квотами на выброс, что реализует принцип «загрязнитель платит».

Следующее в ряду решений — установление механизма «чистого раз­вития», целью которого является помощь странам, которые не вошли в перечень индустриально развитых в достижении устойчивого развития.

Таким образом, главной идеей Киотского протокола является изме­нение существующей тенденции на обратную после 200 лет непрерывного роста выбросов вследствие использования природных горючих материа­лов.

Вопросы, поставленные Киотским протоколом, активно обсуждают­ся. В дальнейшем они были рассмотрены на 4-й конференции сторон-уча­стников РКИК ООН в 1998 г. в Буэнос-Айресе. Контрольный период ус­тановлен в сроки 2008—2012 гг.

Большинство специалистов полагает, что если решения будут реали­зованы, то к 2008 — 2012 гг. суммарные выбросы диоксида углерода, ме­тана, диоксидов азота, фторуглеводородов, гексафторида серы удастся снизить до установленного уровня — 5,2 % к 1990 г. Однако есть мнение, что планируемый уровень сокращения недостаточен. Французские ученые, в частности, считают: чтобы приостановить процесс глобального потеп­ления, надо снизить выброс диоксида углерода к 2050 г. на 70 % по отно­шению к нынешним показателям.