38 Поняття про природний парниковий ефект. Проаналізуйте, як впливає антропогенна діяльність на це явище.

Середньоглобальне середньорічне значення температури земної поверхні становить +15 градусів Цельсія. Чим визначається це придатне для життя взагалі й для життя людини значення? Іноді на таке питання можна почути відповідь, що земна температура визначається кількістю сонячної енергії, що досягає Землі. Була б Земля ближче до Сонця, було б тепліше, далі - холодніше. Так що Землі повезло, оскільки вона, здавалося б, перебуває на оптимальній відстані від Сонця.

Подібна логіка, проте, не є вірною. Існують два важливих параметри навколишнього середовища Землі, які здатні змінити земну температуру при незмінній кількості сонячної енергії, що надходить. Один із цих параметрів - відбивна здатність планети (альбедо). Частина сонячної енергії, що досягає Землі, відбивається назад у космос, в основному, хмарами й крижаним покривом. У наш час відбивається 30% сонячної енергії що надходить. Якби відбивалося 100% (Земля мала б дзеркальну поверхню), температура на Землі була б близька до абсолютного нуля (мінус 273 градуса Цельсія), як би близько до Сонця не була розташована планета.

Проте, ще більш важливим параметром є планетарний парниковий ефект. Що це таке? У земній атмосфері присутня незначна кількість речовин, які здатні взаємодіяти з тепловим випромінюванням Землі, направляючи його назад до поверхні планети й приводячи до додаткового її нагрівання. Ці речовини, називають парниковими. Якби парникових речовин у земній атмосфері не було, средньоглобальна приземна температура опустилася б до - 18o. Таким чином, парникові речовини піднімають температуру поверхні планети на 33 градуса, роблячи її придатною для існування життя. Заледеніння планети, що починається при негативних температурах, збільшує відбиття сонячної енергії - так, при яскравому сонці на сніг боляче дивитися. Це швидко приводило б до зниження середньої температури поверхні планети до значень порядку -100сo, які не спостерігаються зараз навіть в Антарктиді (рис.1).

Збільшуючи вміст парникових речовин (тобто товщину шуби), можна досягти практично будь-яких значень температури земної поверхні при незмінній кількості сонячної енергії, яка надходить, тобто при незмінній відстані планети від Сонця. Наприклад, на Венері, що має дуже щільну атмосферу, парниковий ефект приводить до збільшення температури поверхні планети на 500 градусів!

Головною парниковою речовиною Землі є атмосферна волога, що існує у формі водяної пари й хмарності. Другою за важливістю парниковою речовиною є вуглекислий газ. Оскільки дві третини поверхні Землі займають океани, атмосферна концентрація вологи дуже сильно залежить від температури земної поверхні. Таким чином, існує потужний позитивний зворотний зв'язок між парниковим ефектом і земною температурою, що приводить до фізичної нестійкості земного клімату. Уявимо собі, що в силу якихось випадкових флуктуацій температура поверхні океану небагато виросла. Кількість атмосферної вологи в атмосфері (товщина шуби) негайно збільшиться, приводячи до додаткового нагрівання поверхні, і, як наслідок, додатковому збільшенню кількості атмосферної вологи (тобто ще більшому збільшенню шуби), подальшому нагріванню й так далі.

Таким чином, сучасний клімат Землі, для якого характерне існування рідкого океану, є фізично нестійким (Gorshkov et al., 2000; Макарьева, Горшков, 2001; Gorshkov, Makarіeva, 2002). Цю ситуацію можна наочно зобразити у вигляді гірки із крутими схилами, рис.1. Вершина гірки відповідає сучасному клімату. Прірви праворуч і ліворуч від гірки відповідають стійким станам повного випару океанів і повного заледеніння планети. Як м’ячик, покладений на вершину крутої гірки, легко скачується в будь-якому напрямку, так і клімат Землі, якби він визначався тільки фізичними закономірностями, швидко перейшов би в одне із двох стійких, але неприйнятних для життя станів.

У той же час відомо, що життя існує на Землі вже близько чотирьох мільярдів років. Це означає, що протягом усього цього часу стійко підтримувалися прийнятні для існування життя значення средньоглобальної температури. Згідно палеоданих, характерні відхилення средньоглобальної температури земної поверхні не перевищували п'яти, максимум десяти градусів протягом десятків мільйонів років. У чому причина подібної стійкості?