Теория антропогенного изменения климата. Глобальное потепление
В последнее время термин «изменение климата» используется как правило для обозначения изменения в современном климате.
Так изменение климата в словоупотреблении МГЭИК относится к изменению состояния климата, которое может быть определено через изменения средних значений и/или изменчивость его свойств и которое сохраняется в течение продолжительного периода, как правило, несколько десятилетий или больше. Оно относится к любому изменению климата во времени, будь то вследствие естественной изменчивости или в результате деятельности человека. Эта трактовка отличается от того, что употребляется в Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН), где изменение климата означает изменение климата, которое прямо или косвенно обусловлено деятельностью человека, вызывающей изменения в составе глобальной атмосферы, и накладывается на естественную изменчивость климата, наблюдаемую за сопоставимые периоды времени.
4ый оценочный доклад
Данные метеорологических наблюдений свидетельствуют о том, что в последние десятилетия XX века – начале XXI века климат Земли заметно изменился.
Позиция Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, согласованная с национальными академиями наук стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C со времени начала промышленной революции (со второй половины XVIII века), и что «большая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект: углекислого газа (CO2) и метана (CH4).
Википед,
McCarthy J. J. et al. (ed.). Climate change 2001: impacts, adaptation, and vulnerability: contribution of Working Group II to the third assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. – Cambridge University Press, 2001.
Change I. P. O. C. Climate change 2007: the physical science basis //Agenda. – 2007. – Т. 6. – №. 07.
Оценки, полученные по климатическим моделям отчета МГЭИК 2007 г. говорят, что к началу XXII века средняя температура поверхности Земли может повыситься на величину от 1,8 до 3,4 °C.
Pachauri R. K. Climate change 2007. Synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fourth assessment report. – 2008.
В настоящее время в определенных кругах считается, что существует научное обоснование:
наличия парникового эффекта как физического явления и его антропогенного усиления;
существования изменения концентрации парниковых газов в атмосфере;
повышения средней температуры на планете и его могут объяснить математические модели.
Ануфриев В. П., Чазов А. В. Энергоэффективность и проблема изменения климата/Учебный курс для студентов энергетических специальностей высших учебных заведений //WWF России. – 2006.
Достаточно убедительных доказательств того, что причиной глобального потепления являются именно техногенные выбросы в атмосферу углекислого газа и других ПГ найти не удается.
Парниковый эффект. Парниковый эффект - вопрос не новый. Еще в 1827 году французский ученый Фурье [Грабб М., Вролик К., Брэк Д. Киотский протокол. Анализ и интерпретация. Редакторы русского издания: Л //Скуратовская и А. Кокорин. – 2001.] дал его теоретическое обоснование: атмосфера пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает отраженную Землей длинноволновую тепловую энергию. (рис.) В конце XIX века шведский ученый Аррениус пришел к выводу, что из-за сжигания угля изменяется концентрация СО2 в атмосфере - и это должно привести к потеплению климата. В 1957 г. - Международном геофизическом году - наблюдения показывали, что уже идет значительный рост концентрации СО2 в атмосфере.
Российский ученый Михаил Будыко [Будико М. И., Израэль Ю. А., Борженкова И. И. Антропогенные изменения климата. – Гидрометеоиздать, 1987.] сделал первые численные расчеты и предсказал сильные изменения климата.
Рис. . Схема образования парникового эффекта
Парниковый эффект вызывается водяным паром, углекислым газом, метаном, закисью азота и рядом других газов, концентрация которых в атмосфере незначительна – озон, фторуглеводороды, фторуглероды, гексафторид серы. Конечно, парниковый эффект был всегда, как только у Земли появилась атмосфера. Другое дело - усиление парникового эффекта: человечество выбрасывает СО2, сжигая ископаемое топливо, миллионы лет изымавшееся из атмосферы и хранившееся в виде угля, нефти и газа. Парниковые газы накапливаются в атмосфере и оказывают значительное влияние на ее радиационный режим – происходит усиление парникового эффекта, ведущее к потеплению в приповерхностном слое атмосферы и к изменению глобального климата в целом.
Результаты ряда научных исследований указывают на то, что при продолжении увеличения концентраций парниковых газов в атмосфере соответствующие изменения глобального климата могут привести к нежелательным и даже опасным последствиям для ряда природных и хозяйственных систем, а также для здоровья человека [Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме / Под ред. А.И. Бедрицкого. – М.: Росгидромет, 2008].
Но дело даже не столько в собственно потеплении, сколько в разбалансировке климатической системы. Резкий выброс СО2 - своего рода химический толчок по климатической системе. Средняя температура на планете от этого изменяется несильно, а вот колебания внутри ее становятся гораздо сильнее.
Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере. Глобальные концентрации углекислого газа (СО2), метана (СН4) и закиси азота (N2O) в атмосфере заметно повысились в результате деятельности человека с 1750 года, и сейчас далеко превосходят доиндустриальные значения, определенные по кернам льда, охватывающим многие тысячи лет. При этом рост концентрации парниковых газов продолжается сейчас со все большей скоростью.
Пачаури Р.К., Райзингер А. и др. четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата: рабочих групп I,II,III //Обобщающий доклад. – 2007. – С. 104.
В соответствии с теорией глобального потепления основной причиной изменения газового состава атмосферы в индустриальную эру является возрастающая хозяйственная деятельность – рост потребления энергии в результате сжигания ископаемого топлива и выброса в атмосферу продуктов этого сжигания. Хозяйственная деятельность также приводит к сокращению площади лесов, нарушению естественной поверхности почвы, что способствует ослаблению роли естественных стоков парниковых газов. Несмотря на то, что количество их в атмосфере чрезвычайно мало (объемная концентрация СО2 составляет 0,038 %, других газов – не более 0,002 %), их влияние на термический режим атмосферы чрезвычайно велико [Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т. Введение в химию окружающей среды. – М.: Наука, 1999. – C. 235-258.].
Диоксид углерода (СО2) является наиболее важным из перечисленных выше парниковых газов по влиянию на климат. Примерно 3/4 антропогенной эмиссии СО2 в течение последних 20 лет обусловлено сжиганием ископаемого топлива. Остальная часть эмиссии связана с сжиганием биомассы, сокращением площади лесов, некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента).
Парниковые газы характеризуются большим сроком нахождения в атмосфере. Половина всех выбросов CO2 остается в атмосфере 50 – 200 лет, в то время как вторая половина поглощается Океаном, сушей и растительностью. При этом основная роль принадлежит океану, по некоторым оценкам, примерно 80% поглощения CO2 и производства кислорода приходится на фитопланктон.
Кокорин А. О. и др. Парниковые газы–глобальный экологический ресурс: Справочное пособие //М.: WWW-России. – 2004.
До начала индустриальной эры его средняя глобальная концентрация в атмосфере составляла 280 ± 10 ppm (частей на миллион). В течение последних 10 000 лет она изменялась не более чем на 20 ppm, причем эти изменения были обусловлены естественными причинами. В докладе МГЭИК отмечается беспрецедентное по скорости увеличение концентрации СО2 в атмосфере за последние 250 лет. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме / Под ред. А.И. Бедрицкого. – М.: Росгидромет, 2008.
После 1750 года концентрация СО2 увеличилась на 36 % и в 2012 году составила 379 ppm (рис.)
http://cdiac.ornl.gov/
Рис. . Динамика глобальных выбросов СО2
За последние 10 лет увеличение средней глобальной концентрации CO2 было значительным и составило 1,9 ppm в год.
Парниковый эффект от разных газов можно привести к общему знаменателю, выражающему то, насколько 1 тонна того или иного газа дает больший эффект, чем 1 тонна CO2. Для метана переводной коэффициент равен 21, для закиси азота 310, а для некоторых фторсодержащих газов несколько тысяч McCarthy J. J. et al. (ed.). Climate change 2001: impacts, adaptation, and vulnerability: contribution of Working Group II to the third assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. – Cambridge University Press, 2001.
Однако, хотя концентрации метана и выросли примерно в 2,5 раза, это намного меньше, чем эффект от изменения концентрации CO2. Оценки показывают, что именно с CO2 связано примерно 80% антропогенного парникового эффекта, в то время как метан дает 18–19%, а все остальные газы 1–2%. Поэтому во многих случаях, говоря об антропогенном парниковом эффекте, подразумевают именно CO2.
Метан (СН4) является вторым по значимости парниковым газом после СО2. Его концентрация увеличилась в 2,5 раза по сравнению с концентрацией в доиндустриальный период и составила 1774 ppb в 2005 году (рис.). Антропогенные выбросы метана связаны с нарушением природного равновесия водно-болотных экосистем, с технологическими утечками, с функционированием полигонов твердых отходов, а также неполным сгоранием топлива.
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме / Под ред. А.И. Бедрицкого. – М.: Росгидромет, 2008.
http://cdiac.ornl.gov/
Рис. . Динамика глобальных выбросов СН4
Закись азота (N2O). Содержание этого газа в атмосфере увеличилось на 18% к 2005 году по сравнению с содержанием в доиндустриальный период (270 ppb) и составило 319 ppb. Скорость увеличения составляла 0,8 ppb в год в течение нескольких десятков лет (рис.). Данные ледниковых кернов показывают, что за последние 10 тыс. лет часть общего содержания N2O в атмосфере, имеющая естественное происхождение, изменилась менее чем на 3%.
Рис Динамика глобальных выбросов N2O
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме / Под ред. А.И. Бедрицкого. – М.: Росгидромет, 2008.
http://cdiac.ornl.gov/
Тропосферный озон (О3). Увеличение содержания в атмосфере тропосферного озона усиливает парниковый эффект. Основными антропогенными источниками озона в тропосфере являются фотохимические реакции, протекающие с участием химических предшественников озона – оксидов азота NO и NO2, а также летучих органических соединений естественного и антропогенного происхождения. Антропогенные выбросы оксидов азота связаны в основном с теплоэнергетикой и транспортом.
Водяной пар (H2O). В парниковый эффект в целом вклад еще больший, чем CO2, вносит водяной пар - главный парниковый газ планеты. Однако изменений его концентрации в атмосфере пока не зарегистрировано (ни антропогенных, ни естественных), поэтому о нем обычно умалчивают.
Ануфриев В. П., Чазов А. В. Энергоэффективность и проблема изменения климата/Учебный курс для студентов энергетических специальностей высших учебных заведений //WWF России. – 2006.