8.3. Парниковый эффект

Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15^оС. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.

В последнее столетие деятельность человека, связанная с техническим прогрессом, привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы "парниковыми". К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового одеяла, окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40 градусов. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным.

По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, «увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды». <o:p></o:p></span>

Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Исследования последних лет подтвердили, что парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект. Следует, однако, признать, что этот термин не совсем правилен. Стекло парника действительно пропускает солнечный свет и задерживает инфракрасное излучение, но процесс этот происходит только благодаря рассеянию тепла посредством конвекции. Однако термин "парниковый эффект" понятен каждому, и он прижился в научной терминологии.

Одна из основных экологических проблем связана с тем, что в результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20% и на долю метана - 18%.

В глобальном масштабе содержащийся в воздухе углекислый газ играет ту же роль, что и стекло. Световая энергия проникает сквозь атмосферу , поглощается поверхностью земли, преобразуется в её тепловую энергию, и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от других природных элементов атмосферы, его поглощают. При этом он нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней углекислого газа, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено и тем теплее она станет.

В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось равным 0,03%. В 1956 г. ученые провели специальные исследования в рамках Первого международного геофизического года. Приведенная величина была уточнена и составила 0,028%. В 1985 г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034%. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа - факт доказанный.

За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере увеличилось на 25%. Связано это, с одной стороны с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и др., а с другой - с ежегодным уменьшением площадей лесов на нашей планете, которые являются основными поглотителями углекислого газа. К тому же развитие таких отраслей сельского хозяйства, как рисоводство и животноводство, а также увеличение площадей городских свалок приводит к увеличению выделения метана, оксида азота и некоторых других газов. Следовательно, если количество вещества, поглощающего в инфракрасной области (например, углекислого газа) растет, то земная поверхность поглощает больше энергии и ее температура увеличивается.

Вторым по значению "парниковым" газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на 1% в год. Биологические превращения метана способны осуществлять только очень специфические бактерии. Наиболее значимые его поставщики - свалки, крупный рогатый скот, рисовники. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса. Так что на поступление метана в атмосферу рисовые сельскохозяйственные экосистемы оказывают умеренное влияние.

Так где же метан максимально концентрируется в атмосфере? Такие максимумы были найдены в высоких широтах Северного полушария. Ученые установили, что в тундре, особенно над кочками с пушицей, довольно много метана. Там были найдены бактерии, в частности метаносарцина, образующая метан при низких положительных температурах (+5^оС). Метаносарцина является наиболее универсальной из метаногенов. Впоследствии было рассчитано предполагаемое местонахождение центров образования метана на Земле. Один из таких центров расположен в Западной Сибири, а область повышенного образования протягивается через Северную Европу.

Таким образом, сегодня уже не остается сомнений, что тенденция использования преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5^оС (близ экватора) до 5^оС (в высоких широтах).

За 100 лет температура в Се­верном полушарии выросла больше, чем за предыдущую тысячу лет. В крупных городах стало на 1,5 градуса теплее, если не исключать «город­ской» эффект—даже на 3 градуса. Мороз стал редкостью, весна при­ходит раньше.

Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит небывалым экологическим, экономическим и социальным взрывом. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. Примерно 1/3 территории Бангладеш и 1/4 территории Египта могут быть поглощены морем. Это станет началом трагедии для 46 млн людей. Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением.

В самом уязвимом положении находятся Африка и Азия, пере­живающие демографический бум.

Из-за потепления придет в упадок сельское хозяйство, снизятся уро­жаи, начнется засуха, рост заболе­ваний. Австралия будет томиться от жажды. Восточное побережье США попадет в зону разруши­тельных штормов, которые повле­кут за собой эрозию прибрежной полосы. Пустыни разрастутся, бу­ри и наводнения станут чаще.

Ледовый покров Арктики со­кратится на 15%. Лед на Антарк­тическом побережье отступит на 7—9 градусов. Подъем уровня Мирового океана вызовет ко­лоссальные затопления и необхо­димость переселения до 1 млрд человек. О том, что это не просто слова говорит следующий факт. В июле 2002 года с ма­ленького островного государства Тувалу (26 кв. км, 11 тысяч чело­век) в Тихом океане раздался при­зыв о помощи. Тувалу медленно, но верно уходит под воду — самая высокая точка в государстве воз­вышается над уровнем океана все­го на 5 метров.

В наступившем столетии в Се­верном полушарии ледовое по­крытие рек и озер будет держать­ся на 2 недели меньше, чем в XX веке. Растают ледовые покровы в горах Южной Америки, Африки, Китая и Тибета. В России подхо­дящего места для катания на гор­ных лыжах не отыщется.

Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты. Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть, сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений.

О глобальном потеплении свидетельствует необычно быстрый рост хвойных деревьев на о. Тасмания. Местные сосны, возраст которых составляет несколько тысяч лет, среди древесной флоры Южного полушария выделяются четко выраженными годичными кольцами. Детальное изучение колец у 23 живых и засохших сосен показало, что с 1985 г. их рост эа последнюю тысячу лет оказался наиболее быстрым.

Представители Всемирной метеорологической организации сообщили, что в 2001 году средняя температура в мире выросла на 0,42^о по сравнению с 1961-1990 годами. Теплеет вот уже 23 года подряд. XX век стал самым теплым столетием, а 90-е годы - самым «жарким» десятилетием всего прошедшего тысячелетия. Если человечество будет выбрасывать углекислый газ в атмосферу такими же темпами (а именно парниковые газы считаются главной причиной глобального потепления), к 2100 году температура увеличится в среднем на полтора градуса!

Исследования показали, что для избежания глобальной катастрофы необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд т в год (одна треть нынешнего объема). Учитывая естественный прирост населения, к 2030-2050 гг. на душу населения должно выбрасываться не более 1/8 объема углерода, приходящегося сегодня в среднем на одного жителя Европы.

<span style='font-size:18.0pt'>В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 годам выбросы СО₂ на 5% от уровня 1990 года: <o:p></o:p></span>

• <span style='font-size: 18.0pt'>Европейский союз должен сократить выбросы СО₂ и других тепличных газов на 8%. <o:p></o:p></span>

• <span style='font-size: 18.0pt'>США - на 7%. <o:p></o:p></span>

• <span style='font-size: 18.0pt'>Япония - на 6%. <o:p></o:p></span>

<span style='font-size:18.0pt'>Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительныe выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% - будет выполнена. <o:p></o:p></span>

Наше поколение является свидетелем начинающегося глобального потепления климата. На чем основаны эти доводы? Самым теплым годом с тех пор, как люди стали регулярно измерять температуру на поверхности Земли, является 1990 г. За период с 1850 г. шесть из семи самых теплых лет приходится на период после 1990 г. В то же время, начиная с 1900 г., значительно увеличилось (в США, например, на 20%) количество экстремальных осадочных явлений (снежные бури, ливневые дожди). Точные причины этого явления хотя и не установлены, однако его масштабы хорошо согласуются с компьютерными моделями последствий глобального потепления.