Парниковый эффект и глобальное потепление климата

Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15 °С. 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 °С. 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 Мирового океана и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды».
Парниковый эффект - проблема не новая. Еще в 1827 г. французский ученый Ж. Фурье высказал предположение, что атмосфера Земли подогревает поверхность, пропуская к ней солнечное излучение с высокой энергией, но не давая выйти в космос части длинноволновой тепловой радиации, отражающейся от земной поверхности. Этот эффект вызывается несколькими парниковыми газами, в особенности диоксидом углерода и водяным паром. В конце XIX в. шведский ученый С. Аррениус пришел к выводу, что возрастание выбросов диоксида углерода предприятиями, возникшими в период промышленной революции, изменило содержание газов в атмосфере и что это может привести к росту приземной температуры. Исследования последних лет подтвердили, что парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект (рис. 8.2). Но следует признать, что данный термин не

Рис. 8.2. Парниковый эффект:
1 - нагревание земной поверхности; 2 - отражение теплового излучения Земли
вследствие загрязнения атмосферы

совсем правилен. Стекло парника действительно пропускает солнечный свет и задерживает инфракрасное излучение, но процесс этот происходит только благодаря рассеиванию 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 ее тепловую энергию и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от иных 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 приближалось к 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 приводят 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 %. 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.
Максимумы концентрации метана в атмосфере 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, образующие метан при низких положительных температурах (+5 °С). 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 °С (близ экватора) до 5 °С (в высоких широтах).
За 100 лет температура в Северном полушарии выросла больше, чем за предыдущую тысячу лет. В крупных городах стало на 1,5 °С теплее, если не исключать «городской» эффект - даже на 3 °С. 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 г. с маленького островного государства Тувалу (26 км2,11 тыс. 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 м.
Еще в XIX в. в Голландии катались на коньках, Темза зимой была полностью скована льдом. А уже к 1940 г. в Гренландском море количество льдов по сравнению с началом XX в. сократилось вдвое, а в Баренцевом - почти на треть.
Группа шведских климатологов и океанологов проанализировали спутниковые данные за период с 1978 по 1995 г., которые позволили определить состояние морских льдов в Арктике.
Установлено, что за эти годы площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане сократилась примерно на 610 тыс. км2, т.е. на 5,7 %. Одновременно выяснилось, что через пролив Фрам, отделяющий архипелаг Свальбард (Шпицберген) от Гренландии, ежегодно со средней скоростью около 15 см/с выносится в открытую Атлантику около 2600 км3 плавучего льда (что примерно в 15 - 20 раз больше стока такой реки, как Конго).
В наступившем столетии в Северном полушарии ледовое покрытие рек и озер будет держаться на 2 недели меньше, чем в XX в. Растают ледовые покровы в горах Южной Америки,
Африки, Китая и Тибета. В России подходящего места для катания на горных лыжах не отыщется.
Две самые высокие точки Африки - Килиманджаро и Кения - почти лишились ледникового покрова. И если вырубку лесов и загрязнение атмосферы не остановить, то в течение 25-50 лет они полностью оголятся. Следствием станет обмеление крупнейших рек континента.
Килиманджаро потеряла 82 % своей ледяной «шапки». Одна из немногих экваториальных вершин, где существуют постоянные ледники - Кения - потеряла 92 %.
Уменьшение ледового покрова Килиманджаро фиксируется на протяжении последних 80 лет, а кенийские льды тают уже целый век. И если ситуация вокруг гор не изменится, то за следующие 25-50 лет обе горы останутся полностью без снега.
Эти горы можно считать стратегическими точками Африки - их ледниками питаются большинство рек континента, в том числе крупнейшие - Конго и Нил. А когда ледники растают, подпитка резко уменьшится, и реки частично обмелеют, а большей частью пересохнут.
С глобальными процессами жители окрестностей тающих гор справиться не в силах - это задача мирового сообщества. Однако человечество может изменить ситуацию более локальными средствами.
В частности, одна из основных причин таяния ледников - вырубка леса. Из-за уменьшения лесных массивов в атмосферу выделяется меньше влаги, восполняющей толщи ледника. Оставшиеся после вырубки площади превращаются в раскаленные «сковороды», существенно увеличивающие температуру.
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 за последнюю тысячу лет оказался наиболее быстрым.
Представители Всемирной метеорологической организации сообщили, что в 2001 г. средняя температура в мире выросла на 0,42 °С по сравнению с 1961-1990 гг. Теплеет вот уже 23 года подряд. XX в. стал самым теплым столетием, а 90-е гг. - 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 г. 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 (1/3 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.
В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами более чем из 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы С02. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 гг. выбросы С02 на 5 % от уровня 1990 г.: Европейский союз должен сократить выбросы С02 и других тепличных газов на 8 %; США - на 7 %; Япония - на 6 %.
Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к 38 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 дополнительные 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.
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 приходит

ся 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.

<< | >>

↑

Источник: Маврищев, В. В.. Основы экологии: учебник. 2007

Еще по теме Парниковый эффект и глобальное потепление климата:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -