Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

1. Потепление климата на планете

Аномальные изменение температуры и природные катаклизмы являются одними из обсуждаемых международных тем XXI века. Высокая скорость потепления климата, наблюдаемая в течение последних десятилетий, вызывает беспокойство. Наука предоставляет в исследованиях аргументы, подтверждающие связь хозяйственной деятельности человека с выбросами парниковых газов (ПГ), которые в конечном итоге оказывают влияние на климат. Начиная с 1860 г. к ПГ стали относить диоксид углерода (СО2), который сильно экранирует инфракрасное излучение Земли. Крупнейшими мировыми проблемами последних десятилетий стало глобальное потепление и появление озоновых дыр. Из парниковых газов наибольшее воздействие на глобальное потепление оказывает водяной пар (около 60 %), затем углекислый газ (20 %), метан (15–18 %), хлорфторуглероды (фреоны), окислы азота (2–5 %) [1]. Суммарное количество ежегодных выбросов метана природного происхождения составляет ~ 6,7⋅1014 г, а суммарные выбросы метана из антропогенных источников равны ~ 4,8⋅1014 г. [1]. Предполагают, что природные выбросы метана в атмосферу составляют по своему объему около 60 %, а антропогенные – 40 %. Несмотря на сформированное общественное мнение, причины потепления климата окончательно не установлены.

Если углекислый газ признать причиной глобального потепления, то после 1940 г. выбросы росли, следовательно, десятки лет не должна была понижаться температура. С 1970 г. и по настоящее время – снова теплеет. Существует мнение, что глобальные изменения климата связаны в основном с усилением глубинной дегазации Земли. Заявление о высоких объемах антропогенной углекислоты, поступающей в атмосферу, не доказывает его роли. Углекислый газ, выработанный при антропогенной деятельности, или поступающий из недр во время вулканических извержений, либо образующийся при разложении органического вещества, не может подниматься от земли выше первых метров. Его плотность (1,9768 г/л) [2] существенно больше плотности воздуха. Роль антропогенного фактора здесь является подчиненной.

Является ли наблюдаемое изменение климата результатом очередного потепления Земли, или результатом деятельности человека? Конечно, антропогенные выбросы вредят экологической обстановке на планете. При подвижках земной коры неоднократно отмечали природные процессы, которые сопровождались масштабными выбросами в атмосферу и восходящих потоков разлагающегося газа метана [3]. Изменение климата беспокоит общество. Основные дискуссии по изменению климата касаются вопроса соотношения между естественными и антропогенными факторами, определяющими динамику температуры планеты. Концепция антропогенного происхождения глобального потепления, стала действенным инструментом геополитики.

Под воздействием выбросов в атмосферу температура на Земле неуклонно идет вверх. Особенно быстро этот процесс происходит в последние пятьдесят лет. Какова доля антропогенного фактора в потеплении? Одной из причин повышения температуры на Земле большинство климатологов считают парниковый эффект. Многие российские исследователи придерживаются мнения, что причины носят естественный характер. Современная наука предоставляет аргументы, подтверждающие связь хозяйственной деятельности человека с выбросами ПГ, которые, якобы, в конечном итоге и оказывают влияние на климат.

Содержание диоксида углерода (СО2) и метана (СН4) в атмосфере начало быстро увеличиваться с конца XVIII века. Начиная с 1860 г. к ПГ стали относить углекислый газ, который поглощает инфракрасное (ИК) излучение Земли. Газы атмосферы, облака и аэрозоли экранируют ИК—излучение земной поверхности, создают парниковый эффект в системе Земля – атмосфера. Шведский ученый, С. Аррениус, в 1896 году рассчитал коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, а также изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Он выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.

Согласно данным Организации объединенных наций, гидрофторуглероды (ГФУ), пришедшие на смену хлорфторуглеродам (ХФУ), не оказывают разрушающего влияния на озоновый слой, являясь мощными парниковыми газами. Объем их выбросов в атмосферу в 2010 – х годах составлял порядка 0,5 гигатонн эквивалента углекислого газа в год, ежегодно увеличиваясь на 7 % [4]. Добавочное поступление СО2 связывают в основном со сжиганием топлива, уничтожением лесов и минерализацией пахотных почв. Концентрация СН4 в атмосфере с начала XIX века почти удвоилась [5]. Возрастание концентрации метана в атмосфере объясняют увеличением поголовья скота (СН4 – один из продуктов метаболизма жвачных животных), переувлажнением земель при культивации риса и возрастанием добычи угля, в залежах которого этот газ накапливается.

В мире идет процесс унификации производства и потребления, разрабатываются и устанавливаются новые стандарты экологических норм, правил. Подготавливаются соответствующие нормативно-правовые документы. С целью изменить негативную ситуацию с выбросами газов в атмосферу, сложившуюся во многих промышленно развитых странах, в декабре 1997 в г. Киото (Япония) группой государств подписан протокол о сокращении выбросов ПГ в атмосферу. Киотский протокол (КП) был открыт для подписания и ратификации всем странам мира 16 марта 1998 г. Участниками Киотского Протокола с 2002 г. являлись государства-члены Европейского Союза, Япония, а также другие страны. Всего на октябрь 2004 г. Киотский протокол был подписан 124 странами. Совокупный выброс парниковых газов стран—участниц составлял 46 %. С целью сдерживания тренда глобального потепления на Земле, Международная Группа Экспертов по Изменению Климата считает, что потепление климата, начиная с 1970–х годов, является результатом хозяйственной деятельности человека [6]. Используемые модели климата при разных сценариях роста концентрации ПГ в атмосфере давали прогноз, что к 2100 году аномалия глобальной температуры может достичь 2 °С.

Большая часть стран—участниц протокола превысила свои лимиты по эмиссии парниковых газов. Специалисты в сфере климатической науки высказываются о неэффективности Киотского протокола, т. к. в документе нет реальных рычагов для регулирования выбросов. По результатам современных исследований, из всех парниковых газов наибольшее воздействие на глобальное потепление оказывает водяной пар (около 60 %), затем углекислый газ (20 %), метан (15–18 %), хлорфторуглероды (фреоны), окислы азота (2–5 %) [1]. Вопрос удельного веса антропогенных факторов в происходящих изменениях остается не решенным. В связи с потерей ведущей роли в атмосфере углекислоты, главная роль в парниковом эффекте стала переходить к другим газам: метану, затем аргону и фреонам, роль которых, по мнению исследователей, сравнительно не велика.

Рост СО₂ в атмосфере от антропогенного фактора трудно признать значимым. Содержание углерода в самой атмосфере – около 750 Гт, в поверхностных слоях океана – 1000 Гт, околоземной биоте, включая почвы, – около 2200 Гт. Ежегодное антропогенное поступление углерода в атмосферу 5,5 Гт, т. е. 0,14 %. Наблюдаемый ныне рост СО₂ в атмосфере происходит после длительного периода потепления. По мнению ученых, этот рост может быть следствием естественного процесса и интенсификации выделения СО2 океаном из—за увеличения температуры воды.

Большую роль в привлечении внимания к проблемам климата сыграли прогнозы последствий воздействия человечества на климат. Повышение среднегодовой температуры воздуха не может служить доказательством антропогенного воздействия на климат. Модельные результаты показали, что потепление атмосферы между 1910 и 1940 гг. происходило в основном из-за колебания солнечной активности и в меньшей степени от антропогенных факторов парниковых газов и аэрозоля сульфата в тропосфере.

В последних «Обзорах» Межправительственной группы экспертов по проблеме изменений климата (МГЭИК) наблюдаемое ускорение связывают не только с антропогенными, но и с природными причинами. Экологические проблемы (нарушение озонового слоя, уничтожение лесных массивов и опустынивание территорий, загрязнение атмосферы и гидросферы, выпадение кислотных дождей), как утверждают ученые, возникают от деятельности людей. Снижается площадь лесов, тропические леса уничтожаются со скоростью 114 тыс. кв. км в год, происходит деградация почв (потеряно 2 млрд. га плодородных земель) [7].

Тема вокруг глобального потепления фокусируется на антропогенном происхождении изменений климата и на ограничении выбросов парниковых газов в атмосферу, прежде всего углекислого газа. Большую роль в привлечении внимания к проблемам климата сыграли прогнозы последствий воздействия человечества на климат. Варианты прогноза будущих изменений климата остаются сомнительными. Анализ данных, как правило, ограничивается результатами наблюдений приземной температуры воздуха (ПТВ). Среднегодовые значения ПТВ опираются на результаты наблюдений, накопленные за последние 100–150 лет за изменением температуры поверхностных вод океана. Несмотря на мнение, сложившееся в обществе (можно сказать и навязанное), причины глобального изменения климата окончательно не установлены.

Важная особенность динамики климата состоит в том, что, начиная с 1950 г., средняя скорость повышения ночных (минимальных) значений ПТВ на суше примерно вдвое превосходила скорость роста дневных (максимальных) значений ПТВ (0,2 °С против 0,1 °С за 10 лет). При сравнении средне—глобальной ПТВ Северного полушария, в «Обзорах» 2001 и 2007 гг. были исключены период потепления (900–1200 гг.) и период похолодания (1550–1900 гг.). Такой способ подбора фактов дал составителям «Обзоров» основание утверждать, что потепление климата в Северном полушарии в ХХ веке было самым сильным за последние десять веков, а десятилетие 1990–2000 гг. было самым теплым. Утверждение формируют иллюзию, что причиной появления экстремальных температур является заметный рост в последние три десятилетия именно концентрации СО2. Авторы статьи [3] называют это спекулятивными представлениями далекими от науки.