Проблема глобального потепления: реальность и прогнозы

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 551.58: 523.9

Военно-космическая академия

имени А. Ф. Можайского

ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ: РЕАЛЬНОСТЬ И ПРОГНОЗЫ

Л.К. ГОРШКОВ

Земля как планета Солнечной системы никогда не отличалась стабильностью климата, изменение которого во времени всегда имело циклический характер:

наблюдалось множество периодов, когда средние глобальные температуры превышали средний уровень (потепления), но были и значительные понижения (похолодания). Поэтому глобальное потепление конца ХХ -- начала ХХI веков представляется в истории Земли рядовым явлением в планетарном масштабе, связанным с изменением солнечной активности. Самым замечательным свойством и в то же время наиболее важной особенностью солнечной активности является взаимодействие малых (11-летних) и больших (двухвековых) циклов: близких к периодическим изменениям интенсивности потока излучаемой Солнцем энергии и проявлений пятнообразовательной функции. Климат при этом проявляется как сложная нелинейная динамическая система, формирующаяся под воздействием многих факторов, обеспечивающих атмосферу планеты теплом и влагой и определяющих динамику воздушных течений. Но главной особенностью земного климата считают его зависимость от поступления солнечного излучения, циркуляции воздушных масс и характера земной подстилающей поверхности. Климат отдельного региона, кроме того, определяется географической широтой; удаленностью от морских побережий; орографическими особенностями (рельефом); наличием растительного покрова (лесов, главным образом), ледников и снеговых образований; степенью загрязненности атмосферы. В свою очередь, климат влияет на географическое распределение растительности, почв и водных ресурсов и, следовательно, на землепользование и экономику, а также на условия жизни и здоровье человека.

В этой связи глобальные потепления (или глобальные похолодания) являются климатическими событиями планетного масштаба, что может привести и часто приводило к значительным преобразованиям во всех геосферах, затрагивая все стороны существования как неживого, так и, главным образом, живого мира Земли.

Изменения глобального климата проявляются при взаимодействии разнообразных физических процессов, приводящих к изменениям тепловых потоков внутри системы «океан -- суша -- атмосфера». При этом могут изменяться и доля поглощённой земной поверхностью коротковолновой солнечной радиации, и (или) доля поглощенной длинноволновой (инфракрасной, теплой) земной радиации атмосферными парниковыми газами. Поэтому долговременные вариации солнечной постоянной имеют чрезвычайно важное значение для физического состояния Земли и условий жизни на ней, поскольку они могут оказать решающее влияние на существование человечества и всего живого на планете.

Усредненная за 11-летний цикл постоянная величина равномерно распределённого и приходящего на верхнюю границу атмосферы Земного шара притока удельной мощности солнечного излучения равна около 342 Вт/м2 [1]. Из этого количества более 22% отражается облаками, аэрозолями и атмосферой обратно в космическое пространство, около 20% поглощается атмосферой. Поверхности Земли достигает около 58% солнечной энергии в виде прямого и рассеянного потока, из них примерно 9% отражается обратно в космос, и только чуть более 49% поглощается земной поверхностью и идет на нагревание Земли [2], неодинаковое по интенсивности на разных участках суши, океана и атмосферы, что приводит к возникновению мощных течений и цунами в океанах и морях, а также ветров, циклонов, антициклонов, ураганов и смерчей на суше и в атмосфере. Такие водно-воздушные перемещения сглаживают резкие перепады температуры и тем самым формируют климат как всей планеты в целом, так и отдельных её регионов. Однако при сохранении общих климатических закономерностей наблюдаются и заметные отклонения от средних величин (погодные аномалии, связанные с действием двухвековых циклических вариаций потока солнечной энергии). Эти вариации зависят от «остывания» или «нагрева» Солнца, то есть от изменений его активности, из-за чего и наблюдаются глубокие (иногда -- глобальные) похолодания и потепления, соответственно, сопровождаемые изменением содержания в воздухе тех или иных газов, например, парниковых (водных паров, углекислого газа, метана, озона).

Современные методы измерений позволяют определять климатические характеристики прошлых эпох, например, ледниковых (похолоданий) и межледниковых (потеплений) периодов. Новые прецизионные измерительные системы обеспечивают с высокой точностью определение концентраций даже «малых» газов (СО2, например) в пузырьках воздуха, находящихся в слоях материковых льдов, образцы которых u1086 отбираются с помощью глубоких скважин, пройденных в Антарктиде, Гренландии, островах Северной Земли и т. п. В качестве примера можно привести отбор многокилометровых керновых проб льда из самой глубокой на Земле скважины (более 3600 м), пройденной в ледовом куполе российской станции «Восток» в Антарктиде (руководитель буровых работ --профессор Горного университета Н. И. Васильев, 2013 г.). С помощью анализа этих керновых проб льда были восстановлены земные «апокалипсисы», показавшие временные ряды температур приземного воздуха, наличие в нем углекислого газа и метана, а также нерастворимой минеральной пыли за 420 тыс. лет [3]. При этом была отмечена тесная связь между циклическими изменениями температуры и содержанием в атмосфере парниковых газов, в частности углекислого газа: повышение концентрации СО2, как правило, спустя некоторое время (до 200 лет) после соответствующего глобального потепления климата, имеющие место в доисторическую эпоху Земли, когда никакого индустриального воздействия на природу не могло быть.

Более того, при анализе керновых ледовых проб было установлено, что периодические повышения содержания СО2 в атмосфере в течение 420 тыс. лет никогда не предшествовали потеплению климата и, тем самым, никогда не были причиной глобальных потеплений, скорее, являлись следствием роста температуры, обусловленного длительным поступлением повышенной среднегодовой энергии солнечного излучения, то есть не проявлением парникового эффекта, так как теория последнего предполагает обратную последовательность: сначала рост концентрации СО2, а затем -- соответствующее потепление.

Таким образом, в современной трактовке феномена глобального потепления причина подменена признаком, хотя известно [4], что концентрация СО2 в атмосфере регулируется уровнем средней температуры Мирового океана и является вторичной по отношению к росту глобальной температуры. Если же говорить о похолоданиях, то они всегда предшествовали снижениям концентрации СО2.

Рост содержания СО2 в доисторический период Земли обусловливался значительным прогревом вод Мирового океана, где количество растворенного углекислого газа в 50-60 раз превышает его наличие в атмосфере.

При прогреве Мирового океана в атмосферу выбрасывается огромная масса СО2, естественно, без антропогенного вмешательства. Могут быть и другие источники поступления углекислого газа: например, в процессе оттаивания в теплой воде океана старых мертвых водорослей, вмороженных в айсберги [5,6], дрейфующие у берегов Антарктиды; при хищническом вырубании лесов, основных биологических потребителей углекислого газа; при лесных пожарах, извержениях вулканов и т. п.

Что же касается теории парникового эффекта и его связи с ростом концентрации СО2 в атмосфере, то по этому вопросу можно высказать следующее. Теория парникового эффекта предполагает, что Земля поглощает солнечную энергию, главным образом, в коротковолновом участке спектра, а сама излучает в космос в основном длинноволновые инфракрасные лучи, о чем говорилось выше. Это инфракрасное излучение поглощается не кислородом и азотом атмосферы (где они занимают 99% пространства), а малыми газами: водяным паром (Н2О), углекислым газом (СО2), метаном (СН4), озоном (О3) и др., -- свободно пропускающими солнечную энергию к Земле и не препятствующими отводу тепла в космос. Такой естественный парниковый эффект и обеспечивает условия для жизни на Земле.

Ученые считают, что без такого эффекта планета в настоящее время была бы холоднее на 33°C, то есть площадь зоны многолетней (вечной) мерзлоты могла бы значительно превысить существующие современные границы.

Понятие парникового эффекта введено в науку шведским физико-химиком С. Аррениусом, который считал, что при огромной концентрации СО2 в атмосфере Земли можно вернуть полярным областям тропический климат. Этот так называемый эффект Аррениуса и стал основой для современной гипотезы глобального потепления, реально наблюдающегося в 1960-2010-е годы и якобы связанного с чрезмерным выбросом СО2 в атмосферу. Действительно, замеры температуры, начиная от 1850 г. (окончание 18-го малого ледникового периода) и до настоящего времени подтверждают это потепление (рис. 1): за 100 лет (1910-2010) средняя глобальная температура выросла на 0,6 °C, в том числе с 1990-х годов -- на 0,4 °C.

Рис. 1. Динамика роста глобальной температуры по годам: tср.гл. -- средняя глобальная температура за 1850-2012 годы

Причиной такого потепления на Земле, по мнению некоторых специалистов, является грандиозное накопление в атмосфере некоторых газов, главным образом, СО2, наряду с другими, упоминавшимися выше. Эти газы, являясь естественными компонентами воздуха, замедляют остывание нагреваемой Солнцем земной поверхности. При этом знаменательно, что в последнее десятилетие всё в больше степени сжигаются ископаемые топливные компоненты, в первую очередь, нефтепродукты и уголь, отчего действительно растет антропогенное поступление СО2 в атмосферу, вызывая перегрев земной поверхности из-за более интенсивного влияния парникового эффекта. Рассмотрим и проанализируем некоторые цифры (табл. 1 [7]). Объёмы СО2, выбрасываемые в атмосферу и показанные в табл. 1, свидетельствуют о том, что самый значительный «вклад» в повышение концентрации СО2 в воздушном пространстве планеты вносят, прежде всего, США (20 т СО2 в год на 1 человека). В пятерку основных «вкладчиков», после США, входят Австралия (17,3 т), Саудовская Аравия (12 т), Россия (10,5 т) и Германия (10,2 т).

Как следует из табл. 1, среднемировой уровень выбросов СО2 в атмосферу составляет 4 т в год на 1 чел. Ниже указанного уровня дают выбросы СО2 такие страны, как Турция, Китай, Бразилия, самый малый «вклад» вносит Кения (всего 0,2 т на 1 чел. в год).

Примечательно, что США, имея всего 5% мирового населения, дают более 25% от общего объёма СО2, выбрасываемого в атмосферу. Это не случайно, так как США и потребляют почти 25% от всего количества энергии, производимой в мире (табл. 2), при этом в пятерку стран, потребляющих энергию в значительных количествах, входят, кроме США, Китай, Россия, Япония и Германия. На долю этих пяти стран приходится половина всей энергии, вырабатываемой в мире на современном уровне. Из потребляемых энергоресурсов не возобновляемые (ископаемые) ресурсы составляют 80% (табл. 3). При этом значительную долю (около 11%) составляют дрова, то есть сжигаемые лесные запасы. На долю же ядерного топлива, гидроресурсов и других источников энергии приходится не более 10%, но эти источники не загрязняют атмосферу парниковыми газами, например, СО2. В этом видится перспектива развития энергетики, в первую очередь, ядерной.

Таблица 1 - Антропогенные выбросы углекислого газа (СО2) в атмосферу в различных странах мира [7]

Таблица 2 - Крупнейшие страны-потребители энергии в мире

Но вернемся к температурной динамике. Из рис. 1 следует, что ощутимый рост средней глобальной температуры наблюдался в 1910-1940-х годах, то есть в годы, приходящиеся на 1-ю и 2-ю мировые войны, гражданскую войну в России, другие военные конфликты, когда в атмосферу выбрасывалось действительно повышенное количество СО2 и других газов, образующихся от применения разного рода боеприпасов, отравляющих газов, а также пожаров в городах и селах, лесных пожаров, вызванных военными действиями. климат океан тепловой атмосфера

Таблица 3 - Мировые источники энергии

На том же рис. 1 просматривается и другой период роста глобальной температуры -- от 1980-х годов до наших дней, когда средняя глобальная температура была превышена на значительную величину (почти 0,5 °C). Вероятно, эти данные и послужили причиной дискуссий апокалиптического характера о резком потеплении земного климата не без антропогенного вмешательства со всеми сопутствующими последствиями (экономическими, политическими, социальными и, на последнем месте, экологическими), в основе которых лежат страх и неизбежные экономические издержки, влияющие на уровень и качество жизни.

Наращивая в течение последних полутора столетий объемы сжигаемых углеводородов и тем самым, увеличивая выбросы в атмосферу диоксида углерода, водяных паров, метана, оксидов азота, человечество действительно способствует нарушению естественного баланса круговорота парниковых газов между растительным миром, Мировым океаном и атмосферой Земли. Но попробуем разобраться, в какой степени это опасно и как это работает на глобальное потепление. Покажем это на примере изменения концентрации СО2. Положительный круговорот СО2 в природе оценивается величиной в 1 млрд. т в год [8]. Этот объем полезно используется для смягчения различий между дневными и ночными температурами и обеспечивает относительное постоянство климатических и физических параметров атмосферы (температуры, давления, влажности, магнитной и электрической насыщенности) на уровне, необходимом для существования всего живого, человека в том числе. Положительная роль углекислого газа в атмосфере отмечается ещё и тем, что он способствует существенному повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, ускорению роста лесов и восстановлению порушенных лесных массивов, тундры, лесотундры, лесостепи и даже степных пространств (например, при восстановлении их после степных пожаров) и т. п. Данные 1980-2000 гг. [6] свидетельствуют об увеличении площадей растительного мира на 6%, а соответствующие прогнозы показывают, что удвоение концентрации СО2 в атмосфере может способствовать росту урожайности кукурузы и сахарного тростника до 10%, зерновых (особенно риса) -- на 10-50% в зависимости от условий их возделывания (климата, географического положения, влажности земель и атмосферы и т. д.).

Однако к настоящему времени в атмосферу нашей планеты выбрасывается более 6 млрд. т в год углерода индустриального происхождения в форме СО2 и, кроме того, дополнительные его объемы за счет часто наблюдающихся лесных пожаров и растепления многолетней мерзлоты, когда выделение СО2 сопровождаются и выделениями метана. Последнее может значительно сократиться с приближением нового естественного похолодания -- предвестника очередного малого ледникового периода. Но антропогенные выбросы будут постоянно расти, если интенсивность потребления нефти и угля существенно не снизятся. Употребление же природного газа вместо угля и дров снизит объёмы выбрасываемого в атмосферу СО2, но при этом резко увеличит выбросы метана, гораздо более опасного, чем нетоксичный нейтральный СО2.

Многие страны (например, США и в ближайшем будущем Украина) заменой природному газу считают сланцевый (синтетический) газ, но он ещё более опасен и токсичен, чем метан, выделяемый из природного газа и других газовых смесей при добыче и сжигании угля, а также при растеплении мерзлоты, приуроченной к низменным, болотистым территориям. Самый большой вклад в повышении концентрации СО2 в атмосфере Земли внес и вносит Мировой океан, который содержит в себе, как уже отмечалось, в 50-60 (!) раз больше СО2, чем вся атмосфера [5]. При повышении температуры вод Мирового океана даже на 1-2 °C может выделиться количество углекислого газа в десятки раз большее, чем антропогенные его выбросы. Но почему-то мировая научная общественность не пытается установить, какая же доля СО2 в атмосфере вызвана жизнедеятельностью человечества и индустриальными воздействиями, и как эта доля соотносится с естественными причинами образования СО2. Вместо этого в процесс нагнетания страстей по поводу естественного, по своей сути, потепления задействованы немалые экономические и, более того, политические силы. Была принята рамочная конвенция об изменении климата (1992) и специальный протокол к ней -- Киотский протокол (1997), накладывающий количественные обязательства по сокращению на 5,2% (!) выброса парниковых газов, по крайней мере, на первый период его действия (2008-2012). Самое знаменательное в этом отношении является то, что США, на долю которого, как уже отмечалось, приходится до 25% выброса парниковых газов, не ратифицировали (хотя и подписали) Киотский протокол, объясняя свою позицию тем, что антропогенная причина потепления атмосферы не имеет приемлемого научного обоснования. Однако это не помешало бывшему вице-президенту США Альберту Гору получить Нобелевскую премию за активную борьбу с глобальным потеплением, усматривая в этом антропогенное начало. Но отрадно, что в настоящее время многие специалисты считают, что борьба с глобальным потеплением будет самым грандиозным, дорогим и… бесполезным проектом за всю историю человечества [2]. Даже существенное сокращение выбросов СО2 в атмосферу (что имело бы немаловажное экологическое значение) не может стабилизировать концентрацию СО2 и тем самым снизить интенсивность глобального потепления. Продолжение политики борьбы с выбросами СО2 приведет только к пустой трате огромных средств, ибо человечество никогда не снизит потребления топлива по своей воле, если не будет для этого очень существенных причин (истощение запасов нефти и газа, например). Да и период потепления, судя по прогнозам специалистов [5], закончится в ближайшем будущем. В этой связи более рациональным было бы задуматься об адаптации к глобальному похолоданию. Для России, северной страны, это, как никогда, существенно и, безусловно, актуально.

Начиная с 2015-20-х годов, температурная кривая будет приближаться к линии средней глобальной температуры (14 °C) и к 30-м годам пересечёт её, и будет опускаться: к 50-м годам нынешнего столетия температура атмосферы Земли может снизиться на 0,5 °C от среднегодового уровня (рис. 2). Поэтому вместо «борьбы» с потеплением нужно готовиться к очень серьёзным и болезненным проявлениям глобального похолодания и изыскивать финансовые и материальные средства на решение соответствующих проблем.

Рис. 2. Прогноз изменения глобальной температуры к середине XXI века:

штрих-пунктирная линия - нулевое отклонение от средней глобальной температуры, равной 14 °С; ( + ) -- потепление; ( - ) -- похолодание

При этом следует не забывать, что к 2020-25 гг. прогнозируется пик добычи нефти на суше, после чего будет неизбежный спад в её употреблении. На замещение нефтепродуктов на первые места выйдут природный газ (пик добычи которого придется

на 50-е годы) и ядерная энергетика [8,9], для которой открываются реальные перспективы широкого развития при условии совершенствования ядерных реакторов, повышения уровня систем защиты и общего уровня безопасности и применения малых атомных электростанций, главным образом, передвижных, в отдаленных и труднодоступных регионах. А этими регионами будут, в первую очередь, арктические территории, где, по прогнозам [10,11], залегает около трети неразведанных мировых запасов природного газа

(Россия) и около 13% нефти (шельф Аляски, США). Огромные, но труднодоступные запасы углеводородного сырья в Арктике дают дополнительный стимулирующий импульс в уже начавшейся «битве» за энергетические ресурсы Северного Ледовитого океана.

Будущее глубокое похолодание осложнит эту борьбу и может стать одним из основных рисков при освоении арктических богатств. Только комплексный, продуманный, научно обоснованный подход к развитию и пополнению энергетических ресурсов позволит России достичь энергетической стабильности в будущем при условии тщательного исследования причин изменения климата, вложения средств на дальнейшее освоение Арктики и совершенствование ядерной энергетики.

Литература

1. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. --М.: МГУ -- Наука, 2006. -- 582с.

2. Абдусаматов Х. И. Солнце диктует климат Земли. -- СПб.: Logos, 2009. -- 197 с.

3. Climate and and atmospheric history of the past 420000 years from the Vostok ice core, Antarctica / J. R. Petit, N. I. Barkov, V. Y. Lipenkov and alt. //Nature, 1999, vol. 399, № 6735. -- P. 429-436.

4. Будыко М. И. Проблема углекислого газа. -- СПб.: Гидрометеоиздат, 1997.- 60 с.

5. Абдусаматов Х. И. Солнце определяет климат //Наука и жизнь, 2009, № 1. -- С. 34-42.

6. Парниковый эффект, изменения климата и экосистемы /Под ред. Б. Болина и др. -- Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -- 557 с.

7. Планета Земля /Пер. с англ. -- М.: Изд.дом «Ридерз Дайджест», 2008. -- 256 с.

8. Мясников Ю. Н. Глобальное потепление и развитие энергетики // Экология и развитие общества, 2012, № 3(5). -- С. 23-27.

9. Рогалев В. А. Эколого-экономический прогноз динамики рынка энергоресурсов до 2050 года //Экология и развитие общества, 2012, № 2(4). --С. 12-16.

10. Gantier D. L., Bird K. J., Charpentier R. R.et alt. Assessment of Undiscovered Oil and Gas in the Arctic //Sience, 2009, vol. 324, N5931. -- P. 1175-1179.

Размещено на Allbest.ru