ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ И ГЛОБАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ И ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

В настоящее время на разных уровнях, вплоть до межгосударственных, дискутируется проблема глобального потепления, обусловленного, как обычно утверждают средства массовой информации, антропогенными факторами, связанными с развитием промышленности и теплоэнергетики. Одна из причин — это наблюдающееся в последнее столетие, а особенно в последние 30- 50 лет, потепление (рис. 5.6).

Несмотря на то, что мнения по поводу причин потепления у различных специалистов различны, вывод практически однозначен: если прогнозируемое потепление все-таки произойдет, то оно может иметь серьезные негативные последствия. К их числу следует отнести:

  • 1. Затопление прибрежных зон океанов и морей. Ряд прибрежных государств может исчезнуть.
  • 2. Исчезновение ледников в горах и связанное с этим изменение режима рек и внутренних морей.

Рис. 5.6

Отклонение температуры во времени в приземном слое Земли в интервале 1850-1990 гг. от величины 15°С (слева). Изменение среднего значения температуры Земли за последние 20 тыс. лет и прогноз ее изменения (справа).

Стрелки справа указывают результат прогноза учеными из группы 1РСС.

  • 3. Таяние льдов Гренландии, Арктики и Антарктиды вплоть до их полного исчезновения. Изменение альбедо Земли и значительное воздействие указанных факторов на процессы тепломассопереноса в атмосфере и океане.
  • 4. Изменение характера циркуляции атмосферы и появление новых пустынь на планете, изменение режима осадков на освоенных территориях.
  • 5. Исчезновение отдельных видов флоры и фауны и гибель целых экосистем.
  • 6. Изменение теплового баланса мирового океана, изменение глобальной циркуляции океанических течений, воздействие на морские экосистемы, переход от поглощения углекислого газа из стратосферы океаном к его выделению, что внесет свой вклад в раскачку климатической системы.

По многим оценкам интегрально по всему миру последствия потепления климата будут иметь в основном негативные результаты и потребуют перестройки всей мировой системы экономики для реабилитации пострадавших территорий и предотвращения прогнозируемых последствий изменения климата. Но для России и Канады предполагаемое потепление может иметь больше преимуществ, чем негативных проявлений.

Например, потепление климата для России и Канады может подвинуть зону устойчивого земледелия на север на 500-1000 км. Дело в том, что увеличение средней приземной температуры Земли на 2-3°С увеличивает среднюю температуру в крайних северных и южных широтах на 6-8°С. Это, в свою очередь, означает возможность судоходства по Северному морскому пути в течение всего сезона без ледокольного сопровождения.

Важным фактором прогнозирования глобального потепления явился рост содержания парниковых газов, наблюдающийся в последние 100 лет и особенно в последние 50 лет.

К парниковым газам относятся в основном трехатомные газы, которые больше поглощают уходящее тепловое излучение поверхности и приземных слоев атмосферы, чем солнечное излучение. Основным парниковым газом является водяной пар. Чем больше его в атмосфере, тем больше он задерживает тепловое излучение от поверхности, но тем больше и облаков, задерживающих поступление потока солнечного излучения. По данному парниковому газу антропогенное воздействие весьма незначительно, так как мощность круговорота воды в системе поверхностьатмосфера намного превышает потоки, создаваемые человеческой деятельностью.

Основными парниковыми газами, связанными с деятельностью человечества, считаются углекислый газ, метан, закись азота, хлорфторуглероды (ХФУ) и тропосферный озон, причем углекислому газу обычно отводится решающая роль. Однако существуют другие газы, поглощающие инфракрасное излучение от поверхности в 50-100 раз сильнее, поэтому их роль в потеплении климата может быть весьма значительна, несмотря на гораздо меньшее содержание их в атмосфере. В среднем по земному шару за последние примерно 150 лет около 60% приходится на увеличение концентрации С02 с 280 ppm до 360 ppm (1 ppm = 1 молекуле парникового газа на 1 млн молекул воздуха). Около 15% дает метан (рост 0,8-1,7 ppm), 12% дают хлорфторуглероды, которых ранее не было в атмосфере, 8% вносит тропосферный озон и 5% дает NO* (в основном N02).

Идея о разогреве земной атмосферы за счет парниковых газов была высказана впервые в конце XIX в. известным шведским ученым С. Аррениусом и с тех пор как очевидная принимается на веру, практически без проверки. В результате в мире наблюдается достаточно активный и, возможно, нездоровый ажиотаж вокруг проблемы парникового эффекта. Эта проблема является, безусловно, важной и центральной как для современной науки, так и для современной геополитики. Считается, что в результате неконтролируемого сжигания ископаемого органического топлива концентрация углекислого газа в атмосфере возросла с 1860 г. по настоящее время почти в полтора раза и продолжает возрастать (см. рис. 5.2).

Зафиксировано также некоторое повышение средней глобальной температуры. На этой основе и на основе численных экспериментов делается категоричный прогноз о потеплении климата, возможном таянии полярных льдов, таянии зон вечной мерзлоты, повышении уровня мирового океана и других устрашающих последствий.

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Всемирная конференция ООН глав государств и правительств. Конференция приняла ряд важных документов и в их числе «Рамочную конвенцию по проблеме изменения климата (РКИК)». Вслед за этим в 1997 г. в Киото (Япония) состоялась вторая конференция глав государств, подписавших РКИК, которые подписали Киотский протокол о сокращении к 2008-2012 г. выбросов С02 на 5% по сравнению с уровнем 1990 г. Этим же протоколом были установлены квоты на выброс углерода, которые на самом деле нельзя признать справедливыми. Так, для США эта квота была установлена в 1,3 Гт углерода в год (4,61 Гт в пересчете на С02). Для Китая же, где население более чем в 4 раза больше, чем в США, эта квота составила 0,7 Гт/год, а для Индии — 0,2 Гт/год. В этих квотах на страны «золотого миллиарда» приходится 70% выбросов (4-9 Гт/год). Эта цифра характеризует и объем потребляемого ими органического топлива. Киотским протоколом установлено право государств торговать квотами из расчета 10 долларов за лишнюю тонну выброшенного С02.

При всей серьезности и важности проблемы парникового эффекта, предсказываемые его устрашающие последствия вызывают серьезное критическое отношение у ряда ученых.

Не вдаваясь в подробный критический анализ этой проблемы, отметим, что основным пунктами возражений является то, что парниковый эффект связан с механизмами не только прямой, но и обратной связи, которые смогут замаскировать проявление парникового эффекта. В то же время сам по себе рост углекислого газа и возможное некоторое повышение температуры следует рассматривать как положительный фактор, так как углекислый газ способствует лучшему росту растений и повышению сопротивляемости растений к болезням.

Первым, кто обратил на это внимание, был В. И. Вернадский. Он рассматривал рост концентрации углекислого газа в атмосфере не как вред, а как благо. Эти идеи В. И. Вернадского не получили развития при обсуждении проблемы парникового эффекта, поскольку их признание требует проведения совершенно иной геополитики, нежели те ограничения для развития, которые предлагает Киотский протокол.

Говоря о критике Киотского протокола и подчеркивая его дезориентирующее влияние, необходимо сказать, что, по сути дела, проблема парникового эффекта стала обслуживать геополитику стран «золотого миллиарда», направленную на сохранение права владения квотами на сжигаемое ископаемое органическое топливо за счет стран, обладающих энергоресурсами. Чтобы глубже понять несоответствие идей Киотского протокола и истинных проблем экологии, следуя идеям В. И. Вернадского, необходимо более всесторонне рассматривать протекающие геохимические циклы.

Выше мы указывали, что среди геохимических циклов, на которые антропогенная деятельность оказывает свое влияние, существуют серный и азотный циклы, протекающие с участием водяного пара. В процессе сжигания ископаемого топлива в атмосферу вместе с С02 поступают окислы азота N0* и серы Э0Г. Соединяясь с влагой атмосферы, они образуют кислоты, которые выпадают в осадках в виде кислотных дождей, закисляя почву, водоемы и влияя на деградацию биосферы, замедляя поглощение С02 биосферой. Дело в том, что при увеличении концентрации С02 в 2,5-3 раза без учета сопутствующих эффектов взаимодействия с и N0*, действительно происходит

изменение параметров биосферы. Учет же сопутствующих эффектов, угнетающих биосферу, не приводит к заметным изменениям процессов в климатической системе. Изменение параметров биосферы со временем замедляется, но, правда, затем может наблюдаться и деградация биосферы.

Следует также отметить, что из теории парникового эффекта развиваемой в последние годы, в частности, следует, что небольшие концентрации парниковых газов практически никак не влияют на температуру воздуха в тропосфере. Связано это с тем, что после поглощения парниковыми газами инфракрасного (теплового) излучения само излучение исчезает, а его энергия переходит в энергию колебательных движений молекул воздуха. В результате облученный объем воздуха разогревается, расширяется и быстро поднимается в верхние слои тропосферы, где и охлаждается, а ему на смену опускается уже охлажденный воздух, и температура воздуха в тропосфере вновь снижается до уровня адиабатического распределения, т. е. практически не меняется. Аналогичная ситуация должна наблюдаться и с разогревом воздуха при конденсации в нем влаги. При значительных же концентрациях парниковых газов происходит похолодание, а не потепление климата (см., например, модель «ядерной зимы», описанную в п. 11.5). Так, при мысленной замене азотно-кислородной атмосферы Земли на углекислотную, но с тем же приземным давлением 1 атм, средняя температура земной тропосферы снижается на 6-7°С, а не повышается, как это принято думать. Это связано с тем, что из-за большей плотности углекислого газа углекислотная атмосфера оказывается более тонкой, чем азотно-кислородная. К тому же теплоемкость углекислого газа заметно ниже теплоемкости азота и кислорода. Поэтому углекислотная атмосфера, подобно тонкому одеялу с меньшей теплоемкостью, хуже сохраняет тепло Земли, чем более протяженная азотнокислородная атмосфера, обладающая к тому же и большей теплоемкостью. Объясняется же этот кажущийся парадокс тем, что вынос тепла из тропосферы в основном происходит благодаря конвекции, которая обеспечивает

Рис. 5.7

Сопоставление колебаний температуры воздуха (1) с изменениями концентрации С02 за последние 420 тыс. лет на антарктической станции «Восток» и теоретические расчеты с учетом влияние Луны, Солнца и расположения континентов (3) с температурным прогнозом климата на следующие 120 тыс. лет. Кривая 2 — прецессия Земли (максимумы совмещены с экстремумами экспериментальных данных)

значительно более эффективный перенос тепла, чем радиация. Отсюда становится понятным, что с увеличением концентрации С02 и поглощения им теплового излучения еще больше возрастает конвективный массообмен воздуха, выносящий это тепло за пределы тропосферы.

Приведенный теоретический вывод наглядно иллюстрируется и экспериментальными данными по бурению ледникового покрова Антарктиды (рис. 5.7). Внимательное изучение образцов глубинных пород, соответствующих различным временам на Земле на протяжении последних 420 тыс. лет, показало, что температура Земли (так называемая изотопная температура) носила колебательный характер даже в те времена, когда антропогенная составляющая еще отсутствовала. При этом, кривая температурных колебаний опережала соответствующие им изменения концентраций углекислого газа в среднем приблизительно на 500-600 лет, т. е. как раз на время полного перемешивания верхнего (активного) слоя воды в мировом океане.

Напомним, что в океане растворено углекислого газа приблизительно в 60-90 раз больше, чем его содержится в атмосфере, а согласно закону Генри, парциальное давление углекислого газа в атмосфере повышается при нагревании океанических вод и, наоборот, снижается при ее охлаждении (это хорошо известный всем «эффект шампанского», но только в более спокойном варианте).

Описанный результат однозначно свидетельствует о том, что, по крайней мере, на протяжении последних 420 тыс. лет изменения концентрации С02 в атмосфере являются следствием глобальных изменений температуры, а не их причиной.

Кроме того, по историческим данным известно, что в Средние века климат Земли был заметно теплее современного. Примером тому может служить название острова Гренландия (от англ. — зеленая земля), поскольку в момент его открытия Эриком Рыжим в X в. побережье действительно было покрыто сочной зеленой травой. О колебаниях приземных температур в прошлые времена говорят и геологические данные. Вероятнее всего, сейчас мы живем вблизи максимума одного из временных потеплений, начавшегося еще в XVII в., когда об антропогенном влиянии на климат выбросов «парниковых газов» в атмосферу и говорить не приходилось. Поэтому вполне естественно предположить, что современное потепление носит ярко выраженное природное происхождение и в скором времени может смениться новой фазой похолодания. Существует мнение, опирающееся на моделирование биосферных процессов, что начало медленного понижения температуры можно ожидать уже в 2013-2015 гг., а глобального минимума она достигнет примерно к 2055-2060 гг. Такое положение сохранится приблизительно в течение 50-70 лет, и только в начале XXII в. начнется очередной цикл глобального потепления климата. Такие вариации климата явно определяются периодическими (пульсирующими) изменениями взаимного влияния в сложной системе «Солнцепланеты Солнечной системыЗемляатмосфераокеанкриосферабиосфера». Кратко эти связи мы обсудим в следующем разделе.

В этой связи необходимо обратить внимание на то, что Киотский протокол, помимо того, что он не имеет научного обоснования, по своей сути еще и противоречит физике природных процессов и совершенно неверно объясняет влияние на климат антропогенных воздействий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >