Глобальное изменение климата

Климат планеты определяется глобальным тепломассопереносом в системе Солнце-атмосфера-океан-криосфера-биосфера. Средняя температура поверхности Земли в настоящее время составляет (+15°С), что отличается от температур прошлых периодов (по палеонтологическим данным.

Параметры атмосферы, в основном по кислороду и азоту, стабилизировались в последние десятки миллионов лет. Альбедо Земли, зависящее в основном от отношения поверхности ледовых шапок планеты к поверхности суши и океана и слабо зависящее от функционирования биосферы, также претерпевало значительные изменения.

Так, в течение последнего миллиона лет наблюдались периодические ледниковые и межледниковые эпохи с продолжительностью 100 тыс. лет и 20 тыс. лет соответственно. При этом указанные ледниковые являются результатом колебательных процессов тепломассопереноса в системе Солнце-Земля, обусловленных внутренними параметрами системы или внешними периодическими колебаниями системы Земля – Луна, изменяющими наклон оси вращения Земли к плоскости эклиптики. В любом случае следует констатировать, что в глобальном смысле климатическая система является долгопериодической колебательной системой.

В настоящее время невозможно сделать однозначный вывод по изменениям температурно-климатических характеристик планеты на последнем временном участке существования цивилизации (10 тыс. лет). Однако известно, что в период Микулинского межледникового периода (110 – 130 тыс. лет назад) глобальная температура у поверхности Земли была на 2 °С выше современной, а это позволяет говорить об отрицательном тренде температур в периоды последующих межледниковых периодов, в одном из которых Земля находится в настоящее время.

Моделируя изменение климата с учетом эволюции Земли, необходимо вводить в математическую модель данные о Космосе, Солнце, Земле и Луне.

Астрономы считают, что расстояния в между Солнцем, планетами и их спутниками (в том числе в системе Солнце – Земля – Луна) изменяются во времени.

Причиной пристального внимания человеческого общества к изменению климата за последние 50 лет  систематическое наблюдение за климатом ведутся с 1860 года) является глобальное потепление, особенно ярко выраженное в период, начиная от второй половины ХХ века и до настоящего времени. Этот период связан с бурным развитием промышленного производства, поэтому возникают «подозрения» на антропогенное влияние на планетарные климатические изменения.

Прежде всего, к таким факторам влияния относят рост содержания парниковых газов. Основным парниковым газом является водяной пар. В климатической системе водяной пар выполняет функцию
положительной обратной связи. Чем больше его в атмосфере, тем больше он задерживает тепловое   от поверхности, но тем более и облаков,  задерживающих поступление потока солнечного излучения. По данному парниковому газу антропогенное воздействие весьма незначительно, так как мощность круговорота воды в системе поверхность – атмосфера намного превышает потоки, создаваемые человеческой деятельностью.

Если оценивать вклад парниковых газов в изменение радиационного баланса на поверхности (в среднем по земному шару) за последние примерно 150 лет, то около 60 % приходится на увеличение концентрации СО2;  около 15 % дает метан; 12 % дают хлорфторуглероды, которых ранее не было в атмосфере; 8% вносит тропосферный озон и 5% дают оксиды азота ΝΟx (в основном Ν2Ο).

То, что рост содержания углекислого газа напрямую связан со сжиганием ископаемых топлив, подтверждается эффектом Зюсса, показывающим уменьшение концентрации тяжелого изотопа С14, образующегося из атмосферного азота при воздействии высокоэнергетических космических частиц.

Однако выделить антропогенную составляющую парниковых газов, и СО2 в том числе, из общего круговорота весьма затруднительно. Еще труднее оценить изменение средней температуры поверхности Земли, вызванное антропогенным воздействием человечества. Дело в том, что основная масса (98%) находящегося на планете СО2 содержится в океане в растворенном виде.

Океан является глобальным регулятором содержания СО2 и О2 в атмосфере. В холодных водах благодаря повышению растворимости океан поглощает СО2, в значительной части теплых вод — выделяет углекислый газ.

По последним данным наблюдения 1959 – 1969 гг., океан примерно на 30% увеличил поглощение СО2 и одновременно отмечено увеличение средней температуры океанических вод примерно на 0,1 oС. Это означает, что увеличение средней температуры океана ведет к увеличению выделения углекислого газа.

Потепление океана ведет и к выбросу в атмосферу метана. Метан обладает в 20 раз большим парниковым эффектом, чем углекислый газ.

Рост концентрации парниковых газов в атмосфере продолжается вместе с наблюдаемым потеплением климата.

В изменение климата кроме парниковых газов вносят свой вклад и другие антропогенные воздействия. Так, например, теплота, выделяемая в результате работы энергетических установок и иной деятельности человечества, по оценкам, уже вызвала повышение температуры в приземном слое Земли на 0,1oС. Если будет продолжаться рост населения теми же темпами, то потребление энергии будет удваиваться каждые 10 – 15 лет и выделяемое антропогенное тепло может стать опаснее, чем рост концентрации парниковых газов.

Аэрозольные облака, образуясь на высотах 10 – 20 км, отражают поток солнечного излучения и охлаждают тропосферу. Время жизни аэрозолей в стратосфере порядка года, в тропосфере – месяцы, в нижней тропосфере – недели. Тщательный анализ показывает, что выброс аэрозоля в атмосферу ведет к уменьшению потока солнечной радиации к поверхности Земли, к охлаждению стратосферы и тропосферы.

Из сказанного выше следует, что влияние антропогенных воздействий на климат планеты имеет разнонаправленный характер. Сегодня доказано, что скорость роста глобального потепления меньше, чем должна быть в связи с ростом концентрации парниковых газов в атмосфере.

Вместе с тем повышение содержания углекислого газа имеет и положительный эффект. Исследованиями показано, что при удвоении концентрации СО2 в атмосфере урожайность ряда сельскохозяйственных культур повышается на 30 %.Потепление климата для России и Канады подвинет зону устойчивого земледелия на север на 500 – 1000 км. Увеличение средней приземной температуры Земли на 2 – 3 °С увеличивает среднюю температуру в крайних северных и южных широтах на 6 – 8 °С.

В целом 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 изменений климата.