В течение последнего столетия температура странным образом начала расти. За 100 лет на планете потеплело почти на градус! В Северном полушарии такого тёплого периода, как с 1983 по 2017 годы, не было за последние 1400 лет (Рис. 1.4.1).
Учёные объясняют современное потепление на планете усилением парникового эффекта.
Парниковый эффект
Парниковым эффектом называют процесс, при котором газы, пыль, водяной пар, содержащиеся в атмосфере, поглощают земное тепло и мешают отражению его от поверхности Земли. Когда 200 лет назад учёные описали этот эффект, они обратили внимание на сходство земной атмосферы с парником для выращивания овощей. Поэтому газы, поглощающие тепловое излучение Земли, назвали парниковыми. Парниковые газы, содержащиеся в атмосфере: углекислый газ, метан (для удобства они обозначаются химическими формулами CO2 и СН4) и некоторые другие, а также водяной пар. Они задерживают инфракрасное излучение, которое исходит от поверхности Земли. В результате нижние слои атмосферы прогреваются. Без парникового эффекта средняя температура воздуха у поверхности Земли была бы не +14 °С, как сейчас, а лишь –19 °С. Тепло Земли уходило бы космос и атмосферу не прогревало. Само существование жизни на планете тогда было бы под вопросом.
Учёные давно предсказали, что добывая и сжигая уголь, нефть и газ, человек будет выбрасывать в атмосферу большое количество СО2 и СН4, усиливая парниковый эффект. В середине ХХ века предсказание получило подтверждение – концентрация этих газов по всему миру стала быстро увеличиваться (Рис. 1.4.3).
Одновременно с температурой и концентрацией парниковых газов менялся и уровень Мирового океана, показанный на нижнем графике. В холодные периоды уровень океана был на 50–100 м ниже, а в тёплые периоды последних сотен тысяч лет уровень океана был как сейчас или выше на 5–10 м.
Вызван ли рост концентрации СО2 только деятельностью человека или это естественный процесс?
Ежегодно фотосинтез и дыхание живых организмов дают такое количество углекислого газа, которое намного больше выбросов человечества (Рис. 1.4.5). Кроме этого, извергаются вулканы и «дышит» океан… Однако с помощью изотопного анализа было показано, что всё же основная причина возникновения парникового эффекта – деятельность человека. Дело в том, что молекулы углекислого газа, образующегося при сжигании угля, нефти и природного газа, отличаются от молекул углекислого газа, который выделяют при дыхании живые организмы.
Океан, леса и почвы планеты пытаются «помочь» человеку и поглощают из атмосферы половину «нашего» СО2, но другая половина накапливается в атмосфере (Рис. 1.4.5) и усиливает парниковый эффект. В итоге прогревается атмосфера, а затем и океан (Рис. 1.4.7). Заметим, что человек ещё и вырубил большое количество лесов планеты, и теперь их способность поглощать СО2 из атмосферы меньше, чем в прошлом.
Именно океан играет главную роль в формировании климата Земли. В нём сосредоточено более 90 % энергии климатической системы планеты. Если бы росла только температура атмосферы, но не океана, то бить тревогу было бы рано. Это бы означало, что главное звено климатической системы изменениями не затронуто. Увы, температура океана растёт из года в год! Поэтому климатологи считают, что холодные зимы или даже похолодание воздуха на всей планете не могут означать прекращения глобального потепления. Ведь из года в год увеличивается количество тепла в климатической системе Земли в целом, главным образом, в океане (Рис. 1.4.7).
Кроме изменения газового состава атмосферы, человек загрязняет воздух аэрозолями – мельчайшими частицами как обычной пыли, так и ряда веществ, образующихся от выбросов электростанций, автомобилей и самолётов, при лесных пожарах и сжигании травы. Воздух с частицами служит препятствием для солнечных лучей, что понижает температуру вблизи поверхности. Оседая на снег и лёд, аэрозольные частицы (особенно сажа) снижают отражательную способность поверхности, что усиливает потепление. Таким образом, человек и прогревает, и охлаждает планету. К сожалению, первый фактор – усиление парникового эффекта – примерно в 3 раза сильнее охлаждающего действия. Поэтому и говорится о «глобальном потеплении», вызванном человеком.
Известный климатолог М.И. Будыко ещё в 1970-е годы довольно точно рассчитал рост температуры и предсказал, что примерно с 2000 года у человечества начнутся проблемы – новые и «странные» изменения климата. Так и случилось.
С того времени, как человек начал сжигать уголь, температура воздуха у поверхности Земли выросла на 1 °С, причём за последние 50 лет рост составил 0,75 °С (Рис. 1.4.6). На первый взгляд кажется, что в этом нет ничего страшного: ведь это средняя температура по всему Земному шару и по всем сезонам! На деле мы видим, что где-то рост сильнее. Например, в России потепление составило 1,5 °С, а на Крайнем Севере, в Арктике, уже 2–3 °С (Рис. 1.4.1).
При этом в некоторых частях России зимой потепления нет, а есть похолодание. Если же взять отдельные недели и месяцы, мы видим скачки: то 2–3 недели на 10 °С теплее, а потом на 9 °С холоднее, чем средняя для второй половины ХХ века температура для данного времени года в этой местности. Получается в среднем потепление на 1–2 °С. Но дело не в нём, а в резких перепадах погоды, в штормовых ветрах, ливневых осадках или сильнейших снегопадах!
Было ли такое в прошлом? Конечно, да. А.С. Пушкин, известный русский поэт и писатель, в своём произведении «Евгений Онегин» писал:
Снег выпал только в январе
На третье в ночь. Проснувшись рано,
В окно увидела Татьяна,
Поутру побелевший двор…
(Даты у Пушкина – по старому стилю, то есть 3 января – это нынешнее 20 декабря, но всё равно, снег поздний для среднеевропейской части России, где первый снег обычно выпадает в октябре).
Значит и в ХIХ веке были и тёплые дни зимой, и холод летом, сильнейшие шторма и наводнения, мощные снегопады и длительные засухи, даже «ледяной дождь», когда всё покрывается толстой коркой льда.
Главное в том, что теперь эти опасные явления происходят чаще, а будут происходить ещё чаще! При этом и сильные морозы тоже будут, хотя со временем, они, вероятно, станут случаться реже. Конечно, и положительные эффекты будут, но негативных пока мы видим больше.
Сейчас с помощью компьютерных моделей, которые учитывают все эффекты – и естественные, и вызванные человеком – климатологи не только объяснили происходящее, но и дали прогноз на весь ХХI век. В зависимости от выбросов парниковых газов температура в этом столетии может вырасти очень сильно. При благоприятном сценарии изменения евелики – 1,5-2 °C по сравнению с началом XX века. Зато при самом неблагоприятном температура на планете может вырасти на 5 °C, в России – на 5-7 °C, а в Арктике и на 10 °C! Это отразится на количестве осадков, на уровне океана, и частоте возникновения опасных погодных явлений. Как видим, климат конца ХХI века сильно зависит от деятельности человека.
Конечно, влияние Солнца, вулканов, океанических течений и других природных процессов тоже очень значительно. Однако вызванные ими изменения климата краткосрочны, в рамках большого промежутка времени их роль невелика.
Поэтому большинство учёных сходится во мнении, что, вероятнее всего, человек сыграл основную роль в изменении климата, которое происходит на Земле в последние 60 лет (с середины ХХ века) и будет происходить в ближайшее столетие.
Вопросы
1. Был ли парниковый эффект в прошлом? Почему?
2. Почему в последние 100 лет температура странным образом увеличилась?
3. Вызван ли рост концентрации СО2 в атмосфере естественными причинами или деятельностью человека?
Как это удалось доказать?
4. Почему можно сказать, что человек и нагревает, и охлаждает планету? Какой эффект сильнее?
5. На сколько градусов увеличилась температура воздуха за последние 50 лет? Где увеличение больше: в мире в целом или в северных странах Европы?
Задание
Найдите спил толстого бревна с плоским торцом или большой пень.
Рассмотрите годовые кольца прироста древесины – есть как тонкие, так и более широкие.
Самые старые годовые кольца находятся в серединке спила, а самые молодые – у края.
Посчитайте, сколько за последние 20 лет было тёплых лет (широкие кольца) и холодных лет (более
узкие кольца).
