Парниковый эффект

Парниковый эффект обусловлен различной прозрачностью атмосферы в разных диапазонах излучения: большей — в коротковолновом, меньшей — в длинноволновом (инфракрасном). Уменьшение прозрачности в инфракрасном диапазоне обусловлено наличием в атмосфере «парниковых газов», т. е. компонентов и примесей. Парниковыми компонентами и примесями являются водяной пар, диоксид углерода, метан, диоксид азота, хлорфторуглеводороды (фреоны), различные аэрозоли. Эффект, вызванный совокупным действием парниковых газов, значителен: при отсутствии парникового эффекта средняя температура Земли оказалась бы на 33° ниже, чем сейчас, т. е. составляла бы около -18°С.

В процессе эволюции Земли ее климат, ландшафт, а в дальнейшем хозяйственная деятельность и привычки человека приспособились к такому термодинамическому состоянию, которое отвечает многолетнему (вековому) значению парникового эффекта. Однако в настоящее время происходят процессы, дестабилизирующие энергетический баланс Земли за счет нарушения парникового эффекта, который имеет общую тенденцию возрастания. Основным фактором таких изменений в «климатической машине» Земли является увеличение концентрации С02 в атмосфере. Степень поглощения теплоты углекислым газом известна уже около 1 00 лет, начиная с классической работы С. А. Аррениуса. Точные измерения содержания СО2 в атмосфере Земли проводятся с 1 958 г. За 40-летний период концентрация СО2, в атмосфере возросла с 31 5.1 0-6 до 354.1 0-6 долей массы. Такое увеличение составляет половину вклада, который обусловлен сжиганием органического топлива. Вторая половина этого вклада изъята из атмосферы различными процессами, что подтверждает реальность механизма саморегулирования содержания СО2 карбонатной системы «атмосфера - океан - донные осадки». Кроме того, содержание других парниковых газов возросло таким образом, что их совокупное влияние приравнивается к повышению концентрации СО2 еще на 50-1 00%.

Суммарное потепление вследствие увеличения содержания этих газов составляет 0,04° С за каждые 1 0 лет или 0,2° С за период измерений. Такое потепление не соответствует по величине парниковому эффекту из-за термической инерции океана.

Прямые свидетельства, указывающие на связь во время оледенений между содержанием в атмосфере парниковых газов и климатом, можно «извлечь» из пузырьков воздуха, включенных в антарктический лед, который образовался в древние эпохи в результате спресовывания падающего снега. В пространствах между снежными кристалликами консервировалась воздушная среда того времени. Такие образования были исследованы на станциях Восток, Бэрд и др. по ледниковому керну скважин на глубину почти 3 км учеными разных стран. Верхние 2 км сформировались в течение последнего ледниковья и предшествующего межледниковья, последние 350-370 м льда — в голоцене, за 10 тыс. лет. Лабораторный анализ газов, имеющих возраст до 1 60 тыс. лет, показал, что в древней атмосфере концентрации диоксида углерода и метана менялись согласованно и «в такт» с изменениями средней локальной температуры, которая характеризуется соотношением изотопов водорода в молекулах воды. На этом основании, в частности, установлено, что во время после последнего ледникового периода, продолжающегося уже 1 0 тыс. лет, и в предшествующую последнему оледенению эпоху межледниковья (т. е. 1 30 тыс. лет назад) средняя температура в рассматриваемой части Антарктиды была на 1 0° С выше, чем в ледниковую эпоху, а на Земле в целом указанные контрастные климатические периоды различались по температуре на 5° С. Обратите внимание, как мало в общем надо, чтобы межледниковье сменилось оледенением. В эти же периоды межледниковий содержание в атмосфере СО2 было на 25% больше, а метана — на 1 00% больше, чем в ледниковую эпоху. Причем неясно, что было причиной, а что следствием. Ведь уменьшение оледенения влияет, например, на биогеохимические циклы, так как увеличивается масса живых организмов и ускоряется разложение органического вещества; в то же время эти процессы, воздействуя на газовый состав воздуха и, следовательно, на парниковый эффект, способны через него влиять на глобальный климат и оледенение. Добавим и еще два обстоятельства: зависимость между оледенением и тектонической деятельностью из-за перераспределения масс вещества земной коры (гляциоизостазия); изменение площади океанов и (вследствие температурных различий) биологической активности организмов Мирового океана.

Еще более подробные сведения о содержании парниковых газов и изменениях климата имеются для последних 1 00 лет, в течение которых (это установлено точно) концентрация СО2 в атмосфере повысилась на 25%, а метана — на 100%.

Какой же характер может принять изменение температуры в ближайшем будущем? Чтобы дать такой прогноз, необходимо ответить, как минимум, на три вопроса:

1 . Какое количество СО2 и других парниковых газов будет выброшено в атмосферу?

2. Насколько при этом возрастут их концентрации в атмосфере (учитывая, что они зависят и от прихода, и от расхода)?

3. Какой климатический эффект это изменение вызовет, какие другие механизмы саморегуляции включатся в дело?

Существует несколько вариантов ответов, но ни один не подтвержден экспериментально.

Основным источником поступления СО2 в географическую оболочку является вулканизм: из недр в течение года в нее поступает 1 млрд. т СО2. Эволюционно (в масштабе всей истории Земли) этот источник СО2 является единственным, так как во всех других случаях имеет место обращение (круговорот) СО2.

В ходе планетарного развития содержание СО2 уменьшалось. Например, на протяжении фанерозоя его количество в атмосфере снизилось в 1 0 раз. Однако на протяжении последних десятилетий происходит обратный процесс: наблюдается заметное (на 3-4 млрд. т в год) увеличение прихода СО2 по сравнению с расходом.

Таблица 7.4 Баланс СО2 в географической оболочке

Из табл. 7.4 видно, что положительное сальдо баланса равно почти половине количества СО2, выделяемого в результате сжигания топлива и различного рода остатков (на лесосеках, в подсечно-огневом земледелии в слаборазвитых странах мира, для уничтожения пожнивных остатков и мусора).

В заключение следует заметить, что выводы, сделанные в 1 995 г. межправительственной группой экспертов по проблеме климата, не подтверждают прямой связи между увеличением содержания парниковых газов и «глобальным потеплением». Потепление наблюдается не везде. «Отсутствие анализа социально-экономических корней тех изменений окружающей среды и биосферы, которые породили рост концентрации парниковых газов в атмосфере и интенсификацию парникового эффекта», а также «рассмотрение проблем изменения климата в отрыве от глобальных изменений природной среды в целом и игнорирование социально-экономических факторов» привели к гипертрофированному преувеличению роли концентрации парниковых газов, считает известный специалист пр проблеме окружающей среды К. Я. Кондратьев.

Такие выводы свидетельствуют о том, что при рассмотрении проблемы возрастания содержания парниковых газов и их возможной роли в окружающем мире возможны нестандартные решения в определении причин и следствий.

Примером подобных решений могут служить результаты исследований парникового эффекта группой под руководством А. Л. Яшина. Их заключение сводится к тому, что данные по приземной температуре воздуха свидетельствуют о дискретном потеплении климата (в общем это противоречит сложившимся представлениям о зависимости потепления от непрерывно возрастающей концентрации диоксида углерода и других парниковых газов). Более того, в разных географических зонах эффект потепления выражен неодинаково, причем в экваториальной зоне он практически отсутствует. Рассматривая возможные последствия потепления климата, в том числе очевидную неизбежность повышения уровня Мирового океана, исследователи утверждают, что отрицательные последствия парникового эффекта сильно преувеличены, а некоторые положительные не раскрыты. Так, оценивая влияние повышенных концентраций диоксида углерода на фотосинтез и продуктивность различных культурных растений, они отмечают, что возрастание концентрации СО2 в атмосфере, увеличение влажности и температуры в целом благоприятно скажутся на фотосинтезе и биопродуктивности, в то же время снижение солнечной радиации вследствие увеличения облачности может отрицательно повлиять на них. Большое значение имеет указание о том, что скорость адаптивных реакций растительного покрова Земли должна ограничить скорость антропогенных воздействий на климат. В этой связи, подчеркивают исследователи, «для хозяйственной деятельности в России очень важно получить более точные представления о всех изменениях физико-географических параметров, которые произойдут на ее территории при разных величинах потепления». В частности, они предлагают проанализировать время голоценового климатического оптимума (5-8 тыс. лет назад), когда температура была на 1-2 °С выше современной, и последнего (микулинского) межледниковья, когда температура была на 2-3 °С выше настоящей. Первая интересна как наиболее близкая нам по времени, а вторая — как весьма продолжительная в период более сильного потепления, с более резкими изменениями всей природной среды Земли.