Изменение парникового эффекта атмосферы Земли
Парниковый эффект обусловлен различной прозрачностью атмосферы в разных диапазонах излучения: большей — в коротковолновом, меньшей — в длинноволновом. Уменьшение прозрачности в длинноволновом диапазоне обусловлено наличием в атмосфере «парниковых газов»: водяного пара, диоксида углерода, метана, диоксида азота, хлорфторуглеводородов (фреонов), аэрозолей. Эффект, вызванный их совокупным действием, значителен: при отсутствии парникового эффекта средняя температура поверхности Земли оказалась бы на 38°С ниже, чем сейчас.
В процессе эволюции Земли географическая оболочка и ее составляющие приспособились к термодинамическому состоянию, которое отвечает многолетнему значению парникового эффекта. Однако в настоящее время происходят процессы, дестабилизирующие энергетический баланс Земли за счет нарушения парникового эффекта, который имеет общую тенденцию к увеличению.
Полагают, что основным фактором таких изменений в «климатической машине» Земли является увеличение концентрации СО2 в атмосфере. За более чем 40-летний период концентрация углекислого газа в атмосфере возросла с 315×10-6 до 354×10-6 долей массы. Кроме того, содержание других парниковых газов возросло таким образом, что их совокупное влияние приравнивается к повышению концентрации СО2 еще на 50—100%. Суммарное потепление вследствие увеличения содержания этих газов составляет 0,04°С за каждые 10 лет или 0,2°С за период измерений. Такое потепление не соответствует по величине парниковому эффекту из-за термической инерции океана.
Доказательства, указывающие на связь между содержанием в атмосфере парниковых газов и климатом, можно «извлечь» из пузырьков воздуха, включенных в антарктический или гренландский лед. В пространствах между снежными кристалликами законсервирована воздушная среда того времени. Лабораторный анализ газов (исследования проводились на антарктических станциях Восток, Бэрд и Купол-С, а также на скважинах Кемп-Сенчури, Саммит и Дай-3 в Гренландии), имеющих возраст до 160 тыс. лет, показал, что в древней атмосфере концентрации диоксида углерода и метана менялись согласованно и «в такт» с изменениями средней температуры, которая характеризуется соотношением изотопов водорода в молекулах воды.
Установлено, что в предшествующую последнему оледенению эпоху межледниковья средняя температура в рассматриваемой части Антарктиды была на 10°С выше, чем в ледниковую эпоху. На Земле в целом указанные периоды различались по температуре всего на 5°С (рис. 9.2).
В межледниковые периоды содержание в атмосфере СО2 было на 25%, а метана — на 100% больше, чем в ледниковую эпоху. Причем неясно, что было причиной, а что следствием. Известно, что сокращение площади оледенения влияет на биогеохимические циклы: увеличивается масса живых организмов и ускоряется разложение органического вещества. Эти же процессы, воздействуя на газовый состав воздуха и, следовательно, на парниковый эффект, способны через него влиять на глобальный климат и оледенение. Установлена также зависимость между оледенением и тектонической деятельностью из-за перераспределения масс вещества земной коры (гляциоизостазия) и изменением площади океанов и биологической активностью морских организмов.
Еще более подробные сведения о содержании парниковых газов и изменениях климата имеются за последние 100 лет, в течение которых (это установлено точно) концентрация СО2 в атмосфере повысилась на 25%, а метана на 100%, в том числе за счет подземного и подводного метангидрата.
Какой же характер может принять изменение температуры в ближайшем будущем? Существуют несколько вариантов ответов, пока не подтвержденных экспериментально.
Основным источником поступления СО2 в географическую оболочку является вулканизм: из недр в течение года поступает около 1 млрд т СО2. В истории Земли этот источник является единственным, так как во всех других случаях имеет место круговорот СО2.
281
Рис. 9.2. Вариации некоторых глобальных и астрономических параметров на протяжении 250 тыс. лет (по В. М. Котлякову, 2000): а — годовая инсоляция на станции «Восток»; б — изменение температуры воздуха на станции «Восток» выше слоя инверсии; в — летняя инсоляция на 20° с.ш.; г — δ18 Оатм в воздушных пузырьках в масштабе времени EGT; д — изменения изотопного состава морской воды. Пунктирными линиями показана корреляция между событиями
В ходе планетарного развития содержание СО2 уменьшалось. За последние 570 млн лет его количество в атмосфере снизилось в 10 раз (см. рис. 8.3). Однако на протяжении последних десятилетий наблюдается заметное (на 3—4 млрд т в год) увеличение прихода СО2 по сравнению с расходом. Из табл. 9.2 видно, что положительное сальдо баланса почти наполовину состоит из углекислого газа, выделяемого в результате сжигания топлива и различного рода остатков (на лесосеке, при подсечно-огневом земледелии в слаборазвитых странах, для уничтожения пожнивных остатков и мусора).
Таблица 9.2. Баланс СО2 в географической оболочке
| Статья баланса | Приход (+) или расход (-), млрд т |
| Фотосинтез на суше | -110 |
| Дыхание организмов суши | |
| Разложение органического вещества | 54-55 |
| Сжигание остатков (сведение лесов) | 1-2 |
| Сжигание топлива | +5 |
| Поглощение океаном | -93 |
| Выделение океаном | +90 |
В заключении следует заметить, что выводы экспертов по проблеме климата, сделанные в 1995 г., не подтверждают прямой связи между увеличением содержания парниковых газов и «глобальным потеплением». «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 К. Я. Кондратьев.
Такие выводы свидетельствуют о том, что при рассмотрении проблемы возрастания содержания парниковых газов и их роли в окружающем мире возможны нестандартные решения в определении причин и следствий.
Примером служит разработка группы А.Л.Яншина. Согласно ее заключению, данные по приземной температуре воздуха свидетельствуют о дискретном потеплении климата (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 (в экваториальной зоне он практически отсутствует). Рассматривая возможные последствия потепления климата, в том числе очевидную неизбежность повышения уровня Мирового океана, исследователи утверждают, что отридательные последствия парникового эффекта сильно преувеличены, а положительные не раскрыты. Так, 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 связи с этим «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, предлагается 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, вторая — как весьма продолжительная в период более сильного потепления, с более резкими изменениями всей природной среды Земли.