Изменения климата - следствие парникового эффекта

По прогнозам ученых, ближайшие полстолетия температура Земли повысится на 2-3⁰. (За каждые 100 лет температура на планете повышается в среднем на 6-8⁰). Причиной такого термического разогрева является парниковый эффект – явление, первые исследования которого датируются уже 1861г. (Дж. Тиндаль).

Задержка тепла атмосферой – нормальный процесс, он шел и до появления человека на Земле. Примерно 30% энергии, идущей от солнца, отражается либо от облаков, либо от частиц, содержащихся в атмосфере, либо от поверхности Земли. Остальные 70% поглощаются облаками и поверхностью Земли. Поглощенная энергия переизлучается Землей и атмосферой уже в инфракрасном (ИК) диапазоне.

Атмосфера к тому же нагревается дополнительно восходящими потоками воздуха и теплом, выделяющимся при формировании облаков. Большая часть ИК-переизлучения, однако, задерживается парниковыми газами и облаками и возвращается к поверхности Земли. Так возникает парниковый эффект. Именно поэтому на планете на 33С теплее, чем было бы без парникового эффекта.

Роль парниковых газов играют второстепенные компоненты атмосферы – СО₂, CH₄, NOх, тропосферный О₃ и хлорфторуглероды. Первой скрипкой здесь выступает СО₂, поскольку, во-первых, его доля в атмосфере несколько больше долей других парниковых газов (хотя в целом, напомним, невелика – 0,03% от всех газов, составляющих атмосферу), а во-вторых, именно у СО₂ наиболее интенсивно увеличивается концентрация в результате техногенеза (прежде всего из-за сжигания человеком ископаемого топлива и вырубки лесов).

Сжигание топлива – главный источник парниковых газов (прежде всего СО₂). Диоксид углерода – основной продукт реакций как полного сгорания угля, нефти, природного газа, сланцев, торфа и т.п., так и неполного их сгорания (окисления). Ниже приведены схемы реакций полного (а, б) и неполного (в, г) сгорания компонентов ископаемых топлив:

СН₄ + 2О₂ СО₂ +2Н₂О; (а)

2С₈Н₁₈ + 25О₂ 16СО₂ +18Н₂О (б)

СН₄ + О₂ Н₂О + СО₂ + СО + С (в)

С₈Н₁₈ + О₂ Н₂О + СО₂ + СО + С + СхНу (г)

 

Увеличение содержания СО₂ и других парниковых газов в атмосфере однозначно должно приводить к все более возрастающему удержанию переизлучаемого Землей тепла и, следовательно, глобальному потеплению климата.

Согласно прогнозам, это приведет к повышению уровня Мирового Океана и потере многих плодородных земель, на которых проживают десятки миллионов людей.

Происходящие в связи с парниковым эффектом изменения климата уже в настоящее время приводят к широкомасштабному перераспределению территорий обитания животных, растений, насекомых и микроорганизмов. Например, москиты были приспособлены к жизни на уровне 1000 м, теперь они обитают также на высоте до 2200 м.

В январе 1995 г. аргентинские ученые обнаружили 65-километровую трещину в ледяном Шельфе Ларсена в Антарктиде. Гигантский айсберг откололся от мощной ледяной плиты, которая возможно оставалась целой в течение 20 тыс. лет. Толщина айсберга – 200 м, площадь – 2900 км². Это изменило береговую линию.

Усилилось таяние льдов в Арктике, увеличилось количество лесных пожаров и, соответственно, уменьшилась масса потребителей диоксида углерода. Возросло количество бурь, смерчей, что также связано с потеплением климата.

С другой стороны, пока в атмосфере не фиксируется резкого увеличения концентрации СО₂, что возможно связано с его хорошей растворимостью в воде, где реагируя с кальцием, превращается в известняк.

Кроме того, в процессе изучения климатических изменений на Земле не обнаружена четкая корреляция между повышением температуры и содержанием СО₂ в атмосфере. Например, в период, когда в Гренландии было тепло и Эрик Рыжий, ее открывший, назвал свою землю зеленой, содержание СО₂ в атмосфере было в 1,5 раза ниже, чем в 1980 г.

Исторические аналогии позволяют ожидать в следующем веке устойчивого похолодания. Очередное межледниковое, в котором Земля пребывала 10тыс. лет, возможно, сменится новым ледниковым периодом.

На это могут оказать влияние такие астрономические факторы, как изменение орбитального и собственного движения Земли. Возможно, в этом случае человек и переоценивает свое могущество.

Диоксид углерода задерживает половину тепла в атмосфере, однако у него есть конкурент, метан СН₄ – гораздо более эффективный поглотитель инфракрасного излучения (хотя и содержащийся в атмосфере в существенно меньших количествах). Концентрация СН₄ в атмосфере начала возрастать примерно 300 лет назад, а в последние 100 лет резко увеличилась. Анализ воздуха в глубинных льдах Антарктиды и Гренландии показал, что концентрация атмосферного метана растет со скоростью 1% в год – в два раза быстрее, чем у СО₂. Интенсивное возделывание риса, разведение скота, сжигание биомассы в тропических лесах и саваннах, деятельность бактерий на свалках отходов, утечка газа при добыче угля и нефти – вот источники появления в атмосфере метана в значительных количествах.

По прогнозам ученых, потепление климата, вызываемое метаном, в ближайшем будущем может сравняться с потеплением, обусловленным накоплением в атмосфере СО₂.

 

Антипарниковый эффект – атмосферный эффект, производящий противоположное парниковому эффекту действие, а именно охлаждающий поверхность небесного тела. В отличие от парникового эффекта, в данном случае атмосфера хорошо поглощает солнечное излучение, однако пропускает инфракрасное от поверхности. В совокупности это приводит к охлаждению поверхности.

В настоящее время известно несколько примеров антипарникового эффекта в Солнечное системе. Аэрозоли в атмосфере Титана, содержащие органические молекулы, поглощают 90 % солнечного излучения, но довольно слабо – в инфракрасной области спектра. В результате поверхность Титана на 10 градусов холоднее, чем должна быть. Также для атмосферы Титана характерна обратная температурная зависимость, когда с повышением высоты температура атмосферы возрастает.

Несколько иной механизм на Плутоне. При приближении Плутона к Солнцу температура около его поверхности заставляет льды сублимироваться и превращаться в газы. Это создаёт антипарниковый эффект: подобно поту, охлаждающему тело при испарении с поверхности кожи, сублимация производит охлаждающий эффект на поверхность Плутона. При удалении планеты от Солнца газы конденсируются обратно на поверхность планеты (начиная с шапок полюсов).

Возможны локальные антипарниковые эффекты, например, на Земле в промышленных районах с большими выбросами аэрозолей, в зоне извержения вулканов или на Марсе во время пылевых бурь.

Также подобные сценарии рассматриваются в случае ядерной зимы и ранней атмосферы Земли.