Антропогенные факторы влияния на тепловой режим Земли.

 

По мере роста использования энергии, которая после всех преобразований в конце концов переходит в форму тепловой, вклад антропогенного тепла в тепловой баланс планеты непрерывно возрастает. Решающее значение этот вклад приобретает при этом, однако, не в суммарном теплообмене планеты, от которого он пока еще составляет доли процента. Важным фактором, влияющим на климатические особенности отдельных территорий, оказывается скопление антропогенных источников тепла на ограниченных участках концентрированного размещения больших городов и промышленных зон. Создавая устойчивые восходящие потоки нагретого воздуха, крупные промышленно-городские центры не только изменяют ход климатических процессов в непосредственной близости от себя, но могут, по-видимому, влиять и на характер распределения воздушных потоков. Такой техногенный тепловой поток, хоть он определяется энергией, часто на много порядков меньшей, чем та, которая реализуется в атмосферных процессах, может сыграть роль стрелочника. Действительно, ничтожная по сравнению с энергией движущегося поезда энергия, затрачиваемая на перевод стрелки, определяет выбор направления его движения.

Вклад техногенного запыления атмосферы в изменения альбедо может быть двояким. С одной стороны, уменьшение прозрачности атмосферы увеличивает отражение и рассеяние в пространстве солнечного излучения. В то же время за-пыление горных ледников и заснеженных поверхностей снижает их отражательную способность и ускоряет таяние.

Но наибольшую угрозу для теплового баланса Земли создает увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа. За последние десятилетия содержание углекислого газа в атмосфере повысилось на 12-15%. Углекислота поглощает инфракрасное излучение, поэтому она не влияет на приток к поверхности планеты световой энергии, но препятствует излучению тепла в пространство. Эта роль углекислого газа аналогична роли стеклянной крыши теплицы или парника, почему нагревание поверхности Земли из-за повышения его содержания в атмосфере и названо «парниковым эффектом».

Подобным свойством обладают и некоторые другие газы, в частности газообразные углеводороды. Из них только метан вносит заметный вклад в парниковый эффект, поскольку его содержание в атмосфере много выше, чем всех остальных «парниковых» газов из числа углеводородов. Он попадает в воздух как из естественных источников,-болот и застойных водоемов, в илах которых идут процессы метанового брожения, так и при утечках в процессе добычи, транспортировки и использования природного газа. Но угроза развития парникового эффекта связана в основном, минимум на 80%, с углекислым газом.

Основным источником энергии для самых разных систем промышленности, энергетики и транспорта еще на многие годы останется, очевидно, сжигание нефти, каменного угля, газа и других углеродсодержащих видов топлива. Угроза дальнейшего повышения концентрации углекислого газа в воздухе по этой и другим причинам, речь о которых впереди, и развития парникового эффекта совершенно реальна.

Изменения теплового баланса Земли зависят от множества параметров, которые сложным образом взаимодействуют, и далеко не всегда может быть строго учтено их влияние на среднюю температуру и особенности переноса тепла в атмосфере и гидросфере. Поэтому однозначно предсказать характер и масштабы возможных последствий вмешательства человеческой деятельности в теплообмен планеты невозможно. Вместе с тем прогнозирование последствий дальнейшего развития тех тенденций воздействия на тепловой баланс, которые регистрируются современной наукой, позволяет описать некоторые сценарии возможного хода событий, достаточно правдоподобные.

Одна из наиболее устойчивых тенденций последних десятилетий — рост концентрации углекислого газа в атмосфере. В конце XIX — начале XX века она составляла 0,029%, в настоящее время — 0,034%, то есть увеличилась примерно в 1,12 раза. Ежегодный рост содержания двуокиси углерода в воздухе медленно, но неуклонно увеличивается, и если эта тенденция не изменится, содержание этого газа в воздухе удвоится к 2020 году. Следствием этого станет развитие парникового эффекта и подъем средней температуры на Земле.

Различные расчеты предсказывают потепление вследствие парникового эффекта в среднем на 3-5 градусов Цельсия, но достоверность таких количественных прогнозов невелика, поскольку практически невозможно учесть все сопутствующие явления. Пока еще нет методов, которые давали бы возможность с высокой степенью надежности определить изменения систем океанских течений и воздушных потоков в условиях нового теплового баланса, учесть изменения альбедо из-за таяния полярных льдов и противоположно влияющего увеличения облачного покрова планеты. Вместе с тем опасность таяния ледниковых полярных льдов заключается не только в уменьшении альбедо, что приведет к дальнейшему разогреву, но и в возможном повышении на несколько метров и даже десятков метров уровня Мирового Океана. Если это произойдет, огромные площади низменностей, на которых ныне живет не менее четверти человечества, окажутся под водой.

Впрочем, возможен и вполне благоприятный для человечества вариант режима повышения средней температуры планеты при развитии «парникового эффекта». Медленное, растянутое на многие десятилетия повышение температуры может привести к смещению к полярным областям зон оптимального земледелия, увеличить влажность климата и равномерность распределения осадков, что сократит площади пустынь. Если события будут развиваться достаточно медленно, положительные социальные последствия такого потепления могут оказаться значительнее отрицательных. Ясно, по-видимому, что пока нет достаточной уверенности в том, что в условиях современной географической ситуации на планете события будут развиваться именно по «медленному» варианту, сохраняется вероятность катастрофического варианта. Из этого следует необходимость выработки мер по предотвращению развития «парникового эффекта».

Есть два основных пути предотвращения опасного повышения концентрации в атмосфере углекислого газа. Один из них — уменьшение сжигания органического топлива. Он пока лежит в области перспективных технических разработок новых, экологически безопасных источников энергии, и вряд ли достигнет в ближайшие годы масштабов, достаточных для отказа от сжигания нефтепродуктов и каменного угля. Второй путь — увеличение площади лесов, способных поглотить избыточную двуокись углерода, связав ее в синтезируемом органическом веществе. При этом приходится иметь в виду, что в любой зрелой, равновесной и устойчивой лесной экосистеме выделение углекислого газа в результате дыхания растений и животных, гниения органических остатков равно его поглощению в процессах фотосинтеза, и только накопление органического вещества сопровождается выделением кислорода в сумме процессов, проходящих в экосистеме.

Лес становится активным потребителем атмосферного углекислого газа только в тех случаях, когда органическое вещество не полностью деградирует и окисляется в трофических сетях экосистемы, а часть его изымается на образование гумуса почвы, захоранивается с последующим образованием пород, содержащих восстановленный углерод, или изымается человеком (не для сжигания!). Кроме того, устойчивая тенденция сведения лесов должна быть при этом заменена тенденцией увеличения лесных площадей, что потребует разработки и реализации грандиозных международных программ, требующих перестройки экономики многих стран.

Наряду с этим необходимо иметь в виду, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере — результат не только сжигания углеродсодержащего топлива. Возможно, гораздо более важную роль играет массовое осушение болот, в которых органическое вещество накапливается в виде торфа в моховых болотах и других органических отложениях в болотах тропиков. В этом же направлении влияет на содержание углекислого газа в воздухе и загрязнение океана, ведущее к снижению фотосинтетической активности фитопланктона, а значит, к уменьшению интенсивности накопления органических веществ в донных отложениях.

Имеющиеся научные данные указывают на то, что наиболее реальной опасностью сегодня остается возможность перегрева планеты вследствие парникового эффекта. Сложная система взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы, активная роль биосферы создают вероятность в течение всего нескольких десятилетий к существенному повышению температуры и катастрофическому развитию необычайно сложных процессов и созданию трудноразрешимых проблем в экономике, демографии, политике, связанных с массовым переселением людей, острым недостатком продовольствия, ростом социальной и, естественно, международной напряженности. Но даже если ценой огромных и неизбежных потерь человечество сумеет приспособиться к жизни в новых климатических условиях, этого не сможет сделать подавляющая часть видов животных и растений, что приведет к катастрофическому уменьшению видового разнообразия жизни на Земле и поставит под вопрос саму возможность сохранения биосферы современного типа, в которой только и может существовать человек.

4.1.2. Сохранение теплового баланса Земли – насущная задача человечества.

Проблемой потепления атмосферы планеты обеспокоены все: и ученые, и бизнесмены, и широкая общественность. Многие экологи считают, что основной ее причиной является промышленная деятельность человека. Они предлагают государствам сократить количество выброса углекислого и других парниковых газов (фреона, закиси азота, метана и так далее) в атмосферу. Для этого разработан международный, так называемый Киотский, протокол.

Протокол был подписан 159-ю странами в японском городе Киото в 1997 году. В соответствии с ним, индустриально развитые страны в период с 2008 по 2012 годы должны сократить уровень вредных выбросов, ведущих к возникновению так называемого парникового эффекта, в среднем, на 5,2 проц. от уровня 1990 года. В настоящее время участниками протокола являются 189 стран, совокупно ответственных за 63,7 проц. общемировых выбросов. В свою очередь, США – "наивеличайший загрязнитель", подписавшие протокол в 1998 году, в январе 2001 года отозвали свою подпись. Обязательства по протоколу взяли на себя 37 стран. Ряд развивающихся стран, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали.

Протокол призван снизить нагрузку на экологическую систему, которую на нее оказывает парниковый эффект. По данным экологов, за последние десятилетия концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на треть, метана - в 2,5 раза, выброшены сотни миллионов тонн хлорфторуглеродов. Если не принимать никаких мер, то положение будет только усугубляться. Поэтому необходимы более эффективные меры для решения данной экологической проблемы. Именно такие задачи ставили перед собой все проводимые климатические конференции, общее количество которых к 2010 году составило 15. Из них можно отдельно выделить Московскую конференцию 2003 года и конференцию 2009 года, проводимую в Копенгагене.

На конференцию, проводимую в Москве с 29 сентября по 3 октября 2003 г. были приглашены 2000 участников из более чем 100 стран мира. Конференция позволила большому числу ученых встретиться с представителями правительственных организаций, бизнеса, частного сектора и неправительственных организаций. Целью конференции было всестороннее обсуждение проблемы изменения климата, включая: понимание роли антропогенных и природных факторов, влияющих на климат; поиск путей уменьшения антропогенных эмиссий; оценка воздействия и мера адаптации к происходящим изменениям климата; и, кроме того, достижение максимального взаимопонимания между учеными, правительствами, бизнесменами и широкими слоями населения.

Всемирная Конференция 2003 года по изменению климата предоставила участникам замечательную возможность ознакомиться с новыми результатами исследований и улучшить понимание существующего состояния климатической системы и ее возможного развития в будущем, потенциальных последствий и отклика на воздействия.

К сожалению, на Конференции не было детального обсуждения и полного понимания путей вовлечения новых результатов исследований в решение Глобальной экологической проблемы – проблемы повышения температуры на Земле и грядущих изменениях условий жизни жителей планеты.

Значительно большие надежды возлагались на 15 Международную конференцию, проведение которой было запланировано на декабрь 2009 года в Копенгагене. Чтобы спасти климат на нашей планете приехать в Копенгаген выразили желание лидеры почти всех стран мира Общее число участников составило 193 страны. Таким образом, конференция приобрела гигантские масштабы, а результаты ее оказались более, чем скромными.

Действительно, после двенадцати дней обсуждений конференция ООН по вопросам изменения климата в Копенгагене завершилась только в шаге от провала. По ранее достигнутым договоренностям, в частности в ходе конференции ООН по вопросам климата на острове Бали (2007 год) было принято совместное решение о необходимости подписания нового соглашения, ограничивающего выбросы в атмосферу СО2. Этот договор, меняющий Киотский протокол, должен был быть подписан в ходе декабрьской конференции в Копенгагене. Этого не произошло. Практически все сходились во мнении, что обязательно надо срочно что-то делать, чтобы не допустить изменения климата. Снова и снова называлась общая цель - потепление на Земле не должно превысить двух градусов Цельсия. Но как только дело доходило до принятия конкретных решений сразу возникали трудности субъективного характера.

Китайцы были против контролеров в собственной стране, европейцы не смогли договориться относительно уровня сокращения выбросов СО2, американцы не захотели спешить, жители африканского континента отметили необходимость выделения на эти цели дополнительных средств, но не смогли гарантировать прозрачность их расходования. Развивающиеся страны считают, что индустриально развитые государства несут ответственность за глобальное потепление. И именно они должны устранять все негативные последствия В итоге ситуация зашла в тупик, несмотря на то, что на этапе подготовки конференции имелся пакет конкретных предложений по данной проблеме. Комиссия, которая готовила договор по климату, представила согласованный проект документа, в котором отмечалось, что для того, чтобы сдержать глобальное потепление необходимо сократить выбросы парниковых газов по сравнению с уровнем 1990 года, к 2020 году на 25-40 процентов, а к 2050 году - на 50 процентов. В противном случае человечеству не удастся избежать масштабных климатических катастроф. Однако достичь согласия относительно объемов сокращения выбросов не удалось.

15-я Рамочная конференция ООН по изменению климата формально завершила свою работу после двухнедельной дискуссии и почти на сутки позднее намеченного срока. Это был крупнейший в истории международный климатический форум. Его результатом стало "Копенгагенское соглашение", подготовленное лидерами США, Китая, Индии, ЮАР и Бразилии, которое было не одобрено, а лишь принято к сведению участниками конференции.

В трехстраничном документе, получившем название "Копенгагенское соглашение", ставится цель ограничить повышение температуры на планете 2 градусами и предоставить развивающимся странам "быструю помощь" в размере 30 млрд долларов в 2010-2012 годы, а также 100 млрд долларов в год до 2020 года, однако не ставит конкретных целей и обязательств в области сокращения выбросов парниковых газов. Ряд развивающихся стран выступили против этого документа, поскольку в нем не прописаны конкретные шаги по сокращению развитыми странами выбросов парниковых газов. Тем не менее, Соглашение, которое не является юридически обязывающим, предусматривает, что все страны к февралю будущего года представят свои обязательства по сокращению выбросов в атмосферу парниковых газов. Кроме того, к 2012 году богатые страны должны выделить развивающимся странам 10 миллиардов долларов на борьбу с изменениями климата.

Резюме:

Тепловой баланс Земли определяется равновесием поступления на ее поверхность излучения Солнца и рассеивания тепла в виде инфракрасного излучения в космическое пространство. Даже незначительные изменения средней температуры планеты вызывают изменения водных и воздушных потоков, что ведет к значительным изменениям климата в разных зонах. Основная опасность нарушения теплового баланса связана с накоплением в атмосфере углекислого газа и возможностью развития «парникового эффекта». Рост концентрации углекислого газа в последние годы связан не только со сжиганием органического топлива, но и с нарушениями природных механизмов выведения этого газа из атмосферы — уничтожением болот, в которых органическое вещество захоранивается, подкислением почв и природных вод, что ведет к разложению карбонатов, подавлением фотосинтеза растений многочисленными загрязняющими воздух, почвы и воды веществами. Необходимость сохранения теплового баланса Земли требует согласованного контроля за всеми этими факторами всеми странами планеты Земля.