Почему климат на Земле так стремительно меняется

Наука и жизньНаука

Солнце меняет климат

Кандидат географических наук Валерий Фёдоров, географический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова.

Атмосферная станция у вершины вулкана Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory — MLO) на острове Гавайи, США. Здесь впервые в 1958 году начали инструментальные наблюдения за содержанием углекислого газа и долгое время вели их только здесь.

Климат на Земле стремительно меняется. Связанные с этим природные явления создают риски для благополучия жизни будущих поколений. Особое беспокойство и тревогу вызывают сокращение площади морских льдов, горных и полярных ледников, деградация вечной мерзлоты, повышение уровня Мирового океана, изменение режима и интенсивности атмосферных осадков, увеличение числа тайфунов и ураганов, засушливых периодов и масштабных природных пожаров, рост неустойчивости в развитии природных процессов.

Достоверное прогнозирование последствий климатических изменений возможно, если оно базируется на реалистичных факторах, влияющих на климат. Среди таких факторов основными считаются солнечная радиация, парниковый эффект, вулканическая деятельность и механизмы теплообмена.

В конце XIX века Сванте Аррениус высказал предположение, что глобальные изменения климата могут быть связаны с изменением содержания дву-окиси углерода в атмосфере. В настоящее время мнение о том, что основная причина изменения глобального климата — парниковый эффект, связанный, главным образом, с эмиссией парниковых газов, которая определяется антропогенным фактором, — претендует на статус достоверного и общепризнанного. Однако убедительные научные доказательства, подтверждающие это мнение, не приводятся. В связи с этим попытаемся оценить влияние углекислого газа, связанного с деятельностью человека, на изменения термического режима атмосферы и разобраться в реальных причинах, определяющих эволюцию современного глобального климата.

Ложка рукотворного углекислого газа в бочке парниковых газов

Для начала напомним, что такое парниковый эффект Земли. Парниковый эффект проявляется в способности ряда газов и аэрозолей удерживать тепло, получаемое нашей планетой от Солнца. Иными словами, приходящая от Солнца коротковолновая радиация разогревает поверхность нашей планеты, которая излучает тепло в виде длинноволнового (инфракрасного) излучения. Это тепло нагревает атмосферу и частично удерживается ей.

Оценка парникового эффекта основывается на понятии эффективной температуры Земли Te и её отличии от фактической температуры земной поверхности. Эффективная температура Te соответствует потоку инфракрасного излучения от Земли L, уходящему в космос, в расчёте на единицу земной поверхности. Она (в градусах Кельвина) оценивается в соответствии с законом Стефана—Больц-мана (L = σTe4). Если обозначить через T температуру земной поверхности, то разность ΔТ = (T – Te) есть парниковый эффект. Сотрудники Национального центра атмосферных исследований (США) показали1, что интенсивность солнечной радиации на верхней границе атмосферы составляет 341,3 Вт/м2. Если принять альбедо Земли, то есть долю приходящей солнечной радиации, отражённой атмо-сферой и земной поверхностью, равным 30%2, то отражённая радиация составит 102,4 Вт/м2. Достигающей поверхности Земли солнечной радиации (238,9 Вт/м2) в соответствии с формулой Стефана— Больцмана соответствует эффективная температура, равная 254,7 К. Таким образом, парниковый эффект оказывается равным 33,3 К.

1 Trenberth K. E., Fasullo J. T., and Kiehl J. Earth global energy budget. // American meteorological society, march 2009. P. 311—323.

2 Общепринятое значение для Земли, рассчитанное на основе измерений отражённой радиации от поверхностей разного типа — водной, снежной и др., и атмосферы.

В случае, если бы у нашей планеты не было атмосферы (при существующем притоке солнечной радиации), её температура была бы ниже нынешней приблизительно на 33°С и составила бы –18°С (255 К). Среднегодовая приповерхностная температура Земли 288 К. Следовательно, парниковым эффектом планеты определяется 11,4% (33 К) температурного режима Земли.

Оценим теперь способность человека влиять на глобальную температуру нашей планеты. Основной парниковый газ — водяной пар. Это понятно, так как около 70% земной поверхности занято океаном, с поверхности которого вода испаряется. Содержание водяного пара в атмосфере в среднем составляет около 2% и может достигать 4% в единице объёма воздуха. Содержание углекислого газа (суммарно естественного и антропогенного) всего 0,04% (или 400 ppm — миллионных частей в единице объёма воздуха).

Составляющие радиационного баланса Земли. Стрелками схематично обозначены потоки энергии. Рисунок (с изменениями) из статьи: Trenberth K. E., Fasullo J. T., Kiehl J. Earth global energy budget. // American meteorological society, march 2009. P. 311—323.

Водяной пар удерживает около 75—80% длинноволновой радиации. На долю СО2 (суммарно естественного и антропогенного), по расчётам доктора физико-математических наук Бориса Михайловича Смирнова3, приходится около 15—20% (для безоблачного неба). Принимая, что водяным паром определяется 75% парникового эффекта, а СО2 — 20%, их вклад в температурный режим атмо-сферы составит (от 33 К) 24,75 К и 6,6 К соответственно. Парниковый эффект, обусловленный углекислым газом, определяется естественной и антропогенной составляющей. Антропогенные выбросы в настоящее время, как показал ведущий сотрудник географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Владимир Николаевич Голубев4, составляют приблизительно 9 Гт/год. Суммарное содержание СО2 в атмосфере сегодня оценивается в 910 Гт.

3 Смирнов Б. М. Физика глобальной атмосферы. —Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2017.

4 Голубев В. Н. Роль арктического морского ледяного покрова в газообмене поверхностных геосфер. // Криосфера Земли, 2010, т. XIV, № 4, с. 17—29.

Каково влияние этих выбросов на термический режим атмосферы и как он менялся в период интенсивного индустриального развития (1959—2021 годы)? Общее содержание СО2 в атмосфере в 1959 году5 составляло 316 ppm, в 2021 году — 414,7 ppm. Следовательно, за период с 1959 по 2021 год его содержание возросло на 98,7 ppm, увеличиваясь в среднем за год на 1,57 ppm. Поскольку 1 ppm приблизительно равен 0,5 Гт, то ежегодное увеличение углекислого газа в этот период составляло 0,78 Гт.

5 1959 год — год начала инструментальных наблюдений за содержанием углекислого газа, которые вели долгое время только на станции Мауна-Лоа на Гавайских островах

Примем для всего периода ежегодные антропогенные выбросы СО2, равные 9 Гт (хотя, по данным В. Н. Голубева, ещё в начале нынешнего тысячелетия они составляли около 7,5 Гт). Ежегодное поступление естественного СО2 с поверхности материков и океана (без учёта вулканических выбросов), по данным Агентства по охране окружающей среды США, составляет около 211 Гт. Эти ежегодные поступления вовлекаются в углеродный цикл и поглощаются в области стока СО2 — в Мировом океане.

При этом в среднем за год остаётся непоглощённым 0,78 Гт — таково ежегодное увеличение содержания СО2 в атмосфере. В данном остатке антропогенный углекислый газ составляет не более 4,1% (9 Гт/(9 Гт + 211 Гт) = 0,0409). Таким образом, ежегодно в атмосфере накапливается 0,032 Гт антропогенного СО2. Следовательно, за 62 года (с 1959 по 2021 год) в атмосфере накопилось 2,01 Гт диоксида углерода, связанного с деятельностью человека. От общего содержания СО2 в атмосфере — 910 Гт — это составляет 0,22%.

Теперь оценим вклад антропогенного углекислого газа в изменение приповерхностной температуры воздуха (ПТВ) за тот же период. Аномалия приповерхностной температуры воздуха в Северном полушарии, по данным университета Восточной Англии и метеобюро Хэдли (Hadley Center, Великобритания), в 1959 году оценивается в 0,073°С, в 2021 году — в 1,178°С6, то есть изменение приповерхностной температуры воздуха за этот период составляет 1,105°С. Допустим, что всё потепление связано только с парниковым эффектом (то есть примем, что поступление солнечной радиации не изменялось, вулканических извержений в этот период не происходило) и увеличение содержания водяного пара в атмосфере происходило сходным образом с увеличением СО2. Тогда 75% роста приповерхностной температуры воздуха (0,829°С) связано с водяным паром, а 20% (0,221°С) определяется углекислым газом. Поскольку антропогенный СО2, накопленный за этот период, составляет 0,22% от его общего содержания, то из 0,221°С углекислым газом естественного происхождения в Северном полушарии определяется 0,2205°С, а антропогенным — 0,0005°С.

6 За климатическую норму Всемирная метеорологическая организация принимает средние значения за 1961—1990 годы.

В Южном полушарии аномалия приповерхностной температуры воздуха в 1959 году оценивалась в −0,038°С, в 2021 году — в 0,481°С, то есть её увеличение составляет 0,519°С. В этом случае с водяным паром связано увеличение приповерхностной температуры воздуха на 0,389°С, с углекислым газом — на 0,104°С. Вклад антропогенного СО2 в потепление в Южном полушарии с 1959 по 2021 год составляет всего 0,0002°С.

Глобальный углеродный цикл. Чёрными цифрами обозначены запасы углекислого газа в гигатоннах, синими цифрами — потоки в год (Гт/год). Рисунок: www.epa.gov

Для Земли аномалия приповерхностной температуры воздуха в 1959 году составляла 0,017°С, в 2021 — 0,827°С, то есть ПТВ Земли увеличилась за 62 года на 0,810°С. Вклад водяного пара в этот рост — 0,608°С, вклад суммарного углекислого газа — 0,162°С. При этом антропогенный СО2 ответственен за увеличение приповерхностной температуры воздуха Земли на 0,0004°С.

Эти значения находятся в пределах ошибок измерения температуры. Следовательно, наблюдаемое глобальное потепление не связано с деятельностью человека. Напомним, что при оценке вклада антропогенного СО

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
«Стыд и срам!»: за какие поступки осуждали мужчин в СССР «Стыд и срам!»: за какие поступки осуждали мужчин в СССР

Раньше каждый мужчина в СССР должен был жить четко по плану

ТехИнсайдер
«Россия, собравшаяся в Крыму» «Россия, собравшаяся в Крыму»

В 1920 году в центре внимания Европы находились события Советско-польской войны

Дилетант
Какой силы может достигать землетрясение? Какой силы может достигать землетрясение?

Могут ли землетрясения стать сильнее 9,5 баллов?

ТехИнсайдер
Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал

Город — словно остров в океане времени

Наука и жизнь
Настроить четкость Настроить четкость

Можно ли исправить астигматизм и вернуть зрению остроту

Лиза
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Вред или польза: разрушаем самые популярные мифы о молоке Вред или польза: разрушаем самые популярные мифы о молоке

Вместе с экспертом говорим начистоту о плюсах и минусах молочных продуктов

VOICE
Штурм французскими войсками Малахова кургана 8 сентября 1855 года Штурм французскими войсками Малахова кургана 8 сентября 1855 года

Картина французского баталиста Адольфа Ивона о взятии Малахова кургана

Дилетант
Что и как есть, чтобы не заболеть: 4 совета для повышения иммунитета Что и как есть, чтобы не заболеть: 4 совета для повышения иммунитета

Как меньше болеть и что для этого нужно, узнали у нутрициолога

Правила жизни
В глубинах сапфировых облаков: путешествие на Нептун В глубинах сапфировых облаков: путешествие на Нептун

Так ли на Нептуне всё тихо и спокойно, как кажется на первый взгляд?

Наука и жизнь
5 странностей советских квартир, которые в современных домах уже не встретишь 5 странностей советских квартир, которые в современных домах уже не встретишь

В квартирах времен СССР нередко встречались странные детали

ТехИнсайдер
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Неправильный огород Неправильный огород

Как называть серавая, который высаживает странные цветы просто ради красоты?

Вокруг света
Глубоко под Средиземным морем обнаружена неизвестная магматическая камера — и она растет каждый год Глубоко под Средиземным морем обнаружена неизвестная магматическая камера — и она растет каждый год

Исследователи обнаружили магматическую камеру под подводным вулканом Колумбо

ТехИнсайдер
«Толстый день»: что делать, когда не радует отражение в зеркале «Толстый день»: что делать, когда не радует отражение в зеркале

Почему мы бываем недовольны своим отражением в зеркале и как с этим справиться

Psychologies
Честность и безопасное пространство: как работают женские профессиональные сообщества Честность и безопасное пространство: как работают женские профессиональные сообщества

Какие возможности женские профессиональные сообщества дают своим участницам

Forbes
Как найти человека по номеру телефона? 10 актуальных способов на разные случаи жизни Как найти человека по номеру телефона? 10 актуальных способов на разные случаи жизни

Узнать владельца неизвестного номера можно несколькими способами

CHIP
Отекают ноги Отекают ноги

Почему отекают ноги и что делать в том или ином случае

Лиза
5 гениальных способов применить эпоксидную смолу: самодельные украшения, поделки и даже мебель 5 гениальных способов применить эпоксидную смолу: самодельные украшения, поделки и даже мебель

При желании из эпоксидки можно смастерить много необычных и интересных вещей

ТехИнсайдер
Утверждение радости Утверждение радости

Как «Дневники» протоиерея Шмемана помогают найти выход, когда выхода нет

Weekend
4 способа ездить на собаках 4 способа ездить на собаках

Да, на собаках можно ездить, причем не только зимой

Maxim
Как пользоваться Midjourney: простая инструкция, чтобы опробовать нейросеть с картинками Как пользоваться Midjourney: простая инструкция, чтобы опробовать нейросеть с картинками

Midjourney: делимся пошаговой инструкцией для начинающих текстовых художников

Правила жизни
Как остановить Как остановить

Когда вечерний перекус становится по-настоящему опасным для вашей фигуры?

ТехИнсайдер
Идеальный порядок: 16 вещей, которые стоит выбросить — попробуйте дома Идеальный порядок: 16 вещей, которые стоит выбросить — попробуйте дома

Наша читательница поделилась списком вещей, которые точно стоит выбросить

Psychologies
«Доктрина истинной женственности»: как викторианская эпоха заперла женщин дома «Доктрина истинной женственности»: как викторианская эпоха заперла женщин дома

Как век промышленного развития чуть не оставил женщин за бортом прогресса

Forbes
Как искать работу в кризис: инвестиционный подход Как искать работу в кризис: инвестиционный подход

Что лучше: создавать ниши для себя или встраиваться в существующие?

Psychologies
Пережила отца на 12 лет: всё о единственной дочери Элвиса Пресли, умершей в 54 года Пережила отца на 12 лет: всё о единственной дочери Элвиса Пресли, умершей в 54 года

Лиза Мария Пресли очень походила на своего знаменитого папу

VOICE
Ген, найденный у долгожителей, омолаживает сердце на 10 лет Ген, найденный у долгожителей, омолаживает сердце на 10 лет

Ученые обнаружили полезную мутацию, которая задерживает старение сердца

ТехИнсайдер
15 юных фотографий той самой Линды Лавлейс — ведущей актрисы из «Глубокой глотки» 15 юных фотографий той самой Линды Лавлейс — ведущей актрисы из «Глубокой глотки»

Как Линде Лавлейс удалось забраться столь глубоко в историю кинематографа

Maxim
Открыть в приложении