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

Кунсткамера Кунсткамера

Миллионы улиток, толпы на переходах и мост длиной с город

Наука и жизнь
«Ты не останешься одна на всю жизнь»: письмо незамужней себе — пример психотерапевта «Ты не останешься одна на всю жизнь»: письмо незамужней себе — пример психотерапевта

Если что-то идет не по плану, мы начинаем волноваться: все так и останется?

Psychologies
Обман памяти Обман памяти

Как формируются ложные воспоминания?

Санкт-Петербургский университет
«Работаем с теми, кто взбивает сметану лапами»: Софья Троценко о 15-летии «Винзавода» «Работаем с теми, кто взбивает сметану лапами»: Софья Троценко о 15-летии «Винзавода»

О том, что происходит сегодня в арт-кластере «Винзавод»

Forbes
Гибель «Титаника»: русское эхо трагедии Гибель «Титаника»: русское эхо трагедии

Как гибель «Титаника» отразилась на русских прессе и обществе?

Дилетант
Мультиоргазм: 4 упражнения для мужчин — испытайте новые ощущения Мультиоргазм: 4 упражнения для мужчин — испытайте новые ощущения

Делимся упражнениями, которые помогут мужчинам получить мультиоргазм

Psychologies
Пять дней, которые изменят все: диета биохакеров, или FMD Пять дней, которые изменят все: диета биохакеров, или FMD

План питания FMD помогает обновить организм и укрепить иммунитет

Правила жизни
Что делать, если ваш вес перестал снижаться: совет от эксперта в области похудения Что делать, если ваш вес перестал снижаться: совет от эксперта в области похудения

Как победить “эффект плато”?

ТехИнсайдер
Яжмать и яжотец: как общаться с родителями, помешанными на детях? Яжмать и яжотец: как общаться с родителями, помешанными на детях?

Что делать, если ваши знакомые навязывают вам общение с их ребенком?

Psychologies
Откровенные фото: как раскрепоститься перед камерой — 6 секретов Откровенные фото: как раскрепоститься перед камерой — 6 секретов

Как чувствовать себя сексуальной и раскрепощенной перед камерой?

Psychologies
Битый, дутый, воздушный Битый, дутый, воздушный

Вздутый пирог — как его готовят и с чем едят?

Наука и жизнь
3 золотых правила, которые каждая женщина должна привнести в свою жизнь 3 золотых правила, которые каждая женщина должна привнести в свою жизнь

Советы, которые помогут сделать твою жизнь гармоничнее и насыщеннее

VOICE
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
«Радость жизни стала исчезать»: прославившиеся в детстве знаменитости, которых эксплуатировали родители «Радость жизни стала исчезать»: прославившиеся в детстве знаменитости, которых эксплуатировали родители

Грустные и шокирующие истории некоторых знаменитостей

VOICE
Majesty Rocket One Majesty Rocket One

Проверяем суперяхту Majesty 120 морем

Y Magazine
«Пиноккио Гильермо дель Торо»: сказка про отцов и детей, фашизм и неминуемость смерти «Пиноккио Гильермо дель Торо»: сказка про отцов и детей, фашизм и неминуемость смерти

История создания красочной кукольной анимации «Пиноккио Гильермо дель Торо»

Forbes
Облачный атлас. Покупка подержанного Geely Atlas Облачный атлас. Покупка подержанного Geely Atlas

Geely Atlas: соотношение недостатков и достоинств

4x4 Club
7 тревел-трендов 2023 7 тревел-трендов 2023

Даже те, кто раньше жаждал экстрима, теперь ставят безопасность в приоритет

Лиза
«Эмили в Париже»: почему полный стереотипов сериал стал культовым «Эмили в Париже»: почему полный стереотипов сериал стал культовым

Как «Эмили в Париже» удалось создать вокруг себя настоящий культ

Forbes
Как вернуть секс в браке: 7 важных советов — устройте перезагрузку Как вернуть секс в браке: 7 важных советов — устройте перезагрузку

Что делать, если партнеры больше не испытывают прежнего желания?

Psychologies
5 лучших рецептов от простуды, которые помогут тебе быстро прийти в форму 5 лучших рецептов от простуды, которые помогут тебе быстро прийти в форму

Как справиться с простудой своими силами

Лиза
Арктика, Антарктика и Антарктида: в чем же разница? Арктика, Антарктика и Антарктида: в чем же разница?

Антарктика и Антарктида — это одно и тоже, но вот чем она отличается от Арктики?

ТехИнсайдер
Каково это — быть слепоглухим. Монолог американской писательницы Хелен Келлер Каково это — быть слепоглухим. Монолог американской писательницы Хелен Келлер

Хелен Келлер рассказывает, что она услышала в «Девятой симфонии» Бетховена

Правила жизни
Почему знак сердца совсем не похож на реальное сердце? Интересное объяснение Почему знак сердца совсем не похож на реальное сердце? Интересное объяснение

Почему знак сердца не похож на реальный орган?

ТехИнсайдер
«Мой трехлетка и то лучше нарисует!»: почему мы обесцениваем современное искусство «Мой трехлетка и то лучше нарисует!»: почему мы обесцениваем современное искусство

Почему нам сложно воспринимать «непонятное искусство»?

Psychologies
Каково это — видеть 100 миллионов цветов Каково это — видеть 100 миллионов цветов

Тетрахроматы — люди, которые воспринимают в сто раз больше цветов, чем другие

Правила жизни
Лекарство от астмы оказалось способно возвращать утраченные воспоминания Лекарство от астмы оказалось способно возвращать утраченные воспоминания

«Забытые» воспоминания могут быть восстановлены

ТехИнсайдер
«Не получилось, не Господь Бог»: как и почему стартап StudyFree задолжал сотрудникам «Не получилось, не Господь Бог»: как и почему стартап StudyFree задолжал сотрудникам

Что будет со стартапом StudyFree?

Forbes
Звезда таинственно мерцала целых семь лет, прежде чем засиять снова: космическая загадка Звезда таинственно мерцала целых семь лет, прежде чем засиять снова: космическая загадка

Звезда, известная как Gaia17bpp, внезапно вспыхнула ярко

ТехИнсайдер
Вкус экзотики. Как в Европе пытаются заменить мясо на порошок из сверчков Вкус экзотики. Как в Европе пытаются заменить мясо на порошок из сверчков

Как введение насекомых в рацион спасает экологию

СНОБ
Открыть в приложении