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

Норманны vs славяне. 300-летняя война Норманны vs славяне. 300-летняя война

Кого призвали старейшины: братьев-славян или братьев-варягов?

Дилетант
Шторм какой силы оторвёт вас от земли и унесёт к лешему? Шторм какой силы оторвёт вас от земли и унесёт к лешему?

Какой ветер опасен лично для вас?

ТехИнсайдер
Вороньи уроки Вороньи уроки

Когда кедру было 35 лет, в его кроне свила гнездо серая ворона

Наука и жизнь
Чем заменить кофе: 7 бодрящих и полезных напитков Чем заменить кофе: 7 бодрящих и полезных напитков

Не только кофе: напитки, которые помогут вам проснуться

ТехИнсайдер
Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
Национальный герой: 10 лучших киновоплощений Уинстона Черчилля Национальный герой: 10 лучших киновоплощений Уинстона Черчилля

Актеры, которые достойно воплотили личность Уинстона Черчилля

Правила жизни
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Можно ли прожить всю жизнь в кровати: эксперимент Можно ли прожить всю жизнь в кровати: эксперимент

Обычный человек проводит примерно треть жизни в кровати, но можно ли больше?

ТехИнсайдер
Мертвый язык Мертвый язык

«...мертвым он был в самом прямом смысле, речь шла о языке мертвых!»

Вокруг света
Женщины могут быть абьюзерами мужчин, но их не осуждают: мнение читательницы и психолога Женщины могут быть абьюзерами мужчин, но их не осуждают: мнение читательницы и психолога

Входим ли мы в мир, где сильному полу станет опасно оказывать женщинам внимание

Psychologies
Представление пленного царя Василия Шуйского Сенату и Сигизмунду III в Варшаве в 1611 году Представление пленного царя Василия Шуйского Сенату и Сигизмунду III в Варшаве в 1611 году

Символизм картины живописца Яна Матейко

Дилетант
Cadillac XT4 и европейские ценности Cadillac XT4 и европейские ценности

Cadillac способен выпускать не только монументальный Escalade

4x4 Club
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Полудикая пшеница приносит большие урожаи в жару и засуху Полудикая пшеница приносит большие урожаи в жару и засуху

Селекционерам и генетикам приходится думать об экстремальной жаре

ТехИнсайдер
Движение за новую деревню | The New Village Movement Движение за новую деревню | The New Village Movement

Южнокорейский опыт в развитии сельских территорий

Позитивные изменения
Речь о деталях: возможно ли выпустить хороший российский смарфтон Речь о деталях: возможно ли выпустить хороший российский смарфтон

Возможны ли локальные чудеса в жестоком мире потребительской электроники

Правила жизни
Настроить четкость Настроить четкость

Можно ли исправить астигматизм и вернуть зрению остроту

Лиза
Зерновой рынок становится все депрессивнее Зерновой рынок становится все депрессивнее

Итоги первой половины сезона 2022/23 из жизни зернового рынка

Агроинвестор
«Новый год — новый я»: почему и как нужно менять свои привычки? «Новый год — новый я»: почему и как нужно менять свои привычки?

Подходит ли наша неспокойная ситуация для того, чтобы совершенствовать себя?

Psychologies
Упадок Гёбекли-Тепе связали со снижением роли охоты и собирательства Упадок Гёбекли-Тепе связали со снижением роли охоты и собирательства

Исследование останков, обнаруженных на двух памятниках докерамического неолита

N+1
«Если мужчина изменял жене, почему будет верен вам?»: в чем опасность роли любовницы — личный опыт «Если мужчина изменял жене, почему будет верен вам?»: в чем опасность роли любовницы — личный опыт

Если мужчина изменяет своей жене, почему он не будет изменять своей любовнице?

Psychologies
«Мой живот накладной, потому что мне 45?»: беременную Ольгу Орлову возмутили завистники «Мой живот накладной, потому что мне 45?»: беременную Ольгу Орлову возмутили завистники

Ольга Орлова пожаловалась, что ее обвинили в симуляции беременности

VOICE
«Самый глупый маньяк»: история таксиста и серийного убийцы Дмитрия Лебедя «Самый глупый маньяк»: история таксиста и серийного убийцы Дмитрия Лебедя

На трех листах Лебедь написал список с 80 именами, и заявил, что убивал с 15 лет

VOICE
Как активистка Вильма Мэнкиллер стала первой женщиной среди вождей чероки Как активистка Вильма Мэнкиллер стала первой женщиной среди вождей чероки

Вильма Мэнкиллер стала первой женщиной, которую чероки избрали своим вождем

Forbes
Когда уже пора подарить телефон ребенку: мнение ученых Когда уже пора подарить телефон ребенку: мнение ученых

Если ребенок давно просит личный телефон, стоит подумать об этом

ТехИнсайдер
Сидя, стоя или лежа: в какой позе оптимальнее работать? Обсуждаем с врачом Сидя, стоя или лежа: в какой позе оптимальнее работать? Обсуждаем с врачом

Как работать, чтобы не вредить организму?

CHIP
Как радоваться испытаниям на пути к успеху: 4 практических шага — мнение коуча Как радоваться испытаниям на пути к успеху: 4 практических шага — мнение коуча

Как научиться радоваться процессу достижения целей?

Psychologies
На Алтае обнаружили ранее неизвестную популяцию среднего голоцена На Алтае обнаружили ранее неизвестную популяцию среднего голоцена

Палеогенетики прочитали древние геномы людей, останки которых нашли в Сибири

N+1
5 самых умных пород кошек 5 самых умных пород кошек

Различается ли интеллект кошек от породы к породе?

ТехИнсайдер
Что будет, если питаться лишь сырым мясом Что будет, если питаться лишь сырым мясом

Может быть, сырым мясом можно питаться постоянно?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении