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

Есть ли у растений нервы? Есть ли у растений нервы?

Нервов у растений нет, во всяком случае, в том виде, в каком они есть у животных

Наука и жизнь
Как справиться с депрессией? Ученые дали необычный ответ! Как справиться с депрессией? Ученые дали необычный ответ!

Страдающие от депрессии люди могут помочь себе неочевидным способом

ТехИнсайдер
Прогулка вокруг марсианских вулканов Прогулка вокруг марсианских вулканов

Отправляемся в экспедицию на Марс

Наука и жизнь
Магия или коды: что такое эзотерические языки программирования и зачем их создают Магия или коды: что такое эзотерические языки программирования и зачем их создают

Что такое эзотерические языки программирования и какими они бывают?

ТехИнсайдер
Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
Яхта для плохих парней Яхта для плохих парней

Конек Otam 58 GTS — комфорт пассажиров на высокой скорости

Y Magazine
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке

Пемза — отличный инструмент для решения повседневных хозяйственных задач

ТехИнсайдер
От мала до велика От мала до велика

Исполины и карлики среди одноклеточных и растений

Наука и жизнь
Не только для вкуса Не только для вкуса

Пряности, которые должны быть у тебя дома, если ты следишь за здоровьем

Лиза
Вечность болот Вечность болот

Самые крупные болотистые территории на Земле

Вокруг света
Как встречали Новый год и Рождество жители Российской империи Как встречали Новый год и Рождество жители Российской империи

Что нужно было человеку в Российской империи для правильной встречи Рождества?

СНОБ
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк третий. Эйнштейн в Америке

Наука и жизнь
Что не так с принцем Гарри и его книгой «Запасной» — мнение психолога Что не так с принцем Гарри и его книгой «Запасной» — мнение психолога

Как стоит вести себя «обидчику» и «обиженному», чтобы разрешить конфликт?

Psychologies
Иск о разморозке: стоит ли российским инвесторам судиться со странами ЕС Иск о разморозке: стоит ли российским инвесторам судиться со странами ЕС

Инвесторам пришло время подумать о плане Б

Forbes
Российские археологи обнаружили в Египте захоронение ребенка со 142 собаками Российские археологи обнаружили в Египте захоронение ребенка со 142 собаками

142 собаки: такой погребальный обряд нехарактерен для Древнего Египта

N+1
«Операция «Фортуна»: Искусство побеждать»: каким получился новый боевик Гая Ричи «Операция «Фортуна»: Искусство побеждать»: каким получился новый боевик Гая Ричи

«Операция «Фортуна»: Искусство побеждать»: правда ли, что Ричи уже не тот

Forbes
Секрет «Чебурашки»: почему фильм с Гармашом бьет рекорды проката в России Секрет «Чебурашки»: почему фильм с Гармашом бьет рекорды проката в России

Почему фильм про Чебурашку стал феноменом?

Forbes
Астрономы нашли планетную систему, где сразу две экзопланеты размером с Землю вращаются в обитаемой зоне Астрономы нашли планетную систему, где сразу две экзопланеты размером с Землю вращаются в обитаемой зоне

Астрономы находят все новые и новые относительно легкие планеты

ТехИнсайдер
Почему Ил-86 и «Боинг-747» такие похожие и одновременно разные Почему Ил-86 и «Боинг-747» такие похожие и одновременно разные

Почему у Ила-86 и «Боинга-747» столько отличий?

ТехИнсайдер
Бархатная кибитка. Роман о детстве Бархатная кибитка. Роман о детстве

Глава из новой книги Павла Пепперштейна — романа-воспоминания

СНОБ
«Аж трясет!»: 5 шагов, чтобы справиться с внутренней дрожью, — мнение психосоматолога «Аж трясет!»: 5 шагов, чтобы справиться с внутренней дрожью, — мнение психосоматолога

Как возникает внутренняя дрожь? Что поможет справиться с тревогой?

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

Делимся упражнениями, которые помогут мужчинам получить мультиоргазм

Psychologies
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
По законам исторической драмы: как правда и вымысел сочетаются в сериале «Корона» По законам исторической драмы: как правда и вымысел сочетаются в сериале «Корона»

Что в сериале «Корона» соответствует действительности, а что — плод фантазии

Forbes
«Не делать ничего. Совсем». Как влиться в работу после долгих выходных (и не сойти с ума) «Не делать ничего. Совсем». Как влиться в работу после долгих выходных (и не сойти с ума)

Почему возвратиться к работе после длинных выходных так тяжело?

Inc.
Как удалить обновление Windows: несколько рабочих способов Как удалить обновление Windows: несколько рабочих способов

Как удалить установленные обновления Windows 10, 11 и 7, если они все сломали

CHIP
Красавица 27 раз пырнула бывшего любовника и сделала ему “улыбку джокера”. Про это выйдет фильм Красавица 27 раз пырнула бывшего любовника и сделала ему “улыбку джокера”. Про это выйдет фильм

Сказка, которая закончилась жестоким убийством

ТехИнсайдер
Как научить жестокости: эксперимент Альберта Бандуры над четырехлетними детьми Как научить жестокости: эксперимент Альберта Бандуры над четырехлетними детьми

Эксперимент 1961 года, который показал, как насилие порождает насилие

VOICE
Большой хлопок, вечное расширение или гибель: что ждет нашу Вселенную в будущем Большой хлопок, вечное расширение или гибель: что ждет нашу Вселенную в будущем

Будет ли Вселенная существовать вечно ее ждет неминуемая гибель?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении