Основные источники парниковых газов и их роль в изменении климата

• Введение

     В последние годы большое внимание уделяется проблеме глобальных климатических  изменений. Зачастую основную причину  глобальных климатических изменений  видят в деятельности человека. Но только ли в этом причина глобального  потепления на самом деле?

• Антропогенные факторы и борьба с ними

     Человеческая  деятельность приводит к тому, что  загрязнения поступают в атмосферу  в основном в двух видах в виде аэрозолей  и газообразных веществ. Главные источники аэрозолей  промышленность строительных материалов, производство цемента, открытая добыча угля и руд, черная металлургия и другие отрасли. Во всём мире в конце 80-х годов выбрасывалось в атмосферу около 8 млрд. т. СО₂, что составило 1т. на каждого жителя планеты Общее количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу в течение года составляет более 60 млн. тонн 


     С середины прошлого века, мировая общественность начала проявлять повышенный интерес  к экологическим проблемам, связывая их с антропогенными факторами. В  результате чего были приняты некоторые конвенции ограничивающие выброс различных веществ в атмосферу. Так в 1992 году была принята рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН) в ответ на появление всё большего числа научных свидетельств, что глобальное изменение климата определяется антропогенным изменением содержания парниковых газов атмосферы.

• Последствия загрязнения атмосферы

     Изменение состава атмосферы неминуемо  приведет к изменению температурного баланса на планете. На сегодняшний  день почти все изменения атмомферы приводят к росту температуры на планете. А это за собой влечет достаточно большое количество.

   В 2007 году концентрация CO₂ в атмосфере составляла 380 промилле. Каждый год деятельность человека увеличивает это число. В XX в. на естественный ход природных процессов накладывается воздействие человека, что стало заметно в ледниковых отложениях. Повышается антропогенная концентрация атмосферных нитратов и сульфатов: за 100 лет содержание во льду анионов SO₄(-2) выросло в три-четыре раза, а с 1950-х годов начала расти концентрация N0₃(-), к настоящему времени уже успевшая удвоиться из-за выбросов автотранспорта.

   Однако, основное влияние на климат, человечество оказывает увеличением не столько выбросов аэрозолей, сколько парниковых газов: СО₂, СН₄, NO₂ и фреонов. Детальные наблюдения за концентрацией CO₂ в атмосфере ведутся уже многие годы на обсерватории Мауна-Лоа и на Южном полюсе. По этим данным, с начала XIX в. по 80-е годы XX в. она выросла с 285 ppm, что типично для межледниковых условий, до 335—338 ppm, чему нет аналогов в данных из скважины со станции Восток. Современная концентрация метана в атмосфере равна 1,7 ppm — и в 2,5 раза больше максимума, выявленного по керну из района станции Восток.

   Если  сравнить нынешние концентрации парниковых газов с определенными по ледниковому керну для до индустриальной эпохи, оказывается, что за последние 200 лет их рост составил: 25% для СО₂, 100% для СH₄, 8 -10% для NO₂. Последние значения согласуются с данными о масштабах сжигания минерального топлива, а общий рост содержания парниковых газов в атмосфере - с увеличением населения Земли, которое за те же 200 лет увеличилось с 1 до 5 млрд. чел. Значит, именно рост народонаселения приближает человечество к экологической катастрофе.

   Ледниковые  и межледниковые колебания испытывают на себе влияние быстрых обратных связей, обусловленных наличием водяного пара в атмосфере, облачностью, снежным покровом и морским льдом, а также более длительных, обязанных медленным изменениям структуры и состава атмосферы, что переносит холодные условия ледниковой эпохи в какой-то мере на межледниковье.

   Известно, что разогрев земной поверхности  под влиянием антропогенных факторов за последнее столетие составил 2 Вт/м2, а в будущем, из-за ожидаемого удвоения концентрации СО₂ в атмосфере (от 300 до 600 ppm), он может достигнуть 4 Вт. Кажется, что это немного по сравнению со средним потоком поглощенной солнечной радиации, равным 240 Вт/м2, но и эта величина приводит к повышению приземной температуры в среднем на 1,2°С. А с учетом упомянутых эффектов обратных связей, усиливающих такой нагрев, общее потепление может оказаться значительнее. Современные оценки дают 2,8 -5,2°С (в среднем около 4°С). Это втрое больше, чем без учета обратных связей. И именно эта величина определяет чувствительность климата к росту концентраций парниковых газов.

    Таким образом, вклад парниковых газов  в изменение температуры в  Центральной Антарктиде за последний  климатический цикл может колебаться в пределах 40-65%, или примерно 50 ± 10 %. Это означает, что приблизительно 3° из 6°С - амплитуды ледниково-межледниковых изменений - могут быть обязаны парниковому эффекту.

   Если  возникнет «парниковое» потепление, в результате чего могут растаять некоторые ледниковые покровы и уровень океана повысится на 5—7 м всего за десятки лет. Это будет поистине глобальная катастрофа: целые страны (например, Голландия), крупнейшие города мира — Нью-Йорк, Токио, Санкт-Петербург и др.— окажутся под водой.

   Стоит отметить, что загрязнение атмосферы оказывает не только влияние на температуру планеты, но и на её радиационный фон. Озоновый слой, скрывающий поверхность Земли от губительного УФ излучения очень сильно зависит от состава атмосферы.

     Важной  особенностью атмосферного озона является то, что этот газ крайне неустойчив. Постепенно происходит процесс разрушения озона, поэтому даже для существования такого количества необходимых факторов, которые обеспечивают непрерывное его образование. В среднем в атмосфере Земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т. озона. Несмотря на малое количество, атмосферный озон играет исключительно важную роль в процессах радиационного переноса солнечной энергии. Он практически полностью поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца. 
Поглощение озоном солнечной энергии определяет нагрев атмосферы на высотах 30-60 км., что, в свою очередь, через сложнейшие механизмы взаимодействия формирует сложившиеся в атмосфере Земли динамические и тепловые процессы, определяет в конечном счете особенности циркуляции атмосферы и специфику климата на нашей планете. Активную роль в процессах образования и разрушения озона играют окислы азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, фтор, бром. Общий баланс озона в стратосфере регулируется, поэтому сложным комплексом процессов. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70% озона разрушается по азотному циклу, 17%-по кислородному, 10%-по водородному, около 2%-по хлорному и другим циклам и около 1,2% поступает в тропосферу. Важно отметить, что в этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняют своего содержания, поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств такого рода веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс. 


   Рассмотрим  основные геодинамические факторы, которые могут оказать существенное влияние на глобальные изменения климата:

1.Дрейф географического полюса Земли;

2.Дрейф геомагнитного полюса Земли;

3.Изменение  угловой скорости  вращения Земли; 

4.Повышение  эндогенной, в частности,  вулканической активности Земли

В 123 г. до н.э. Гиппарх открыл явление прецессии - предварение равноденствий. В

1755 г. Дж.Брадлей  обнаружил другое явление - нутации  оси вращения Земли. На рис.1.

показана траектория движения северного географического  полюса в 1996-2000 гг 


Максимальное удаление мгновенного полюса от среднего отмечалось в 1996 г.

Затем полюс стал закручиваться  и в 2000 г. подошел на минимальное  расстояние к центру

спирали. С 2000 по 2003 г. полюс раскручивался, а сейчас снова  закручивается,

постепенно перемещаясь по спирали к своему среднему положению (Н.С.Сидоренков,

2004).

Самое большое удаление мгновенного полюса от среднего не превышает 15 м.

Закручивание и  раскручивание траектории мгновенного  полюса объясняется тем, что он

совершает два периодических движения: свободное, или чандлеровское (названо в честь

открывшего его  в 1891 г. С.Чандлера), с периодом около 14 мес, и вынужденное с

годовым периодом. Чандлеровское  движение возникает, когда ось вращения Земли

отклоняется от оси  ее наибольшего момента инерции. Вынужденное движение вызывается

действием на Землю  периодических сил со стороны  атмосферы и гидросферы, имеющих

годовую цикличность. Мы не будем останавливаться на причинах Чандлеровских и 

многих других типов  движений оси Земли, прекрасно описанных в работ