Парникоый эфффект

Концентрация  тропосферного сульфатного  аэрозоля

Частицы аэрозоля играют важную роль в климатической  системе, поскольку они непосредственно  влияют на характеристики прямого или  отраженного солнечного излучения. Наибольшее климатическое значение имеют частицы размером менее  одного микрометра, они образуются в атмосфере в результате газохимических превращений, в которые вовлечены в основном серосодержащие газы и, в первую очередь, SO2. В результате образуется серная кислота, которая немедленно конденсируется в виде мельчайших капелек. Такие процессы всегда имели место в атмосфере Земли, куда достаточное количество серы поступало с поверхности океана и в результате извержений вулканов, однако в XX веке равновесие оказалось нарушенным.

Сейчас бoльшая часть (примерно 60%) серы, попадающей в атмосферу, имеет антропогенное происхождение и обусловлена сжиганием ископаемых топлив и биомассы, выбросами некоторых производств (производство серной кислоты, меди, цинка и др.). Развитие технологий сероулавливания в энергетике и в промышленности привело к тому, что на рубеже нынешних веков эмиссия серы и концентрация тропосферного аэрозоля стабилизировались. Оценки показывают, что после 2030 г., по мере распространения и совершенствования передовых технологий сероулавливания, начнется снижение эмиссии серы в условиях продолжающегося роста потребления энергии (рис. 3-3) и к концу XXI века антропогенный источник выброса серы практически исчезнет. Тропосферному аэрозолю принадлежит особая роль в происходящей на наших глазах климатической драме. Рост концентрации аэрозоля с начала индустриальной эры приводил к увеличению вызываемого им экранирующего прямое солнечное излучение эффекта, что способствовало похолоданию климата. Ожидаемое в следующем веке уменьшение концентрации приведет к тому, что направление влияния аэрозоля на климат планеты изменится на противоположное.

Солнечная постоянная

Тепловой поток, поступающий от Солнца на внешнюю  границу атмосферы, в среднем  составляет 1370 Вт/м2. Данное значение испытывает сложные квазициклические колебания в пределах долей процента, однако этого оказывается достаточно для того, чтобы существенным образом влиять на формирование климата. Прогнозирование солнечной активности можно построить на основе анализа изменения этой активности за период непосредственных инструментальных наблюдений за Солнцем (с начала XVII века) и косвенных данных, относящихся к более раннему периоду . Оказывается, что солнечная активность подвержена колебаниям с разными амплитудами и периодами (от 6,6 до 2500 лет). В настоящий момент Солнце проходит через тысячелетний пик своей активности, образованный наложением кратко- и долгосрочных трендов и отличающийся достаточно высокой стабильностью. Этот пик, по-видимому, продлится до 2010 г., после чего начнется постепенное уменьшение активности, которое приведет к ее глубокому минимуму во второй половине следующего столетия. Минимальная оценка снижения солнечной постоянной по сравнению с нынешним уровнем составляет 0,4%, что вполне достаточно для снижения среднеглобальной температуры на 0,5-0,6 °С.

Вулканическая активность

В соответствии с современными представлениями  механизм влияния вулканической  активности на климат состоит в следующем. Основное влияние на поток солнечной  радиации и, следовательно, на тепловой режим Земли оказывает слой серно-кислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Этот аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат. Насколько серьезным фактором может оказываться вулканическая активность, демонстрируют факты, свидетелями которых является нынешнее поколение. В том, что не все годы из последних 17 лет оказались рекордными по средней температуре, "виновато" катастрофическое извержение вулкана Эль-Чичон в 1982 г., когда в атмосферу было выброшено 107 тонн серы. В результате 1982 и 1984 годы выпали из рекордного списка. Крупнейшее за XX век вулканическое извержение произошло в 1991 г. - вулкан Пинатубо отправил в стратосферу 3ґ107 тонн серы. Последующие годы 1992 и 1993, хотя и входят в перечень самых теплых, однако занимают в нем позиции в конце списка.

Еще в середине прошлого века была высказана гипотеза о связи вулканической и солнечной активности. Анализ достаточно обширных архивов по вулканическим извержениям и солнечной активности, который стал возможен к концу XX века, подтверждает эту гипотезу. Полной ясности о том, как Солнце оказывается в состоянии управлять вулканами, пока нет, тем не менее можно с уверенностью, используя методы математической статистики, прогнозировать вулканическую активность, опираясь на данные о солнечной активности. Интересно, что с точки зрения влияния того и другого фактора на климат, один как бы усиливает другой - уменьшение активности Солнца приводит к снижению среднеглобальной температуры атмосферы Земли и одновременно активизирует деятельность вулканов, что, в свою очередь, вносит дополнительный эффект в уменьшение солнечной радиации, достигающей поверхности планеты.

Автоколебания в системе атмосфера-океан

Из природных  явлений планетарного масштаба к  числу наиболее мощных и имеющих  наиболее серьезные последствия  для человека следует отнести  так называемое южное колебание - перераспределение масс воздуха  в низких широтах Южного полушария  между Индийским и Тихим океанами. В обычной ситуации, когда атмосферное давление примерно одинаково над обоими океанами, северо-восточные и юго-восточные пассатные ветры нагоняют теплую воду в западную часть Тихого океана. При этом в его восточной части в результате сгона поверхностного слоя формируется холодный слой перемешивания. Если давление над Тихим океаном растет, то сгонно-нагонные явления в океане становятся еще более выраженными.

Однако возможна и другая ситуация, повторяющаяся  через нерегулярные промежутки времени - давление над Индийским океаном  вырастает настолько, что пассатные  ветры ослабевают и даже меняют направление  на противоположное. Теплая вода из западной части Тихого океана устремляется на восток и накапливается у берегов Южной Америки. Такие случаи значительного потепления воды в центральной и восточной частях экваториальной зоны Тихого океана получили название явлений Эль-Ниньо. Явления Эль-Ниньо оказывают влияние не только на региональный климат и морскую экосистему западного побережья Южной Америки, но и возмущают атмосферную циркуляцию на всем земном шаре. Вызванные этими возмущениями аномалии погоды обнаруживаются во многих районах умеренных широт. Глобальные изменения состояния океана и атмосферы сопровождаются также изменениями концентрации в атмосфере углекислого газа и озона и даже небольшим замедлением вращения Земли. Разумеется, что средний температурный эффект автоколебаний за достаточно длительный промежуток времени, включающий несколько колебаний в системе атмосфера - океан, должен быть близок к 0. Начиная с начала ХVI века и по сей день, произошло 48 достаточно сильных явлений Эль-Ниньо (последнее началось в марте 1997 г. и закончится, вероятно, в конце 1998 г.). Это означает, что для декадного и междекадного изменения климата влияние данного фактора будет весьма существенным. Наступление Эль-Ниньо сопровождается заметным повышением среднеглобальной температуры. Примером тому могут служить 1983, 1987, да и 1997 годы, попавшие в разряд самых теплых в значительной степени из-за исключительно сильных Эль-Ниньо.

Современная наука  не позволяет предсказывать точные даты явлений Эль-Ниньо, однако анализ методами математической статистики временного ряда явлений дает возможность построить  надежный прогноз среднего числа  событий за достаточно длинный промежуток времени. Из этого прогноза следует, что наблюдаемое в настоящее  время учащение явлений Эль-Ниньо  в ближайшие десятилетия прекратится  и в 20-х годах следующего столетия частота появления Эль-Ниньо станет минимальной.

Параметры орбиты земли

По сравнению  с перечисленными выше факторами  формирования глобального климата  фактор изменения параметров орбиты Земли проявляется на гораздо  более длительных временных интервалах. Нынешний период истории планеты  характерен тем, что суммарный эффект от изменения параметров орбиты ведет  к медленному понижению среднеглобальной температуры со скоростью 0,04 °С в столетие.

Рассмотрим теперь относительный вклад каждого  из указанных факторов в изменение  климата в масштабе десятилетия  и заканчивающегося столетия. Результаты такого сопоставления приведены  на рис. 3-7, где вклад каждого из факторов представлен по отношению  к парниковому эффекту, принятому  за единицу. Как видно на рисунке, суммарный (1+2) антропогенный вклад  в изменение климата на декадной протяженности по своей величине занимает все еще лишь третье место, уступая влиянию вулканов и автоколебаний в системе атмосфера-океан. При переходе от декадной к вековой изменчивости климата значение парникового эффекта, имеющего постоянный положительный знак, усиливается. Однако суммарная величина атропогенного воздействия (1+2) вполне соизмерима с суммарным вкладом естественных факторов.

а – в масштабе десятилетия (70—80-е годы XX века); б  – в масштабе столетия (1890—1990 гг.) 1 – парниковые газы; 2 – тропосферный сульфатный аэрозоль; 3 – солнечная  активность; 4 – вулканическая активность; 5 – автоколебания в системе  атмосфера-океан; 6 – параметры орбиты Земли.

Рис. 3-7. Сопоставление  вкладов климатообразующих факторов.

Вывод

Что же ожидает  человечество в наступающем первом веке нового тысячелетия? Результаты расчетов изменения глобальной температуры  в XXI веке приведены на рис. 3-8.

1 – без ограничений  эмиссии СО2; 2 – с постоянной эмиссией СО2 на уровне 1990 г.; 3 – с постоянной эмиссией СО2 на душу населения на уровне 1971—1995 гг. Рис. 3-8. Прогноз изменения среднеглобальной температуры в XXI веке.

Тенденция к  потеплению, обнаружившаяся в конце XIX и развившаяся в XX веке, продлится и в XXI столетии. Среднеглобальная температура будет возрастать в результате продолжающегося накопления в атмосфере парниковых газов, однако все естественные факторы будут действовать в направлении похолодания и тем самым значительно уменьшать антропогенно обусловленное потепление. Средняя скорость роста температуры составит 1,2 °С в столетие. Таким образом, оценки грядущего потепления не дают оснований для пессимистических и тем более катастрофических прогнозов. Реально ожидаемое повышение температуры в XXI столетии полностью лежит в пределах отметок климатического оптимума, наблюдавшегося 6-5 тысяч лет тому назад (рис. 3-1) и отличавшегося чрезвычайно благоприятными природными условиями.

Особо подчеркну, что, как показывают расчеты, различные  варианты ограничения эмиссии CO2 оказывают  слабое влияние на уровень повышения  температуры к 2100 г. - в пределах ± 0,З °С, что соответствует уровню межгодовой изменчивости климата. В этой связи предлагаемые мировым сообществом (рамочная конвенция ООН об изменении климата, принятая в 1992 г. на Всемирной конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, конференция в Киото стран-участниц конвенции в декабре 1997 г.) жесткие меры по ограничению эмиссии CO2, а затем после 2000 г. и сокращению эмиссии CO2 (Берлинский мандат стран-участниц рамочной конвенции и Европейского союза 1995 г.) представляются несколько поспешными. Ограничение или сокращение эмиссии в нынешних условиях означает ограничение потребления энергии. Если для развитых стран, где уже достигнут стабильный уровень душевого потребления энергии и практически не растет численность населения, это никак или незначительно скажется на уровне жизни населения, то для других стран, включая Россию, такое ограничение раз и навсегда лишит их даже возможности выйти в разряд ведущих мировых держав, играть сколько-нибудь заметную роль в мире. Таким образом, человек может оказывать существенное влияние лишь на один важный климатообразующий фактор:

концентрации  парниковых газов.

Их увеличение ведет к потеплению климата. Однако этот эффект в настоящее время  и в ближайшем будущем в  определенной степени будет компенсироваться действием естественных факторов, которые, как по заказу, в период расцвета климатообразующей деятельности людей  воздействуют на климат в направлении  похолодания. Ожидаемые изменения  климата окажутся вполне благоприятными, и в максимальной степени в  них заинтересована Россия. В этом смысле можно говорить, что человечеству повезло - в данном случае его производственная деятельность не только не приведет к  тяжелым последствиям, но даже в  чем-то сгладит неблагоприятные  естественные тенденции в изменении  климата. К сожалению, подобный пример, наверное, единственный в истории  взаимоотношений человека и окружающей среды.

Список  литературы

1. Клименко В.В., Клименко А.В., Снытин С.Ю., Федоров М.В. Энергия и климат: что же в самом деле известно науке? // Теплоэнергетика. 1994. ? 1. С. 5—11.

2. Клименко В.В.  Почему не следует ограничивать  эмиссию углекислого газа // Теплоэнергетика. 1997. ? 2. С. 2—6.

3. Клименко В.В.  Энергия, климат и историческая  перспектива России//Общественные  науки и современность. 1995. ? 1. С. 99—105.

4. Лаурман Дж. Стратегические направления действий и проблема влияния СО2 на окружающую среду // Углекислый газ в атмосфере/В. Бах, А. Крейн, А. Берже, А. Лонгетто (ред.), М.: Мир,1987. С. 425-472.

5. Энергия, природа  и климат /В.В. Клименко, А.В. Клименко, Т.А. Андрейченко, В.В. Довгалюк  и др. М.: Изд-во МЭИ, 1997. 215 с.