Причины глобального потепления
Климатические индикаторы за последние 0,5 млн лет: изменение уровня океана (синий), концентрация 18O в морской воде, концентрация CO2 в антарктическом льду. Деление временной шкалы — 20 000 лет. Пики уровня моря, концентрации CO2 и минимумы 18O совпадают с межледниковыми температурными максимумами.
Существует научный консенсус, что текущее глобальное потепление с высокой вероятностью объясняется деятельностью человека[1].Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и неантропогенные, при этом геологические и палеонтологические данные показывают наличие долговременных климатических циклов, которые в четвертичном периоде приняли форму периодических оледенений, причём настоящее время приходится на межледниковье.
Причины таких изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности (в том числе и изменения солнечной постоянной), вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений (изменение температур в течение последних двухсот лет) средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых является антропогенный парниковый эффект.
Нельзя сказать, что идёт спор между теми, кто «верит» и «не верит» в теорию парникового эффекта. Скорее, оспаривается итоговый эффект увеличения количества парниковых газов в атмосфере Земли, то есть не компенсируется ли потепление в силу парникового эффекта изменениями в распределении водяных паров, облаков, в биосфере или других климатических факторов. Однако наблюдаемое последние 50 лет повышение температуры Земли противоречит теориям о компенсирующей роли перечисленных выше обратных связей.
Парниковый эффект
Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты.
На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен за примерно 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO2) (9-26 %), метан (CH4) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века. Такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет — период, в отношении которого достоверные данные были получены из образцов полярного льда.
Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Бо́льшая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов[2].
В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое потепление более значимо: 1.зимой, чем летом; 2. ночью, чем днём; 3. в высоких широтах, чем в средних и низких. А также является фактом то, что быстрое нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне не очень быстрого охлаждения слоёв стратосферы.
Другие теории изменение солнечной активности были предложены разнообразные гипотезы, объясняющие изменения температуры Земли соответствующими изменениями солнечной активности.
В третьем отчёте МГЭИК утверждается, что солнечная и вулканическая активность может объяснить половину температурных изменений до 1950 года, но их общий эффект после этого был примерно равен нулю[3]. В частности, влияние парникового эффекта с 1750 года, по оценке МГЭИК, в 8 раз выше влияния изменения солнечной активности[4].
Более поздние работы уточняли оценки влияния солнечной активности на потепление после 1950. Тем не менее, выводы остались примерно теми же: «Лучшие оценки вклада солнечной активности в потепление лежат в пределах от 16 % до 36 % вклада парникового эффекта» («Недооценивают ли модели вклад солнечной активности в последние изменения климата», Питер А. Скотт и др., «Journal of Climate», 15 декабря 2003).
Однако, существует ряд работ, предполагающих существование механизмов, усиливающих эффект солнечной активности, которые не учитываются в современных моделях, или что важность солнечной активности в сравнении с другими факторами недооценивается[5][6]. Такие утверждения оспариваются[7][8], но являются активным направлением исследований. Выводы, которые будут получены в результате этой дискуссии, могут сыграть ключевую роль в вопросе о том, в какой степени человечество ответственно за изменение климата, и в какой — естественные факторы.
Есть множество иных объяснений возможного текущего повышения средней температуры земной поверхности, без привлечения роли промышленных парниковых газов.
Наблюдаемое потепление находится в пределах естественной изменчивости климата. Потепление является результатом выхода из холодного Малого ледникового периода. Потепление наблюдается слишком непродолжительное время, поэтому нельзя достаточно уверенно сказать, происходит ли оно вообще.
Следует учитывать, что кроме предполагаемого влияния антропогенных факторов, климат на нашей планете, безусловно, зависит от многих процессов, происходящих в системе Земля — Солнце — Космос. Кроме случайных, но многократных за историю Земли и катастрофических по своим последствиям столкновений с крупными астероидами и кометами, земная атмосфера испытывает и периодически повторяющиеся воздействия планетарного и космического происхождения. Можно выделить четыре группы таких циклов:
- «Сверхдлинные » — по 150−300 миллионов лет — характеризуются самыми значительными изменениями климата на Земле. Они, вероятнее всего, связаны с периодом обращения Солнца вокруг центра масс нашей Галактики и прохождениями Солнечной системы через области Млечного пути с различной плотностью газопылевого вещества, которое в зависимости от своего состава, может, как экранировать излучение Солнца, так и усиливать на нём интенсивность термоядерных реакций.
- «Длинные » циклы, связанные с тектоникой литосферных плит и интенсивностью вулканической деятельности. Они надёжно установлены в палеогеологической летописи, но нерегулярны по периоду и длятся от нескольких до десятков миллионов лет.
- «Короткие » периоды, так наз. «Циклы Миланковича», продолжительностью 93 000, 41 000 и 25 750 лет, вызванные периодическими колебаниями перигелия земной орбиты и ориентации оси вращения Земли, определяемой явлениями нутации и прецессии.
И, наконец, последняя категория, условно называется - «ультракороткими » периодами. Они связаны с ритмами солнечной активности, среди которых предполагается наличие периодов продолжительностью 6000, 2300, 210 и 87 лет, кроме безусловно существующих 22-х и 11-ти летних циклов активности Солнца.
Суперпозиция различных по своей природе и по продолжительности периодов изменения интенсивности солнечной радиации, достигающей нашей планеты, в сочетании с тепловой инерцией океанов, движением материков, вулканической активностью, а возможно, и влиянием обратных реакций всей земной биосферы, как целого, — и определяет среднюю температуру земной поверхности и распределение климатических зон в различные геологические эпохи. Этот сложный комплекс множества знакопеременных геофизических и космических факторов воздействия на земной климат, может обуславливать и наблюдаемое в наше время потепление. Человек не в силах влиять на процессы таких масштабов.
Почему глобальное потепление иногда приводит к похолоданию
Глобальное потепление вовсе не означает потепление везде и в любое время. В частности, в какой-либо местности может увеличиться средняя температура лета и уменьшиться средняя температура зимы, то есть климат станет более континентальным. Глобальное потепление можно выявить, только усреднив температуру по всем географическим локациям и всем сезонам.
Согласно одной из гипотез, глобальное потепление приведёт к остановке или серьёзному ослаблению Гольфстрима. Это вызовет существенное падение средней температуры в Европе (при этом температура в других регионах повысится, но не обязательно во всех), так как Гольфстрим прогревает континент за счёт переноса тёплой воды из тропиков.
Согласно гипотезе климатологов М. Юинга и У. Донна[9], в криоэре[10] существует колебательный процесс, в котором оледенение (ледниковый период) порождается потеплением климата, а дегляциация (выход из ледникового периода) — похолоданием. Это связанно с тем, что в Кайнозое, являющемся криоэрой, при оттаивании ледяных полярных шапок увеличивается количество осадков в высоких широтах, что зимой приводит к локальному повышению альбедо. В дальнейшем происходит снижение температуры глубинных районов континентов северного полушария с последующим образованием ледников. При замерзании ледяных полярных шапок ледники в глубинных районах континентов северного полушария, не получая достаточно подпитки в виде осадков, начинают оттаивать.