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

Откуда вырос арифметический корень? Откуда вырос арифметический корень?

Попробуем разобраться в запутанной истории появления на свет знака радикала

Наука и жизнь
Умер от менингита после тура с Джонни Деппом обладатель семи премий Grammy Джефф Бек Умер от менингита после тура с Джонни Деппом обладатель семи премий Grammy Джефф Бек

Джефф Бек ушел из жизни после триумфального гастрольного тура с Джонни Деппом

VOICE
Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
Вот какие профессии будут востребованы в будущем. Посмотрите этот список! Вот какие профессии будут востребованы в будущем. Посмотрите этот список!

В какой сфере актуально развиваться даже через 10-20 лет

ТехИнсайдер
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как робкие предположения превратились в современные гипотезы о развитии жизни

Наука и жизнь
Внутриканальные наушники: вредны для здоровья или нет Внутриканальные наушники: вредны для здоровья или нет

Есть мнение, что наушники-"затычки" портят слух, но так ли это на самом деле?

CHIP
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Туризм в жилище эскимосов: на сколько там холодно? Вы поразитесь! Туризм в жилище эскимосов: на сколько там холодно? Вы поразитесь!

Кто-то выберет отдых на море и под палящим солнцем

ТехИнсайдер
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
Почему не стоит использовать гаджеты перед сном? Почему не стоит использовать гаджеты перед сном?

Почему специалисты не рекомендуют использовать гаджеты перед сном?

CHIP
Самые смертельные пандемии от доисторических времен до XXI века Самые смертельные пандемии от доисторических времен до XXI века

Самые страшные заболевания в истории

Maxim
5 самых популярных способов мошенничества при помощи мессенджеров 5 самых популярных способов мошенничества при помощи мессенджеров

Как обманывают с помощью мессенджеров и как не стать жертвой преступников

Maxim
Who is mister Reagan? Who is mister Reagan?

Рональда Рейгана часто называют самым улыбчивым президентом США за всю историю

Дилетант
Песни Севера Песни Севера

Позволь себе еще одно зимнее путешествие – в снежную морозную Карелию

Лиза
Парящий дом Парящий дом

Современная вилла в Подмосковье с уникальной архитектурой

SALON-Interior
Распознавание доходов: как AI-компания заработала на попавших под санкции банках Распознавание доходов: как AI-компания заработала на попавших под санкции банках

Smart Engines заработал миллионы рублей на продажах специального ПО банкам

Forbes
Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed

Генеральный директор «Обсервер» — как создать модель понимания инвалидности

Позитивные изменения
Секс, маргиналы и апокалипсис: 20 лучших британских сериалов последних лет Секс, маргиналы и апокалипсис: 20 лучших британских сериалов последних лет

Собрали для вас подборку сериалов из Великобритании

Правила жизни
Названы самые безопасные автомобили 2022 года. Их можно купить в России Названы самые безопасные автомобили 2022 года. Их можно купить в России

Рейтинг самых безопасных автомобилей Euro NCAP 2022 года

РБК
«Выглядит это жестоко»: Алексей Розин раскрыл причину странных отношений его героя с женой в сериале «Территория» «Выглядит это жестоко»: Алексей Розин раскрыл причину странных отношений его героя с женой в сериале «Территория»

Алексей Розин рассказал о своей роли в сериале «Территория»

VOICE
Удары по голове, веселящий газ и кокаин: что в древности использовали в качестве анестезии? Удары по голове, веселящий газ и кокаин: что в древности использовали в качестве анестезии?

Как люди в древности облегчали свою боль?

ТехИнсайдер
Как строение зубов влияет на форму лица: разбираемся на примере звезд Как строение зубов влияет на форму лица: разбираемся на примере звезд

Как нижняя часть лица влияет на общую привлекательность человека?

VOICE
Главный архитектор Москвы восстановит Анненкирхе в Петербурге Главный архитектор Москвы восстановит Анненкирхе в Петербурге

Как Сергей Кузнецов решил заняться восстановлением Анненкирхе в Петербурге

Собака.ru

Нонна Голикова рассказывает о своем общении с супругой Михаила Булгакова

Коллекция. Караван историй
Princess S72 Princess S72

Чем удивят яхтенное сообщество британские судостроители?

Y Magazine
«Джинни и Джорджия»: как Netflix превратил подростковый сериал в драму о материнстве «Джинни и Джорджия»: как Netflix превратил подростковый сериал в драму о материнстве

«Джинни и Джорджия» — сложная драма о соло-материнстве и абьюзе

Forbes
Винишко на миллион: бывшая «Мисс Мексика» задержана за кражу в стиле Гая Ричи Винишко на миллион: бывшая «Мисс Мексика» задержана за кражу в стиле Гая Ричи

Ограбление, которое по своей эффектности больше напоминает сюжет для фильма

Maxim
Черно-белое мышление, катастрофизация, ментальный фильтр: 6 типичных ловушек мышления — проверьте себя Черно-белое мышление, катастрофизация, ментальный фильтр: 6 типичных ловушек мышления — проверьте себя

Можно ли заставить мозг соблюдать баланс хороших и плохих мыслей?

Psychologies
ChatGPT так хорошо пишет научные рефераты, что эксперты не отличают их от написанных человеком. Чем это грозит ChatGPT так хорошо пишет научные рефераты, что эксперты не отличают их от написанных человеком. Чем это грозит

При слепой оценке каждый 3-ий реферат, написанный ChatGPT, приписывают человеку

ТехИнсайдер
Неандертальцы из Комб-Греналя предпочли охоту на открытой местности Неандертальцы из Комб-Греналя предпочли охоту на открытой местности

Палеозоологи изучили зубы оленей и быков, найденные на памятнике Комб-Греналь

N+1
Открыть в приложении