Парниковый эффект и подъем уровня Мирового океана

Изменение климата на Земле. В современных условиях происходит изменение климата на Земле в результате так называемого парникового эффекта. Если понимать под климатом многолетний установившийся режим погоды, то за последние 100 лет отмечается повышение средней температуры воздуха у поверхности Земли на 0,3—0,6°С. Эти данные получены в результате обработки большого количества метеопоказаний. Потепление не было равномерным в различных частях планеты, а в некоторых районах наблюдались даже похолодания. В экваториальной зоне температура приземного слоя не изменилась, но чем ближе к полюсам, тем потепление заметнее. Температура подледной воды в районе Северного полюса возросла почти на 2 °C, вследствие чего началось подтаивание льда снизу. Не исключено, что это потепление частично имеет естественный природный характер. Однако большинство климатологов мира признает роль антропогенного фактора в потеплении климата.

Возможность изменения климата была предсказана еще в 1927 г. В. И. Вернадским. Он утверждал, что сжигание разных видов топлива вызовет повышение содержания в атмосфере углекислого газа и повлияет на климат. А. И. Воейков и В. И. Вернадский подчеркивали, что мы живем в конце последней ледниковой эпохи и только выходим из нее. Однако скорость потепления заставляет признать роль антропогенного фактора в этом явлении. Но этот прогноз долгое время не принимали во внимание. И только начиная с 70-х гг. XX в. вновь появились научные труды, развивающие предположения о грядущем изменении климата. Сейчас вся мировая общественность активно обсуждает эту проблему.

Из истории Земли известно, что климат ее менялся неоднократно. Периоды похолоданий сменялись потеплениями. За время существования Земли было по меньшей мере 6—7 глобальных оледенений, происходивших в течение миллионов лет. Последнее оледенение завершилось 15 тыс. лет назад. С тех пор климат на Земле менялся в сторону то потепления, то похолодания, но ледниковый покров на планете постепенно сокращался.

Во время оледенений средние годовые температуры на Земле опускались до 8— 10 °C (ныне 14°С). Огромные площади покрывались мощными ледниковыми щитами. Тропический и субтропический климат сохранялся только в узкой полосе у экватора. Однако более длительные периоды времени на Земле господствовал очень теплый климат. Средние температуры повышались до 20—22°С. Всего за 1,5 млн лет ледниковые эпохи, но крайней мере четырежды сменялись межледниковыми.

Это наводит на мысль о циклическом характере температурных колебаний и не должно было бы вызывать беспокойства. Однако никогда еще изменения климата не были столь стремительными и тесно связанными с антропогенным воздействием, как в настоящее время. По прогнозам климатологов, к концу XXI в. глобальная приземная температура может увеличиться на 1,4—5,8°С. Прогнозы ученых на перспективу изменения климата разноречивы, но большинство из них связывает грядущее потепление с отрицательными последствиями для человека.

Сущность парникового эффекта. Общее потепление является результатом действия парникового эффекта. Сущность его заключается в следующем. Приходящая от Солнца энергия в виде солнечной радиации рассеивается, отражается и поглощается земной атмосферой, и до поверхности планеты доходит лишь ¼ ее часть. Причем, видимая часть спектра проходит через атмосферу без задержки, а длинноволновое инфракрасное (тепловое) излучение частично удерживается в ней. Отраженная от поверхности Земли часть инфракрасного излучения в свою очередь аккумулируется в атмосфере. Таким образом, создается эффект естественного парника, который повышает температуру атмосферы и поверхности Земли. Без парникового эффекта, по мнению доктора Алекса Тухи (Лондон), температура на Земле была бы на 30 °C ниже, чем сейчас. Многие части планеты были бы необитаемы.

Термин «парниковый эффект» {green hones effect) впервые был введен шведским ученым Сванте Аррениусом около 100 лет назад, сопоставившим происходящие в атмосфере процессы с явлением сохранения тепла в стеклянном парнике.

Известно, что азот и кислород, составляющие 99% атмосферы, не поглощают инфракрасное излучение. Улавливают тепловые лучи диоксид углерода, метан, оксиды азота, водяной пар, называемые парниковыми газами. Со времени перехода к крупному промышленному производству концентрация этих газов в атмосфере возросла из-за снижения интенсивности их поглощения. Для углекислого газа крупнейшими поглотителями являются океаны и биомасса наземных экосистем, прежде всего лесов.

О потеплении неопровержимо свидетельствуют приборы. Спорят сегодня не столько о факте потепления, сколько о его причинах и следствиях, а также о возможных сценариях развития событий.

Парниковые газы. Одним из основных парниковых газов считают диоксид углерода — углекислый газ (С0₂). Его роль до недавнего времени слишком подчеркивалась, на его долю относили до половины общего вклада в парниковый эффект. Однако сейчас пришли к мнению, что эта оценка была завышенной.

Инструментально доказано, что в последние десятилетия ежегодное накопление С0₂ в атмосфере составляет 0,4%. С начала XX в. уровень С0₂ в атмосфере увеличился на 31%. Эта величина существенна, чтобы повысить температуру. По самому оптимистичному сценарию, температура повысится в ближайшее столетие на 1,5—2°С, а, но самому пессимистичному — почти на 6 °C.

Каждый год в атмосферу из антропогенных источников поступает 6 млрд т диоксида углерода, из них 3 млрд т поглощаются растительностью в процессах фотосинтеза, оставшиеся 3 млрд т накапливаются. Общая сумма накоплений по вине человека за прошедшие 100 лет составила около 170 млрд т. Приведенные данные следует рассматривать в сопоставлении со 190 млрд т углекислого газа, которые ежегодно поступают в атмосферу вследствие естественных процессов. По оценкам ряда российских ученых, вклад антропогенной деятельности в глобальное потепление составляет лишь 10—15%, а остальное приходится на долю глобальных природных циклов. Поэтому усилия человечества на пути снижения выброса парниковых газов едва ли смогут заметно замедлить грядущее потепление.

Рост концентрации С0₂ не означает гибель для биосферы. Миллионы лет назад, в каменноугольный период, концентрация С0₂ была в 10 раз выше, чем сейчас. В тот период растительность буйно развивалась, деревья достигали больших размеров. Но для человеческой популяции условия были неблагоприятными. Предельный верхний уровень содержания С0₂ в атмосфере для человека не установлен.

Существуют разные гипотезы о причинах накопления С0₂ в атмосфере. Согласно первой, наиболее распространенной точке зрения углекислый газ накапливается в атмосфере как продукт сжигания органического топлива. Вторая гипотеза основной причиной роста содержания С0₂ считает нарушение функций микробных сообществ в почвах Сибири и части Северной Америки. Независимо от выбора гипотезы накопление диоксида углерода происходит во все увеличивающихся масштабах.

Большое воздействие на климат оказывают такие парниковые газы, как метан, оксиды азота и водяной пар.

До последнего времени недооценивалась роль метана (СН₄). Он активно участвует в парниковом эффекте. Кроме того, поднимаясь на высоту 15—20 км, метан под действием солнечных лучей разлагается на водород и углерод, который, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода. Это еще больше усиливает парниковый эффект.

В природе СН₄ образуется в болотах при гниении органики, его еще называют болотным газом. Метан также возникает в обширных мангровых зарослях в тропических областях. Рост концентрации СН₄ происходит в мире за счет разрушения биоты. Кроме того, он поступает в атмосферу из тектонических разломов на суше и на дне океана.

Антропогенные выбросы метана связаны с разведкой и добычей полезных ископаемых, со сгоранием минерального топлива в тепловых электростанциях и органического топлива в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, его выделением на животноводческих фермах. Использование азотных удобрений, выращивание риса, свалки бытовых отходов, утечки и неполное сгорание природного газа также ведут к росту выбросов метана и оксидов азота, которые являются мощными парниковыми газами. Содержание СН₄ в атмосфере, по инструментальным данным, возрастает на 1% в год. За прошедшие 100 лет рост составил 145%.

Оксиды азота накапливаются в атмосфере за год в пределах 0,2%, а общее накопление за период интенсивного промышленного развития составило около 15%. Увеличение содержания оксидов азота обусловливается сельскохозяйственной деятельностью и массовым уничтожением лесов.

Быстрое потепление климата на Земле приводит к ускорению кругооборота воды в природе, усилению испарения с водных поверхностей, что способствует накоплению водяного пара в атмосфере и активизации действия парникового эффекта. По мнению некоторых ученых, около 60% парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнее парниковый эффект, а их концентрация в свою очередь зависит от приземных температур и площади водной поверхности.

Ускорение темпов потепления. Большинство парниковых газов находятся в неизменном состоянии длительное время. Так, оксиды азота и углекислый газ существуют в течение нескольких десятилетий, и их воздействие носит такой же длительный характер.

Косвенным подтверждением потепления в результате парникового эффекта является наблюдаемое в Северном полушарии увеличение скорости таяния ледников в горах и значительное сокращение их площадей, особенно в Европе.

Сократились тундровые пространства на Аляске и в Сибири. Реки и озера во многих северных странах стали замерзать на 1—3 недели позже, а оттаивать раньше, чем в предыдущем столетии.

Ожидается, что в наступившем веке более всего потеплению подвергнутся в зимнее время Аляска, северная Канада, Гренландия, северная часть Азии и Тибет, а летом — Центральная Азия.

В России изменение климата вызовет как положительные, так и отрицательные последствия. Положительными последствиями будут повышение зимних температур и сокращение отопительного сезона; увеличение вегетативного периода в сельском хозяйстве; смещение зоны рискового земледелия на север; снижение вероятности весенних заморозков, отрицательно влияющих на урожай, и др. Но в северных районах, ставших пригодными для сельского хозяйства, нельзя ожидать высоких урожаев в связи с отсутствием плодородных почв, для создания которых потребуются многие годы и большие затраты. Вместе с тем в традиционных сельскохозяйственных районах, в частности в Поволжье, урожайность понизится, так как число засух возрастет в 2—3 раза.

Отрицательные последствия выразятся в опустынивании земель и засухах на юге страны; росте числа и масштабов лесных пожаров в Сибири, а также оттаивании там вечной мерзлоты и увеличении территории болот, что приведет к гибели лесов в зоне затопления и выделению ими в процессе гниения парниковых газов; в возрастании природных катаклизмов — наводнений, тихоокеанских тайфунов на Дальнем Востоке, ураганов, бурь и др. В Якутии начнет таять верхний полутораметровый слой вечной мерзлоты и условия для ведения сельского хозяйства улучшатся. Однако дома и трубопроводы, построенные на вечномерзлом грунте, начнут разрушаться. В Норильске в результате оттаивания вечной мерзлоты существует угроза деформации 42% домов. В тундре образуются болота, которые начнут выделять метан. Таким образом, минусов будет не менее, чем плюсов.

В истории Земли отмечались и гораздо более сильные изменения климата, чем прогнозируемые на следующее столетие. Уникальность современной ситуации заключается в их временном отрезке. Изменение климата может произойти за один-два века. Большинство экосистем просто не успеет адаптироваться к новой обстановке. Очень многие экосистемы окажутся под угрозой деградации, а это вызовет разрушения жизненно важных для обеспечения существования большого количества людей хозяйственных объектов (трубопроводов, расположенных на мерзлоте, портов, дамб, заселенных прибрежных территорий и др.).

Потепление климата Земли может привести к глобальному изменению режима выпадения осадков, частоты, цикличности и других характеристик экстремальных климатических явлений: засух, наводнений, ураганов. Сельское хозяйство в развивающихся странах в некоторые особо неблагоприятные годы может оказаться фактически в разрухе. Изменятся границы основных климатических зон — засушливых, полузасушливых, влажных, полувлажных. По некоторым оценкам, до 1/3 всех наземных экосистем могут начать меняться и переходить в другой тип, например леса — в степи, тундры — в леса и т. п.

Повышение температуры приведет к дальнейшему увеличению темпов опустынивания, таянию накопленных на Земле льдов и подъему уровня Мирового океана.

Опустынивание земель. Опустынивание не соответствует бытующему мнению о расширении площади пустынь. Это процесс деградации земли в засушливых регионах, где естественные процессы в экосистемах были разрушены. Опустыниванию способствует деятельность человека, связанная с чрезмерным землепользованием и выпасом скота, неадекватными методами полива, вырубкой леса и другими действиями, приводящими к эрозии почвы.

Темпы опустынивания в настоящее время составляют 6 млн га в год, или 11 га в мин. Пустыни и полупустыни занимают 47% суши. Дальнейшее наступление пустынь, особенно в Азии и Африке, как проявление парникового эффекта значительно обострит проблемы питьевой воды, голода и существования целых народов. Опустынивание угрожает условиям существования и жизни около миллиарда людей в 100 странах. Люди, живущие на этой территории, в процессе опустынивания вынуждены будут оставить свои дома и мигрировать на другие земли.

Опустынивание приводит к ряду негативных последствий. Во-первых, оно снижает способность земли восстанавливать свой потенциал. Если происходит деградация земель, то почва, растительность, запасы пресной воды и другие виды ресурсов засушливых регионов теряют или значительно снижают свои возможности к регенерации. Во-вторых, при опустынивании утрачивается растительный покров. Мертвая пыльная земля способствует образованию пыльных бурь, и растения могут быть занесены песком или их корни могут оказаться сильно обнаженными. Может происходить исчезновение полезных видов растений и замена их непригодными к использованию видами.

Некоторые из последствий опустынивания ощущаются людьми, проживающими далеко за пределами непосредственно затрагиваемых регионов. Деградация земель может стать причиной возникновения паводков в нижнем течении рек, ухудшения качества воды, заиливания водохранилищ. Она также может привести к загрязнению воздуха. Возникающие пыльные бури могут обострить проблемы со здоровьем людей.

Опустынивание способствует сокращению площадей сельскохозяйственных земель, из-за чего возникают дефицит продуктов питания и голод населения в развивающихся странах, которые также страдают от нищеты, гражданских волнений и войн. Хотя большинство стран, подверженных опустыниванию, — развивающиеся, опустынивание является международной проблемой, потому что оно переходит государственные границы и наблюдается на всех континентах.

На территории России в первой половине XX в. масштабы и темпы процессов деградации земель представлялись незначительными и не привлекали к себе особого внимания. Но в 60—80-х гг. XX в. в стране стали возникать массивы деградированных сельскохозяйственных земель на Северном Кавказе, в Поволжье, на Алтае. Происходило вторичное засоление орошаемых земель в низовьях Волги, Дона, Кубани и Терека. Сейчас в стране процессами опустынивания затронуто в различной степени около 100 млн га сельскохозяйственных угодий. На этой площади снизился потенциал почвенного плодородия, возросла рискованность всех отраслей сельскохозяйственного производства, усилилась социально-экономическая и демографическая напряженность. Особенно сильно пострадали регионы европейского юго-востока РФ — Дагестан, Калмыкия, Астраханская, Волгоградская, Саратовская области и Татарстан. В связи с этим выработана Национальная программа действий по борьбе с опустыниванием (НПДБО).

На мировом уровне для борьбы с опустыниванием прилагаются значительные усилия, но ситуация продолжает ухудшаться — ежегодно уничтожается 24 млрд т пахотного слоя почвы. В результате создаются условия, которые приводят к опустыниванию.

Принимая во внимание катастрофические последствия опустынивания, более 170 стран мира в 1994 г. подписали Конвенцию по борьбе с опустыниванием.

Подъем уровня Мирового океана. Происходящее повышение температуры приводит к другой глобальной экологической проблеме — подъему уровня Мирового океана. Вследствие потепления может начаться интенсивное таяние приполярных ледников. Это вызовет повышение уровня океанов, что может значительно увеличить численность людей, страдающих от наводнений и затоплений во время штормов. Таяние вечной мерзлоты может привести к разрушению всего, что находится на охватываемой ею территории. Увеличатся акватории океанов, сократятся ледники и снежный покров на полюсах. Это явление наблюдается уже сейчас. Считается, что за последнее столетие средний уровень океана поднялся на 10—12 см. Сейчас этот процесс ускорился примерно в 10 раз. Всемирная метеорологическая организация прогнозирует, что через 100 лет уровень Мирового океана может подняться на метр по сравнению с уровнем 1990 г. В течение ближайшего столетия уровень моря будет повышаться примерно теми же темпами, как и в XX в., даже если произойдет стабилизация средней температуры на планете.

Таяние льдов Гренландии и Арктики вызывает замедление скорости течения Гольфстрим, мощность которого — 50 млн м³/с теплой воды из тропиков. Дополнительное тепло от Гольфстрима на 8—10°С повышает среднюю температуру в Европе и США и даже на 2 °C в Москве. Согласно исследованиям американских ученых уже сейчас сила потока уменьшилась на 10%. Полная остановка Гольфстрима приведет к значительным изменениям климата Северной Атлантики: у побережья Британии температура может понизиться на 5 °C, в других районах среднегодовая температура упадет па 10 °C, усилятся дожди и штормы.

С повышением уровня Мирового океана ожидается упадок сельского хозяйства, особенно в развивающихся странах, резкий рост заболеваемости, вызванный изменением климата. Возникнут локальные катаклизмы. Для Австрии, к примеру, даже небольшое подтаивание ледников существенно. Оно обрушит ее индустрию лыжного туризма, принеся огромный экономический ущерб для небольшой по размерам страны. Некоторые территории, например восточное побережье США, будут страдать от сильнейших штормов, другие, особенно страны Западной Европы, — от сильных и более частых наводнений. Все это приведет к тому, что многократно возрастут нагрузки на мировую экономику.

Большая часть населения Земли живет в прибрежных районах. Поэтому повышение уровня океана создает угрозу жизни людей, их деятельности в островных и материковых низинных прибрежных зонах. Уже с повышением уровня океана на 50 см под угрозой окажется благополучие 92 млн человек. Возникнет опасность разрушения многих городов, станут непригодными многие источники водоснабжения, изменится конфигурация береговых линий. Гораздо более серьезные последствия могут быть, если отколется и начнет таять огромная ледниковая часть на западе Антарктиды. Это приведет к повышению уровня Мирового океана на 6,5 м. Для большинства портовых городов это — катастрофа, они будут затоплены.

Однако существует множество факторов, не позволяющих точно прогнозировать будущие изменения климата. Для этого требуются дополнительные исследования, результаты которых могут привести к неожиданным выводам. Глубокие изменения климата по своей природе непредсказуемы. В настоящее время существует по меньшей мере 40 сценариев того, как изменения климата будут менять направление экономики разных стран. Причем одни ученые исходят из того, что в глобальном потеплении виноват антропогенный фактор, и прежде всего увеличивающийся выброс в атмосферу С0₂, а другие отрицают это. Поэтому остается нерешенным вопрос о необходимости сокращения выброса в атмосферу парниковых газов, что требует вложения огромных государственных средств.

Международные соглашения по климату. Человечество не может мириться с тем, что потепление климата начинает приобретать необратимый характер. Природе нанесен такой ущерб, который ее защитные силы самостоятельно не могут преодолеть. Поэтому принимаются определенные действия для замедления экологических изменений. Несмотря на имеющиеся научные неопределенности, еще в 90-е гг. XX в. на международном уровне было принято решение начать действия по смягчению этой проблемы. Рамочная конвенция ООН по изменениям климата, подписанная в 1992 г. в Риоде-Жанейро и вступившая в силу в 1994 г., явилась важным международным документом. Она свидетельствовала о международном признании того факта, что глобальные изменения климата и связанные с этим последствия являются общемировой проблемой, решение которой потребует сотрудничества всех стран.

В 1997 г. в Японии (Киото) прошла международная экологическая конференция, где вновь было обращено внимание на глобальное потепление на планете. Если этим процессом не управлять, то к 2030 г., по прогнозу, средняя температура на Земле возрастет на 2,7°С. Государства — участники конференции приняли обязательство до 2012 г. сократить выбросы парниковых газов на 5—12%. Конвенция признала, что основная ответственность за решение проблемы глобальных изменений климата лежит на индустриально развитых странах, которые дают большую долю выбросов парниковых газов. Было признано, что для всех стран, особенно развивающихся, необходимы доступ к природным ресурсам и возможность их использования для устойчивого социального и экономического развития. Однако, но мере этого развития потребление ресурсов будет увеличиваться и задача снижения выбросов парниковых газов будет приобретать все большее значение.

В подписанной в Киото конвенции развитые страны приняли на себя обязательство: ввести нормы по снижению выбросов парниковых газов. Россия, подписав Конвенцию по изменению климата, приняла на себя определенные обязательства по сокращению выбросов.

В энергетическом секторе снижение действия выбросов может быть получено за счет более эффективного использования топлива. Большой эффект обеспечит и переход на топливо, сжигание которого дает меньшие удельные выбросы парниковых газов на единицу производимой энергии, т. е. переход с угля и нефти на природный газ. Использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, позволит полностью избежать выбросов парниковых газов.

Сокращения содержания парниковых газов в атмосфере можно достигнуть не только уменьшением их выбросов, но и с помощью активного поглощения таких газов растительностью. Поэтому необходимо предотвращать уничтожение лесов, способствовать восстановлению деградированных земель и растительности.

В 2004 г. в Буэнос-Айресе была проведена Конференция ООП по изменению климата для подведения итогов выполнения Рамочной конвенции ООН об изменении климата за прошедшие десять лет, а также обсуждения путей достижения целей Киотского протокола. Развивающиеся страны обратились к более богатым государствам с призывом срочно разработать всемирную программу действий, позволяющую лучше и быстрее адаптироваться к катастрофическим последствиям изменения климата на Земле.

На Балийской конференции (2007 г.) было отмечено, что проблема изменения климата вышла на одно из первых мест в международной повестке дня. Была принята Балийская «дорожная карта», которая является важным шагом на пути ликвидации угроз в сфере изменения климата.

В 2011 г. в ЮАР проходила конференция ООН с целью подписания рамочного соглашения, которое заменит Киотский протокол, поскольку его действие завершалось в конце 2012 г. Было принято решение о продлении действия Киотского протокола, пока не будет оформлен новый единый договор, но ограничению выброса парниковых газов в атмосферу. Ожидаемый срок готовности нового договора — 2015 г. Он должен вступить в силу в 2020 г.

Альтернативой сокращению выбросов парниковых газов является предложение российских ученых о распылении в атмосфере искусственных высокодиснерсных аэрозолей. Этим может быть достигнут эффект, подобный появлению взвешенных частиц при извержении вулканов. Огромная масса взвеси способна на сотни метров и даже на километры закрыть земную поверхность от Солнца. Согласно расчетам, частицы размером с полмикрона могут понизить солнечное излучение на 1,5%. При таком варианте решения проблемы государства не несут больших экономических потерь.