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

Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника

Ещё вчера трава была вашим врагом, а сегодня это ваш друг и лучший помощник!

Наука и жизнь
Шарлотта Генсбур и эволюция мальчиков: чем запомнилась неделя мужской моды в Париже Шарлотта Генсбур и эволюция мальчиков: чем запомнилась неделя мужской моды в Париже

Как прошли показы коллекций осень-зима 2023/24

Forbes
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Раскрыта причина волны детской смертности, случившейся 80 лет назад Раскрыта причина волны детской смертности, случившейся 80 лет назад

Ученые из Университета Восточной Англии разгадали 80-летнюю загадку медицины

ТехИнсайдер
Японские шары счастья Японские шары счастья

Шар темари — драгоценный подарок, символизирующий дружбу и верность

Наука и жизнь
Реальная история вампира, орудовавшего в СССР: мужчина искал человеческую кровь для сохранения молодости своей жены Реальная история вампира, орудовавшего в СССР: мужчина искал человеческую кровь для сохранения молодости своей жены

Одно из самых загадочных дел в истории криминалистики СССР

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
Как Джордж Байрон перебрался в Венецию и решил изучать армянский язык Как Джордж Байрон перебрался в Венецию и решил изучать армянский язык

Полная приключений история великого и своенравного поэта Джорджа Байрона

Правила жизни
Здоровье Здоровье

Гениальные врачи встречаются не только в сериалах

Maxim
Как защитить личные границы: 7 советов от практических психологов Как защитить личные границы: 7 советов от практических психологов

Как защитить свое персональное пространство? Рекомендации наших экспертов

Psychologies
Откуда взошла Луна Откуда взошла Луна

Астрономы давно ломают голову над происхождением Луны

Вокруг света
Что будет если месяц не употреблять сахар? Вы поразитесь! Что будет если месяц не употреблять сахар? Вы поразитесь!

Что случится с телом, если месяц не есть сахар?

ТехИнсайдер
Стрельцы: преступление и наказание Стрельцы: преступление и наказание

Стрелецкий бунт 1698 года: «усердие в усмирении» достигало высот заоблачных

Дилетант
Как найти и развить талант своего ребенка Как найти и развить талант своего ребенка

Как понять, есть ли у твоего ребенка талант, и, главное, что потом с этим делать

VOICE
Фастфуд в СССР: чем перекусывали советские люди по пути на работу Фастфуд в СССР: чем перекусывали советские люди по пути на работу

Ранний советский фастфуд и фастуфудом-то сложно назвать...

ТехИнсайдер
Ненависть к отцу, постельные сцены с Меган и не только: скандальные отрывки из мемуаров принца Гарри Ненависть к отцу, постельные сцены с Меган и не только: скандальные отрывки из мемуаров принца Гарри

Просматриваем мемуары принца Гарри, которые наделали немало шума

VOICE
Плечом к плечу: пять лучших современных сериалов о женской дружбе Плечом к плечу: пять лучших современных сериалов о женской дружбе

Несколько отличных историй, которые рассказывают о настоящей силе сестринства

Forbes
Majesty Rocket One Majesty Rocket One

Проверяем суперяхту Majesty 120 морем

Y Magazine
Начинаем худеть к лету: как правильно выстроить рацион уже сейчас, чтобы довести фигуру до идеала Начинаем худеть к лету: как правильно выстроить рацион уже сейчас, чтобы довести фигуру до идеала

Как грамотно составить рацион питания, чтобы прийти в свою лучшую форму

VOICE
Отношения на расстоянии Отношения на расстоянии

Как поддерживать любовь, когда вы не рядом, и есть ли в этом смысл?

Лиза
Волчица в кашемире: как Дельфина Арно сделала карьеру в Dior и Louis Vuitton Волчица в кашемире: как Дельфина Арно сделала карьеру в Dior и Louis Vuitton

Как складывалась карьера Дельфины Арно

Forbes
В одном из некрополей столицы царя Эхнатона нашли останки как минимум 64 человек В одном из некрополей столицы царя Эхнатона нашли останки как минимум 64 человек

Результаты раскопок, проходивших в одном из некрополей египетского царя Эхнатона

N+1
Ученые NASA объяснили как возникает солнечный ветер Ученые NASA объяснили как возникает солнечный ветер

Что нагревает и ускоряет солнечный ветер?

ТехИнсайдер
Изменил — не значит разлюбил? Почему мужчины изменяют любимым женщинам Изменил — не значит разлюбил? Почему мужчины изменяют любимым женщинам

Большинство изменников лезут в новые отношения не чтобы потерять любимых

VOICE
Едим по-русски: история знаменитого салата оливье и не только Едим по-русски: история знаменитого салата оливье и не только

Кто придумал эти традиционные русские блюда и как изменился рецепт?

Лиза
Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке

Пемза — отличный инструмент для решения повседневных хозяйственных задач

ТехИнсайдер
Такие девчонки: взлет и падение группы «Ранетки» Такие девчонки: взлет и падение группы «Ранетки»

Непростая история девичьей группы, для которой написали отдельный сериал

Правила жизни
Фабрика радости: 7 способов повысить уровень серотонина Фабрика радости: 7 способов повысить уровень серотонина

Как устроен серотонин и что влияет на его уровень?

Правила жизни
Полина Кардымон Полина Кардымон

В Полине Кардымон чуть ли не все качества нового поколения российских режиссеров

СНОБ
Красавица 27 раз пырнула бывшего любовника и сделала ему “улыбку джокера”. Про это выйдет фильм Красавица 27 раз пырнула бывшего любовника и сделала ему “улыбку джокера”. Про это выйдет фильм

Сказка, которая закончилась жестоким убийством

ТехИнсайдер
Открыть в приложении