Изменение климата на планете (стр. 4 )

Концентрацию СО2 легко измерить, и такие наблюдения ведутся примерно на 300 станциях по всему миру. Но конкретное место в данном случае не важно: СО2 хорошо перемешивается в атмосфере, и рост концентрации практически одинаков по всему миру (рис. 1.10). Глобальный рост концентрации СО2 зависит не от локальных выбросов, а от выбросов во всем мире. Также быстро рас-тут концентрации СН4 и N2O, что также обусловлено деятельностью человека. Метан поступает в атмосферу от добычи природного газа, от домашних животных и с рисовых полей. Оксид азота (I) — при внесении в почву азотных удобрений (см. приложение 1).

Рис. 1.10. Концентрации парниковых газов за последние 2000 лет
Источник: IPCC 4AR, vol. 1, Climate Change 2007.The Physical Science Basis. На русском языке см. Изменение климата, 2007 г. Физическая научная основа. стр. 111, www. ipcc. ch.

Рассмотрим глобальный круговорот СО2. Его можно представить как две огромные петли (темно-синие петли на рис. 1.11). Правая — газообмен атмосферы с наземной биотой, а левая — ее газообмен с океаном. Восходящая ветвь первой петли (эмиссия СО2 в атмосферу) — это дыхание растений и животных, почвенных организмов, разложение органического вещества. Нисходящая ветвь (поглощение СО2 из атмосферы) — фотосинтез наземных растений. Вторая петля — физический процесс газообмена океана с атмосферой, который тесно связан с третьей петлей (светло-голубая петля на рис. 1.11), которая находится уже в океане. Это дыхание и фотосинтез фитопланктона.

Когда человек начал добывать уголь, а потом нефть и газ, он вмешался в круговорот СО2. Поясним это на примере угля (сжигание газа, нефтепродуктов и торфа, а также уничтожение лесов в принципе действуют так же). Миллионы лет назад уголь образовался из растительных остатков. Тем самым тогда из атмосферы был изъят СО2 (при росте и фотосинтезе растений) и помещен под землю в виде угля. Теперь человек достает его обратно и, сжигая, возвращает СО2 в атмосферу. Казалось бы, ничего страшного — это круговорот. Но человек за год сжигает столько угля, сколько его образовывалось за сотни тысяч и миллионы лет. Поэтому баланса нет, а есть несбалансированный природными процессами выброс СО2 в атмосферу (красные стрелки на рис. 1.11).

Но почему мы говорим, что рост СО2 в атмосфере вызван именно человеком? Ведь биота дышит, потоки СО2 между на земными экосистемами, атмосферой и океаном огромны — в 20 и более раз больше, чем поток СО2 от сжигания ископаемого топлива (см. рис. 1.11).

Рис. 1.11. Круговорот СО2 в природе
По данным: Land Use, Land-Use Change and Forestry, IPCC, 2000 — Robert T. Watson, Ian R. Noble, Bert Bolin, N. H. Ravindranath, David J. Verardo and David J. Dokken (Eds.), Cambridge University Press, UK. pp 375.http://www. ipcc. ch/ipccreports/sres/land_use/index. php? idp=19; P. Falkowskiet. al. The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System. Science 13 October 2000: Vol. 290 no. 5490 pp. 291–296 DOI: 10.1126/science.290.5490.291 http://www. sciencemag. org/content/290/5490/291; NASA Earth Observatory. The Carbon Cycle, 2011.http://earthobservatory. nasa. gov/Features/CarbonCycle/; данные о выбросах энергетики и промышленности за 2011 г. Trends in global CO2 emissions, 2012 report, EC Joint Research Center, PBL Netherlands. http://edgar. jrc. ec. europa. eu/CO2REPORT2012.pdf

Может быть, эти огромные потоки как-то меняются естественным образом и это приводит к росту концентрации СО2 в атмосфере. Почему виноват человек? На это четко указывает анализ корреляции между антропогенными выбросами СО2, изменением соотношения изотопов углерода (С12 и С13) и ростом общего содержания СО2 в атмосфере. Тот СО2, которым прирастает атмосфера, имеет изотопный состав, характерный для продуктов сжигания угля, нефти и газа. Конечно, основную часть, более 99%, в любом случае составляет С12О2. Но в СО2 от сжигания топлива С13О2 гораздо меньше, чем в СО2, поступающем от фотосинтеза.

Концентрация СО2 в атмосфере неумолимо растет каждый год: и в холодный, и в теплый. Это не удивительно, ведь источники роста — выбросы электростанций и котельных, транспорт, промышленные предприятия. Всюду, где сжигается уголь, газ, нефтепродукты, торф, в атмосферу поступает СО2.

Куда девается СО2? Сейчас более половины СО2 накапливается в атмосфере, около 1/6 поглощается наземными экосистемами, а примерно 1/3 поглощается океаном (см. красные стрелки на рис. 1.11) и в конечном счете в виде известняка (карбоната кальция, СаСО3), преимущественно раковин морских организмов фораминифер, осаждается на дне (рис. 1.12).

Сможет ли океан и дальше поглощать СО2 в той же пропорции в будущем и превращать углерод, накопленный в угле, нефти, при-родном газе и торфе, в осадочные породы на океанском дне? Увы, и сам океан, как бы огромен он ни был, уже реагирует и на рост концентрации СО2 в атмосфере, и на общее усиление парникового эффекта. Наиболее выделяются два эффекта.

Рис. 1.12. Раковины различных фораминифер
Источник: British Geological Survey http://www. bgs. as. uk/research/img/climatechange/Forams. JPG

Рис. 1.13. Температура океанских вод в проливе Фрама (течение из Атлантики в Арктику к западу от Шпицбергена измерения на 78°50’ с. ш.)
Источник: Richter Menge, J.,M. O. Jeffries and J. E. Overland, Eds., 2011: Arctic Report Card 2011, http:/www. arctic. noaa. gov/reportcard.

Во-первых, поверхностный слой океана становится более кислой средой — растворение в воде большего количества СО2 приводит к эффекту, аналогичному добавлению кислоты. Увеличивается водородный показатель (рH) — величина, характеризующая концентрацию ионов водорода (равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода). В нейтральной среде рH = 7, в кислых средах < 7, в щелочных >7. За последние 20 лет в поверхностных водах океана он упал с 8,12–8,14 до 8,08– 8,10. Казалось бы, совсем мало, но, например, для кораллов это существенно, ведь они привыкли жить в неизменной среде.

Во-вторых, океанские воды становятся теплее. Например, течение, которое идет из Атлантики в Арктику к западу от Шпицбергена, потеплело примерно на 1 градус (рис.1.13). Это совсем не мало, ведь теплеют огромные массы воды. Важнейший индикатор здесь не температура поверхности океанских вод или воздуха над океаном, а температура толщи воды. Поэтому такой рост наглядно свидетельствует о небольшом, но существенном прогреве планеты.

Важно понимать, что процесс поглощения СО2 сложен и нелинеен, кислотность океана уже сместилась в сторону увеличения, и дальнейшую реакцию фитопланктона — основы жизни в океане — предсказать пока невозможно. Однако в большем числе научных работ говорится не о росте, а о снижении поглощения СО2, а значит о неблагоприятном развитии событий. Поэтому, исходя из принципа предосторожности, лучше не надеяться на океан, а снижать выбросы СО2.

Если воздействия столь наглядны и ведут к прогреву, то почему же тогда в вашем регионе не теплеет каждый год? Во-первых, воздействие человека накладывается на естественные процессы, которые имеют те или иные периоды потепления и похолодания. Они были рассмотрены выше.

Во-вторых, речь идет обо всей планете, и наиболее четкие тенденции видны на большой территории. Для того чтобы видеть динамику происходящих изменений, нужно смотреть на всю территорию России, а лучше — на всю поверхность океана и суши.

В-третьих, изменения средних температур очень невелики относительно растущего размаха колебаний — от необычно теплой погоды к холодной и снова к теплой. Мы замечаем, прежде всего, необычные, более частые, аномальные погодные явления, которые вместе с ростом уровня моря, таянием льдов и «вечной» мерзлоты являются главной проблемой нынешнего изменения климата. Два последующих раздела посвящены именно этим важнейшим особенностям последних десятилетий.

РОСТ ТЕМПЕРАТУРЫ В МИРЕ И В РОССИИ

С начала XX века рост температуры приземного слоя воздуха на планете составил 0,8 °С. Средняя температура в наши дни уже не 13,7 °С, а 14,5 °С (см. рис. 1.8). На рассмотренные выше океанские циклы, вариации солнечной активности и извержения вулканов, которые определяли изменения климата в последние столетия, теперь накладывается антропогенное воздействие14.

Изменяя состав атмосферы, человек влияет и в сторону потепления, и в сторону похолодания. Загрязнение атмосферы пылью дает похолодание, а СО2 и другими парниковыми газами, сажей — в сторону потепления.

По данным последнего обзора Всемирной метеорологической организации, тенденция для мира в целом — потепление. Об этом говорят данные трех самых крупных метеорологических центров: США, Великобритании и Японии (рис. 1.14). При этом рост температуры гораздо больше, чем расхождения между данными разных центров.

Рис. 1.14 Средняя глобальная температура приземного слоя воздуха
Источник: Всемирная метеорологическая организация (Заявление ВМО о состоянии глобального климата в 2011 г. на русском языке) http:/www. wmo. int/pages/prog/wcp/wcdmp/documents/1085_ru. pdf

Для России в целом общая, но неуклонная тенденция — это медленное потепление, проявляющееся на всей территории страны в целом заметнее, чем в отдельных регионах (рис. 1.15).

Как правило, если где-то холоднее нормы (тенденция не проявляется), как зимой 2010–2011 годов в европейской части России, то где-то теплее обычного, и тенденция потепления выражена особенно сильно, как весной 2011 года в Арктике и наибольшей части территории Сибири (рис. 1.16).

Учеными была проведена количественная оценка вклада человека в текущее изменение климата. Двухтомный доклад, в подготовке которого участвовали все работающие по проблеме климата институты Росгидромета и РАН, содержит такой вывод: «Крайне маловероятно (< 5%), что изменения климата, наблюдавшиеся за последние 50 лет, происходили без внешнего воздействия; с высокой степенью вероятности (> 90%) можно утверждать, что наблюдаемое увеличение концентраций антропогенных парниковых газов обусловливает большую часть глобального потепления начиная с середины XX века»15.