Багато-хто і досі вважає парадоксальним твердження, що глобальне потепління – це діло рук людини. На доказ наводять результати досліджень, які свідчать, що утворені в результаті господарської діяльності людини гази, в першу чергу вуглекислий газ і хлорфторвуглеводні, накопичуючись в атмосфері створюють газовий екран. Цей газовий екран нібито створює тепловий ефект, рівний двом ватам на квадратний метр. Такий самий результат можна отримали, якби обплутали всю Землю мережею ялинкових гірлянд – по дві цілодобово палаючих лампочки потужністю 1 Вт на кожний квадратний метр. Тобто тепловий ефект газового екрану мізерний.
Однак всебічні кліматичні дослідження показали, що навіть слабкі, але довготривалі впливи можуть привести до відчутних змін: до танення льодовиків по всій земній кулі, зменшенню товщини арктичних льодів, настання весни на тиждень раніше і т. д. Потепління на Землі в останні десятиліття йде зі швидкістю, яку передбачили ті моделі, що враховували накопичення «рукотворних» парникових газів в атмосфері Землі.
Однак об'єктивний аналіз проблеми глобального потепління неможливий без кількісної оцінки трьох факторів:
- чутливості кліматичної системи до впливів;
- вкладу в них людини;
- часу, за який система починає реагувати на вплив.
Побудова глобальних кліматичних моделей може прояснити картину, але найточнішу оцінку дає аналіз емпіричних даних, отриманих при вивченні історії Землі.
Глобальне потепління і уроки історії
Земля за останні кілька мільйонів років пройшла декілька послідовних льодовикових епох, що змінювалися періодами глобального потепління. Свідоцтва цих процесів донесли до нас антарктичні льоди, які (за винятком крайніх частин) не танули навіть на піку температур в міжльодовикові періоди.
Природні періодичні зміни кліматичних умов на Землі пов'язані з повільними варіаціями її орбіти під дією гравітації з боку інших планет, в першу чергу Юпітера і Сатурна (оскільки 'вони дуже масивні) і Венери (оскільки вона періодично наближається до Землі). Ці варіації призводять до 20%-вої зміни сезонного і географічного розподілу сонячної енергії, яку отримує Земля (інсоляції). Довготривалі зміни інсоляції в ту або іншу сторону супроводжуються таненням льодовиків або, навпаки, їх потовщенням.
Палеонтологічні дослідження також підтверджують, що все це впливає на стан поверхні Землі та її атмосфери (на поглинання і вивільнення рослинами, ґрунтом і водою вуглекислого газу і метану) і, таким чином, на енергетичний баланс планети.
Склад атмосфери в льодовикові епохи точно відомий за результатами аналізу газового складу пухирців повітря, що збереглися в товщі льодовикового щита Антарктиди. Також встановлено географічний розподіл льодового покриву і рослинності, положення берегової лінії під час льодовикових періодів. З цих даних випливає, що вплив на клімат за час, що минув від закінчення льодовикового періоду до наших днів, змінився на 6 Вт/м2, і це зумовило підвищення глобальної температури на 5 ⁰С. З вищесказаного випливає, що чутливість кліматичної системи дорівнює 0,75±0,25 ⁰Сна 1 Вт/м2. Подібну величину дають кліматичні моделі.
Що впливає на клімат зараз
Вміст в атмосфері парникових газів, що утворюються в результати господарської діяльності людини, незмінно зростає, що породжує глобальне потепління. Вони поглинають теплове випромінювання, що йде від Землі, в результаті чого змінюється енергетичний баланс на планеті і клімат стає теплішим. Внаслідок високої теплоємності океанів нове положення рівноваги досягається років за сто і, звичайно, відповідає більш високим температурам. Серед парникових газів найбільший вплив на клімат чинить вуглекислий газ. Його джерело – спалене викопне паливо (нафта, газ). Трішки відстають і інші гази. Вони входять до складу згубного для людини і рослин смогу.
Змінам клімату сприяють і аерозольні частинки, правда, характер їх впливу більш складний. Наприклад, якщо частинки сульфатів (сполук сірки, що містяться у викопному паливі), що добре відбивають сонячне світло, сприяють підвищенню температури, то аерозолі, утворені частинками сажі (продукту неповного згорання викопного палива, деревини та іншого біологічного матеріалу), навпаки, ефективно поглинають сонячне випромінювання і сприяють підвищенню температури атмосферного повітря. Вплив аерозолів на клімат можна оцінити з точністю лише до 50 %, оскільки їх кількість точно не відома. Дія аерозолів може бути і не настільки прямою. Встановлено, що вони впливають на властивості хмарного покриву Землі, сприяючи утворенню хмар, які добре відбивають сонячне світло.
Однак такі природні процеси, як виверження вулканів і флуктуації яскравості Сонця, навряд чи помітно позначаються на кліматичних умовах Землі навіть у масштабі тисячоліття. Так, зменшення яскравості Сонця, що відзначається за останні 150 років, відповідає зміні теплового ефекту на величину порядку декількох десятих вата на квадратний метр. Всього ж за період з 1850 до наших днів тепловий ефект зріс на 1,6 ± 1,0 Вт/м2.
Незважаючи на невисоку точність цієї оцінки, є підстави вважати, що вона справедлива. На це вказує відповідність спостережуваних за останні десятиліття глобальних температур тим значенням, які дають розрахунки, засновані на наведеній оцінці.
Глобальне потепління
З кінця 1800-х років до наших днів глобальна температура підвищилася на 0,75 ⁰С, причому більша частина цього підвищення (0,5 ⁰С) припадає на період після 1950 року. Починаючи з 1970-х років з'явилася можливість за допомогою супутника вимірювати сонячну активність і вміст в атмосфері аерозольних часток і озону. За оцінками фахівців, до 70 % підвищення кількості парникових газів, що утворилися в результаті господарської діяльності людини, припадає на період після 1950 року.
Найважливіша кількісна характеристика – ступінь енергетичного дисбалансу планети, величина якого зараз становить 0,5–1 Вт/м2. Навіть якщо склад атмосфери залишиться таким, як сьогодні, температура поверхні Землі тільки за рахунок цього підвищиться на 0,4–0,7 ⁰С.
Сідні Левітус з Національної адміністрації по океану та атмосфері проаналізував зміну середньої температури океану за останні 50 років і виявив, що його тепловміст збільшився на 10 Вт-год на квадратний метр, що узгоджується з оцінкою енергетичного дисбалансу Землі (0,5–1 Вт/м2). Цікавий наступний факт, для того щоб розтопити лід в кількості, достатній для підйому рівня Світового океану на 1 метр, потрібно 12 Вт-год (в середньому по планеті), тобто при енергетичному дисбалансі 1 Вт/м2 необхідна кількість тепла може накопичитися за 12 років.
Відповідність між фактичними і передбаченими змінами температури і запасів тепла Світового океану підтверджує, що глобальні кліматичні процеси регулюються і природними, і антропогенними факторами. Але ключовий момент, важливий для всієї планети – поточна зміна запасів тепла Світового океану, яка не тільки визначає швидкість глобального потепління, а й вказує, наскільки необхідно зменшити згубний вплив на клімат, щоб зберегти нинішню ситуацію.
Бомба уповільненої дії
У 1989 році в Ріо-де-Жанейро було прийнято Рамкову угоду ООН щодо клімату, мета якої полягала в стабілізації складу атмосфери і запобіганні небезпечного антропогенного впливу на кліматичну систему.
Під егідою OOН була створена Міжурядова група з вивчення зміни клімату (Intergovernmental Ranel on Climate Change, IPCC), якою були розроблені сценарії розвитку подій в XXI столітті і оцінено вплив глобального потепління на сільське господарство, природні екосистеми, диких тварин і т. д. За оцінками IPCC, якщо протягом найближчих 100 років середня температура по всій земній кулі підвищиться на кілька градусів, то рівень Світового океану підніметься на декілька десятків сантиметрів. При цьому підвищення буде визначатися тепловим розширенням океанської води, а обсяг льодовиків майже не зміниться.
Характер змін температури в Антарктиді за останні 50 років свідчить про те, що глобальні температурні процеси йдуть назад, наближаючи нас до пройденого раніше максимуму нинішнього міжльодовикового періоду (Голоцену). Більше того, ми можемо досягнути температурного піку, характерного для попередньої міжльодовикової епохи, коли середній рівень Світового океану був на 5–6 метрів вище, ніж сьогодні. Для цього досить одного додаткового вата на квадратний метр.
Як швидко буде зменшуватися товщина льодовикового покриву Землі? За оцінками IPCC, зміни за 100 років будуть неістотними, проте слід врахувати, що поступово може змінитися кількість опадів, у тому числі снігу, інтенсивність випаровування і танення. У реальності ж характер руйнування льодовикового покриву далекий від лінійного, а крім того, потрібно враховувати наявність в кліматичних системах різного роду зворотних зв'язків. У міжльодовиковий період, що передував Голоцену, танення льоду відбувалося зі швидкістю 14 тис. кубічних метрів на рік, рівень Світового океану піднімався на 1 м кожні 20 років – і все це тривало кілька століть.
В умовах нинішнього глобального потепління можна очікувати, що території літнього танення льоду охоплюватимуть більшу частину Гренландії і крайні частини Антарктиди. Підвищення рівня Світового океану викличе підйом шельфових льодовиків, які будуть наповзати на материковий лід, порушуючи його цілісність. У міру руйнування шельфового льоду сповзання материкового льоду в океан буде все більше прискорюватися. На відміну від процесів утворення льодовиків, що йдуть дуже повільно, руйнування льодового щита відбуватиметься лавиноподібно.
Енергетичний дисбаланс на нашій планеті, обумовлений антропогенними факторами, призводить до танення льодів. Крім того, в результаті випадання частинок сажі і утворення на поверхні льодовиків калюж прісної води поверхня льодовиків стає більш темною і поглинає все більше сонячного тепла.
Подальше руйнування льодовиків займе багато часу, не виключено, що на це підуть століття, але перші ознаки прискорення цього процесу вдасться помітити за допомогою супутника ICESat, запущеного NASA. Однак якщо дисбаланс планети буде підвищуватися й далі, то відчутний підйом рівня океану станеться вже протягом декількох десятиліть. А як тільки почнеться великомасштабне руйнування льодового щита, процес зупинити буде неможливо. Якісь території вдасться захистити від затоплення за допомогою дамб, але більшість прибережних регіонів опиниться під водою.
Можливі сценарії розвитку подій
Міжурядова група представила ряд сценаріїв зміни клімату в XXI столітті виходячи з різних припущень про збільшення чисельності населення, темпи зростання економіки, розвитку енергетики. При побудові моделей допускалося, що в найближчі 50 років внесок вуглекислого газу в тепловий ефект складе 1–3 Вт/м2, а якщо врахувати інші гази та аерозолі, то 2–4. Навіть при таких невеликих впливах очікувані наслідки від глобального потепління будуть дуже серйозними.
Однак є підстави вважати, що більшість прогнозів занадто песимістичні. По-перше в них не враховуються зміни в кількості викидів шкідливих хімічних речовин, які відбуваються зараз. По-друге передбачається, що ситуація із забрудненням повітря буде тільки погіршуватися і у 2050 році вміст у ньому озону, метану і сажі буде більшим, ніж зараз. По-третє недооцінюється роль технологічних інновацій, які дозволять в найближчі півстоліття зменшити викиди. Один з альтернативних шляхів уточнення можливих сценаріїв міг би полягати в оцінці нинішніх тенденцій в зміні кількості агентів, що впливають на клімат, в з'ясуванні причин цих тенденцій, в пошуках відповіді на питання, чи можна повернути поточні процеси в потрібну сторону.
Ефект парникових газів, який на початку 1980-х років збільшувався зі швидкістю 0,5 Вт/м2 за 10 років, до початку 1990-х років уповільнив темпи зростання і стабілізувався на рівні 0,3 Вт/м2 за 10 років. Основна причина такого зниження криється у зменшенні викидів хлорфгорвуглеводнів, виробництво яких було різко скорочено у зв'язку з руйнівним впливом на озоновий шар. Два інших найбільш небезпечних парникових гази – вуглекислий газ і метан. Концентрація в атмосфері першого з них різко збільшилася в період між 1945 і серединою 1970-х років, тепер наростає лінійно, зі швидкістю 2 м. д. в рік. Стосовно метану, то за останні 20 років швидкість його накопичення впала на 2/3.
Ці зміни чітко корелюють з динамікою глобального витрачання викопного палива. З часів закінчення Другої світової війни і до 1975 року його з кожним роком спалювалося все більше – приріст становив 4 % на рік, але потім впав до 1 %. Зниження було пов'язане з більш економним витрачанням сировини, оскільки ціни на нафту з середини 1970-х років почали рости. Надходження метану стало зменшуватися також завдяки його ефективному уловлюванню.
Якщо нинішні тенденції збережуться, то в найближчі півстоліття енергетичний ефект парникових газів складе 1,5 Вт/м2. До цього треба ще додати сумарний ефект атмосферного озону і аерозолів, що в результаті через 50 років дасть – 2 Вт/м2. Ця величина збігається з нижньою оцінкою IPCC (1–2 Вт/м2). Верхня оцінка (4 Вт/м2) передбачає щорічний 4 %-ве зростання вмісту діоксиду вуглецю протягом 50 років, що дуже малоймовірно.
Але навіть нижня оцінка вдвічі перевищує той рівень, який визнаний максимально допустимим для антропогенного впливу на клімат.
Майбутнє не настільки похмуре
Найбільш ймовірним залишається сценарій розвитку подій на найближчі півстоліття, який припускає, що додатковий вплив на клімат залишиться на рівні 1 Вт/м2. Передбачаються дві речі: по-перше, збереження на нинішньому рівні або зниження вмісту в повітрі таких агентів, як сажа, атмосферний озон і метан; по-друге, викиди в атмосферу вуглекислоти газу, що утворюється при спалюванні викопного палива, залишаться на нинішньому рівні.
Свідоме зменшення викидів метану в атмосферу сприятиме зниженню температури і частково компенсує підвищену концентрацію діоксиду вуглецю. А зменшення викидів сажі компенсує той тепловий ефект, який дає паралельне зменшення викидів су сульфатів. Для того щоб зменшити вміст в атмосфері озону (основного компонента смогу), необхідно усунути інші його попередники – метан, оксиди азоту і леткі органічні сполуки.
Заходи, спрямовані на зниження кількості атмосферного метану, дають економічний ефект, який частково компенсує витрати на їх проведення. Іноді зібраний метан використовують як паливо, і витрати на його уловлювання окупаються.
Якщо проаналізувати тенденції у зміні викидів вуглекислого газу і метану за останні роки, то стане очевидно, що реальний стан справ кращий, ніж передбачає Міжурядова комісія. Залишається довести, що це розходження не виникло в результаті випадкового збігу обставин, а носить довгостроковий характер.
Читайте також:
- Глобальне потепління діє на екосистеми вибірково
- Ще більш глобальне потепління
- Кліматичні зміни
- Зміна клімату
