Климат: глобальное потепление

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 125↑

22.08.2002 Хронометраж

50:58

С чем связан процесс глобального потепления и насколько серьезно способен он повлиять на климат Земли? Что это: влияние деятельности человека или естественный процесс, связанный с астрономическими позициями Земли на солнечной орбите? Об этом — академики, директор института Физики Атмосферы РАН Георгий Голицын и член-корреспондент РАН, директор Иркутского Геохимического института Михаил Кузьмин.

Смотрите также выпуск № 169 «Парниковая катастрофа».

Участники:

Михаил Кузьмин — член-корреспондент Российской Академии наук

Георгий Голицын — академик Российской Академии Наук

Обзор темы:

Человечество читающее (и смотрящее телевидение) настолько привыкло к таким словосочетаниям, как «глобальное потепление», «парниковый эффект», что перестало ставить под сомнение факт существования явлений ими обозначаемых. А, между тем, ученые все еще (и все сильнее в последнее время) спорят на тему того, ожидает ли нас потепление или, напротив, похолодание. И, если потепление, то в чем его причина, и каковы будут последствия? Станет ли глобальное потепление фатальным для всего живого или стоит радоваться перспективе превращения России в лидирующую сельскохозяйственную державу мира (предлагается и такой вариант последствий глобального потепления)?

На межправительственной мадридской конференции в 1995 году ООН провозгласила глобальное потепление научным фактом. Между тем, многие видные ученые (А. П. Капица, Фредерик Зейтц и другие) настаивают на том, что никакого потепления нет, есть и те, кто утверждает, что на самом деле продолжается длительный геологический период — ледниковый (14 миллионов квадратных километров Земли покрыты льдами), а на него накладываются более короткие климатические циклы. Существует мнение, что наступивший век пройдет под знаком временного потепления в рамках общего похолодания, связанного с продолжением ледникового периода.

В одном из интервью Андрей Петрович Капица сообщил, что «целый ряд документов, представленных в ООН противниками гипотезы глобального потепления, бесследно исчез. На конференции эти документы не фигурировали. Подход был заведомо однобоким, изложение — односторонним. Нас, убежденных, что никакого потепления нет, даже не выслушали». В том же интервью, Андрей Петрович упомянул о петиции американских ученых, которую подписали многие тысячи специалистов, обращенной к правительству США и призывающей отвергнуть соглашение, составленное в декабре 1997 года в Киото.

В декабре 1997 года на встрече в Киото, посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выброс СО₂. Киотский протокол призывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 годам выбросы СО₂ на 5% от уровня 1990 года. Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Тем не менее, переговоры по вопросу сокращения идут очень сложно. Такие страны, как Индия и Китай, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, не подписали соглашение. Отказ Джорджа Буша подписать Киотский протокол, стал одним из центральных вопросов, обсуждавшихся на недавней встрече министров по охране окружающей среды стран «большой восьмерки». Основным препятствием на пути международного взаимодействия по вопросу предотвращения «парникового эффекта» является научная неопределенность.

Тем не менее, факт остается фактом — за последние сто лет среднегодовая температура поднялась приблизительно на полградуса. Противники теории глобального потепления утверждают, что повышение температуры в последнее столетие нельзя назвать тенденцией. Но и среди сторонников теории глобального потепления нет согласия в ответе на важный вопрос. В чем его, глобального потепления, причина? Безусловно, самой популярной версией ответа на этот вопрос является вышеупомянутая гипотеза «парникового эффекта».

«Парниковый эффект» достигается благодаря некоторым атмосферным газам, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь на ней практически замерла. Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект, сохраняющий на Земле тепло, необходимое для жизни, это устоявшийся сбалансированный процесс, то логично предположить, что увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. За последние 30 лет количество углекислого газа в атмосфере выросло на 80%, что связывают в первую очередь с деятельностью человека (использованием в качестве источников энергии различных видов ископаемого топлива). Именно увеличение (вследствие деятельности человека) концентрации парниковых газов (и, прежде всего, углекислого газа) приводит к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности Земли, по мнению сторонников теории «парникового эффекта».

Другая точка зрения заключается в том, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере связано с другими причинами, и является скорее следствием, а не причиной потепления. Согласно одному из объяснений углекислый газ не предшествует потеплению, а идет после него, поскольку 90% CO₂ растворено в мировом океане и процесс изъятия углекислого газа из воды бесконечен. Если нагреть океан на полградуса, то он выбрасывает массу углекислого газа, что зарегистрировано в скважинах в Антарактиде и Гренландии. Наоборот, в случае похолодания океаны с легкостью поглощают углекислый газ.

Одна из популярных среди ряда ученых теорий, призванных объяснить повышение температуры на Земле, — гипотеза «космических лучей», согласно которой солнечная активность воздействует на атмосферу и меняет обычный покров, определяющий температуру Земли. В периоды, когда поток частиц в атмосфере уменьшается (при высокой солнечной активности), облачность и уровень выпадения осадков снижаются. Последние годы поток космических лучей ежегодно незначительно, но уменьшается, следовательно, уменьшается и площадь, занятая облаками. Это уменьшение должно вызвать постепенное увеличение температуры на нашей планете. Такой точки зрения на причины глобального потепления придерживаются все больше ученых, тем не менее, теория «парникового эффекта» остается очень популярной.

Не только причину, но и возможные катастрофические последствия глобального потепления, некоторые ученые находят в теории газовых гидратов. Газовые гидраты представляют собой соединения, в которых молекулы гидрофобных (или близких к ним) газов включены в полости кристаллического каркаса, построенного посредством водородных связей из молекул воды. Газовые гидраты имеют относительно малую область термодинамической устойчивости и поэтому чрезвычайно чувствительны к изменениям условий равновесия.

Природные термобарические условия находятся вблизи границ устойчивости газогидратов, и поэтому даже относительно небольшие изменения этих условий могут привести к их разложению и в результате к неконтролируемым выбросам, утечкам газа в атмосферу, взрывам, пожарам, многократному усилению «парникового эффекта». Сравнительно недавно в недрах Земли и на дне Мирового океана обнаружены огромные количества газовых гидратов (количество, например, углерода, заключенного в газогидратах, оценивается цифрой, превышающей его количество во всех остальных видах топлива, вместе взятых). При этом, применительно к газовым гидратам, «важнейшим» среди «парниковых газов» становится не углекислый газ, а метан. Метан — основной неводный компонент природных газогидратов, концентрация которого в атмосфере примерно в 200 раз ниже, чем концентрация СО₂. Однако, во-первых, радиационная активность метана примерно в 21 раз выше, чем углекислого газа. Во-вторых, в ближайшие 50–60 лет ожидается удвоение его концентрации. В середине прошлого века парниковый эффект от метана составлял 6% по отношению к эффекту, даваемому углекислым газом, сейчас он составляет уже 10%, а через полвека достигнет 14%. Анализ воздуха, захватываемого полярными льдами, показывает, что современный прирост концентрации метана в атмосфере беспрецедентен за последние 160 тыс. лет. Источники этого прироста неясны. Возможно, что одним из источников служат наблюдаемые и скрытые выбросы метана при разложении природных газовых гидратов.

Проблема, над которой сейчас задумывается все большее число исследователей, — когда и как отзовутся на происходящее в последнее столетие потепление крайне чувствительные к параметрам среды газогидраты. Количество метана, которое таят в себе природные газогидраты, в 3 тыс. раз превосходит его количество в атмосфере. Освобождение этого парникового потенциала имело бы страшные последствия для человечества. Потепление может вызвать разложение гидратов, а освобождающийся при этом метан приведет к дальнейшему потеплению. Таким образом, может начаться самоускоряющийся процесс. Что касается причины глобальных изменений, то исследователями газогидратов выдвинута интересная и достаточно хорошо аргументированная гипотеза, согласно которой периодические потепления и оледенения на Земле вызваны разложением и образованием газовых гидратов. В целом решение проблемы взаимосвязи климат — газогидраты находится сегодня в зачаточном состоянии.

Наука все еще не дает однозначный ответ на вопрос о причине повышения температуры на Земле. Расходятся мнения ученых и в прогнозе последствий потепления. Часть исследователей предсказывает относительно безобидные последствия глобального потепления. По их мнению, дальнейшее потепление приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, что, в свою очередь, повлечет за собой подъем уровня мирового океана. Ученые уже отметили изменения в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и бывшем СССР последние 30–40 лет выпадает осадков на 10 процентов больше, чем в прошлом. В то же время, количество осадков над экватором сократилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии. Наиболее благоприятные условия для выращивания культур сложатся в сельскохозяйственных регионах России; обильные осадки будут выпадать в Северной Африке, где засуха продолжается с 1970-го года. Кроме того, повышение температуры увеличит испарение влаги с поверхности океана. Это приведет к увеличению выпадения осадков на 11 процентов. Последствия потепления климата будут ощущаться на Северном и Южном полюсах, где увеличившаяся температура приведет к подтаиванию ледников. По расчетам ученых увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию, вызовет повышение уровня мирового океана на 5–6 метров, что приведет к затоплению многих прибрежных территорий во всем мире.

Жизнь, по мнению некоторых ученых, приспособиться к существованию в условиях более высокой температуры. Причем, речь идет не об адаптации различных видов (как, например, перелет птиц или миграция популяций бабочек). Как показывает исследование, проведенное американскими биологами, глобальное потепление способно вызвать и генетические мутации. Уильям Брэдшоу и Кристина Хольцапфель, изучая в лаборатории популяции комаров вида Wyeomyia smithii, заметили явные изменения в жизненном цикле насекомых. Дабы переждать зиму, личинки комаров впадают в спячку, превращаясь в куколки. Сегодня они достигают этой фазы своего развития на 8–10 дней позже, чем еще три десятка лет назад. Поскольку жизненный цикл, привязанный к длине светового дня, регулируется генетически, ученые утверждают, что изменения могут быть вызваны именно мутациями в ДНК.

Тем не менее, учитывая нелинейность и неравновесность климатической системы, вряд ли можно быть уверенными в том, что «все пойдет по плану». Перспектива многократного усиления «парникового эффекта» в связи с разложением газогидратов и запуск разрушительного для жизни самоускоряющегося процесса роста температуры — лишь одна из версий того, какими небезобидными могут стать последствия потепления для жизни на Земле.

В последние годы поступало много тревожных сообщений о погодных аномалиях, охвативших практически все континенты Земли, при этом главным виновником всех климатических неурядиц назывался непредсказуемый феномен Эль-Ниньо, заключающийся в резком повышении температуры (на 5–9 градусов) поверхностного слоя воды на востоке Тихого Океана (в тропической и центральной частях) на площади порядка десяти в седьмой степени квадратных километров. Более того, некоторые ученые рассматривают этот феномен как предвестник еще более радикальных климатических изменений. В обычных погодных условиях, теплые поверхностные воды океана транспортируются и удерживаются восточными ветрами — пассатами в западной зоне тропической части Тихого океана, где формируется так называемый тропический теплый бассейн, глубина которого достигает 100–200 метров. По неизвестным пока причинам с интервалом в 3–7 лет пассаты ослабевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляются на Восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане. На огромной площади происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя океана. Это и есть наступление фазы Эль-Ниньо.

Хотя сами процессы, развивающиеся при фазе Эль-Ниньо, региональны, тем не менее, их последствия носят глобальный характер. Встает вопрос: в чем секрет глобального воздействия на климат Земли Эль-Ниньо? Климатолог П.-Дж. Вебстер ситает, что «прежде всего — в нелинейности и неравновесности климатической системы». Вариации климата на отрезке времени 3–7 лет определяются изменениями в вертикальной циркуляции в океане и атмосфере и температурой поверхности океана. Иначе говоря, они изменяют интенсивность обмена между океаном и атмосферой. Океан и атмосфера являются открытыми, неравновесными, нелинейными системами, между которыми идет постоянный обмен теплом и влагой. Указанные процессы необратимы, а движение в водной и воздушной средах турбулентно. Для таких систем характерна самоорганизация диссипативных структур, например, формирование таких грозных структур, как тропические циклоны. Полученные оценки по энергетике взаимодействия океана и атмосферы позволяют прийти к заключению, что энергия Эль-Ниньо (согласно оценкам энергия, выбрасываемая океаном в атмосферу в районе действия Эль-Ниньо соизмерима с энергией всей атмосферы) в состоянии привести к возмущению всю атмосферу Земли, что и приводит к экологическим катастрофам, имеющим место в последние годы.

В книге «Познание сложного» Г. Николис и И. Пригожин обратили внимание на тот факт, что новые данные о состоянии климата, полученные в 60-х годах нашего столетия, показали весьма выраженную внутреннюю изменчивость земного климата. «Этот факт удивляет и озабочивает специалистов, политиков и общественность. Впервые человек осознал глобальный, планетарный характер климатической системы, а также тот факт, что его собственная деятельность может повлиять на работу впечатляющей климатической машины».

Вопросы для дискуссии:

• Глобальное потепление (за последние сто лет температура выросла на полградуса) или короткий климатический цикл в рамках ледникового геологического периода (14 млн кв. км Земли покрыто льдами)?

• Если потепление, то в чем его причины? Гипотезы: разложение газовых гидратов; космические лучи (солнечная активность воздействует на атмосферу Земли); «парниковый эффект» вызванный деятельностью человека.

• Существует ли «парниковый эффект»? Увеличение количества углекислого газа в атмосфере — причина или следствие потепления?

• Международное взаимодействие по вопросу предотвращения «парникового эффекта». Жизненная необходимость принятия мер или «торговля квотами» (на выбросы тепличных газов) под прикрытием «наукообразного мифа» (по определению А. П. Капицы)?

• Последствия изменения климата. Смещение областей возделывания сельскохозяйственных культур (в Сибирь, например), генетические мутации, феномен Эль-Ниньо (теплое резкое повышение температуры поверхностного слоя океана на огромной площади, приводящее в возмущение атмосферу Земли и приводящее к экологическим катастрофам).

• Нелинейность и неравновесность климатической системы, и как следствие принципиальная невозможность прогнозировать поведение климатической системы (и варианты развития взаимоотношений океана и атмосферы) при, на первый взгляд, малозначительном изменении природных условий.

Библиография:

Борисенков Е. П. Изменение климата и человек. М., 1990.

Еланский Н. Ф. Международные конвенции по атмосфере и климату и интересы России//Природа. 1999. № 3.

Истомин В. А., Якушев В. С. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра, 1992.

Капица А. П. Глобальное потепление и озоновые дыры — наукообразные мифы//Интернет-журнал «Вестник». 2001.

Крапивин В. Ф. Парниковый эффект и глобальный биохимический цикл углекислого газа//Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1999. № 12.

Кузьмин М. И., Солотчина Э. П., Василевский А. Н. и др. Глинистые минералы донных осадков озера Байкал как индикатор палеоклимата//Геология и геофизика. 2000.

Кузьмин М. И., Грачев М. А., Вильямс Д. Ф. и др. Непрерывная летопись палеоклиматов последних 4,5 миллионов лет из озера Байкал//Геология и геофизика. 1997.

Монин А. С., Шишков Ю. А. История климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.

Пригожин И., Николис Г. Познание сложного. М.: Мир, 1998.

Сенько А. С., Шенькевич О. С. Парниковый эффект: проблемы и решения//Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1998. № 4.

Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. Физическая теория парникового эффекта атмосферы/Глобальные экологические проблемы на пороге XXI века: Материалы конференции. М., 1998.

Стожков Ю. И. Космические лучи в атомосфере Земли/Интернет-журнал «Ломоносов». 2001.

Федоров К. Н. Этот капризный младенец — Эль-Ниньо!//Природа. 1984. № 8.

Тема № 125

Эфир 22.08.2002

Хронометраж 50:58

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz