Что мы знаем о климате? Исследования антропогенного воздействия на глобальное потепление Understand article

Перевод Сергея Прихожего. В этой, второй из двух статей, исследователь климата Размус Бенестад из Норвежского Метеорологического Института рассматривает…

Считается хорошо установленным, что на Земле существует естественный парниковый эффект, который позволяет обитание на планете. Так как насчет антропогенного глобального потепления (АГП)? В конце концов, естественные вариации климата существовали задолго до появления человека; достаточно подумать о ледниковых периодах.

Тенденция в концентрации
атмосферного углекислого газа
(черный; с Мауна Лоа, Гавайи) и
средняя глобальная температура
(Т(2m)) оранжевый, без
масштаба; данные с NASA GISS)

Изображение с любезного
разрешенияРазмуса Бенестада

Из теоретических соображений, можно было бы ожидать, что температура увеличилась бы, если бы потеря тепла была бы ингибирована, в то время как источник тепла был бы постоянным. Увеличение концентрации парниковых газов (ПГ) имеет такой же эффект, как ограничение потери тепла, так как ПГ прозрачны для солнца, но непрозрачны для инфракрасного излучения, которое является составной частью земной потери тепла в космос. Таким образом, увеличение парникового эффекта приводит к разрушению баланса излучаемой энергии.

Основные эмпирические доказательства происходящего изменения климата включают систематическое, около 30 %, увеличение концентрации CO2 по сравнению с доиндустриальным уровнем, составлявшим 280 частей на миллион (черная кривая на иллюстрации показывает уровни CO2 с 1958 года).

Нет никакого сомнения, что CO2 поступает из ископаемого топлива, так как соотношение изотопов показывает, что углерод был менее подвержен воздействию космического гамма-излучения:

14N + p → 14C + n

Это означает, что углерод с низким содержанием изотопа углерод-14 должен был попасть из глубины Земли, вне доступа космического излучения.

Кроме этого, соотношение O2 к N2 уменьшилось. Это можно ожидать от сжигания ископаемого топлива, при котором O2 соединяется с C, чтобы образовать CO2. Кислотность океанов твкже увеличилась, что приводит к увеличению концентрации CO2 как в атмосфере, так и в океанах.

Изображение с любезного
разрешения iStockphoto /Роба
Фридмана

В конце концов, углерод не может просто внезапно исчезнуть с лица Земли. В обычных условиях  он сохраняется. Поэтому можно ожидать, что сжигание ископаемого топлива приведет к образованию избытка CO2 где-то в атмосфере, океанах и/или биосфере. Добыча ископаемого углерода глубоко из-под земли удаляет его из этих скрытых резервуаров и высвобождает его на поверхность Земли, где он и остается.

Согласно Четвертому Оценочному Отчету (ЧО4) (Fourth Assessment Report (AR4)) от Межправительственной Группы Экспертов по Изменению Климата (МГЭИК) (Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)), средняя глобальная температура, оцененная с помощью тысячи термометров, разбросанных по всему миру, увеличилась на 0.74 ± 0.18 ºC за последние 100 лет, и кажется, что она все еще растет. Некоторые исследования, основанные на данных спутников, также показали изменения в спектральных характеристиках тепла, излучаемого Землей, в соотвествии с увеличившимся парниковым эффектом. Данные, полученные из-под земли с помощью буровых скважин, также могут быть использованы, чтобы сделать выводы о потеплении,  и они показывают, что потепление на самом деле происходит.

Глобальный средний уровень моря увеличивается из-за того, что теплая вода имеет больший объем, и из-за того, что ледники тают. Также было документировано, что большинство ледников по всему миру уменьшились в размере с конца 19-го века. Морской лед в Арктике значительно уменьшился с начала спутниковых наблюдений, и снежное покрытие также сократилось.

Также есть доказательства из гидрологического цикла: признаки более частых интенсивных ливней и изменения в статистике стока рек и осадков.

Дополнительные отчеты о реакциях биологических систем вписываются в картину глобального изменения климата. Изменения годового роста деревьев, кораллов, седиментов на морском дне и сталагмитов свидетельствуют о вариациях климата в прошлом. По сравнению с этими индикаторами, современное потепление кажется исключительным по крайней мере за последние 1000 лет.

Сомнения?

Те, кто оспаривают концепцию АГП, часто называемые климатическими скептиками, считают, что глобальное потепление является последствием изменений Солнца. Однако современные измерения космического излучения, солнечных пятен и других индикаторов, используемые для описания состояния Солнца, подсказывают, что оно не стало более активным с 1950-х (смотрите график).

Вариации поведения Солнца  не могли бы исключить роль ПГ в изменении климата. Если бы наш климат был чувствителен к небольшим изменениям на Солнце, тогда бы это означало, что он легко подвергается влиянию небольших изменений в энергетическом балансе, что является еще лучшей причиной для мнения, что ПГ могут вызывать глобальное изменение климата.

Другие факторы могут влиять на баланс излучения, такие как изменения орбиты Земли вокруг Солнца и солнечная активность. Также известно, что вулканы выбрасывают частицы в атмосферу, которые блокируют солнечный свет, и естественные и антропогенные аэрозоли могут также вызывать эффект «затемнения», уменьшая количество энергии Солнца, которое поступает на поверхность Земли. К тому же, аэрозоли могут влиять на потерю тепла Землей. Общий эффект зависит от типа частиц, их размера, высоты и концентрации.

Сравнение между галактическим
космическим излучением (ГКИ;
серый) и глобальной температуры
(Т(2m); синий). Хотя изменений в
тенденции поведения ГКИ нет,
Т(2m) увеличилась

Изображение с любезного
разрешения Размуса Бенестада

Изменения в земной поверхности тоже могут играть роль, изменяя отражение света планетой и обмен влаги и энергии между поверхностью и атмосферой.

Некоторые скептики утверждают, что глобальное потепление – иллюзия, вызванная эффектом урбанизации. Тем не менее, это не объясняет как произошло потепление большинства мировых океанов как на поверхности, так и в глубине – в тех местах, где нет городов. Это также не объясняет, почему наибольшее потепление произошло в Арктике, Аляске и Сибири. К тому же, влияние городов на изменение температуры было исследовано и учтено при оценке глобальной средней температуры.

Другой аргумент, используемый климатическими скептиками, – это то, что спутниковые измерения атмосферной температуры не показывают похожего потепления, как на поверхности. Это различие было связано с ошибками при анализе спутниковых данных; тенденции в свободной атмосфере были согласованы с поверхностными данными.

Другие утверждают, что наша атмосфера уже является непрозрачной для инфракрасной радиации, так что любой дополнительный CO2 не будет оказывать большого влияния. Однако достаточно взглянуть на Венеру, чтобы понять, что атмосфера  не насыщается так легко. Это также можно показать теоретически. Кроме того, это не единственный эффект CO2, который имеет значение, потому что существуют важные процессы обратной связи, которые могут амплифицировать (сокращение морского льда, влажность воздуха) или уменьшать (низкие тучи, например) ответ на изменяющийся парниковый эффект.

Но не изменялся ли климат всегда? Некоторые ученые утверждают, что наш климат показывает естественное циклическое поведение. Как мы можем узнать, что текущее потепление не является частью естественного цикла, например отскок из ледникового периода?

Из законов физики мы можем вывести, что средняя температура не изменяется внезапно, так как тепло должно сохраняться. В прошлом, что-то особенно вызывало вариации – это могут быть изменения орбиты Земли, состава атмосферы, солнечной активности, вулканы или изменения ландшафтов. Ни один из этих факторов, кроме изменений концентрации парниковых газов не может объяснить текущее потепление. Даже изменения самой системы, такие как Южные Осцилляции Эль Ниньо, могут вызвать некоторые вариации, но эти имеют тенденцию быть слабыми по сравнению с изменениями  из-за внешних сил. И независимо от причины всегда существует физическое объяснение для изменений, внешних или внутренних.

Можем ли мы верить глобальным климатическим моделям (ГКМ)? ГКМ несовершенны, но они – все равно наши лучшие инструменты для предсказаний на будущее. ГКМ можно рассматривать как составную картинку-загадку, в которой большая картина появляется из маленьких кусочков, сложенных вместе определенным и организованным способом. ГКМ включают все, что мы знаем о климатической системе в переводе на физические законы и эмпирические данные, и дают полную картину с помощью цифровых методов на крупных компьютерах. Некоторые уравнения, описывающие процессы, не могут решены точно, но приближения дают хорошее представление.

Предсказания на будущее

Что мы можем ожидать от АГП? Результаты научных исследований, опубликованных в рецензируемых научных журналах были собраны и оценены в отчете МГЭИК, который представляет основную картину на будущее.

В соответствии с ЧО4, антропогенное глобальное потепление вероятно приведет к общему потеплению с наибольшей реакцией в Арктике и на континентах . В субтропиках будет больше засух, на более высоких долготах будет больше осадков. Отчет предполагает, большее количество наводнений и голода. Ледники могут растаять, уменьшая снабжение питьевой водой большой части мирового населения. Повышение уровня моря окажет сильное влияние на береговые участки земли, расположенные на низком уровне, и в некоторых регионах людям придется переселяться на более высокую местность.

Сезон ураганов 2005 привел к образованию беспрецедентного количества тропических циклонов – по крайней мере в современные времена – в Карибском море и северной Атлантике, некоторые из которых привели к серьезным жертвам и повреждениям. Будут ли ураганы/тайфуны сильнее и чаще, когда мир станет теплее? Наблюдаем ли мы новую тенденцию в активности тропических циклонов? В настоящее время мы не можем быть уверены, хотя есть некоторые указатели на увеличение потенциальной интенсивности штормов, и есть тенденция к увеличению циклонов в некоторых океанических бассейнах.

Конденсационные следы

Это MERIS (MEdium Resolution Imaging Spectrometer – Спектрометр для Визуализации Среднего Разрешения) показывает большую часть северо-восточной Европы (включая части Германии, Швеции, Польши и Дании).

Эти удлиненные облака вокруг и к востоку Дании, особенно хорошо видные над морем, представляют собой конденсационные следы, образованные паром от самолетов. Количество следов инверсии самолетов отражает высокий уровень воздушных перевозок в небе. Считается, что эти следы инверсии могут образовывать перистые облака на большой высоте, которые могут способствовать глобальному потеплению.

Работа на Элементе для Обработки Данных Пользователями (Data User Element (DUE)) в Европейском Космическом Агентстве (ЕКА) в настоящее время включает в себя исследования следов конденсации и эффектов, которые они могут оказывать на изменение климата.

Социальные аспекты

Кроме научных проблем вокруг АГП, существуют также очевидные этические аспекты, связанные, например, с пониманием того, что богатые страны несут основную ответственность за увеличение эмиссий парниковых газов, но испытывают наименьшее влияние.w1 Также существуют энергетические рассуждения, и вопрос о том, могут ли возобновляемые источники энергии заменить ископаемые источники. К тому же, экономические рассуждения и политические решения по поводу изменения климата тесно связаны с энергетическими опциями и эмиссией парниковых газов.

Дебаты о климате могут и в самом деле быть одной из самых важных проблем нашего времени. Было бы стыдно, если бы широкие слои общества не могли бы участвовать в этих дебатах из-за недостатка понимания. Поэтому важно, чтобы школы преподавали школьникам темы климата и изменения климата, и чтобы их информация была верной и современной.

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 – по поводу дискуссии о политике изменения климата смотрите www.OpenDemocracy.net

Review

Каждый слышал об изменении климата. Эта тема часто обсуждается в средствах массовой информации, но данная информации часто страдает от неполноты или искажения политическими мнениями. Как преподаватели естественных наук мы должны предлагать студентам верную информацию и инструменты, чтобы развить критическое отношение на основе фактов и направленное на активное гражданство.

Эта вторая из двух статей Размуса Бенестада очень полезна, поскольку она представляет тему объективно и понятно, обращая внимание на доказательства антропогенного изменения климата.

Я рекомендую эту статью учителям естественных наук, которые хотят обновить свои знания, и учащимся средней школы, которые заинтересованы в фактах и научных доказательствах в центре этой дискуссии. Материал статьи также особенно подходит для дискуссии в классе и для междисциплинарного подхода к образованию в области окружающей среды в средних школах.


Джулия Реалдон, Италия




License

CC-BY-NC-ND