Проблема глобального потепления климата

Лекция 2

На прошлой лекции я указал несколько фундаментальных свойств всех проблем — это то, что они принадлежат 3 Миру Поппера и непосредственно возникают из конфликта меду 1 и 2 Мирами Поппера. Сам 3 Мир обладает автономией, в связи с чем, может конфликтовать с первыми двумя и оказывать на них воздействие, что приводит к образованию веера или дерева проблем.

Вообще проблем не много, а одна из них центральная — проблема неоднородности. Во-первых, проблема неоднородности групп (атомы, виды растений, животных, минералы и т.д.), свойств пространства (протяженности, массы, заряда и т.д.), течения времени (дление, скоростей процессов, разнонаправленность, разновозрастность протекающих явлений). Из неоднородности проистекает проблема иерархичности устройства природных объектов. Неоднородность и иерархичность обуславливают случайность. Причины, как неоднородности, так иерархичности и случайности, науке неизвестны. Эти причины присутствуют в любой проблеме, но они имеют мировзренческий смысл, и считается, что когда-нибудь и до них дойдет очередь решения, а пока следует решать проблемы более актуальные.

В продолжение темы можно выделить исходные причины, формирующие научные проблемы:

1. поиск источников вещества, новых видов вещества, доступной энергии;

2. удобство, эффективность жизни, поиск источников информации;

3. искусство, духовные поиски;

4. устройство окружающего нас мира.

При формулировании актуальности решаемой научной проблемы эти причины называть не принято (хотя именно они являются причиной всякого исследования), а, обычно, называют проблемы, породившие изучаемую нами проблему, полагая, что их решение имело свою актуальность в прошлом. По мере решения подпроблем в рамках общей проблемы её актуальность может, как снижаться, так и увеличиваться. Решённая проблема не имеет своей актуальности, так как её актуальность передается последующим проблемам, вытекающих из неё. При постановке проблемы важно, что в задаваемом вопросе присутствует ключ к решению проблемы. Вопрос считается полностью исчерпанным, когда в нем уже содержится полный ответ.

Атмосфера

Проблема глобального потепления климата

Попытки перевода проблемы из плоскости критических дискуссий в плоскость научной веры (верификации теории по Поппер) не способствуют решению проблемы. Например, в докладе Четвертого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) говорится (Изм. клим. 2010) — «Климат меняется — это теперь неоспоримо», или «Потепление климатической системы — неоспоримый факт», что можно рассматривать как попытку верификации проблемы. МГЭИК была образована в 1988 году в качестве совместной инициативы Всемирной метеорологической организации и Программы ООН в области окружающей среды для обобщения научных знаний об изменении климата в регулярной серии оценочных докладов по основным показателям. Первый такой оценочный доклад был завершен в 1990 году, второй — в 1995, третий — в 2001, четвертый — в 2007 году. МГЭИК в 2010 г. сообщает, что достигнут научный консенсус в отношении того, что «мир теплеет главным образом за счет человеческой деятельности» (Изм. клим. 2010).

Показано, что на протяжении почти 1 млн. лет до промышленной революции концентрация диоксида углерода (СО₂) в атмосфере колебалась от 170 до 280 объемных частей на миллион (ррт). Теперешний уровень намного выше этого диапазона (387ррт), и даже выше пиковой отметки как минимум за последние 800 тыс. лет. Предполагается, что темпы роста, возможно, увеличатся (Raupach and others, 2007).

Имеются убедительные доказательства тому, что способность человечества и природы приспособится к глобальному изменению климата подвергается суровым испытаниям, которое прогнозируется при глобальном потеплении более чем на 2°С (Smith and others 2009).

Рисунок 1. Относительное увеличение средней температуры поверхности Земли за последние 1000 лет. За нулевой отчет принята средняя температура доиндустриального периода (зеленый цвет линии), желтым показаны инструментально измеряемые значения, красным дан прогноз на последующие 100 лет с двумя возможными исходами: +2^оС и +5^оС (Jones, P. D, D. E. Parker, T. J. Osborn, and K. R. Briffa. 2009. «Global and Hemispheric Temperature Anomalies — Land and Marine Instrumental Records.» In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, TN. doi: 10.3334/CDIAC/di.OO2.)

Указывается, что увеличение средней температуры на 2 градуса кажется скромным изменением по сравнению с сезонными вариациями, но это равносильно переезду из Осло в Мадрид (из Тюмени в Омск). Условно на местности считается, что увеличение на 1 градус равносильно перемещению примерно на 200 км к югу. Например, склон южной экспозиции в среднем теплее на 1°С по сравнению с северным, это равносильно его переносу на 200 км к югу. Увеличение средней температуры на 2°С приведет к смещению природных зон в обозримом будущем. Глобальное выгорание лесов — это один из этапов такого смещения.

Наблюдаемое увеличение составило около 0,2°С за десятилетие с 1990 года, что дает нам уверенность в правильности дальнейших прогнозов с разбросом в 0,1-0,6°С по всем сценариям. Ожидается, что на протяжении нескольких последующих десятилетий среднемировая температура будет возрастать на 0,2-0,3°С за десятилетие. По мнению Шнейдера (2006) Верхний предел равносилен потеплению, происходившему во времена пика последнего ледникового периода, который привел к таянию ледников толщиной в 2 километра, покрывавших Северную Европу и Северную Америку (Schneider von Deimling and others 2006).

М.А. Глазовская (2009) считает, что проблема потепления климата в планетарном масштабе вызвана нарушением глобальных циклов углерода в результате взаимодействия природы и общества. В течение XX в. концентрация СО₂ в атмосфере увеличилась от 0,00285 до 0,00345 %; в 2005 г. она достигла 0,00379 %. По данным В. Шлезингера (Schlesinger, 1990), в последней четверти XX в. ежегодное поступление парниковых газов в атмосферу было весьма значительным (табл. 1).

Таблица 1 — Темпы ежегодного увеличения концентрации в атмосфере (объемные части на миллион (ppt)) основных парниковых газов (Schlesinger, 1990)

Газ	Концентрация в 1985 г	Ежегодное увеличение по отношению к содержанию в 1985 г., %	Вклад в глобальное потепление, %
СО2	345 ppt	0,5
CH4	1,65 ppt	0,8
N2O	90 ppt	1,0
Остальные

Прогноз изменения содержания в атмосфере углекислого газа строится на расчетах баланса СО2:

1) участвующего в биогеохимических циклах;

2) поступающего из метаморфической оболочки в виде газа;

3) освобождающегося при сжигании ископаемого топлива;

4) подвергающегося фоссилизации на суше и в океане в форме органических остатков и карбонатов.

По данным доклада МГАИК 2007 года (Climate Change, 2007) (табл. 2), прибавка СО₂ в атмосфере в 1980-е и 1990-е гг. держалась на уровне 3,2-3,3 Гт С/год; в период 2000-2005 гг. она резко увеличилась до 4,1 Гт С/год (Гт — гигатонна = 10⁹т). Эта прибавка содержания СО2 в атмосфере связывается с увеличением эмиссии СО2 при сжигании топлива, так как сток СО2 из атмосферы в океан остался на уровне 1990 г. — 2,2 Гт С/год, так же как и поглощение СО₂ на суше — 1,0 ± 0,6 Гт С/год в 1990 г. и 0,9 ± 0,6 Гт С/год в период 2000-2005 гг. Как следует из данных табл. 2, поглощение СО2 в океане более чем в 2 раза превышает его поглощение на суше. Остаточный член уравнения баланса СО2 (последняя строка табл. 2), названный В. Шлезингером (табл. 3) «неизвестным резервуаром» стока углерода, естественно, включает ошибки статистического анализа, однако это не исключает наличия на суше не учитываемых факторов и механизмов консервации части избыточного ежегодно поступающего в атмосферу СО₂. Глазовская показывает, что таким стоком углерода может быть переход гуминовых кислот из коротко живущих форм в долгоживущие. Кроме того, по её мнению гумус может мигрировать в подпочву, где консервируется на длительное время.

Таблица 2. Глобальный баланс углерода Гт С/год (Climate Change, 2007)

Показатель	1980-е гг.	±	1990-е гг.	±	2000-2005 гг.	±
Увеличение в атмосфере	3,3	0,1	3,2	0,1	4,1	0,1
Эмиссия СО2 при сжигании ископаемого топлива	5,4	0,3	6,4	0,4	7,2	0,3
Баланс СО2 в системе атмосфера <=> океан	-1,8	0,8	-2,2	0,4	-2,2	0,5
Баланс СО2 в системе атмосфера <=> суша	-0,3	0,9	-1,0	0,6	-0,9	0,6
Составляющие баланса СО2 на суше
Поступает в атмосферу в результате изменений природопользования	1,4 (0,4-2,3)	Нет данных	1,6 (0,5-2,7)		Нет данных
Остаточный член уравнения баланса СО2 на суше	-1,7 (-3,4-+0,2)	»	-2,6 (-4,3 - -0,9)		»

М.А. Глазовская, ссылаясь на К. И. Кобак (1988), указывает, что при анализе циклов органического углерода в почвах в соответствии с данными радиоуглеродного датирования выделяются две формы: «лабильный гумус», время существования которого в почве не превышает 470 лет, и «стабильный гумус», возраст которого составляет 1300 лет (рис. 1).

Согласно К. И. Кобак, из общей массы поступающего в почвенный резервуар органического углерода (2,5·10¹²кг С) 0,3·10¹²кг С водорастворимого гумуса поступает в моря и океаны; 0,67·10¹²кг С составляет лабильный гумус, 1,35·10¹²кг С — стабильный. Основную массу гумуса в почвах составляет так называемый стабильный гумус, радиоуглеродный возраст которого больше 1300 лет (потерялось в атмосфере (F8) 0,15·10¹²кг С).

Рис. 1.Цикл органического углерода (n·10¹²кг С) (Кобак, 1988).

Обозначения: F₁— NPP наземных экосистем, F₂— дыхание корней, F₃— поступление с опадом, F₄ — минерализация детрита, F₅— новообразование гумусовых веществ, F₆— чистый вывод гумусовых веществ, F₇и F₈ — минерализация гумуса, F₉и F₁₀ — вынос речным стоком и эоловая пыль, F₁₁— NPP фитопланктона и бентоса, F₁₂— минерализация в толще воды, F₁₃ — образование взвешенного (ВОВ) и водорастворимого (РОВ) органического вещества, F₁₄ и F₁₅ — поступление на дно и минерализация, F₁₆ — захоронение в верхних слоях литосферы, F₁₇ — захоронение в глубоких слоях литосферы. Резервуары (данные справа в рамке) в 10¹² кг С, потоки (стрелки) — в 10¹² кг С / год

Общими недостатками (источником проблем) существующих моделей глобальных циклов углерода являются (Кобак, 1988, Schlesinger, 1995, Глазовская, 2009):

1. Неполный учет общих запасов педогенного органического углерода в современных почвах: запасы гумуса учитываются только в слое 0-100 см, тогда как значительная масса корней большинства древесных и травянистых растений (в том числе культурных) распространяется до глубины 160-200 см, а в аридных областях — до 300-400 см и глубже. Анализы содержания гумуса в глубоких горизонтах почв атмосферного увлажнения умеренного пояса свидетельствуют в слое 100-200 см содержится от 15 до 25 % его общих запасов.

2. Не были использованы многочисленные данные о радиоуглеродном возрасте гумуса в глубоких горизонтах (В2, ВС, С) современных почв. В модели глобального цикла органического углерода К. И. Кобак (1988) максимальный возраст «стабильного» гумуса не превышает 1300 лет, так как используются данные для гумусовых (А, АВ) горизонтов. Следует учесть, что на глубине 150-200 см в подпочве он достигает 7000-10 000 лет (Чичагова, 1985; Scharpenseel, Schiffman, 1977).

3. Не учитывается углерод вторичных карбонатов в почвах субаридных и аридных регионов. Таким образом, емкость современных (и погребенных) почв как резервуара стока и концентрации атмосферного углерода существенно преуменьшена.

Таблица 4 — Запасы органического углерода (т/га)

в зональных и торфяно-болотных почвах (Орлов, 1995)

Зона	Почвы	Запасы, т/га
Южная тайга Лесостепь	Дерново-подзолистые Торфяно-болотные Серые лесные Торфяно-болотные	от 124-180 до 1400-2000 от 200-280 до 4345

Поглощение углерода из атмосферы при фотосинтезе и возвращение его в атмосферу в результате окисления органического вещества в почве происходит в форме двуокиси углерода (СО₂), а в гидросферу — в форме бикарбонатов (НСОз).

В модели, приводимой А. И. Перельманом и Н. С. Касимовым (1999), представлены данные о глобальном поступлении из педосферы в атмосферу СО2 и СН4. Их массы составляют в сумме 10·10⁹ С/год. Это показывает, что восстановительный цикл углерода на суше не менее значителен, чем окислительный.

Из этих данных вытекает проблема необходимости дальнейшего изучения роли процессов педолитогенеза в консервации и фоссилизации органического углерода на суше.

О значении торфяно-болотных почв как резервуара накопления органического углерода свидетельствуют данные Д. С. Орлова с соавт. (1995) о запасах органического углерода в зональных (автоморфных) и торфяно-болотных почвах южной тайги и лесостепи (табл. 4).