Научно-технический прогресс вызвал многие последствия, которые относятся к экологическим. Сложилось обоснованное мнение о том, что последствием прогресса есть деформация окружающей среды. Прежде всего, это было замечено в отношении увеличений концентраций так называемых малых газов в атмосфере. Темпы их ежегодного прироста составляют: диоксида углерода – 0,5 %; метана – 0,9; окислов азота – 0,25; хлорфторуглеводоров – 4 %. Тенденция роста особенно резко проявилась в средине ХХ века. Сравнения стали возможны благодаря анализу палеотемператур. Основой для их определения служит анализ соотношения стабильных изотопов во льду. Анализ ледяных кернов в Антарктиде позволил установить характерную тенденцию роста. Сейчас их роль в парниковом эффекте не вызывает сомнений.
Парниковый эффект – это удержание значительной части тепловой энергии Солнца у земной поверхности.
Понятие парникового эффекта вначале появилось в физике. Оно было сформулировано Тиндаллом еще в 1863 г. В 1896 г. Аррениус показал, что диоксид углерода, составляющий ничтожную часть атмосферы (примерно 0,3 %), поддерживает ее температуру на 5-6 0С выше, чем если бы этот газ отсутствовал. В 1938 г. Каллендер впервые высказал предположение о возможном влиянии антропогенных выбросов углекислого газа на климат.
В 70-е гг. было доказано, что другие газы в еще меньших количествах, чем диоксид углерода, дают ощутимый парниковый эффект.
В таблице приведены парниковые газы и значения коэффициентов глобального потепления.
Парниковый газ | Химическая формула | Коэффициент глобального потепления |
Углекислый газ | CO2 | |
Метан | CH4 | |
Закись азота | N2O | |
Гидрофторуглероды (HFCs) | CxHyFz | 140 - 11700 |
Перфторуглероды (PFCs) | CxFy | 6500 - 9200 |
Гексафторид серы | SF6 | 23 900 |
Источниками малых газов, прежде всего углекислого газа, окислов азота, являются сжигание ископаемого топлива, биота. Выделение метана происходит в результате сельскохозяйственной (животноводство, выращивание риса) и жилищно-коммунальной (свалки бытовых отходов) деятельности. Галогенуглеводороды имеют исключительно антропогенное происхождение.
Стереотип глобального потепления продолжает широко обсуждаться. Главная проблема состоит в необходимости раскрыть соотношения между природно обусловленными и антропогенными изменениями климата. На сегодняшний день основные выводы, касающиеся изменений глобального климата, сводятся к следующему:
1. Происходит существенное усиление антропогенных выбросов
2. Данные моделирования с очевидностью указывают на следующие наиболее вероятные пределы повышения среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха при удвоении концентрации углекислого газа: 1,5-4,5°С.
3. Существует много неопределенностей и расхождений в прогнозах возможных изменений климата в отношении величины, времени и регионального пространственного распределения изменений.
4. За последние 100 лет произошло повышение среднеглобальной приземной температуры воздуха в пределах 0,3-0,6°С.
5. Размер потепления в целом согласуется с прогнозами на основании моделирования, но он имеет ту же величину, что и природно обусловленная изменчивость климата.
6. Однозначное обнаружение усиления парникового эффекта маловероятно раньше чем через 10 лет.
В целом современную ситуацию в области исследований глобального климата можно оценить как весьма противоречивую.
Степень неопределенности прогнозов климата очень велика. Принципиально важные неопределенности связаны с многими причинами, но, одной из наиболее существенных считают нерешенность проблемы глобального круговорота углерода, особенно в части усвоения антропогенных выбросов океаном (роль «биологического насоса») и функционирования биосферы суши как источника или стока углерода (проблема «потерянного стока» углерода).
Для всех параметров моделей характерен широкий диапазон оценок. Расхождения результатов вычислений с использованием различных моделей достигают 300 %. Так, подъем уровня океана, который пока составил 10 см, по одним оценкам, достигнет к середине следующего столетия 30 см, по другим, – 150 см и даже 2 м.
Следует сказать, что в отношении темпов повышения уровня Мирового океана в будущем веке взгляды специалистов год от года менялись. В 1990 г. наиболее вероятными величинами подъема океана была скорость, которая повлечет за собой повышение к 2030 г. – на 18 см, к 2070 – на 44 см, к 2100 г. – на 66 см при соответствующем возрастании скорости подъема на 4; 5; 5,5 и 6,0 мм в год. Со временем прогнозируемые средние величины уменьшились по сравнению с первоначальными (к 1996 г. примерно на 30 %), но все равно скорости остались в 2-4 раза больше, чем наблюдавшиеся в течение последних 100 лет.
Существует точка зрения, что парниковый эффект полезен, так как потепление будет способствовать расцвету сельского хозяйства, увеличению атмосферных осадков и т.п. Ясно, однако, что последствия будут различными в разных регионах мира. Положительным считают тот факт, что уже сейчас все реже наблюдаются продолжительные холодные зимы и среднегодовая температура возрастает. В этой связи потребность в топливе снизится. Погодные аномалии в теплом климате могут стать более продолжительными. Прогноз антропогенных изменений глобального климата, а также экологических и экономических последствий глобального потепления сделан специалистами Росгидромета до 2005 – 2020 гг.
В целом же последствия глобального потепления плохо предсказуемы, и прогнозы сильно отличаются для разных регионов. Возможно, что на севере Европы его не произойдет. Шведские ученые предполагают, что напротив, здесь и даже южнее — в Испании, Италии, Греции — наступит резкое похолодание. Многие климатологи предупреждают, что теплосистема в Мировом океане весьма чувствительна к климатическим изменениям и глобальное потепление может привести к тому, что морские потоки пойдут другими путями. Теплая вода Гольфстрима уже не будет продвигаться так далеко на север, как сейчас. Поэтому вполне вероятно, что глобальное потепление создаст большие проблемы.
Изотопные данные свидетельствуют о том, что колебания температуры за последнее тысячелетие достигали 1,5-2°С. Теплыми были ХII, ХVI и XX века, холодными — XIII—XV и XVII—XIX века. В Северном полушарии за последние 100 лет наблюдалась следующая картина: конец XIX века был относительно холодным, в начале XX века отмечалось потепление, достигшее максимума в 1930—1940 гг. Затем возобладала тенденция к похолоданию, сохранявшаяся в течение 60-70 гг.
Анализ ледяных кернов со станции «Восток» указывает на соответствие и даже тесную корреляцию изменений концентрации диоксида углерода и температур, вычисленных по изотопным данным. Содержание другого углеродного соединения — метана в древней атмосфере также тесно связано с ходом палеотемператур. Вклад парниковых газов в изменение температуры в Центральной Антарктиде за последние климатические циклы может колебаться в пределах 50±10 %. Это значит, что по крайней мере 3°С из 6°С—амплитуды изменений могут происходить вследствие парникового эффекта.
Таким образом, прогнозы ученых не являются утопией. Научные свидетельства указывают, на то, что изменения мирового климата, вероятно, уже происходят. По мере приближения к XXI столетию глобальная температура оказывается на 0,7°С выше, чем в конце XIX века. В 1998 г. глобальная приземная температура была самой высокой за все время проведения надежных измерений начиная с 1860 г.: на 0,57°С выше многолетнего среднего за период 1961 — 1990 г. Вторым самым теплым годом был 1997 г., а семь из десяти самых теплых лет приходятся на 1990-е годы. За последние 20 лет глобальная температура повысилась особенно быстро.
Загадочным, однако, остается тот факт, что в некоторых регионах Земли одновременно происходит похолодание. Если в последние 10 лет сперва в южных океанах, а затем в Сибири, Восточной Европе и на западе Северной Америки отмечалось потепление, то в Гренландии, на северо-востоке Канады и ряде островов российской зоны Арктики наблюдалось понижение средних температур.
Вопреки математическим прогнозам в полярных районах потепления пока не было, хотя именно здесь оно ожидалось в наиболее выраженном виде. Правда, существуют теоретические обоснования того, что в некоторых районах планеты в первой фазе общего потепления, связанного с парниковым эффектом, будет наблюдаться падение средних температур (данные немецких и советских исследователей).
Трудно предвидеть, что произойдет с живыми организмами в случае глобального потепления, поскольку их взаимодействия весьма многообразны и сложны. Так, например, москиты, переносящие лихорадку денге, гибнут при повышении температуры и в этом случае должны чаще питаться, что увеличивает риск заболеваемости людей.
Адаптации к изменению климата проявляются по-разному. У некоторых видов черепах, например, при повышении температуры окружающей среды появляется больше женских особей. Вполне возможно, что потепление уже привело к отклонениям в соотношении полов среди некоторых популяций, что грозит их дальнейшему существованию.
Убывание оледенения в горах вызовет сокращение стока рек, что породит трудности в сельском хозяйстве и выработке гидроэлектроэнергии. Подъем уровня океана потребует защиты побережий и приморских городов. При потеплении увеличится испарение с поверхности океана и будет выпадать больше атмосферных осадков.
При глобальном потеплении на 1°С количество осадков заметно возрастет на широтах от 10 до 30° с.ш. к северу от 50° с.ш., в то время как между 30 и 50° с.ш. количество осадков даже уменьшится.
Если прогнозы о предстоящем потеплении на ближайшие 50 лет оправдаются, то оно будет происходить в результате комбинации естественных температурных трендов и парникового эффекта.
Гипотеза парникового эффекта основана на представлениях о высокой чувствительности термического режима Земли к изменениям концентрации диоксида углерода в атмосфере с учетом тенденции роста потребления минерального топлива на ближайшие десятилетия.