Що ми знаємо про клімат? Дослідження антропогенного впливу на глобальне потепління

1. Сумніви?
2. Пророцтва на майбутнє
3. соціальні аспекти

Вважається добре встановленим, що на Землі існує природний парниковий ефект, який дозволяє проживання на планеті. Так як щодо антропогенного глобального потепління (АГП)? Зрештою, природні варіації клімату існували задовго до появи людини; досить подумати про льодовикових періодах. Тенденція в концентрації
атмосферного вуглекислого газу
(чорний; з Мауна-Лоа, Гаваї) і
середня глобальна температура
(Т (2m)) помаранчевий, без
масштабу;дані з NASA GISS)

Зображення з люб'язного
разрешеніяРазмуса Бенестада

З теоретичних міркувань, можна було б очікувати, що температура збільшилася б, якщо б втрата тепла була б ингибированной, в той час як джерело тепла був би постійним. Збільшення концентрації парникових газів (ПГ) має такий же ефект, як обмеження втрати тепла, так як ПГ прозорі для сонця, але непрозорі для інфрачервоного випромінювання, яке є складовою частиною земної втрати тепла в космос. Таким чином, збільшення парникового ефекту призводить до руйнування балансу випромінюваної енергії.

Немає ніякого сумніву, що CO2 надходить з викопного палива, так як співвідношення ізотопів показує, що вуглець був менш схильний до дії космічного гамма-випромінювання:

14N + p → 14C + n

Це означає, що вуглець з низьким вмістом ізотопу вуглець-14 повинен був потрапити з глибини Землі, поза доступу космічного випромінювання.

Крім цього, співвідношення O2 до N2 зменшилася. Це можна очікувати від спалювання викопного палива, при якому O2 з'єднується з C, щоб утворити CO2. Кислотність океанів твкже збільшилася, що призводить до збільшення концентрації CO2 як в атмосфері, так і в океанах.

Зображення з люб'язного
дозволу iStockphoto / Роба
Фрідмана

Зрештою, вуглець не може просто раптово зникнути з лиця Землі. У звичайних умовах він зберігається. Тому можна очікувати, що спалювання викопного палива призведе до утворення надлишку CO2 десь в атмосфері, океанах і / або біосферу. Видобуток викопного вуглецю глибоко з-під землі видаляє його з цих прихованих резервуарів і вивільняє його на поверхню Землі, де він і залишається.

Згідно Четвертому оціночний звіт (ЧО4) (Fourth Assessment Report (AR4)) від Міжурядової Групи Експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) (Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)), середня глобальна температура, оцінена за допомогою тисячі термометрів, розкиданих по всьому світу , збільшилася на 0.74 ± 0.18 ºC за останні 100 років, і здається, що вона все ще зростає. Деякі дослідження, засновані на даних супутників, також показали зміни в спектральних характеристиках тепла, випромінюваного Землею, у відповідності із збільшенням парниковим ефектом. Дані, отримані з-під землі за допомогою бурових свердловин, також можуть бути використані, щоб зробити висновки про потепління, і вони показують, що потепління насправді відбувається.

Глобальний середній рівень моря збільшується через те, що тепла вода має більший обсяг, і через те, що льодовики тануть. Також було задокументовано, що більшість льодовиків по всьому світу зменшилися в розмірі з кінця 19-го століття. Морський лід в Арктиці значно зменшився з початку супутникових спостережень, і снігове покриття також скоротилося.

Також є докази з гідрологічного циклу: ознаки більш частих інтенсивних злив і зміни в статистиці стоку річок та опадів.

Додаткові звіти про реакції біологічних систем вписуються в картину глобальної зміни клімату. Зміни до річного зростання дерев, коралів, седиментів на морському дні і сталагмітів свідчать про варіації клімату в минулому. У порівнянні з цими індикаторами, сучасне потепління здається винятковим принаймні за останні 1000 років.

Сумніви?

Ті, хто заперечують концепцію АГП, часто звані кліматичними скептиками, вважають, що глобальне потепління є наслідком змін Сонця. Однак сучасні виміри космічного випромінювання, сонячних плям і інших індикаторів, які використовуються для опису стану Сонця, підказують, що воно не стало більш активним з 1950-х (дивіться графік).

Варіації поведінки Сонця не могли б виключити роль ПГ у зміні клімату. Якби наш клімат був чутливий до невеликих змін на Сонці, тоді б це означало, що він легко піддається впливу невеликих змін в енергетичному балансі, що є ще кращої причиною для думки, що ПГ можуть викликати глобальну зміну клімату.

Інші фактори можуть впливати на баланс випромінювання, такі як зміни орбіти Землі навколо Сонця і сонячна активність. Також відомо, що вулкани викидають частки в атмосферу, які блокують сонячне світло, і природні і антропогенні аерозолі можуть також викликати ефект «затемнення», зменшуючи кількість енергії Сонця, яке надходить на поверхню Землі. До того ж, аерозолі можуть впливати на втрату тепла Землею. Загальний ефект залежить від типу частинок, їх розміру, висоти і концентрації.

Порівняння між галактичним
космічним випромінюванням (ГКІ;
сірий) і глобальної температури
(Т (2m); синій).Хоча змін в
тенденції поведінки ГКІ немає,
Т (2m) збільшилася

Зображення з люб'язного
дозволу Размуса Бенестада

Зміни в земної поверхні теж можуть грати роль, змінюючи відбиття світла планетою і обмін вологи та енергії між поверхнею і атмосферою.

Деякі скептики стверджують, що глобальне потепління - ілюзія, викликана ефектом урбанізації. Тим не менш, це не пояснює як відбулося потепління більшості світових океанів як на поверхні, так і в глибині - в тих місцях, де немає міст. Це також не пояснює, чому найбільше потепління відбулося в Арктиці, Алясці і Сибіру. До того ж, вплив міст на зміну температури було досліджено і враховано при оцінці глобальної середньої температури.

Інший аргумент, який використовується кліматичними скептиками, - це те, що супутникові вимірювання атмосферного температури не показують схожого потепління, як на поверхні. Ця різниця була пов'язана з помилками при аналізі супутникових даних; тенденції у вільній атмосфері були узгоджені з поверхневими даними.

Інші стверджують, що наша атмосфера вже є непрозорою для інфрачервоної радіації, так що будь-який додатковий CO2 не буде надавати великого впливу. Однак досить поглянути на Венеру, щоб зрозуміти, що атмосфера не насичується так легко. Це також можна показати теоретично. Крім того, це не єдиний ефект CO2, який має значення, тому що існують важливі процеси зворотного зв'язку, які можуть ампліфікувати (скорочення морського льоду, вологість повітря) або зменшувати (низькі хмари, наприклад) відповідь на змінюється парниковий ефект.

Але не змінювався клімат завжди? Деякі вчені стверджують, що наш клімат показує природне циклічне поведінку. Як ми можемо дізнатися, що поточне потепління не є частиною природного циклу, наприклад відскік з льодовикового періоду?

Із законів фізики ми можемо вивести, що середня температура не змінюється раптово, так як тепло повинно зберігатися. У минулому, щось особливо викликало варіації - це можуть бути зміни орбіти Землі, складу атмосфери, сонячної активності, вулкани або зміни ландшафтів. Жоден з цих факторів, окрім змін концентрації парникових газів не може пояснити поточний потепління. Навіть зміни самої системи, такі як Південні Осциляції Ель Ніньо, можуть викликати деякі варіації, але ці мають тенденцію бути слабкими в порівнянні зі змінами через зовнішніх сил. І незалежно від причини завжди існує фізичне пояснення для змін, зовнішніх або внутрішніх.

Чи можемо ми вірити глобальним кліматичним моделям (ГКР)? ГКР недосконалі, але вони - все одно наші найкращі інструменти для пророкувань на майбутнє. ГКР можна розглядати як складову картинку-загадку, в якій велика картина з'являється з маленьких шматочків, складених разом певним і організованим способом. ГКР включають все, що ми знаємо про кліматичній системі в перекладі на фізичні закони і емпіричні дані, і дають повну картину за допомогою цифрових методів на великих комп'ютерах. Деякі рівняння, що описують процеси, не можуть вирішені точно, але наближення дають хороше уявлення.

Пророцтва на майбутнє

Що ми можемо очікувати від АГП? Результати наукових досліджень, опублікованих в рецензованих наукових журналах були зібрані і оцінені в звіті МГЕЗК, який представляє основну картину на майбутнє.

Відповідно до ЧО4, антропогенний глобальне потепління ймовірно призведе до загального потепління з найбільшою реакцією в Арктиці і на континентах. У субтропіках буде більше посух, на більш високих довготах буде більше опадів. Звіт передбачає, більшу кількість повеней і голоду. Льодовики можуть розтанути, зменшуючи постачання питної води великої частини світового населення. Підвищення рівня моря надасть сильний вплив на прибережні райони землі, розташовані на низькому рівні, і в деяких регіонах людям доведеться переселятися на більш високу місцевість.

Сезон ураганів 2005 привів до утворення безпрецедентної кількості тропічних циклонів - принаймні в сучасні часи - в Карибському морі і північній Атлантиці, деякі з яких призвели до серйозних жертв і пошкоджень. Чи будуть урагани / тайфуни сильніше і частіше, коли світ стане тепліше? Спостерігаємо ми нову тенденцію в активності тропічних циклонів? В даний час ми не можемо бути впевнені, хоча є деякі покажчики на збільшення потенційної інтенсивності штормів, і є тенденція до збільшення циклонів в деяких океанічних басейнах.

соціальні аспекти

Крім наукових проблем навколо АГП, існують також очевидні етичні аспекти, пов'язані, наприклад, з розумінням того, що багаті країни несуть основну відповідальність за збільшення емісій парникових газів, але відчувають найменший вплив. w1 Також існують енергетичні міркування, і питання про те, чи можуть поновлювані джерела енергії замінити викопні джерела. До того ж, економічні міркування і політичні рішення з приводу зміни клімату тісно пов'язані з енергетичними опціями і емісією парникових газів.

Дебати про клімат можуть і справді бути однією з найважливіших проблем нашого часу. Було б соромно, якби широкі верстви суспільства не могли б брати участь у цих дебатах через нестачу розуміння. Тому важливо, щоб школи викладали школярам теми клімату і зміни клімату, і щоб їхня інформація була вірною та сучасної.