Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо

    Главная

    Новости

    Методика

    За страницами учебников 

    Библиотека 

    Медиаресурсы 

    Школьная библиотека

    Подготовка к ЕГЭ, ГИА

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Творчество педагогов

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Творческие страницы

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея

    Школа фотомастерства

    Доска объявлений

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru
    http://лидер-пицца.рф/ бесплатная доставка пиццы в казани.

      День за днем : Статьи 

      Статьи  


    Джеймс Хансен

    Глобальное потепление
     

    Джеймс Хансен (James Hansen) кандидат физических наук и астрономии (Ph D) возглавляет Институт космических исследований Годдарда и работает в Институте Земли при Колумбийском университете Получил широкую известность благодаря своим выступлениям на заседаниях постоянных комитетов в Кон прессе в 1980-х гг. эти выступления помогли привлечь внимание к проблеме глобального потепления.


    Катастрофических последствий глобального потепления можно избежать. Можно ли обезвредить "бомбу замедленного действия"?

    Парадоксальность утверждения, что глобальное потепление - это дело рук человека, показалась мне особенно очевидной летним днем 1976 г., когда я с семьей отдыхал на пляже в Лонг-Айленде. Было очень жарко, и, чтобы не обжечься о раскаленный песок, мы расположились поближе к воде. После полудня жара спала, подул свежий ветер. Мы с сыном носились взад-вперед вдоль кромки океана, а потом долго наблюдали за набегающими волнами и совсем продрогли.  Как раз тем летом я и мои коллеги из Института космических исследований Годдарда оценивали влияние парниковых газов на климат Земли. Мы уже знали, что образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека газы, в первую очередь углекислый газ и хлорфторуглероды, накапливаются в атмосфере и влияют на энергетический баланс планеты. Они окутывают Землю, подобно одеялу, и задерживают идущее от нее тепловое (инфракрасное) излучение, которое в противном случае рассеивалось бы в космосе. По нашим оценкам, газовый экран создает тепловой эффект, равный двум ваттам на квадратный метр. Такой же результат мы бы получили, если бы опутали всю Землю сетью елочных гирлянд - по две круглосуточно горящих лампочки мощностью 1 Вт на каждый квадратный метр. 

    Ситуация казалась парадоксальной: неужели ничтожно малый тепловой эффект может породить ветры и волны или согреть меня и сына, продрогших на берегу? Даже когда поверхность океана чуть-чуть нагревается, тепло тут же рассеивается в океанских глубинах, и должны пройти годы, а возможно - века, чтобы на Земле произошло ощутимое потепление. Однако всесторонние климатические исследования показали, что даже слабые, но долговременные воздействия могут привести к ощутимым изменениям: к таянию ледников по всему земному шару, уменьшению толщины арктических льдов, наступлению весны на неделю раньше, чем это было в 1950-х гг., и т.д. Потепление на Земле в последние десятилетия идет со скоростью, предсказываемой теми моделями, которые учитывают накопление "рукотворных" парниковых газов в атмосфере Земли.

    Однако объективный анализ проблемы глобального потепления невозможен без количественной оценки трех факторов: чувствительности климатической системы к воздействиям; вклада в них человека; времени, за которое система начинает реагировать на воздействия. Построение глобальных климатических моделей может прояснить картину, но самую точную оценку дает анализ эмпирических данных, полученных при изучении истории Земли.
    Уроки истории
    Земля за последние несколько миллионов лет прошла несколько последовательных ледниковых эпох, сменявшихся периодами глобального потепления. Свидетельства этих процессов донесли до нас антарктические льды, которые (за исключением краевых частей) не таяли даже на пике температур в межледниковые периоды. (Нынешнее межледниковье, Голоцен, длится уже 12 000 лет).
    Естественные периодические изменения климатических условий на Земле связаны с медленными вариациями ее орбиты под действием гравитации со стороны других планет, в первую очередь Юпитера и Сатурна (поскольку они очень массивные) и Венеры (поскольку она периодически приближается к Земле). Эти вариации приводят к 20%-ному изменению сезонного и географического распределения солнечной энергии, получаемой Землей (инсоляции). Долговременные изменения инсоляции в ту или другую сторону сопровождаются  таянием ледников или, напротив, их утолщением.
    Палеонтологические исследования также подтверждают, что все это влияет на состояние поверхности Земли и ее атмосферы (на поглощение и высвобождение растениями, почвой и водой углекислого газа и метана) и, таким образом, на энергетический баланс планеты.
    Методы количественных оценок этих процессов и анализа, лежащих в их основе механизмов, только разрабатываются учеными, но уже ясно, что основной источник информации - палеоклиматические данные.

    Наиболее важным моментом представляется эмпирическая оценка чувствительности климатической системы к этим изменениям Состав атмосферы в ледниковые эпохи точно известен из результатов анализа газового состава пузырьков воздуха сохранившихся в толще ледникового щита Антарктиды и образовавшихся в слоях многочисленных высокогорных ледников. Также установлено географическое распределение ледового покрова и растительности, положение береговой линии во время ледниковых периодов. Из этих данных следует, что воздействие на климат за время прошедшее от окончания ледникового периода до наших дней, изменилось на 6 Вт/м2, что обусловило повышение глобальной температуры на 5°С . Из вышесказанного следует, что чувствительность климатической системы равна 0,75±0,25°Сна 1 Вт/м2 . Сходную величину дают климатические модели. Однако более надежными представляются оценки, основанные на эмпирических данных, поскольку они включают все реально действующие процессы, даже те, о которых мы пока ничего не знаем.

    Что влияет на климат в наши дни

    Содержание в атмосфере парниковых газов, образующихся в результате хозяйственной деятельности человека, неизменно возрастает. Они поглощают тепловое излучение, идущее от Земли, в результате чего изменяется энергетический баланс на планете и климат становится теплее. Вследствие высокой теплоемкости океанов новое положение равновесия достигается лет за сто и, конечно, соответствует более высоким температурам. Среди парниковых газов наибольшее воздействие на климат оказывает утлекислый газ, его источник - сжигаемое ископаемое топливо (уголь, нефть, газ). Ненамного отстают и другие газы. Они (в первую очередь тропосферный озон и его предшественники, в числе которых метан) входят в состав губительного для человека и растений смога.

    Изменению климата способствуют и аэрозольные частицы, правда, характер их воздействия более сложный. Например, если частички сульфатов (соединений серы, содержащейся в ископаемом топливе), хорошо отражающие солнечный свет, способствуют понижению  температуры, то аэрозоли, образуемые частичками сажи (продукта неполного сгорания ископаемого топлива, древесины и другого биологического материала), напротив, эффективно поглощают солнечное излучение и способствуют повышению температуры атмосферного воздуха. Влияние аэрозолей на климат можно оценить с точностью лишь до 50%, поскольку их количество точно не известно. Действие аэрозолей может быть и не столь прямым. Так, установлено, что они воздействуют на свойства облачного покрова Земли, способствуя образованию облаков, хорошо отражающих солнечный свет.

    Однако такие естественные процессы, как извержение вулканов и флуктуации яркости Солнца, вряд ли заметно сказываются на климатических условиях Земли даже в масштабе тысячелетий. Так, уменьшение яркости Солнца, отмечаемое за последние 150 лет, соответствует изменению теплового эффекта на величину порядка нескольких десятых ватта на квадратный метр. Всего период с 1850 г. до наших дней тепловой эффект возрос на 1,6± 1,0 Вт.
    Несмотря на невысокую точность этой оценки, есть основания полагать, что она справедлива. На это указывает соответствие наблюдаемых за последние десятилетия глобальных температур тем значениям, которые дают расчеты, основанные на приведенной оценке.

    Глобальное потепление

    С конца 1800-х гг. до наших дней глобальная температура повысилась на 0,75°С, причем большая часть этого повышения (0,5°С) приходится на период после 1950 г. Начиная с 1970-х гг. появилась возможность с помощью спутника измерять солнечную активность и содержание в атмосфере аэрозольных частиц и озона. По оценкам специалистов, до 70/6 повышения количества парниковых газов, образовавшихся в результате хозяйственной деятельности человека, приходится на период после 1950 г.
    Наиболее важная количественная характеристика - степень энергетического дисбаланса планеты, величина которого в настоящий момент составляет 0,5-1Вт/м2 (см. врез на стр. 47). Даже если состав атмосферы останется таким, как сегодня, температура поверхности Земли только за счет этого повысится на 0,4-0,7°С.

    Сидни Левитус (Sydney Levitus) из Национальной администрации по океану и атмосфере проанализировал изменение средней температуры океана за последние 50 лет и обнаружил, что его теплосодержание возросло на 10 Вт-год на квадратный метр, что согласуется с нашей оценкой энергетического дисбаланса Земли (0,5-1 Вт/м2). Интересен следующий факт: для того чтобы растопить лед в количестве, достаточном для подъема уровня Мирового океана на 1 метр, нужно 12 Вт-год (в среднем по планете), т.е. при энергетическом дисбалансе 1 Вт/м2 необходимое количество тепла может накопиться за 12 лет.
    Соответствие между наблюдаемыми и предсказанными изменениями температуры и запасов тепла Мирового океана подтверждает, что глобальные климатические процессы регулируются и природными, и антропогенными факторами. Но ключевой момент, важный для всей планеты, - текущее изменение запасов тепла Мирового океана, которое не только определяет скорость глобального потепления, но и указывает, насколько необходимо уменьшить пагубное воздействие на климат, чтобы сохранить нынешнее положение вещей.
     
    Бомба замедленного действия
    В 1989 г. в Рио-де-Жанейро было принято Рамочное соглашение ООН по климату, цель которого состояла в стабилизации состава атмосферы и предотвращении опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.
    Под эгидой ООН была создана Межправительственная группа по изучению изменения климата (Intergovernmental Ranel on Climate Change, IPCC), которой были разработаны сценарии развития событий в XXI веке и оценено влияние глобального изменения температуры на сельское хозяйство, природные экосистемы, диких животных и т.д. По оценкам IPCC, если в течение ближайших 100 лет средняя температура по всему земному шару повысится на несколько градусов, то уровень Мирового океана поднимется на несколько десятков сантиметров При этом повышение будет определяться тепловым расширением океанской воды, а объем ледников почти не изменится.
    Существует мнение, что антропогенное воздействие на климат (даже при условии быстрого увеличения количества парниковых газов) далеко от опасной черты. Я же уверен что мы находимся от нее очень близко и что все наши усилия должны быть направлены на снижение негативного влияния на климат а не на адаптацию к нынешним условиям.
    Я убежден, что самое опасное в глобальном потеплении изменение уровня Мирового океана и скорость разрушения ледникового покрова Значительная часть населения земного шара живет на территориях расположенных на высоте всего несколько метров над уровнем моря Поэтому необходимость сохранения береговой линии в глобальном масштабе очевидна.

    Характер изменений температуры в Антарктиде за последние 50 лет свидетельствует о том что глобальные температурные процессы идут вспять приближая нас к пройденному ранее максимуму нынешнего межледникового периода (Голоцена). Более того, мы можем достичь температурного пика характерного для предыдущей межледниковой эпохи, когда средний уровень Мирового океана был на 5 -6 метров выше чем сегодня. Для этого достаточно одного дополнительного ватта на квадратный метр
    Как быстро будет уменьшаться толщина ледникового покрова Земли? По оценкам IPCC перемены за 100 лет будут несущественными,   однако   следует учесть, что постепенно может измениться количество выпадающих осадков, в том числе снега интенсивность испарения и таяния. В реальности же характер разрушения ледникового покрова далек от линейного а кроме того нужно учитывать наличие в климатических системах разного рода обратных связей. В межледниковый период, предшествовавший Голоцену таяние льда происходило со скоростью 14 тыс. кубических метров в год, уровень Мирового океана поднимался на 1 м каждые 20 лет - и все это длилось несколько веков.

    В условиях нынешнего необычайно быстрого потепления можно ожидать что территории летнего таяния льда будут охватывать большую часть Гренландии и краевые части Антарктиды. Повышение уровня Мирового океана вы зовет подъем шельфовых ледников, которые будут наползать на материковый лед нарушая его целостность. По мере разрушения шельфового льда сползание материкового льда в океан будет все более ускоряться. В отличие от процессов образования ледников, идущих очень медленно разрушение ледового щита будет происходить лавинообразно.

    Ледниковая мельница - отвесная шахта образованная в ледниковом покрове Гренландии талыми поверхностными водами которые стекают через трещину во льду.

    Проникая к основанию ледника вода смачивает лежащий под ним грунт. По этой «смазке» ледяные массы легко расползаются.

    Процесс образования ледника - это медленный «сухой» процесс зависящий от интенсивности снегопадов.

    Разрушение же - «мокрый» процесс в нем принимают участие разнообразные механизмы с положительной обратной связью.



    Энергетический дисбаланс на нашей планете, обусловленный антропогенными факторами, приводит к таянию льдов. Кроме того, в результате выпадения частиц сажи и образования на поверхности ледников луж пресной воды поверхность ледников становится более темной и поглощает все больше солнечного тепла.
    Дальнейшее разрушение ледников займет много времени, не исключено, что на это УЙДУТ века, но первые признаки ускорения этого процесса удастся заметить с помощью спутника, запущенно го недавно NASA. Однако я полагаю, что если тепловой дисбаланс планеты будет повышаться и дальше то ощутимый подъем уровня океана произойдет уже в течение нескольких десятилетий. А как только начнется крупномасштабное разрушение ледового щита, процесс остановить будет невозможно. Какие-то территории (например, Манхэттен или Нидерланды) удастся защитить от затопления с помощью дамб но большинство прибрежных регионов окажется под водой.
    Основываясь на палеоклиматических данных, я полагаю, что максимально допустимое глобальное повышение температуры составляет 1ОС - это эквивалентно добавочному тепловому эффектy в 1 Вт/м2

    Энергетический дисбаланс

    Энергетическое равновесие – это состояние, при котором Земля получает от Солнца столько энергии, сколько отдает.

    Сегодня «энергетический бюджет» нашей планеты не сбалансирован. Эффект отражения солнечных лучей, порождаемых «рукотворными» аэрозольными частицами, с избытком компенсируется эффектом улавливания отражаемой Землей энергии парниковых газов.

    Возникающий в результате избыток энергии (примерно 1Вт/м2  приводит к нагреву океанов и таянию ледников.

    Результаты моделирования динамики энергетического дисбаланса (график в нижней части рисунка) совпадают с данными  о количестве тепла, запасенного океанами.

    Глобальный энергетический дисбаланс – очень важный фактор. Он характеризует масштабы суммарного воздействия на климат и предсказывает дальнейший ход процесса потепления.



    Возможные сценарии развития событий
    Межправительственная группа представила ряд сценариев изменения климата в XXI веке исходя из разных предположений об увеличении численности населения, темпах роста экономики, развитии энергетики. При построении моделей допускалось, что в ближайшие  50 лет вклад углекислого газа в тепловой эффект составит 1 -3 Вт/м2, а если учесть другие газы и аэрозоли то 2-4. Даже при таких небольших воздействиях ожидаемые последствия для климатической системы будут очень серьезными.
    Однако есть основания полагать, что большинство прогнозов слишком пессимистично. Во-первых, в них не учитываются происходящие сегодня изменения в количестве выбросов вредных химических веществ. Во-вторых, предполагается, что ситуация с загрязнением воздуха будет только ухудшаться и в 2050 г. содержание в нем озона, метана и сажи будет больше, чем сейчас. В-третьих, недооценивается роль технологических инноваций, которые позволят в ближайшие пол века уменьшить выбросы. Один из альтернативных путей уточнения возможных сценариев мог бы состоять в оценке нынешних тенденций в изменении количества агентов, влияющих на климат, в выяснении причин этих тенденций, в поисках ответа на вопрос, можно ли повернуть протекающие процессы в нужную сторону.

    Эффект парниковых газов, который в начале 1980-х гг увеличивался со скоростью 0,5 Вт/м2 за 10 лет, к началу 1990-х гг замедлил темпы роста и стабилизировался на уровне 0,3 Вт/м2 за 10 лет. Основная причина такого снижения кроется в уменьшении выбросов хлорфторуглеродов, производство которых было резко сокращено в связи с разрушительным воздействием на озоновый слой. Два других наиболее опасных парниковых газа -углекислый газ и метан. Концентрация в атмосфере первого из них, резко увеличивавшаяся в период между 1945 г и серединой 1970-х гг, теперь нарастает линейно, со скоростью 2 мд в год. Что касается метана, то за последние 20 лет скорость его накопления упала на 2/3.
    Происходящие изменения отчетливо коррелируют с динамикой глобального расходования ископаемого топлива. Со времен окончания Второй мировой войны и до 1975 г. его с каждым годом сжигалось все больше - прирост составлял 4% в год, но затем упал до 1%. Снижение было связано с более экономным расходованием сырья, поскольку цены на нефть с середины 1970-х гг стали расти. Поступление метана стало уменьшаться также благодаря его эффективному улавливанию (например, на свалках или при проведении рудничных работ). Если нынешние тенденции сохранятся, то в ближайшие полвека энергетический эффект парниковых газов составит 1,5 Вт/м2 . К этому нужно еще добавить суммарный эффект aтмосферного озона и аэрозолей, что в результате через 50 лет даст ~2 Вт/м2 . Эта величина совпадает с нижней оценкой IPCC (1-2 Вт/м'). Верхняя оценка (4 Вт/м2) предполагает ежегодный 4%-ный рост содержания диоксида углерода в течение 50 лет что весьма маловероятно. Но даже нижняя оценка вдвое превышаeт тот уровень, который мы сочли максимально допустимым для антропогенного воздействия на климат. Возникает вопрос а существует ли реальный прогноз.
    Будущее не столь мрачно
    Мой сценарий развития событий на ближайшие полвека предполагает, что добавочное воздействие на климат останется на уровне 1 Вт/м2. Предусматриваются две вещи: во-первых, сохранение на нынешнем уровне или снижение содержания в воздухе таких агентов, как сажа, атмосферный озон и метан; во-вторых, выбросы в атмосферу углекислого газа, образующегося при сжигании ископаемого топлива, останутся на нынешнем уровне.
    Что касается первого пункта, то здесь нужно обратить особое внимание на агенты, чей вклад в потепление наиболее значителен. Например, сознательное уменьшение выбросов метана в атмосферу будет способствовать понижению температуры и частично компенсирует повышенную концентрацию диоксида углерода. А уменьшение выбросов сажи возместит тот тепловой эффект, который дает параллельное уменьшение выбросов сульфатов (сульфатные аэрозоли отражают солнечный свет, а потому способствуют понижению температуры). Для того чтобы уменьшить содержание в атмосфере озона (основного компонента смога), необходимо устранить другие его предшественники - метан, оксиды азота и летучие органические соединения.

    Меры, направленные на снижение количества атмосферного метана, дают экономический эффект, частично компенсирующий затраты на их проведение. Иногда собранный метан используют как топливо, и затраты на его улавливание с лихвой окупаются. Хороший результат могут дать и меры по уменьшению содержания сажи. Речь идет об увеличении продолжительности и качества жизни (мельчайшие частицы сажи, проникающие глубоко в легкие, содержат токсичные органические вещества) и повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Основные источники сажи - дизельное топливо и сжигаемая биомасса. Чтобы сгорание стало более полным, нужно использовать новые технологии, а еще лучше перейти с дизельного топлива на водородное.
    Теперь что касается второго пункта. В краткосрочной перспективе количество углекислого газа, выбрасываемого в окружающую среду, можно уменьшить, повысив эффективность промышленных производств и используя возобновляемые источники энергии. С перспективами на далекое будущее дело обстоит сложнее, поскольку со временем потребность в энергии возрастает. В любом случае, на первое место в борьбе с выбросами диоксида углерода выходит научно-технический прогресс, повышение
    эффективности, все более широкое использование нетрадиционных источников энергии и новых технологий, не дающих столько выбросов. Важную роль может сыграть создание атомных электростанций нового поколения.

    Если  проанализировать  тенденции в изменении выбросов углекислого газа и метана за последние годы, то станет очевидно, что реальное положение дел лучше, чем предсказывает Межправительственная комиссия. Остается доказать, что это различие не возникло в результате случайного стечения обстоятельств, и носит долговременный характер. С моим же сценарием развития событий наблюдаемые тенденции согласуются очень хорошо. Это и неудивительно, поскольку, строя прогнозы, я отталкиваюсь от реального положения вещей. За два года, прошедших со времени создания сценария, альтернативного IPCC, это соответствие ни разу не нарушалось. Но я вовсе не думаю, что оно сохранится и дальше, если не принимать усилий по снижению антропогенных эффектов.

    Что позволяет мне быть оптимистом? Если мы сравним нынешнюю ситуацию с той, что была 10-15 лет назад, то увидим, что основные факторы, необходимые для сдерживания климатических изменений, стали реальностью. Я понимаю, что поддерживать стабильную концентрацию парниковых газов совсем не просто, но у меня есть надежда, что по мере накопления информации об изменении климата и его последствиях этот вопрос будет все больше волновать простых людей, общественные организации, руководителей промышленных предприятий, органы власти. Вопрос лишь в том, сможем ли мы действовать достаточно быстро.

    "В мире науки", 2004, № 6




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование