Результаты антропогенного воздействия на биосферу

В результате антропогенной деятельности за последние 100—150 лет в биосфере Земли произошли и продолжают происходить существенные изменения, как правило, негативного характера. К ним относятся изменение климата в сторону потепления, разрушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, уменьшение биологического разнообразия флоры и фауны. В мировом сообществе нарастает тревога за будущее цивилизации, предпринимаются активные попытки ограничения вредных выбросов. В этой связи в 1997 г. в японском городе Киото было подписано соглашение об уменьшении объема выбросов загрязнителей на 5%, в том числе и парниковых газов, которое до сих нор нс ратифицировано многими странами.

Потепление климата большинство ученых-климагологов связывает с парниковым эффектом (англ, «эффект гринхауз»).

Парниковый эффект.

Более двух столетий человечество использует эффект повышения температуры в стеклянных парниках (теплицах, оранжереях). Сущность этого эффекта в следующем. Стекло, а в последние годы и используемая для этих целей полиэтиленовая пленка свободно пропускают солнечные лучи в области видимой и ультрафиолетовой части спектра, но задерживают инфракрасные излучения с поверхности почвы парника. Этим достигается повышение температуры в парнике по сравнению с температурой окружающей среды.

Парниковый эффект в атмосфере Земли — это геофизическое явление, выражающееся в способности некоторых газов, называемых парниковыми, и водяного пара поглощать инфракрасное излучение.

Как уже отмечалось, примерно 44% солнечной энергии, поступающей к верхней границе атмосферы Земли, поглощается поверхностью суши и океана, которые разогреваются и генерируют инфракрасное излучение. Большая часть этого инфракрасного излучения поглощается водяными парами и некоторыми парниковыми газами, а остальная — уходит в космос (рис. 5.10). К парниковым газам относят углекислый газ С02, метан СН4, оксиды азота NOv, тропосферный озон 03 и хлорфторуглеводороды (фреоны).

Упрощенная схема парникового эффекта

Рис. 5.10. Упрощенная схема парникового эффекта:

о, • - молекулы парникового газа до и после поглощения инфракрасного излучения

Земли соответственно

Как отмечалось ранее (см. гл. 2), при наличии атмосферы, которая обеспечивает парниковый эффект, на нашей планете среднегодовая температура приземного слоя воздуха составляет примерно 14,6 °С. По данным К. Я. Кондратьева, из-за парникового эффекта приращение температуры в приземном слое составляет ДТ = 33,2 °С со следующим вкладами газовых компонентов: пары Н20 - 20,6 °С (62,05%), С02 - 7,2 °С (21,7%), N20 - 1,4 °С (4,22%), СН4 - 0,8 °С (2,41%), Оэ - 2,4 °С (7,21%), NH4 + фреоны + + СС14 + CF4 + 02 + N2 - 0,8 °С (2,41%) |22|.

Таким образом, наибольший вклад в создание парникового эффекта вносит углекислый газ (более 1/5 части). В соответствии с расчетами, выполненными под руководством М. И. Будыко [3], содержание углекислого газа в атмосфере на протяжении последних 570 млн лет из-за активной вулканической деятельности неоднократно резко изменялось. В отдельные периоды процентное содержание С02 в воздухе возрастало до нескольких десятых процента, а в конце мелового периода — до 0,5%. Э го сопровождалось усилением парникового эффекта, повышением среднегодовой глобальной температуры и повышением влажности атмосферы.

Вместе с тем причинно-следственная связь достаточно четко не установлена. Исследования изменений среднегодовой температуры в Северном полушарии за последние 11 тыс. лет показали, что повышение содержания С02 в атмосфере может как предшествовать рост}' температуры, так и отставать от него [20]. Это говорит о многообразии факторов, влияющих на температуру в приземном слое атмосферы.

Ранее изменения содержания С02 в атмосфере имели естественное происхождение. С начала промышленной революции начался процесс, при котором антропогенное влияние на состав атмосферного воздуха стало определяющим. В настоящее время в год сжигается не менее 6 млрд т каменного и бурого угля, более 5 млрд т нефти; кроме того, в достаточно больших количествах сжигаются горючий сланец, торф и дрова. При этом практически весь углерод, содержащийся в топливе, соединяется с кислородом и образуется углекислый газ и в значительно меньших количествах угарный газ СО. В подтверждение определяющего вклада антропогенного углекислого газа в усилении парникового эффекта представлен график Килинга (рис. 5.11), описывающий изменения концентрации атмосферного углекислого газа на планете с 1958 по 2008 г. Данные наблюдения стали первым научным подтверждением антропогенного вклада в современное изменение климата. Измерения, собранные в обсерватории на Мауна-Лоа, показывают устойчивый рост средней концентрации атмосферного С02 с 315 ppmv (0,0315%) в 1958 г. до 385 ppmv (0,0385%) в июне 2008 г.

График Килинга

Рис. 5.11. График Килинга: концентрация атмосферного С02 на планете

Работа Килинга в обсерватории Мауна-Лоа но изучению двуокиси углерода стала первым доказательством быстрого увеличения концентрации этого газа в атмосфере. Сейчас считается, что именно Ч. Килинг стал первым человеком, который обратил широкое общественное внимание в мире к тому воздействию, которое оказывает хозяйственная активность человечества на атмосферу Земли и ее климат. В период его работы в Институте океанографии им. Скриппса (Калифорнийский университет) с 1958 г. он стал первым, кто начал производить регулярные частые измерения концентрации атмосферного С02 на Южном полюсе и на Гавайях.

На рис. 5.12 представлено выделение углерода в атмосферу в результате деятельности человека с 1800 по 2007 г. в млрд т. Кроме сжигания ископаемых видов топлива, отдельно указана эмиссия в результате производства цемента. Общее количество выделяемого С02 в конце 2000-х составляло =3,2 • 1013 кг газа в год.

Выделение углерода в атмосферу в результате деятельности человека за 1800—2007 гг

Рис. 5.12. Выделение углерода в атмосферу в результате деятельности человека за 1800—2007 гг.:

--всего;--нефтепродукты;........— уголь;........— природный газ;

......— производство цемента

В период с 1 июля 1957 г. по 31 декабря 1958 г. был объявлен первый Международный геофизический год (МГГ), в течение которого 67 стран на нашей планете проводили геофизические наблюдения и исследования по единой программе и методике. Тогда среднее глобальное содержание С02 составляло почти 0,03% [281. В настоящее время оно выросло до 0,037%, т.е. рост составил более 23%.

Экспериментальные исследования состава воздуха тропосферы в центральной части Евразии (район озера Иссык-Куль) показали неуклонный рост содержания в нем С02 (рис. 5.13). Так, за последние 20 лет прошлого столетия рост его в этом районе составил более 13% [41, с. 27—28|. По данным Всемирной метеорологической организации, примерно такими же темпами растет и средняя глобальная концентрация С02 (рис. 5.14, а).

Неуклонно растет в атмосфере и содержание метана (рис. 5.14, б), оксидов азота и фреонов. Метан образуется при разложении органики в отсутствие кислорода, попадает в атмосферу при разработке угольных месторождений, при добыче нефти, в случае аварий на газопроводах.

Изменение содержания С0 в приземном слое воздуха центральной части Евразии

Рис. 5-13. Изменение содержания С02 в приземном слое воздуха центральной части Евразии

Значительный рост содержания оксидов азота NOv в атмосфере во второй половине XX в. происходит из-за сжигания огромного количества топлива. За последние два столетия рост содержания NO,, составил более 8% (рис. 5.14, в).

Изменение концентрации парниковых газов в тропосфере Земли

Рис. 5.14. Изменение концентрации парниковых газов в тропосфере Земли:

а — С02; б — СН4; в — NOx; г — фреоны

Бурное развитие во второй половине XX в. холодильной техники, производства аэрозолей и растворителей привело к резкому увеличению объемного содержания фреонов (хлорфторуглеродов) в атмосфере. Так, в указанный период их содержание увеличилось в сотни раз и к концу века достигло 0,3 • 10_7% (рис. 5.14, г) [41, с. 6—8].

В настоящее время климат нашей планеты близок к наиболее теплому периоду голоцена, который был 5—7 тыс. лет назад. Тогда среднегодовая глобальная температура превышала такую же температуру XX в. на 1—2 °С [3]. Затем, как известно, началось похолодание (возможно из-за затухания крупных вулканов и уменьшения выбросов С02 в атмосферу).

За истекшее тысячелетие в Европе наблюдались значительные колебания температуры воздуха. В начале второго тысячелетия нашей эры началось потепление, продолжавшееся почти четыре века, а затем началось похолодание. Так, в 1601 г. ледостав на Москве-реке начался уже в середине августа. В конце XVII в. в Европе началось потепление, которое продолжается и до сих пор 141, с. 43—45|.

Поданным Всемирной метеорологической организации (ВМО), начиная с 1900 г. наблюдается рост среднегодовой температуры в целом на нашей планете (рис. 5.15). В XX в. она выросла на 0,6 ± 0,2 °С, к 2013 г. по сравнению с 2000 г. — на 0,2—0,3 °С. Эта проблема начала широко обсуждаться в научном мире. Для разработки прогнозов изменения морских берегов в 1988 г. Всемирной метеорологической организацией и Программой ООН по окружающей среде была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата. Этой группой были разработаны вероятные сценарии изменения климата и уровня Мирового океана к концу XXI в. По их мнению, к концу этого столетия концентрация парниковых газов в атмосфере удвоится, что приведет к повышению среднегодовой глобальной температуры примерно на 1,4—5,8 °С, а уровень океана к концу столетия поднимется на высоту 0,2—1,8 м.

Средняя глобальная температура воздуха на поверхности Земли за время инструментальных наблюдений

Рис. 5.15. Средняя глобальная температура воздуха на поверхности Земли за время инструментальных наблюдений

При подъеме уровня Мирового океана на 1,5—2 м под затопление попадут значительные территории на всех континентах общей площадью до 5 млн км2, причем наиболее густонаселенные и плодородные. На них проживает почти 1 млрд человек и собирается около трети урожая важнейших продовольственных культур. Вынужденные переселения вглубь материков чреваты социальными потрясениями и военными конфликтами.

Потепление климата также приведет к неустойчивости погоды, смещению границ природных зон, росту числа ураганов и смерчей, ускорению темпов вымирания представителей флоры и фауны. По всей вероятности, при этом обострится продовольственная проблема. На севере Евразии произойдет подтаивание вечной мерзлоты и высвобождение из этих почв больших объемов метана, что усилит парниковый эффект. Кроме того, потепление климата может привести к возникновению очагов инфекционных заболеваний и усилению теплового стресса у людей и животных [18].

В документах Конференции ООН по проблемам изменения климата (Найроби, 2006 г.) говорится, что конечные результаты воздействия парникового эффекта могут иметь катастрофические последствия для всей цивилизации. Отмечено, что в 2005 г. уровень углекислого газа в атмосфере достиг значения 0,03791%, что на 0,53% выше, чем годом ранее; концентрация закиси азота зафиксирована на уровне 0,03192%, что на 0,2% выше, чем в 2004-м, уровень еще одного парникового газа — метана — остался прежним. По прогнозам ученых, выступивших на Конференции, повышение температуры может привести к сдвигу климатических зон и к 2085 г. треть видов животных и растений в Африке может лишиться естественной среды обитания. В некоторых районах из-за подъема уровня воды в море может быть разрушено 30% прибрежной инфраструктуры. Ученые также прогнозируют снижение урожая зерновых культур на Африканском континенте, значительная часть жителей которого и так голодает.

На Международной конференции по эволюции климата, прошедшей 2 февраля 2007 г. в Париже, эксперты — крупнейшие ученые мира единогласно отметили, что продолжающееся глобальное потепление является следствием деятельности человека. Засухи, проливные дожди и опустошительные ураганы будут происходить на нашей планете все чаще. К концу XXI в. средняя температура на планете может увеличиться по сравнению с нынешней на 4—6 °С. Если это произойдет, то уровень мирового океана повысится более чем на полметра. Темпы сокращения годовых максимумов льда в Арктике ускоряются. В 1979—1996 гг. среднее за десятилетие сокращение максимумов льда составляло 2,2% объема и 3% площади. За десятилетие, заканчивающееся в 2008 г., эти значения выросли до 10,1% и 10,7% соответственно. Это сопоставимо с изменением годовых минимумов (т.е. многолетних льдов, которые выживают в течение года). В период с 1979 по 2007 г. в среднем за десятилетие сокращение минимумов составило 10,2% и 11,4% соответственно |78|. Это согласуется с измерениями ICESat, указывающими на уменьшение толщины льда в Арктике и сокращение площади многолетнего льда. За период с 2005 по 2008 г. площадь многолетних льдов сократилась на 42%, а объем на 40%, потеря составила ~ 6300 км3 [79]. Ожидается, что Северный Ледовитый Океан начнет полностью освобождаться ото льда в летний период до 2100 г. Оценки, когда это произойдет впервые, сильно разнятся: указываются 2060—2080 гг. [77] и 2030 г. [81]. Поскольку арктический регион наиболее чувствителен к глобальному потеплению, климатические изменения в Арктике часто рассматриваются в качестве индикатора этого процесса. Специалисты также предупреждают об опасности высвобождения больших объемов метана, в результате таяния вечной мерзлоты, в состав которой входит гидрат метана. Изменение климата Арктики регулярно суммируется. В частности, фиксируется уменьшение площади полярных льдов. Очередной минимум по этому показателю был зафиксирован в сентябре 2012 г.

По сообщениям американского аэрокосмического агентства НАСА, Гренландия ежегодно теряет до 200 квадратных метров льда — в два раза больше, чем 10 лет назад. Изменения климата приведут к появлению нового вида беженцев — климатических, численность которых к 2100 г. может составить до 200 млн человек. Возрастет смертность от жары, а в северных странах появятся тропические болезни.

Для предотвращения этой катастрофы необходимо в самые ближайшие годы уменьшить как минимум на треть выбросы в атмосферу «главного» парникового газа — С02. Очевидно, что для этого примерно на столько же надо сократить объемы сжигаемого углеродного топлива. С этой целью на международной XXI Климатической конференции ООН, посвященной климатическим изменениям (Ле-Бурже, 30 ноября — 12 декабря 2015 г.), было принято многостороннее соглашение по борьбе с угрозой изменения климата, о поддержании увеличения средней температуры планеты на уровне ниже 2 °С на период после 2020 г., которое придет на смену Киотскому протоколу к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.

В работе [80] предложена оценка ограничения поступления углекислого газа в атмосферу. Цель такой оценки — предотвращение увеличения средней температуры атмосферного воздуха на 2 °С путем введения понятия мирового эмиссионного бюджета С02 для предотвращения глобальных изменений в биосфере. На рис. 5.16 указаны величины поступления С02 в атмосферу США, ЕС и Китая на основе Предварительного определения национальных вкладов, подготовленных к международной конференции в декабре 2015 г. в Париже (верхняя черная линия представляет глобальное поступление С02, соответствующее потеплению на 2 °С).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >