Юрий Степанович Почанин
Глобальное потепление или глобальное похолодание?
Введение
Одной из важнейших международных проблем XXI века является изменение общепланетарного климата. Климат на планете формируется под влиянием Солнца. Солнечное излучение нагревает земную поверхность неравномерно (в экваториальной области сильнее), из-за этого образуются движущиеся в определенном направлении ветры и морские течения. При повышении солнечной активности отмечаются потепления и геомагнитные бури. Естественными причинами климатических преобразований являются сдвиги планетарной орбиты, изменения геомагнитного поля, движения материковых и океанических плит, вулканического извержения. На протяжении всей истории планеты они влияли на климат, способствовали его циклическим колебаниям, называемым ледниковыми периодами и межледниковьями. Затем к естественным причинам преобразования климата добавились антропогенные, то есть связанные с деятельностью человека.
Проблема глобального потепления на нашей планете и влияние человека на этот процесс обсуждается в настоящее время во всех СМИ. Существуют две точки зрения (гипотезы) на потепление/похолодание, за которыми стоят группы ученых, бизнесменов, чиновников.
Политики, определённых международных организаций из развитых стран и некоторые учёные, поддерживают гипотезу, что одной из основных причин изменения глобального климата на Земле является антропогенное воздействие на природу, связанное с выбросом парниковых газов в атмосферу, основной составляющей которых является двуокись углерода (CO2). Сжигая уголь, нефть и газ наша цивилизация выдыхает двуокись углерода намного быстрее, чем Земля способна его поглотить. Поэтому CO2 накапливается в атмосфере и планета нагревается за счет парникового эффекта, который приводит к глобальному потеплению. Начинается интенсивное таяние льдов Арктики и Гренландии. В ближайшее время поднимется уровень Мирового океана. Вода затопит Лондон, Нью-Йорк, Токио и другие прибрежные города. К концу 21-ого века, глобальная температура достигнет отметки на ≈ 5°С выше, чем до индустриальной революции. Контрастность природных условий резко усилится. Мир полностью измениться при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 900 ppm (частиц на миллион). Произойдут широкие преобразования природной среды, часто в ущерб человеческой деятельности. Воды Арктики могут стать полностью свободными ото льда.
Начало этому мифу было положено бывшим американским вице-президентом Альбертом Гором, выпустившим в 2007 году книгу под интригующим названием «Неудобная правда» и документальный фильм под тем же названием. Основная идея, изложенная в книге и фильме, состояла в том, что главной причиной глобального потепления является выброс промышленного углерода в атмосферу. Утверждалось: в результате этого возникает так называемый парниковый эффект, который приводит к резкому подъему температуры на поверхности нашей планеты.
Фактически и книга, и кинокартина представляют собой собрание ошибочных и неграмотных климатических «страшилок». В частности, по данным академика Владимира Котлякова и наблюдениям за снежным покровом полюса относительной недоступности Антарктиды, масса льда и снега этого континента за последние 30–40 лет существенно увеличивалась, а не снижалась, как это утверждает Альберт Гор. Под влиянием данных предположений, высказанных в книге, организация по защите окружающей среды при ООН (UNEP) выступила с заявлением, что в 2010 году в мире появится более 50 млн климатических беженцев. Была даже опубликована детальная карта с указанием покинутых районов. И хотя ничего подобного не произошло, книга и фильм Гора, являются неграмотными и вредными с точки зрения физических основ формирования климатов Земли, без какого бы то ни было научного обсуждения. Они были шумно разрекламированы, получили признание со стороны международных чиновничьих структур, «зеленых экологов» и политиков и даже были отмечены престижной международной Нобелевской премией (это при том, что Британский Верховный суд обнаружил в книге и в фильме девять научных ошибок, которые полностью дискредитировали научную основу этих трудов). Затем последовала жесткая критика от ученых, но несмотря на это А. Гор получил Нобелевскую премию.
Вторая гипотеза высказана прогрессивными учеными мира, которые являются противниками гипотезы, описанной выше, так как она считают они, использует упрощенный подход, который наносит реальный вред мировой экономике. В действительности все обстоит гораздо сложнее. Помимо парникового эффекта, ответственность за который частично лежит на энергетике, на климат планеты оказывает влияние ряд естественных причин: солнечная активность, вулканическая деятельность, параметры орбиты Земли, автоколебания в системе «атмосфера – океан». Корректный анализ проблемы возможен лишь с учетом всех факторов.
В конце XX – начале XXI веков мнения ученых разделились на два лагеря: одни утверждают, что грядет глобальное потепление, другие – глобальное похолодание.
В 1997 году мнение многие американских ученых, изучавших изменения климата в разных регионах Северной Америки, высказал бывший президент Академии наук США профессор Фредерик Зейтц, который писал: «Экспериментальные данные по изменению климата не показывают вредного влияния антропогенного использования углеводородов. В противоположность этому имеются веские свидетельства, что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа является полезным». 23 сентября 2019 года, в разгар климатической истерии, 500 ученых, работающих в области климатологии и смежных наук, направили в ООН письмо: «Общераспространенные модели, на которых основана сейчас международная политика в отношении климата, несостоятельны. Это жестоко и поспешно – требовать бросить на воздух триллионы на основании результатов этих несовершенных моделей. Нынешняя климатическая политика бессмысленно и жестоко подрывает экономику». Среди подписавшихся: профессор Гус Берхут из Нидерландов, профессор Ричард Линдзен из США, профессор Рейналь дю Бержер и профессор Джеффри Фосс из Канады, профессор Ингемар Нордин из Швеции, профессор Альберто Престинци из Италии, профессор Бенуа Ритто из Франции и др.
Глобальное изменение климата, с которым связаны короткие или продолжительные периоды потепления и похолодания, обусловлено разными природными и антропогенными факторами. Большинство из них детально изучены, их значение подтверждено данными метрологических наблюдений. Другие хорошо коррелируют с определенными климатическими процессами, однако их влияние до конца еще не выяснено.
Общие принципы действия по сокращению антропогенных выбросов парниковых газов были установлены Рамочной конвенцией ООН об изменении климата, подписанной в 1992 году представителями более чем 180 государств и дополненной в 2015 году Парижским соглашением.
Ведущие экономики мира предпринимают определенные шаги по сокращению выбросов в атмосферу парниковых газов, которые вызывают глобальное потепление. Первое международное соглашение по сокращению выбросов – Киотский протокол – было принято 11 декабря 1997 г. и вступило в силу 16 февраля 2005 г. В первый период действия протокола – с 2008-го по 2012 г. – 37 промышленно развитых стран и Европейское сообщество обязались добиться сокращения выбросов парниковых газов в среднем чуть более, чем на 5 %, по сравнению с уровнем 1990 г
Климатический саммит в Париже в декабре 2015 г. принял протокол, в котором намечены пути остановки глобального потепления за счет развития низко углеродной экономики и в перспективе – отказ от углеводородного топлива. Парижская конференция должна также помочь развитым странам собирать по 100 млрд долл. в год начиная с 2020 г. (частично через «Зеленый фонд» для помощи в борьбе с климатическими изменениями). На климатическом саммите некоторые страны отрицательно высказались по вопросам сокращения вредных выбросов в окружающую среду за счет постепенного отказа от углеводородов. О переориентации экономики на возобновляемые источники энергии и слышать не хотят в государствах Персидского залива и в Венесуэле. Против выступает и Индия, которая видит в сохранении своей нынешней модели залог экономического роста.
Парижское соглашение требует от каждой страны предоставить и постоянно обновлять стратегию низко- углеродного развития к 2050 г. К этому времени все государства обязаны достичь климатической нейтральности: выбросы должны равняться поглощению или абсорбции парниковых газов.
Глава 1. Факторы, влияющие на климат
Поскольку термин «глобальное потепление» подразумевает лишь приземную температуру воздуха, а изменения происходят во многих компонентах климатической системы, ученые теперь чаще используют термин «изменения климата».
Ученые выяснили, что климатическая обстановка в мире зависит от прямых и косвенных (не зависящие от человека) факторов, которые заключаются в следующем:
–космическое влияние;
– колебание интенсивности солнечного излучения;
–циклы Миланковича, минимум Маундера и др;
–влияние термохалинной циркуляции;
–извержение вулканов;
–парниковый эффект;
–антропогенная деятельность человека.
Климатическая система Земли и некоторые влияющие на нее факторы и взаимосвязи представлены на рис. 1.1. Что из всего этого является основной причиной слишком быстрого современного потепления? Встречается множество научных публикаций, где берется какой-то отдельный фактор и приводятся доказательства того, что именно он и является сейчас основной причиной изменений климата. Поскольку факторов много, то и точек зрения, не совпадающих с наиболее общепринятой, встречается множество.
Рис.1.1. Климатическая система Земли
Естественных факторов, в комплексе влияющих на климат, может быть множество:
–циклические процессы в океане и изменения океанических течений;
–общая циркуляция атмосферы, содержание в ней парниковых газов, аэрозолей, озона;
–деятельность живых организмов, прежде всего растений;
–изменения ландшафтов и альбедо (отражающей способности) поверхности суши и океана;
–тектонические процессы;
–вулканическая активность;
–выбросы метана при сейсмической активности;
–водородная дегазация Земли;
–положение земного ядра (которое сейчас предположительно смещается в сторону Северного полюса);
–переполюсовка магнитного поля;
–наклон, прецессия и нутация земной оси, скорость вращения Земли, сезонные и суточные циклы;
–орбитальные циклы (эксцентриситет эллиптической орбиты Земли и ее искажение под влиянием других планет) и соответствующее расстояние между Землей и Солнцем;
–падение астероидов;
–солнечная активность;
–расстояние между Солнцем и барицентром Солнечной системы (которое сейчас предположительно уменьшается);
–галактические циклы, космические лучи и др
Главными трудностями в понимании причин климатических изменений являются:
–невозможность достаточно надежного учета положительных и отрицательных обратных климатических связей (облачно-радиационной обратной связи);
–выбросы в атмосферу большого количества метана и углекислого газа при таянии многолетней мерзлоты;
–изменений альбедо земной поверхности из-за таяния льдов или смены растительных сообществ;
–взаимодействий атмосферы и океана, соответствующей инерционности климатической системы и др.);
–отсутствие достоверных количественных оценок соотношений между вкладами природных и антропогенных факторов;
–большая пространственная неоднородность современных изменений климата и его межгодовая изменчивость;
–не изученность глобальных осцилляций приземной температуры воздуха с периодом около 65–70 лет и т.д.
1.1. Космическое влияние на климат
Интересные мысли о космическом влиянии на климат Земли, высказаны датским физиком Хенриком Свенсмарком и британским ученым Найджелом Колдером в книге «Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата», 2007 г.
«Заряженные частицы вылетают из взорвавшихся звезд, словно атомные пули, и пробивают земную атмосферу. Редкие изотопы, получающиеся в результате ядерных реакций в верхних слоях атмосферы. в реакциях с азотом, входящим в состав воздуха, образуется радиоактивный углерод, или углерод-14…», Колебания радиоактивного углерода…» свидетельствуют о переменах «…в солнечном настроении…». Проанализировав взаимодействие космических лучей с атмосферой Земли, Свенсмарк и Колдер высказали мысль, что космические лучи напрямую участвуют в преобразованиях климата и регулируют состояние облачного покрова планеты.
Изменения содержания углерода-14 в атмосфере, определяемые по кольцам деревьев за последние 400 лет, представлены на рис.1.2. Он является одним из природных радиоактивных изотопов. Углерод-14 образуется в верхних слоях тропосферы и стратосфере в результате поглощения атомами азота-14 тепловых нейтронов, которые в свою очередь являются результатом взаимодействия космических лучей и вещества атмосферы. На рис.1.2 хорошо видны эффекты солнечной модуляции, особенно глобальных солнечных минимумов. Для сопоставления приведена нормализованная кривая числа исторических сообщений о наблюдавшихся полярных сияниях
Рис. 1.2. Изменения содержания углерода-14, % в атмосфере по кольцам деревьев за последние 400 лет
Схема космических лучей и изменение плотности облачного покрова в атмосфере Земли, представлена на рис.1.3.
Рис.1.3. Космические лучи и изменение плотности облачного покрова в атмосфере Земли.
Схема, иллюстрирующая образование радиоуглерода при воздействии космических лучей на атмосферу Земли и его захоронение в органических остатка, представлена на рис. 1.4.
Солнечный экран, мешающий солнечной инсоляции, формируется из метеоритной пыли, вулканических выбросов, которые иногда достигают высоты 70 км, пыльные бури, которые могут поднимать пыль в воздух до 7 км и дым пожаров, представлен на рис.1.5. Эти частицы в совокупности блокируют поток солнечной энергии.
Схемы, приведенные на рис 1.2-1.5, взяты из журнала “Археология и геоэкология”. Малый ледниковый период, часть 1. Космические и глобальные и метеорологические аспекты, автор К.Г. Леви.
Рис.1.4. Образование радиоуглерода при воздействии космических лучей на атмосферу Земли и его захоронение в органических остатках
Опубликованы исследования, посвящены галактическому излучению, его преобразованию и дают представление о том, что огромное количество солнечных и космических лучей летят отовсюду.
Солнце создает межпланетное магнитное поле, которое защищает все планеты солнечной системы от внешнего воздействия, но и само солнце этому воздействию подвержено. Когда эти космические лучи проникают в атмосферу, они начинают взаимодействовать с атомами атмосферных газов и распадаются на более мелкие лучи.
Рис.1.5. Структура нижней части атмосферы Земли и факторы их замутнения
Особенно интересны нейтроны, их измеряют только в двух регионах: это в обсерватории в Москве и в обсерватории в Оулу, Финляндия. Увеличение потоков нейтронов приводит к увеличению плотности облачности, а облачность играет двоякую роль. С одной стороны, эти газы ионизируются и становятся концентраторами для формирования пузырьков воды в нижнем ярусе облачности (всего их три). Самый нижний нас больше всего интересует, так как эта высота примерно 2000-2500 м, он для нас по ощущениям доходит.
Получается, что Земля, с одной стороны, охлаждается, потому что не получает должной инсоляции из-за высокой плотности облаков и, с другой стороны, одновременно получает большое количество влаги, пресной воды. Пресная вода очень плохо “дружит” с океанской водой, потому что последняя более плотная и более энергоемкая. Она нагревается и держит тепло, а пресная вода очень быстро остывает. Причем, когда говорят о глобальных потеплениях и глобальных похолоданиях, как правило, похолоданию предшествует потепление. Вот это потепление заставляет таять те ледники, которые лежат на полярных шапках и горных массивах и увеличивают сброс пресной воды в океан, слой пресной воды нарастать начинает, она остывает очень быстро и при недостатке инсоляции начинают снова формироваться ледники. Поэтому ледовый покров в Арктике и в Антарктике подвержен именно таким изменениям. А они, фактически, диктуют климат на Земле”.
1.2. Колебание интенсивности солнечного излучения
Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Без света Солнца, невозможно было бы и образование пригодных для жизни условий, и конечно, небесное светило влияет на все процессы, происходящие на живой планете. В аспекте очень долгого периода, сейчас Солнце стало ярче и дает гораздо больше тепла. Такой долгий процесс тоже влияет на Землю. Если верить исследователям, то на раннем этапе формирования жизни на Земле, Солнце было настолько неактивным, что вода находилась в состоянии льда. Даже в короткие временные отрезки можно проследить изменение активности светила. К примеру, в начале прошлого века было замечено потепление, что связано с кратковременной активностью Солнца. Влияние звезды на атмосферу Земли, полностью не изучено.
Еще один механизм влияния на климат заключается в астрономических соотношениях нашей Солнечной системы. Планеты, в основном Юпитер и Венера, находясь то на одном, то на другом расстоянии от Земли, возмущают ее орбиту. При определенном расположении Юпитер, подтягивая Землю к себе, то чуть подтягивает ее к Солнцу, то чуть отдаляет относительно основной эллиптической орбиты. Аналогично Венера всегда чуть подтягивает Землю к Солнцу, но с разной интенсивностью. Возмущая расстояние до Солнца, эти планеты возмущают примерно на 1% и радиационную энергию, попадающую на Землю. Эти возмущения имеют 12-летний период, но еще большие возмущения происходят с 60-летним периодом, который, кстати, не совпадает с так называемыми планетным резонансом с периодом 83 года.
Далее Земля крутится вокруг Солнца, но орбита не круговая, а чуть-чуть эллиптическая, в одном из фокусов находится Солнце, соответственно, расстояние от Земли до Солнца в перигее меньше, чем в апогее на 5 млн километров, т.е. мы имеем дело с колебаниями в 3,5%. А это значит, что излучение в перигее и в апогее различается примерно на 7%. В январе мы ближе на 3,5% и соответствующее полушарие получает больше тепла, чем в июле. Поэтому зима в северном полушарии в среднем теплее, а лето прохладнее, чем в южном полушарии. По оценкам средняя температура воздуха на поверхности Земли каждые полгода должна колебаться на 3-5 градусов, а на самом деле она колеблется меньше.
У каждого орбитального параметра своя цикличность. Например, эксцентриситет: траектория вращения Земли вокруг Солнца с круговой переходит на более эллиптическую каждые 95, 125 и четыреста тысяч лет. Ось вращения планеты отклоняется в пределах трех градусов от эклиптики – плоскости обращения Земли вокруг Солнца.
В эпоху плейстоцена – от 2,6 миллиона до 11,7 тысячи лет назад – Земля пережила несколько холодных периодов, когда ледники занимали до 30 процентов планеты и доходили в Северном полушарии до 40-й параллели.
1.3. Климатические циклы
По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Такие изменения положения орбиты предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, её спутника Луны и других планет. Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов лет – это смена гляциальных (ледниковые эпохи) и интергляциальных (межледниковых) эпох текущего ледникового периода, обусловленные изменениями орбиты и оси Земли.
Результатом прецессии земной орбиты являются и менее масштабные изменения, которые названы в честь их авторов.
1. Циклы Миланковича. Согласно гипотезе сербского математика и геофизика Милутина Миланковича, сформулированной им сто лет назад в работе "Математическая теория тепловых явлений, вызванных из-за регулярных изменений параметров орбиты – эксцентриситета, наклона оси вращения и прецессии – земная поверхность нагревается Солнцем по-разному. Это так называемые циклы Миланковича, на их основе строят долгосрочные климатические прогнозы.
Ци́клы Мила́нковича —это колебания количества солнечного света и солнечной радиации, достигающих Земли, на протяжении больших промежутков времени. Причиной этих отклонений от средней интенсивности солнечного излучения на Земле являются три эффекта:
1.прецессия - поворот земной оси с периодом около 25750 лет, в результате которого меняется сезонная амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;
2.нутация - долгопериодические (так называемые вековые) колебания угла наклона земной оси к плоскости её орбиты с периодом около 41000 лет. Ось вращения Земли наклонена по отношению к плоскости эклиптики и этот наклон меняется от 21,5 до 24,5 и обратно.
3.долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 93000 лет. Форма орбиты Земли вокруг Солнца меняется со временем с меньшей на более эллиптическую и обратно. под действием притяжения других планет.
2. Минимум Маундера – явление долговременного уменьшения количества солнечных пятен. Новая модель солнечной активности, которую разработали ученые, показывает нарушение 11-летней цикличности. Она описывает особые эффекты в двух слоях Солнца, из-за которых эта звезда какое-то время не сможет обогревать нас так же, как делала это последние сотни лет. По словам экспертов, к 2030 году солнечная активность снизится на 60 процентов, что приведет к малому ледниковому периоду. Результаты исследования были представлены на собрании астрономов в Уэльсе.
По подсчетам английского астронома Эдварда Маундера в период 1645-1715 гг. (на протяжении 70 лет) наблюдалось всего около 50 солнечных пятен вместо обычных 40 000 – 50 000. Падение солнечной активности в указанный Маундером период было подтверждено анализом содержания углерода-14, а также некоторых других изотопов, например, бериллия-10 в ледниках и деревьях. Во время Маундеровского минимума наблюдалось падение интенсивности полярных сияний и скорости вращения Солнца.
Исследователи говорят, что в 26-м солнечном цикле, который приходится на период между 2020 и 2030 годами, две волны Солнца нейтрализуют друг друга. В результате их разрушительного взаимодействия произойдет значительное снижение солнечной активности (то есть на Земле станет заметно холоднее) и наступит новый Маундеровский Минимум.
Так, в Маундеровский минимум северные страны, такие как Финляндия и Швеция, потеряли примерно половину населения за счет миграции и смертей от голода и холода. Это известные факты.
На Солнце периодически пропадают пятна. Поэтому жителей Земли может ожидать цикл долгих холодных зим с рекордно низкими температурами. Сейчас Солнце вновь резко снижает свою активность. Уже несколько лет пятна на нем периодически полностью исчезают. Чем дальше, тем больше дней без пятен. Причины не совсем ясны.
3. Циклы -минимум Шпёрера– 90-летний период низкой солнечной активности, длившийся примерно с 1460 по 1550 год, который был определён и назван в честь немецкого астронома Г. Шпёрера американским исследователем Д. Эдди в статье 1976 года в журнале Science. Низкая численность солнечных пятен в указанный период была установлена путём радиоуглеродных исследований годовых древесных колец, содержание углерода в которых хорошо коррелирует с солнечной активностью.
4. Циклы – минимум Дальтона– период низкого количества солнечных пятен, представляющий низкую солнечную активность, названный в честь английского метеоролога Джона Дальтона, длившийся примерно с 1790 по 1830 год или с 1796 по 1820 год, что соответствует периоду с 4 по 7 солнечный цикл. Хотя минимум Дальтона часто сравнивают с минимумом Маундера, число солнечных пятен в нем было немного выше, и сообщалось о солнечных пятнах, распределенных в обоих солнечных полушариях, в отличие от минимума Маундера. Корональные стримеры визуально подтверждены на рисунках затмения Эзры Эймса и Хосе Хоакина де Феррера в 1806 году и указывают на сходство его магнитного поля не с минимумом Маундера, а с современными солнечными циклами.
Как минимум Маундера и минимум Шпорера, минимум Дальтона совпал с периодом глобальных температур ниже среднего. В течение этого периода в Германии наблюдались колебания температуры примерно на 1°C.
Важным фактором, влияющим на климат планеты, является солнечная активность, которая, по мнению ученого А. Л. Чижевского, имеет 12-летние циклы. С 1965 г. солнечная активность упала приблизительно на 30%. Предыдущий 23-й цикл (1996–2008 гг.) был очень слабым. Количество дней без пятен на солнце стало самым большим с начала ХIХ века.
В конце ХХ века резкий рост точности астрономических наблюдений позволил установить еще 11 климатических циклов, продолжительностью от 10 до 400 тысяч лет. Отдельные циклы не зависимы или мало зависимы друг от друга, поэтому могут накладываться. Суммарная амплитуда колебаний температур при этом может достигать 15 градусов. И тогда можно говорить о великих потеплениях или великих похолоданиях. Было также установлено, что количество пятен на Солнце возрастает и убывает периодически. Так родилось понятие о циклах солнечной активности. Изучение ледяного покрова Земли показало, что эпохи потепления и похолодания закономерно чередовались. За последние 450 тыс. лет было 6 климатических циклов. Мы живем в эпоху заканчивающегося межледниковья и закономерно входим в период «великого похолодания».
