Зміна клімату
Зміни температури, вмісту CO2 та пилу в льодовиках Антарктики за останні 450 тисяч років за даними зі станції Восток
Змі́на клі́мату — коливання клімату Землі в цілому або окремих її регіонів з часом. Його вивченням займається наука палеокліматологія. Причиною зміни клімату є динамічні процеси на Землі, зовнішні дії, такі як коливання інтенсивності сонячного випромінювання, і, з недавніх пір, діяльність людини. Останнім часом термін «зміна клімату» використовується як правило (особливо в контексті екологічної політики) для позначення зміни в сучасному кліматі (див. глобальне потепління). Зміст
[показати]
1 Чинники зміни клімату 1.1 Кліматичні зміни на Землі 1.1.1 Зледеніння 1.1.2 Світовий океан 1.1.3 Кліматична пам'ять 1.2 Некліматичні чинники і їх вплив на зміну клімату 1.2.1 Парникові гази 1.2.2 Тектоніка літосферних пліт 1.2.3 Сонячне випромінювання 1.2.4 Зміни орбіти 1.2.5 Вулканізм 1.3 Антропогенна дія на зміну клімату 1.3.1 Спалювання палива 1.3.2 Аерозолі 1.3.3 Цементна промисловість 1.3.4 Землекористування 1.3.5 Скотарство 2 Взаємодія чинників 3 Див. також 4 Джерела 5 Примітки 6 Посилання
[ред.] Чинники зміни клімату
Зміни клімату обумовлені змінами в земній атмосфері, процесами, що відбуваються в інших частинах Землі, таких як океани, льодовики, а також ефектами, супутніми діяльності людини. Зовнішні процеси, що формують клімат, це зміни сонячній радіації і орбіти Землі. зміна розмірів і взаємного розташування материків і океанів; зміна світимості Сонця; зміни параметрів орбіти Землі; зміна прозорості атмосфери і її складу в результаті змін вулканічній активності Землі; зміна концентрації парникових газів (СО2 і CH4) в атмосфері; зміна відбивній здатності поверхні Землі (альбедо); зміна кількості тепла, наявного в глибинах океану.
[ред.] Кліматичні зміни на Землі
Погода — це щоденний стан атмосфери. Погода є хаотичною нелінеарною динамічною системою. Клімат — це усереднений стан погоди і він, навпаки, стабільний і передбачений. Клімат включає такі показники як середня температура, кількість опадів, кількість сонячних днів і інші зміни, які можуть бути зміряні в якому-небудь певному місці. Проте на Землі відбуваються і такі процеси, які можуть робити вплив на клімат.
[ред.] Зледеніння
Льодовики є одними з найвідчутніших показників зміни клімату. Вони істотно збільшуються в розмірах у вологі холодні часи (т. зв. «льодовикові періоди») і зменшуються під час потеплення та аридизації клімату. Льодовики ростуть і тануть через природні зміни і під впливом зовнішніх дій. У минулому столітті більшість льодовиків, особливо гірських не встигали накопичити за зиму стільки льоду, щоб відновити втрати під час літніх місяців, а тому поступово зменшувалися.
Найзначніші кліматичні процеси за останні декілька мільйонів років — це гляціальні і інтергляціальні цикли поточного льодовикового періоду, обумовлені змінами орбіти Землі. Зміна стану континентальних льодів і коливання рівня морю в межах 130 метрів є в більшості регіонів ключовими наслідками зміни клімату.
[ред.] Світовий океан
У масштабі десятиліть кліматичні зміни можуть бути результатом взаємодії атмосфери і світового океану. Багато флуктуацій клімату, включаючи найбільш відому південну осциляцію Ель-Ніньо, а також північноатлантична і арктична осциляції, відбуваються частково завдяки можливості світового океану акумулювати теплову енергію і переміщенню цієї енергії в різні частини океану. У тривалішому масштабі в океанах відбувається термогалінна циркуляція, яка грає ключову роль в перерозподілі тепла і може значно впливати на клімат.
[ред.] Кліматична пам'ять
У більш загальному аспекті мінливість кліматичної системи є формою гістерезису, тобто це означає, що справжній стан клімату є не тільки наслідком впливу певних чинників, але також і всією історією його стану. Наприклад, за десять років засухи озера частково висихають, рослини гинуть, і площа пустель збільшується. Ці умови викликають, у свою чергу, менш рясні дощі в наступні за засухою роки. Тобто зміна клімату є саморегульованим процесом, оскільки навколишнє середовище реагує певним чином на зовнішні дії, і, змінюючись, саме здатне впливати на клімат.
[ред.] Некліматичні чинники і їх вплив на зміну клімату
[ред.] Парникові гази
Останні дослідження показують, що парникові гази є головною причиною глобального потеплення. Парникові гази мають також значення для розуміння кліматичної історії Землі. Згідно дослідженням, парниковий ефект, що виникає в результаті нагрівання атмосфери тепловою енергією, що утримується парниковими газами, є ключовим процесом який регулює температуру Землі.
Протягом останніх 600 млн років концентрація діоксиду вуглецю в атмосфері завдяки дії геологічних і біологічних процесів варіювалися від 200 до більш ніж 5 000 чнм. Проте в 1999 році Вейзер та інші показали, що впродовж останніх десятків мільйонів років немає строгої кореляції між концентрацією парникових газів і зміною клімату і що важливіша роль належить тектонічному руху плит літосфери. Пізніше Ройер та інші використовували кореляцію СО2 — клімат, щоб вивести значення «Чутливості клімату». Є декілька прикладів швидких змін концентрації парникових газів в земній атмосфері, що мають строгу кореляцію з сильним потепленням, серед яких термальний максимум палеоцену — еоцену та вимирання видів пермі — тріаса.
Зростаючий рівень діоксиду вуглецю вважається головною причиною глобального потеплення, починаючи з 1950 року. Згідно даним Міждержавної групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) від 2007 року, концентрація СО2 в атмосфері в 2005 році склала 379 чнм³, в доїндустріальний період вона складала 280 чнм³.
Щоб запобігти різкому потепленню найближчими роками, концентрація вуглекислоти повинна бути понижена до рівня, що існував до індустріальної епохи — до 350 частин на мільйон (0,035%) (зараз — 385 частин на мільйон і збільшується на 2 мільйонних долі (0,0002%) в рік, в основному через спалювання викопного палива і вирубку лісів)[1].
Є ідеї щодо геоінженерних методів вилучення вуглекислоти з атмосфери, зокрема, пропозиції ховати вуглекислий газ в тектонічних тріщинах або закачувати його в породи на океанському дні, однак ставлення до них вельми скептичне: вилучення 50 мільйонних доль газу за цією технологією коштуватиме, щонайменше, 20 трильйонів доларів, що в два рази більше національного боргу США[1].
[ред.] Тектоніка літосферних пліт
Впродовж тривалих відрізків часу тектонічні рухи плит переміщають континенти, формують океани, створюють і руйнують гірські хребти, тобто створюють поверхню, на якій існує клімат. Недавні дослідження показують, що тектонічні рухи посилили умови останнього льодовикового періоду: близько 3 млн років тому північно- і південноамериканська плити зіткнулися, утворивши Панамський перешийок і закривши шляхи для прямого змішування вод Атлантичного і Тихого океанів.
[ред.] Сонячне випромінювання
Сонце є основним джерелом тепла в кліматичній системі. Сонячна енергія, що перетворюється на поверхні Землі в тепло, є невід'ємною складовою формування земного клімату. Якщо розглядати тривалий період часу, то в цих рамках Сонце стає яскравішим і виділяє більше енергії, оскільки розвивається згідно головної послідовності. Це повільний розвиток впливає і на земну атмосферу. Вважається, що на ранніх етапах історії Землі Сонце було надто холодним для того, аби вода на поверхні Землі була рідкою, що привело до т. зв. "парадоксу слабкого молодого Сонця".
На коротших тимчасових відрізках також спостерігаються зміни сонячній активності: 11-річний сонячний цикл і триваліші модуляції. Проте 11-річний цикл виникнення і зникнення сонячних плям не відстежується явно в кліматологічних даних. Зміна сонячної активності вважається важливим чинником настання малого льодовикового періоду, а також деяких потеплень, що спостерігалися між 1900 і 1950 роками. Циклічна природа сонячної активності ще не до кінця вивчена; вона відрізняється від тих повільних змін, які супроводжують розвиток і старіння Сонця.
[ред.] Зміни орбіти
За своїм впливом на клімат зміни земної орбіти схожі з коливаннями сонячної активності, оскільки невеликі відхилення в положенні орбіти приводять до перерозподілу сонячного випромінювання на поверхні Землі. Такі зміни положення орбіти називаються циклами Міланковича, вони передбачаються з високою точністю, оскільки є результатом фізичної взаємодії Землі, її супутника Місяця і інших планет. Зміни орбіти вважаються головними причинами чергування гляціальних і інтергляціальних циклів останнього льодовикового періоду. Результатом прецесії земної орбіти є і менш масштабні зміни, такі як періодичне збільшення і зменшення площі пустелі Сахара.
[ред.] Вулканізм
Одне сильне виверження вулкана здатне вплинути на клімат, викликавши похолодання тривалістю декілька років. Наприклад, виверження вулкана Пінатубо в 1991 році істотно вплинуло на клімат. Гігантські виверження, що формують найбільші магматичні провінції, трапляються всього кілька разів в сто мільйонів років, але вони впливають на клімат протягом мільйонів років і є причиною вимирання видів. На початку учені вважали, що причиною похолодання є емітований в атмосферу вулканічний пил, оскільки він перешкоджає досягти поверхні Землі сонячному випромінюванню. Проте вимірювання показують, що більша частина пилу осідає на поверхні Землі протягом шести місяців.
Вулкани є також частиною геохімічного циклу вуглецю. Впродовж багатьох геологічних періодів діоксид вуглецю вивільнявся з надр Землі в атмосферу, нейтралізуючи тим самим кількість СО2, вилученого з атмосфери і зв'язаного осадковими породами та іншими геологічними поглиначами СО2. Проте цей внесок не порівняється по величині з антропогенною емісією оксиду вуглецю, яка, за оцінками Геологічної служби США, в 130 разів перевищує кількість СО2, емітованого вулканами.
[ред.] Антропогенна дія на зміну клімату
Антропогенні чинники включають діяльність людини, яка змінює навколишнє середовище і впливає на клімат. В деяких випадках причинно-наслідковий зв'язок прямий і недвозначний, як, наприклад, при впливі зрошування на температуру і вологість, в інших випадках цей зв'язок менш очевидний. Різні гіпотези впливу людини на клімат обговорювалися впродовж багатьох років. В кінці XIX століття в західній частині США і Австралії була, наприклад, популярна теорія «дощ йде за плугом» (англ. rain follows the plow).
Головноми проблемами сьогодні є концентрація СО2, що росте через спалювання палива в атмосфері, аерозолі в атмосфері, що впливають на її охолоджування, і цементна промисловість. Інші чинники, такі як землекористування, зменшення озонового шару, тваринництво і вирубка лісів, також впливають на клімат.
[ред.] Спалювання палива
Споживання людством палива з невідновлюваних джерел почало швидко рости під час промислової революції в 1850-х роках і з тих час лише збільшується. Спалювання вугілля, нафти та газу призводить до повернення в отмосферу вуглекислого газу зв’язано мільйони років тому. Внаслідок цього вміст СО2 в атмосфері зріс з ~280 чнм до 380 чнм. При такому зростанні передбачувана на кінець XXI століття концентрація складатиме більше 560 чнм. Відомо, що зараз рівень СО2 в атмосфері вищий, ніж коли-небудь за останні 750 000 років. Разом зі зростаючою концентрацією метану, ці зміни провіщають зростання температури на 1,4-5,6°С в проміжку між 1990 і 2100 роками.
[ред.] Аерозолі
Вважається, що антропогенні аерозолі, особливо сульфати, що викидаються при спалюванні палива, впливають на охолодження атмосфери. Вважають, що це є причиною відносного «плато» на графіці температур в середині XX століття.
[ред.] Цементна промисловість
Виробництво цементу є інтенсивним джерелом викидів СО2. Діоксид вуглецю утворюється, коли карбонат кальцію (CaCO3) нагрівають, щоб отримати інгредієнт цементу оксид кальцію (СаО або негашене вапно). Виробництво цементу є причиною приблизно 2,5 % викидів СО2 індустріальних процесів (енергетичний і промисловий сектори).
[ред.] Землекористування
Істотний вплив на клімат надає землекористування. Зрошування, вирубка лісів і сільське господарство корінним чином міняють навколишнє середовище. Наприклад, на зрошуваній території змінюється водний баланс. Землекористування може змінити альбедо окремо взятої території, оскільки змінює властивості підстилаючої поверхні і тим самим кількість поглененого сонячного випромінювання. Наприклад, припускають, що клімат Греції та інших середземноморських країн помінявся через масштабні вирубки лісів між 700 роком до н. е. і початком н. е. (деревина використовувалася для будівництва, кораблебудування і як паливо). Клімат став жаркішим і сухішим, а ті види дерев, які використовувалися в кораблебудуванні, не ростуть більше на цій території.
Згідно дослідженню 2007 року Лабораторії реактивного руху (Jet Propulsion Laboratory) середня температура в Каліфорнії зросла за останні 50 років на 2 °С, причому в містах це зростання набагато вище. Це є в основному наслідком антропогенної зміни ландшафту.
[ред.] Скотарство
Згідно звіту ООН «Довга тінь скотарства» від 2006 року худоба є причиною 18 % викидів парникових газів в світі. Це включає і зміни в землекористуванні, тобто вирубку лісу під пасовища. У тропічних лісах Амазонки 70 % вирубки лісів проводиться під пасовища, що послужило основною причиною того, що Продовольча і сільськогосподарська організація ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сільськогосподарському звіті за 2006 рік включила землекористування в сферу впливу скотарства. На додаток до викидів СО2, скотарство є причиною викиду 65 % оксиду азоту і 37 % метану, що мають антропогенне походження.
[ред.] Взаємодія чинників
Вплив на клімат всіх чинників, як природних, так і антропогенних, виражається єдиною величиною — радіаційним прогрівом атмосфери у Вт/м².
Виверження вулканів, зледеніння, дрейф континентів і зсув полюсів Землі — могутні природні процеси, що впливають на клімат Землі. У масштабі декількох років вулкани можуть грати головну роль. В результаті виверження вулкана Пінатубо в 1991 на Філіппінах на висоту 35 км було покинуто стільки попелу, що середній рівень сонячної радіації знизився на 2,5 Вт/м². Проте ці зміни не є довгостроковими, частинки відносно швидко осідають вниз. У масштабі тисячоліть визначальним клімат процесом буде, ймовірно, повільний рух від одного льодовикового періоду до наступного.
У масштабі декількох століть на 2005 рік в порівнянні з 1750 роком є комбінація різноспрямованих чинників, кожний з яких значно слабкіше, ніж результат зростання концентрації в атмосфері парникових газів, чий вплив оцінюється в 2,4–3,0 Вт/м². Вплив людини складає менше 1% від загального радіаційного балансу, а антропогенне посилення природного парникового ефекту — приблизно 2%, з 33 до 33,7 °С. Таким чином, середня температура повітря у поверхні Землі збільшилася з доіндустріальній епохи (приблизно з 1750 року) на 0,7 °С.
|
