Антропогенні зміни клімату Землі

У формуванні загального обличчя планети провідна роль належить клімату. Клімат - це характерна для даної місцевості багаторічна сукупність умов погоди. Основними кліматоутворю-ючими факторами є сонячна радіація, циркуляція атмосфери і підстилаюча поверхня. Тип клімату залежить від режиму температури і опадів. Іноді виділяють типи клімату окремих географічних зон. Поряд із природними факторами на глобальні кліматичні умови впливає й антропогенний фактор.

Вперше цей вплив став проявлятися тисячі років тому, коли у зв'язку з розвитком землеробства в засушливих районах почало широко застосовуватися штучне зрошування. Поширення землеробства в лісовій зоні також призводило до деяких змін клімату внаслідок вирубування лісів на великих ділянках.

У подальшому на кліматичних умовах позначалась побудова міст, створення водоймищ й здійснення різних меліоративних заходів, а також лісонасаджень.

Слід зазначити, що зміни клімату в основному обмежувались змінами метеорологічних умов лише в нижньому шарі повітря в тих районах, де здійснювалися вищезгадані господарські заходи.

У наш час у зв'язку з швидким розвитком промисловості та зростанням енергоозброєння виникли перспективи зміни клімату на всій планеті.

Динаміка змін клімату під впливом різних антропогенних факторів відображена в таблиці 7.2.

Таблиця 7.2. Динаміка змін клімату під впливом різних антропогенних факторів

Основні антропогенні фактори	Найважливіші зміни
Викиди пиловидних відходів в атмосферу наземними об'єктами і засобами повітряного транспорту	Зниження надходження сонячної радіації, зменшення кількості ясних днів за рахунок збільшення хмарності, збільшення опадів; у результаті — зменшення температури атмосфери
Викидання вуглекислого газу в атмосферу	Зменшення тепловіддачі Землі в космічний простір внаслідок парникового ефекту, що призводить до підвищення температури атмосфери
Виробництво всіх видів енергії	Нагрівання атмосфери, порушення теплового балансу Землі
Опалення приміщень у населених пунктах	Місцеве підвищення температури (на 6-7°С взимку)
Вирубування лісів на великих площах	Осушення місцевого клімату, підсилення вітрів у приземному шарі атмосфери, зменшення кількості опадів
Створення водосховищ із великою масою води	Вирівнювання річної амплітуди температури, утворення місцевих регулярних вітрів, зменшення кількості опадів і збільшення кількості ясних днів
Осушення території	Зниження вологості повітря, підвищення його температури
Зрошення	Підвищення вологості повітря, зниження його температури

Найбільш істотними змінами глобального клімату Землі є виникнення парникового ефекту і як його наслідок - глобальне потепління клімату.

Парниковий ефект атмосфери — це захисна дія атмосфери в процесі променистого теплообміну Землі з космічним простором. Ефект ґрунтується на здатності атмосфери пропускати короткохвильові видимі промені Сонця до земної поверхні і нагрівати її. У результаті нагрівання Земля випромінює довгохвильові інфрачервоні невидимі для людського ока промені, більша частина яких затримується атмосферою і нагріває її. Нагріта таким чином атмосфера надсилає до Землі зустрічне випромінювання, компенсуючи значною мірою втрату тепла земною поверхнею (рис. 7.1). Таким чином, парниковий ефект існував у природі незалежно від діяльності людини і без нього життя на Землі було б неможливе.

Але в останні 50 років посилився антропогенний вплив на земну атмосферу. У результаті

відбулося подсилення парникового ефекту та глобальне потепління клімату на Землі.

Розглянемо антропогенні фактори виникнення парникового ефекту.

Основною причиною є експоненціальне зростання самого населення на земній кулі. Для

отримання нового життєвого простору здійснюється масове знищення тропічних лісів,

які є потужним продуцентом кисню і поглиначем вуглекислого газу з атмосфери.

Щорічно у світі знищується від 16 до 20 млн. га тропічних лісів. Сьогодні наявна

фітомаса планети здатна абсорбувати лише 60% від загальної кількості відходів так

званих парникових газів.

Вкрита лісом площа України становить 9,4 млн. га. Ліси України здатні створити близько 100 млн. т органічних речовин на рік і вилучити з атмосфери понад 180 млн. т вуглекислого газу та виділити 130 млн. т кисню. їх потужність складає 40% від потреби (щорічні викиди вуглекислого газу в Україні становлять 430 млн. т на рік).

До основних парникових газів належать вуглекислий газ СО₂, метан СН₄ і оксид азоту N₂О. Ці гази найбільш активно поглинають інфрачервоне випромінювання. До них належить ще цілий ряд менш поширених газів.

Основними джерелами викидів вуглекислого газу в атмосферу є спалювання твердого та рідкого палива. Далі йдуть - випалювання лісів, виробництво цементу, спалювання факелів природного газу при добуванні нафти. У світі зараз функціонує понад 1300 великих ТЕС, які щоденно спалюють 4,5 млрд. т вугілля. Півсотні держав світу добувають і використовують його як джерело енергії й тепла для промислових та комунальних потреб. Очікується зростання валового видобутку вугілля, головним чином у Китаї, Індії, Бразилії, які володіють стратегічними його запасами. Лише КНР добуває сьогодні 1 млрд. т вугілля на рік.

При спалюванні вугілля утворюється більше вуглекислого газу на 1 одиницю енергії, ніж при згоранні нафти і природного газу. На 1 тонну спаленого вугілля припадає 2,5 тонни вуглекислого газу, пилу, твердих відходів (шлак, зола). Крім цього, в атмосферу потрапляє чимало оксидів сірки й азоту, що є причиною випадання кислотних дощів.

Щороку спалюється 3,2 млрд. т нафти і нафтопродуктів. В атмосферу викидається величезна кількість оксидів вуглецю, азоту, сірки, які, окрім теплового ефекту, викликають кислотні дощі та токсично діють на живі організми.

Найбільші джерела викидів метану - рисові поля, домашня худоба, анаеробна ферментація сміття, добування вугілля і транспортування природного газу.

Від вирубування і спалювання лісів, розчищення землі під пасовища і ріллю в атмосферу надходить додатково 1-2 млрд. т вуглекислого газу; близько 5-6 млрд. т - внаслідок спалювання викопного органічного топлива. Додатковий вуглекислий газ накопичується в атмосфері швидше, ніж поглинається шляхом біологічних процесів, підсилюючи природний парниковий ефект.

Частки деяких держав у глобальних викидах вуглекислого газу такі: СІЛА - 22%, Росія і Китай - по 11%, Німеччина і Японія - по 5%. '

Спеціалістами встановлено, що в 1980 р. в 1 м³ повітря знаходилось 280 см³ вуглекислого газу, у 1990 р. - 355 см³, а в кінці XXI сторіччя його вміст склав до 500 см³.

Наслідком парникового ефекту є глобальне потепління клімату Землі. За останні 100 років 1998 рік був найбільш теплим. За деякими оцінками, у порівнянні з періодом з 1961 по 1990 рік середня температура Землі зросла на 0,58 градуси за Цельсієм. Кліматологи розцінили це як різке її підвищення. Також відмічено, що після 1990 року впродовж семи років спостерігалася рекордно висока температура, а десять найбільш теплих років зафіксовані з 1983 року. Минулі два сторіччя, імовірно, були найбільш спекотними за останні 1200 років. У 1998 році в центральній частині Росії від жари загинуло більше ста чоловік і виникли пожежі на значних площах.

Згідно звіту Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО), 2000 рік зайняв п'яте-шосте місце за середньою температурою за всю історію спостережень з 1860 р. Середньорічна температура в 2000 р. на 0,6°С перевищувала аналогічний показник початку століття і на 0,32°С - середню температуру за 1961-1990 рр.

Потепління клімату на планеті відбувається нерівномірно -у високих широтах зміни температури майже в 3,5 рази більші ніж біля екватора і яскравіше виражені взимку (у бореальних областях зменшилася кількість морозних зим). У Північній півкулі середнє зростання температури на 0,3°С більше, ніж Південній, над континентами воно досягає 1,6°С, а над океаном -0,8°С. В результаті цього в багатьох районах клімат став нестабільним, в окремих місцях навіть похолодало. У деяких районах Азії і Африки частішими і тривалішими стали посухи. У ефекта Ель-Ніньо змінилися навіть характеристики: період активності (від 11 до 4-5 років), масштаби (у 1977-1998 рр. його протяжність досягала 7000 км при ширині 1200 км) і варіювання температур (від 1 до 9°С).

Якщо людство не вживе заходів щодо скорочення викидів парникових газів (тільки концентрація вуглекислого газу в атмосфері збільшилася в порівнянні з доіндустріальною епохою на 28%), то до середини кінця нинішнього століття середня глобальна температура приземної атмосфери підвищиться на 1,5-5,8°С.

При глобальному потеплінні зміниться характер температур - сезонний і регіональний. Найбільші зміни температур будуть спостерігатися взимку у високих широтах. Влітку температурні зміни тут будуть майже вдвічі меншими, ніж узимку. У зоні між екватором і шестидесятою паралеллю температурні зміни будуть незначними.

По мірі потепління клімату більш інтенсивне проникнення теплого вологого повітря в напрямі полюсу може привести до збільшення кількості опадів у цих широтах.

Парниковий ефект може привести до розтавання морських льодів Арктики. Морські льоди Арктики є складовою частиною загальної кліматичної системи Землі і їх зникнення буде супроводжуватися різким підвищенням температури нижніх шарів повітря в холодну пору року. Температура підлідної води в районі Північного полюса зросла майже на два градуси, що викликало підтавання льоду знизу. За останні 10 років товщина льодового покриву в Північному льодовитому океані скоротилася на 40%. За різними прогнозами до 2100 р. внаслідок розтавання льодів рівень моря підніметься майже на метр.

Наступний наслідок - підвищення рівня світового океану в результаті розтавання невеликих льодовиків і теплового розширення океанічних вод. Це може викликати механічне руйнування західної частини Антарктиди. Оскільки ця частина буде розвати в океані, то це, звичайно, викличе підняття рівня води. Найбільші прибережні міста - Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Лондон, Венеція, Шанхай, Санкт-Петербург - будуть затоплені. Значну астину своєї території можуть втратити Голландія і Бангладеш. За прогнозами рівень води в океані до 2030 р. підвищиться я 20 см, а до кінця третього тисячоліття - на 65 см.

З часом у води Індійського океану почнуть сповзати гігантські айсберги. На думку спеціалістів, це викличе появу припливних хвиль надзвичайної руйнівної сили. Під ударом виявляться Мальдиви, Шрі-Ланка і узбережжя Індії.

Як стверджують спеціалісти, Алтайські гори і Кавказ за останні 150 років втратили майже 70% свого льодовикового покриття. Вже зараз розтало кілька тисяч квадратних кілометрів льодовиків в Антарктиді. Цілий каскад повеней влітку і восени 1997 р. в Євразії (найбільша за 1000 років повінь на Одері) пов'язують із розтаванням Арктичної «полярної шапки» планети і надходженням в активний обіг величезних мас води.

В останні 25 років відзначена різка активізація підвищення рівня Чорного моря - в 1,8-3,6 рази. Передбачається, що зростання його рівня відбуватиметься в геометричній прогресії і в перші десять років XXI сторіччя він може досягнути 24-115 мм/рік, що розцінюється як катастрофа.

Затоплення територій викличе масову міграцію населення з приморських регіонів. За даними ООН у XXI сторіччі з цієї причини очікується міграція 75 млн. чоловік.

Прогнозується різке підвищення зимової температури в полярних областях по мірі відступання межі морського льоду до полюсу. Збільшення плопц відкритої водної поверхні і зменшення товщини морського льоду викличе, імовірно, трикратне підвищення температури нижнього шару атмосфери в полярних областях порівняно з середньоглобальним потеплінням.

Збільшення нагрівання земної поверхні приведе до більш інтенсивного випаровування і відповідно до збільшення середньо-глобальної кількості опадів, хоча в окремих регіонах можливе зменшення кількості опадів. Збільшиться частота посух в Європі, Північній Америці і континентальній Азії. В Україні загостриться проблема гарантованого водопостачання ряду районів.

Глобальне потепління може викликати літнє висихання і нагрівання ґрунту в континентальних районах у зоні середніх широт. Це висихання ґрунту пов'язане, головним чином, з більш раннім розтаванням снігів і випаданням опадів, а також із більш раннім зменшенням вологості ґрунту в період переходу від весни до літа.

Зменшення концентрації озону у верхній стратосфері призведе до зменшення поглинання ультрафіолетового випромінювання Сонця і відповідно до зменшення її нагрівання. Підвищення концентрації в стратосфері вуглекислого газу та інших парникових газів, які поглинають променисту енергію, підсилить випромінювання тепла із стратосфери. Зниження нагрівання в поєднанні зі збільшенням охолодження приведе до значного зниження температури верхньої атмосфери.

Глобальне потепління завдасть значної шкоди морським екосистемам. Затоплення прибережного мілководдя викличе скорочення вилову морепродуктів, бо загинуть цінні види риб, збідніє видова різноманітність флори і фауни, порушиться гідрохімічний і гідробіологічний режим вод.

Перегрівання планети призведе до розвитку непередбачених подій. На одних територіях будуть переважати урагани, вітри, смерчі, суховії, ерозія ґрунту та інші екологічні лиха, на інших - повені, зливи, затоплення населених пунктів, сільськогосподарських угідь тощо.

Наслідком глобального потепління області «Гренландія-Середня Азія» є ослаблення теплої течії Гольфстріму і можлива її заміна на холодну течію з півночі. З «грілки» для Західної Європи і кліматичного стабілізатора для Північної Америки ця течія перетвориться в «холодильник» для країн цього регіону. Найбільше постраждають Франція, Англія і СІЛА. Деякі вчені вважають, що знаменита тепла течія Гольфстрім уже припинила своє існування.

Зміни клімату негативно вплинуть на здоров'я людей - через підсилення теплового стресу в південних районах і внаслідок поширення багатьох видів захворювань.

Негативний вплив парникових газів на клімат Землі очевидний і тому виникає необхідність розробки ефективних заходів боротьби з забрудненнями атмосфери.

Найбільш доступним заходом зв'язування вуглекислого газу є лісонасадження. Розроблена американськими експертами програма лісорозведення передбачає щорічне висаджування одного мільярда дерев протягом кількох років, що дозволить у найближчі два десятиріччя знизити вміст вуглекислого газу в атмосфері США на 5%. При щорічному висаджуванні 20 млрд. дерев із повітряного простору США можна буде видаляти 67% щорічних викидів вуглекислого газу. На реалізацію цього проекту необхідно 30-50 років. Аналогічні заходи були розроблені в Бразилії. Але їх масштаби не відповідають сучасним потребам. Експерти ООН встановили, що на місце кожних 10 зрубаних дерев висаджується тільки одне нове.

Розв'язання проблеми запобігання змінам клімату повинне включати комплекс технічних, адміністративних і економічних заходів.

Технічні заходи передбачають, у першу чергу, впровадження ефективних шляхів виробництва і використання енергії:

- зниження споживання палива з високим вмістом вуглецю (наприклад, перехід з вугілля на газ);

- вдосконалення технології спалювання вугілля;

- впровадження технології високоефективного виробництва енергії (газові турбіни та ін.);

- використання невикопних джерел енергії (введення відновних екологічно чистих джерел);

- розробка технологій поглинання вуглекислого газу з атмосфери.

Серед технічних заходів - лісонасадження і збільшення продуктивності лісів.

Економічні заходи передбачають застосування податків та інших економічних стимулів для скорочення викидів парникових газів, а також видачу державними органами ліцензій на виробництво енергії на конкурсній основі, виходячи з екологічності запропонованих проектів.

Серед інших економічних заходів - податкові пільги, низькопроцентні кредити і прямі державні субсидії, які заохочують використання високоекологічних технологій.

Адміністративні заходи - встановлення гранично допустимих концентрацій вуглекислого газу у викидах.

У 1992 р. була підписана Конвенція ООН про зміну клімату, мета якої полягає в тому, щоб досягти стабілізації парникових газів в атмосфері на рівні, який не допускає небезпечного антропогенного впливу на кліматичну систему.

5. Парниковий ефект - це проблема, пов'язана з промисловою діяльністю людства, але цю проблему можна зменшити при грамотному підході і захисту навколишнього середовища.

В даний час все більш актуальним стає питання про зміну клімату Землі в результаті впливу господарської діяльності людини. Особливу тривогу викликає збільшення концентрації парникових газів в атмосфері, яке призводить до нагрівання поверхні Землі і нижньої атмосфери і, можливо, є однією з основних причин спостережуваного в останні десятиліття потепління клімату. Частина сонячної радіації, що залишилася після відбиття, поглинається земною поверхнею і переходить в тепло. Як відомо, всяке тіло, що має температуру, відмінну від абсолютного нуля (-273 ° С), є джерелом випромінювання. Чим вище температура тіла, тим більше енергії і тим коротші довжини хвиль воно випромінює. Температура земної поверхні значно нижче температури на поверхні Сонця і коливається від 190 до 350 К. У відповідності з цими температурами земна поверхня випромінює довгохвильову радіацію в області спектра 4 - 120 мкм. Ця радіація називається власним випромінюванням земної поверхні. Атмосфера нагрівається в результаті порівняно малого поглинання короткохвильової сонячної радіації і сильного поглинання власного випромінювання земної поверхні. Крім того, атмосфера отримує тепло від земної поверхні шляхом теплопровідності і при конденсації водяної пари. Нагріта таким чином атмосфера випромінює інфрачервону радіацію приблизно в тому ж діапазоні довжин хвиль, що і земна поверхня. Атмосферна радіація, спрямована вниз, називається зустрічним випромінюванням. Атмосфера захищає Землю від надмірного нагрівання та охолодження: вона грає роль «ковдри», який утримує тепло. При відсутності атмосфери температура земної поверхні була б -23DC, при якій життя на Землі практично неможлива. Завдяки ж атмосфері вона дорівнює + 15 ° С. Ця властивість атмосфери називають парниковим ефектом за аналогією з теплицями і оранжереями, що вони бережуть внутрішнє тепло для рослин. Таким чином, на додаток до поглиненої сонячної радіації зустрічне випромінювання атмосфери - важливе джерело тепла для земної поверхні. Зі збільшенням хмарності зустрічне випромінювання зростає, оскільки самі хмари сильно випромінюють довгохвильову радіацію. Гази, що створюють в атмосфері екран, що затримує інфрачервоні промені, і сприяють в результаті цього нагріванню поверхні Землі і нижніх шарів атмосфери, називаються парниковими. Вони були присутні в атмосфері в незначній кількості майже на всьому протязі історії Землі. Найбільш Значний природний парниковий газ - водяна пара Н20. Він поглинає і випромінює довгохвильову інфрачервону радіацію в діапазоні довжин хвиль 4,5 - 80 мкм. Вплив водяної пари на парниковий ефект є визначальним і створюється переважно смугою поглинання 5 - 7,5 мкм. Тим не менше, частина випромінювання поверхні Землі в областях спектру 3 - 5 мкм і 8 - 12 мкм, званих вікнами прозорості, йде крізь атмосферу у світовий простір. Парниковий ефект водяної пари посилюється смугами поглинання вуглекислого газу, який потрапляє в атмосферу в результаті вулканічної діяльності, природного кругообігу вуглецю в природі, гниття органічних речовин у грунті при нагріванні, а також людський діяльності, головним чином внаслідок спалювання викопного палива (вугілля, нафти, газу ) та знищення лісів. Крім вуглекислого газу в атмосфері збільшується вміст таких парникових газів, як метан, закис азоту і тропосферний озон. Метан надходить в атмосферу з боліт і глибоких тріщин в земній корі. Збільшенню його концентрації сприяють розвиток сільськогосподарського виробництва (особливо розширення рясно зрошуваних рисових полів), збільшення поголів'я худоби, спалювання біомаси та видобуток природного газу. Концентрацію закису азоту збільшують використання азотних добрив, викиди літаків, а також процеси окислення. Озон в тропосфері збільшується в результаті хімічних реакцій під дією сонячних променів між вуглеводнями і оксидами азоту, що утворилися внаслідок спалювання викопного палива Концентрація цих газів зростає швидше, ніж концентрація вуглекислого газу, і в майбутньому їх відносний внесок у парниковий ефект атмосфери може збільшитися. Зростанню парникового ефекту атмосфери сприяє також збільшення концентрації сильно поглинаючого аерозолю індустріального походження (сажа) з радіусом частинок 0,001 - 0,05 мкм. Збільшення в атмосфері Землі змісту парникових газів і аерозолів може значно підвищити глобальну температуру і викликати інші кліматичні зміни, екологічні та соціальні наслідки яких поки важко передбачити.