Зміна клімату

Зміни температури, вмісту CO₂ та пилу в льодовиках Антарктики за останні 450 тисяч років за даними зі станції Восток

Змі́на клі́мату — коливання кліматичних параметрів атмосфери Землі в цілому або окремих її регіонів в часі. Вивченням змін клімату займаються науки палеокліматологія та кліматологія.

Останнім часом термін «зміна клімату» використовується як правило (особливо в контексті екологічної політики) для позначення зміни в сучасному кліматі (див. глобальне потепління).

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.

Причиною зміни клімату є динамічні процеси на Землі зумовлені природними та антропогенними чинниками. Природні чинники зміни клімату можуть бути космічного походження та не космічного характеру. Космічні процеси, що формують клімат, це зміни світимості Сонця; сонячного випромінювання; зміни параметрів орбіти Землі; катастрофи, наприклад падіння астероїду чи комети. Природні некосмічні фактори зміни клімату на Землі це:

• зміна прозорості атмосфери та її складу в результаті змін вулканічної активності;
• зміна відбивній здатності атмосфери та поверхні Землі альбедо;
• зміна кількості тепла, наявного в глибинах океану.

До антропогенних причин зміни клімату відноситься, в першу чергу, збільшення концентрації парникових газів в атмосфері утворених в наслідок діяльності людини, головним чином спалювання викопного палива. Також антропогенний вплив на клімат здійснюється від вирубки лісів, через діяльність сміттєвих звалищ та урбанізацію територій, викидів аерозольних частинок в результаті діяльності людини і т.п.

Звіт Міжурядової групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) від 2 лютого 2007 року свідчить, що підвищення глобальних середніх температур яке спостерігається з середини XX століття здебільшого викликано тим, що відбувається підвищення концентрації парникових газів антропогенного походження в атмосфері Землі. Помітний вплив людини зараз поширюється і на інші аспекти клімату, включаючи температуру океанічних вод, середню температуру на континентах, екстремальні температури, вітрові режими та ін. Вчені впевнено стверджують, що зміна клімату відбувається через негативний вплив людини і саме людство несе відповідальність за забруднення та глобальні зміни клімату.

Клімат та його зміни на Землі

Погода — це стан атмосфери в данний момент часу, що характеризується різними метеорологічними параметрами. Погода є хаотичною нелінеарною динамічною системою.

Клімат — синтез погодних умов даного району, що характеризується довгостроковими статистичними даними метеорологічних елементів (явищ) в цьому районі.

Клімат у вузькому сенсі цього слова зазвичай визначається як багаторічний середній режим погоди характерний для даної місцевості в силу її географічного положення. Кліматом прийнято розуміти усереднене значення погоди за тривалий проміжок часу. За визначенням Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО), класичним періодом для усереднень параметрів вважається 30 років. Відповідними кількісними параметрами найбільш часто є такі приземні параметри як температура, опади та вітер.

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.

Світовий океан

У масштабі десятиліть кліматичні зміни можуть бути результатом взаємодії атмосфери і світового океану. Багато флуктуацій клімату, включаючи найвідомішу 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.

Кліматична пам'ять

У загальнішому 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.

Некліматичні чинники і їх вплив на зміну клімату

Парникові гази

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 варіюється. Є декілька прикладів швидких змін концентрації парникових газів в земній атмосфері, що мають строгу кореляцію з сильним потеплінням, серед яких термальний максимум палеоцену — еоцену та вимирання видів пермі — тріаса.

Зростаючий рівень діоксиду вуглецю вважається головною причиною глобального потеплення, починаючи з 1750 року. Згідно з даними Міжнародної групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) від 2007 року, концентрація СО₂ в атмосфері в 2005 році була на рівні 379 ppm (частинок на мільйон), в доіндустріальний період - 280 ppm.

Щоб запобігти збільшенню глобальної середньорічної температури більше ніж на 2 градуси концентрація CO₂-еквіваленту в атмосфері Землі повинна бути знижена до рівня 350 ppm (0,035%) (зараз — 385 ppm і збільшується на 2 мільйонних долі (0,0002%) в рік, головним чином через спалювання викопного палива та вирубку лісів).

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.

Тектоніка літосферних плит

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.

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 з головною послідовністю. Цей 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 потеплінь, 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.

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 поверхню Землі. Такі зміни положення орбіти називаються циклами Миланковича, 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.

Вулканізм

Вулканізм є частиною геохімічного циклу вуглецю. Виверження вулканів є джерелом значного підвищення концентрації сульфатних аерозолів в атмосфері, тому здатні змінити енергетичний баланс Землі та клімат.

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.

Впродовж багатьох геологічних періодів діоксид вуглецю. 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.

Антропогенна дія на зміну клімату

Антропогенні чинники включають діяльність людини, яка змінює навколишнє середовище і впливає на клімат. В першу чергу, до антропогенних чинників змін клімату відноситься збільшення концентрації парникових газів в атмосфері, в основному вуглекислого газу, що викликає посилення парникового ефекту.

Інші причини – це викиди в атмосферу аерозолів, цементна промисловість та інші промислові процеси, які супроводжуються виділенням парникових газів. Інші чинники, такі як землекористування, зменшення озонового шару, тваринництво, вирубка лісів, та урбанізація також впливають на клімат.

В деяких випадках причинно-наслідковий зв'язок прямий і недвозначний, як, наприклад, при впливі зрошування земель на температуру і вологість, в інших випадках цей зв'язок менш очевидний. Різні гіпотези впливу людини на клімат обговорювалися впродовж багатьох років.

Спалювання палива

Споживання людством палива з невідновлюваних джерел почало швидко рости під час промислової революції в 1850-х роках і з тих часів лише збільшується. Спалювання вугілля, нафти та газу призводить до повернення в атмосферу вуглекислого газу, що був «законсервований» у вигляді вугводнів та вугілля мільйони років тому. Внаслідок цього вміст СО₂ в атмосфері зріс з ~280 ppm до 385 ppm. При таких темпах зростання прогнозується, що на кінець XXI століття концентрація вуглекислого газу в атмосфері Землі складатиме більше 560 ppm. Відомо, що зараз рівень СО2 в атмосфері Землі вищий, ніж коли-небудь за останні 750 000 років. Разом зі зростаючою концентрацією метану, прогнозується зростання температури на 1,4-5,6°С в проміжку між 1990 і 2100 роками.

Аерозолі

Аерозолі - дрібні частинки, розміром в декілька десятих доль мікрона, які знаходяться в атмосфері у зваженому стані. Вони утворюються в результаті хімічних реакцій між газоподібними забруднюючими речовинами, від лісових пожеж, сільськогосподарської діяльності, від викидів підприємств і транспорту. Аерозолі роблять нижні шари тропосфери (до 10 км) менш прозорими та розсіюють енергію, яка надходить до Землі, що знижує температуру приземного шару атмосфери. Різні типи аерозолів можуть мати результуючий охолоджуючий або нагріваючий ефект. Взаємодія аерозолів із рідкою водою в хмарах, викликаючи непрямий ефект альбедо та підсилювати хмарний покрив Землі.

Дія аерозолів досить локальна, адже зазвичай вони знаходяться в атмосфері недовго.

Цементна промисловість

Виробництво цементу є значущим 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).

Землекористування

Значний вплив на клімат здійснюється землекористуванням людини. Зрошування, вирубка лісів і сільське господарство здатні повністю змінити 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 поглиненого сонячного випромінювання. Наприклад, існують припущення, що клімат Греції та інших середземноморських країн змінився 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 з дослідженням 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.

Скотарство

Відповідно до 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.

Взаємодія чинників

Вплив на клімат всіх чинників, як природних, так і антропогенних, виражається єдиною величиною — радіаційним прогрівом атмосфери у Вт/м².

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.

Глобальна концентрація вуглекислого газу, метану та закису азоту значно збільшилася в результаті діяльності людини та вже далеко переважає значення періоду до 1750 року.

Природна дія на клімат виникає в наслідок змін на Сонці та вивержень вулканів. Але різниця в оцінках радіаційної взаємодії чинників, від зміни сонячного випромінювання та активності вулканів, з початку 1750 року та в теперішній часом вкрай мала у порівнянні з різницею радіаційного впливу людини. Як наслідок, радіаційний вплив спричинений антропогенними факторами має значно більшу вагу для сучасних та майбутніх кліматичних змін у порівнянні від змін в природних процесах.

Середня температура повітря у поверхні Землі збільшилася з доіндустріальної епохи (приблизно з 1750 року) на 0,7 °С.

Див. також

• Глобальне потепління
• Малий льодовиковий період

Джерела

• Заморока А.М. Сонячна активність і глобальні похолодання // Станіславівський натураліст,17.VIII.2012.
• Заморока А.М. Глобальні потепління: яка їх природа? // Станіславівський натураліст,17.VIII.2012.
• Заморока А.М. Потепління глобальне, та не настільки... // Станіславівський натураліст,30.XI.2011.
• Матеріал для цієї статті використано з Російської Вікіпедії.

Посилання

• Робоча група неурядових екологічних організацій з питань зміни клімату
• Ocean Motion: Satellites Record Weakening North Atlantic Current (англ.)
• United Nations University's 'Our World 2' Climate Change Video Briefs (англ.) Accessed 22 January 2009