Как Земля сохраняет тепло

Парниковый эффект

Парниковый эффект — это не плохо. Без него средняя температура Земли была бы около -18°C (0°F): слишком холодно для жидкой воды или жизни в том виде, как мы её знаем.

Вот как это работает:

1. Солнце посылает энергию на Землю в виде видимого света.

2. Поверхность Земли поглощает этот свет и переизлучает его в виде инфракрасного излучения (тепла).

3. Определённые газы в атмосфере: углекислый газ (CO₂), метан (CH₄), водяной пар (H₂O) и оксид азота (N₂O): поглощают это инфракрасное излучение вместо того, чтобы оно уходило в космос.

4. Эти газы повторно излучают тепло во всех направлениях, в том числе обратно к поверхности Земли.

Именно это поддерживает на нашей планете комфортную среднюю температуру около 15°C (59°F).

Проблема не в самом парниковом эффекте: она в том, что мы усиливаем его, добавляя в атмосферу всё больше этих газов.

Что показывают доказательства

Доказательства изменения климата

Климатическая наука основана на множестве независимых линий доказательств. Вот основные из них:

Ледяные керны: Учёные бурят глубокие скважины в ледяных щитах Антарктиды и Гренландии, извлекая цилиндры льда, содержащие крошечные пузырьки древней атмосферы. Эти пузырьки позволяют измерять CO₂ и температуру за последние 800 000 лет. Данные показывают, что CO₂ и температура всегда изменялись вместе: и что текущие уровни CO₂ намного выше, чем за весь этот 800 000-летний период.

Кривая Килинга: В 1958 году Чарльз Дэвид Килинг начал измерять атмосферный CO₂ на обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. Его измерения показывают неуклонный рост с 315 ppm до более чем 420 ppm сегодня, с характерным пилообразным рисунком, вызванным сезонным ростом растений.

Температурные записи: Данные термометров с 1850-х годов показывают чёткую тенденцию к потеплению, особенно с 1980 года. Все десять самых тёплых лет в истории наблюдений пришлись на период после 2010 года.

Подъём уровня моря: Глобальный уровень моря поднялся примерно на 20 см (8 дюймов) с 1900 года, а скорость подъёма ускоряется. Это происходит из-за двух причин: термического расширения (тёплая вода занимает больше объёма) и таяния льда.

Отступление ледников: Ледники по всему миру сокращаются. В национальном парке Глейшер в Монтане в 1850 году было 150 ледников; сегодня осталось менее 25.

Закисление океана: Океан поглощает около 30% CO₂, который мы выбрасываем. Это приводит к образованию угольной кислоты, из-за чего вода становится более кислой: с доиндустриальных времён кислотность выросла на 26%. Это угрожает коралловым рифам и моллюскам.

Выделенный нами углерод

Как люди изменили атмосферу

В течение миллионов лет углерод находился под землёй в виде угля, нефти и природного газа: остатки древних растений и морских организмов, погребённых и сжатых за геологическое время.

Начиная с Промышленной революции около 1760 года, мы начали добывать эти ископаемые виды топлива и сжигать их для получения энергии. При сжигании углеродсодержащего топлива углерод соединяется с кислородом, выделяя CO₂ в атмосферу.

Цифры:

- CO₂ до промышленной революции: примерно 280 ppm

- Текущий уровень CO₂: более 420 ppm: увеличение на 50%

- Человек ежегодно выбрасывает примерно 36 миллиардов тонн CO₂

Другие основные источники парниковых газов:

- Вырубка лесов: Деревья поглощают CO₂. Их вырубка удаляет поглотитель углерода И высвобождает накопленный углерод.

- Сельское хозяйство: Рисовые поля и животноводство производят метан. Удобрения выделяют закись азота. Сельское хозяйство даёт около 10% глобальных выбросов.

- Производство цемента: При производстве цемента из известняка выделяется CO₂. На него приходится около 8% глобальных выбросов.

Природный углеродный цикл перемещает углерод между атмосферой, океанами, почвой и живыми организмами. Но мы нарушили этот цикл, добавив углерод, который миллионы лет безопасно хранился под землёй.

Что происходит дальше

Последствия потепления мира

Изменение климата — это не только повышение температуры. Оно запускает каскад взаимосвязанных эффектов:

Повышение уровня моря: Термическое расширение воды плюс таяние ледяных щитов могут поднять уровень моря на 0,3–1 метр к 2100 году. Сотни миллионов людей живут в прибрежных районах, которые могут пострадать.

Экстремальная погода: Более тёплый воздух удерживает больше влаги, что приводит к более интенсивным осадкам и наводнениям. Более высокие температуры океана усиливают ураганы. Засухи усугубляются в уже засушливых регионах.

Нарушение экосистем: Виды вынуждены мигрировать, адаптироваться или вымирать. Коралловые рифы обесцвечиваются и погибают в более тёплой и кислой воде. Вегетационные периоды смещаются, что сказывается на сельском хозяйстве.

Обратные связи

Некоторые последствия потепления на самом деле вызывают ещё большее потепление: их называют положительными обратными связями (здесь «положительные» означает самоподкрепляющиеся, а не «хорошие»):

- Таяние вечной мерзлоты: Арктическая вечная мерзлота содержит огромные запасы метана и CO₂ из древнего органического вещества. По мере потепления Арктики мерзлота тает и высвобождает эти газы, что вызывает дополнительное потепление, которое растапливает ещё больше мерзлоты.

- Ледово-альбедо обратная связь: Белый лёд отражает солнечный свет. Когда лёд тает, он обнажает тёмный океан или сушу, они поглощают больше тепла, что приводит к таянию ещё большего количества льда.

- Обратная связь водяного пара: Тёплый воздух удерживает больше водяного пара, который сам по себе является парниковым газом, удерживающим больше тепла.

Что мы можем сделать

Подходы к решению проблемы изменения климата

Существует сильный научный консенсус, что изменение климата реально, вызвано человеком и представляет собой серьёзную проблему. Но существует настоящая, легитимная дискуссия о наилучших способах реагирования. Вот основные категории:

Смягчение последствий: сокращение выбросов:

- Возобновляемая энергия (солнечная, ветровая, гидроэлектроэнергия, геотермальная)

- Атомная энергетика (нулевой углеродный след, но вызывает опасения по поводу отходов и безопасности)

- Электрификация транспорта

- Повышение энергоэффективности

- Сокращение обезлесения

Адаптация: подготовка к уже происходящим изменениям:

- Строительство морских стен и защитных сооружений от наводнений

- Разработка засухоустойчивых культур

- Переселение уязвимых сообществ

- Улучшение систем раннего оповещения об экстремальных погодных явлениях

Удаление углерода: извлечение CO₂ из атмосферы:

- Лесовосстановление и секвестрация углерода в почве

- Технология прямого захвата углерода из воздуха (в настоящее время дорогая и энергоёмкая)

- Ускоренное выветривание минералов

Политические подходы:

- Углеродные налоги или системы cap-and-trade

- Международные соглашения (Парижское соглашение)

- Регулирование выбросов

- Субсидии на чистую энергию

Дебаты об индивидуальном и системном:

Некоторые считают, что важнее всего личный выбор (меньше ездить на автомобиле, меньше потреблять мясо, сокращать отходы). Другие утверждают, что только системные изменения — политика, инфраструктура, технологии — могут работать в масштабах. Большинство экспертов считают, что нужны оба подхода.

Что вы запомните?

Подведение итогов

Сегодня мы рассмотрели много материала:

- Парниковый эффект и почему он важен

- Множественные доказательства того, что изменение климата реально и ускоряется

- Как человеческая деятельность нарушила углеродный цикл

- Последствия и обратные связи, усиливающие потепление

- Диапазон предлагаемых и обсуждаемых решений

Климатическая наука основана на физике, химии, геологии, биологии и данных со всех континентов и океанов. Её понимание требует именно такого основанного на доказательствах мышления, которое делает науку настоящей.