Libmonster ID: UA-1573

 Автор: Сорохтин О. Г.

Доктор физико-математических наук О. Г. СОРОХТИН,

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

стр. 40


Существуют на первый взгляд очевидные истины, которые часто принимают просто на веру. До открытия Коперника в 1543 г. (да и долго после него) очевидным казалось, что Солнце вращается вокруг Земли, а не наоборот. И доказательством тому считали ежедневное - с утра до вечера - движение светила по небосводу с востока на запад. Аналогичная ситуация "очевидности" возникла сейчас в связи с идеей парникового эффекта земной атмосферы. Дело в том, что содержащиеся в ней углекислый газ, метан, озон поглощают тепло, идущее от прогретой поверхности планеты, за счет чего нагревается и воздух. Многие ученые делают вывод: чем больше в атмосфере накапливается таких газов, особенно СО 2 , тем теплее становится климат. Вроде бы, очевидно? Но вероятность этого еще надо проверить.


Статьи данной рубрики отражают мнение автора (прим. ред.)

стр. 41


Экспериментально определенная зависимость температуры в тропосфере и стратосфере Земли от высоты (кривая 4) и в тропосфере Венеры (1 и 2) в сопоставлении с соответствующими теоретическими распределениями (5 и 3), построенными по адиабатической теории парникового эффекта.

РЕАЛЬНА ЛИ УГРОЗА?

Идею о разогреве земной атмосферы парниковыми газами впервые высказал в конце XIX в. шведский ученый Сванте Аррениус, и с тех пор она принимается как само собой разумеющееся. Эта точка зрения и сейчас доминирует в заключениях Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), организаций Гринпис, Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирной метеорологической организации (ВМО), а также в выводах ряда российских экологических и научных объединений. Она отражена и в решениях международных экологических конгрессов в Рио-де-Жанейро (1992 г.) и Киото (1997 г.). По прогнозам сторонников этой идеи, к 2100 г. средняя температура воздуха может возрасти на 2,5-5 С, а в связи с таким потеплением уровень воды в океане повысится на 0,6- 1 м. В итоге не исключены серьезные проблемы для густонаселенных районов побережий континентов, а в России - для газо- и нефтедобывающих предприятий в низменных зонах ее северной части. Прогнозируют и другие губительные для природы последствия глобального потепления - расширение пустынь, эрозию почв и т.д.

Правительства развитых стран, часто под давлением экологических организаций, вынуждены выделять огромные средства на предотвращение последствий потепления климата, якобы связанного с антропогенными выбросами в атмосферу парниковых газов. Насколько оправданы эти расходы? Действительно ли накапливающийся в атмосфере СО^ представляет реальную угрозу?

При ближайшем знакомстве с проблемой выяснилось: о парниковом эффекте говорят много, но его теоретического обоснования в науке нет. В разное время специалисты выясняли влияние концентрации СО 2 на климат Земли, причем по разным моделям, в которые они вводили многочисленные и не всегда устойчивые параметры. И чем больше их было, тем модель считалась ближе к реальности. В результате подобного подхода выводы оказывались некорректными, поскольку на самом деле модель тем устойчивее, чем меньше в ней использовано исходных параметров.

Когда я попытался построить теорию парникового эффекта, оказалось: наиболее перспективный подход к ней - синергетический. Суть его в следующем. Атмосфера Земли - яркий пример открытой диссипативной (рассеивающей энергию) системы, описываемой нелинейными уравнениями математической физики. Это означает, что в определенных масштабах пространства и времени в ней возможна самоорганизация физических полей и формирование устойчивых термодинамических структур. Применяя такой подход, при расчетах следует пользоваться только наиболее значимыми параметрами среды и определяющими характеристиками управляющего процесса. Например, осредненным значением энергии поступающего на Землю солнечного излучения, средним давлением атмосферы, ее молекулярным весом и теплоемкостью. Надо также учесть действие отрицательной обратной связи между альбедо (отражающей способностью) тропосферы и средней температурой земной поверхности. В этом случае можно получить наиболее достоверные, осредненные для всей планеты характеристики парникового эффекта.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Парниковый эффект - это разность между средней температурой поверхности планеты и ее радиационной (эффективной) температурой в космосе. Первая в среднем по всей Земле равна примерно +15 о С, вторая - -18 о С, так что парниковый эффект сейчас составляет +33 о С. Поскольку атмосфера Земли сравнительно плотная, то в ее нижнем (и наиболее плотном) 12- километровом слое - тропосфере - тепло переносится не радиационным путем (как считают сторонники "классического" - по Сванте Аррениусу - подхода к парниковому эффекту), а конвективными движениями воздушных масс, когда нагретый воздух расширяется и поднимается, а холодный сжимается и опускается. Радиационный же перенос

стр. 42


Поверхностные температуры Саргассова моря (с осреднением около 50 лет), определенные по изотопным отложениям кислорода в остатках планктонных морских организмов, погребенных в донных отложениях, Горизонтальной линией отмечена средняя температура за 3000-летний период.

тепла преобладает лишь в стратосфере и более высоких разреженных слоях.

Отсюда можно сделать вывод: среднее распределение температуры в толще тропосферы должно быть близким к адиабатическому (учитывающим расширение и охлаждение воздуха при подъеме и, наоборот, сжатие и разогрев при опускании). Этот процесс регулируется давлением атмосферы, а также эффективной теплоемкостью воздуха, включающей дополнительный разогрев за счет поглощения парниковыми газами инфракрасного излучения земной поверхности и выделения тепла при конденсации влаги. Последний процесс порождает облачность, а она - главный фактор, определяющий отражательную способность Земли. В результате создается сильная отрицательная обратная связь между приземной и радиационной температурами, что приводит к стабилизации теплового режима тропосферы. Действительно, любое возрастание приземной температуры усиливает испарение влаги и увеличивает облачность, а это, в свою очередь, повышает альбедо планеты. В итоге от облаков в космос отражается больше солнечного тепла, на Землю же его поступает меньше. И средняя температура ее поверхности понижается до прежнего уровня.

Кроме того, при любой отрицательной обратной связи в системе реакция на ее выходе должна быть пропорциональна воздействию на входе. В нашем случае входным сигналом служит температура, характеризующая солнечное излучение вблизи Земли. Отсюда следует другой вывод: от нее линейно зависит средняя приземная температура. Этих двух условий (первый и второй выводы) вполне достаточно для однозначного определения средней температуры на любом уровне земной тропосферы. Ее распределение здесь, полученное при использовании названных условий, практически полностью совпадает с аналогичным распределением в тропосфере так называемой стандартной модели земной атмосферы со средним градиентом 6,5 град/км (это, по существу, осредненная по всей Земле зависимость температуры от атмосферного давления).

Чтобы проверить универсальность выведенных закономерностей, я провел температурный расчет для плотной углекислотной тропосферы Венеры. Результаты оказались впечатляющими: величины с точностью до 1-2% совпали со значениями температуры, измеренными на Венере советскими и американскими космическими аппаратами. Таким образом было показано: средняя температура на любом уровне достаточно плотной планетной тропосферы (с давлением выше 0,2 атм.) определяется интенсивностью солнечного излучения, атмосферным давлением и эффективной теплоемкостью воздуха.

Созданная модель позволяет оценить и долю участия всех составляющих переноса тепла в общем процессе регулировки тропосферной температуры. Соответствующие расчеты показали: земная поверхность отдает воздушным массам, участвующим в конвективном массообмене, примерно 67% тепла, радиационный перенос добавляет 11, а при конденсации влаги выделяется еще 22% тепла. На Венере же, где тропосфера существенно плотнее, относительный прогрев газовой оболочки горячей поверхностью планеты по сравнению с Землей снижается до 55%, тогда как вклад радиационной составляющей в конвекцию оказывается значительно большим - примерно 45%.

Построенная модель парникового эффекта Земли по сути одномерна, дающая только зависимость температуры от высоты, хотя сама планета и представляется в ней не имеющей размеров точкой. В то же время она наиболее точная при определении глобальных характеристик тропосферы, например, ее парникового эффекта, среднего распределения в ней температуры, величины радиационной или влаго- конденсационной составляющей выделения тепла. Применяя закон освещения сферы, выведенный Ламбертом в 1760 г., и введя широту местности, эту модель можно перевести в двумерную, а используя долготу и сезонные колебания освещенности планеты - в трехмерную. Правда, тогда заметно снизится точность определения зависимости парникового эффекта от состава атмосферы.

Чтобы получить локальные климатические характеристики, в такие модели следует ввести альбедо земной поверхности и привнес тепла

стр. 43


стр. 44


Корреляция температурных колебаний воздуха в Северном полушарии (черная кривая) с числом пятен на Солнце, выраженным в числах Вольфа (красная кривая).

циклонами. Тогда становится вполне понятным переохлаждение в зимнее время территорий под антициклоническими областями, скажем, в Антарктиде или Якутии. Из-за высокой отражательной способности снежного покрова и без привноса тепла температура земной поверхности там сильно снижается. В летние же периоды в антициклонических областях с сухим воздухом приземные слои, наоборот, перегреваются (на 4-5 о С, а то и больше) и возникают засухи, что часто случается, например, в заволжских степях.

НАКАПЛИВАНИЕ СО 2 - ПОЛЕЗНЫЙ ФАКТОР

Убедившись в справедливости адиабатической теории парникового эффекта, можно выполнить несколько прогнозных расчетов. Если мысленно заменить азотно-кислородную атмосферу нашей планеты углекислотой, свойственной Венере (но сохранить "земное" давление в 1 атм.), то средняя приземная температура понизится примерно на 2 о С, а отнюдь не повысится, как принято считать. При аналогичной мысленной замене углекислотной атмосферы Венеры азотно-кислородной земной (с сохранением венерианского давления 91 атм.), ее поверхностная температура увеличится почти на 200 С (т.е. с 462 до 658 С). Отсюда следует: насыщение атмосферы углекислым газом, несмотря на поглощение им теплового излучения Земли, никогда не повышает, а, наоборот, только понижает и парниковый эффект, и среднюю поверхностную температуру планеты.

Эти, казалось бы, парадоксальные результаты легко объяснить. Напомню: тепло из тропосферы выносится в основном благодаря конвекции, а регулируют этот процесс давление атмосферы и эффективная теплоемкость воздуха. Действительно, нагретые при поглощении инфракрасного излучения объемы воздуха расширяются, становятся легче и быстро поднимаются вверх - вплоть до стратосферы, где они теряют избытки тепла с радиационным излучением. Таким образом, насыщение атмосферы углекислым газом может только ускорить конвективный массообмен в тропосфере, но никак не изменить ее температурный режим. Кроме того, при одинаковых давлениях (массах) теплоемкость углекислотной атмосферы меньше, чем азотно- кислородной. А из-за большей плотности СО 2 первая оказывается тоньше и потому хуже сохраняет тепло на поверхности планеты, чем толстое "пуховое одеяло" азотно-кислородной атмосферы, обладающее к тому же и повышенной теплоемкостью.

Рассмотрим теперь, как на климат Земли влияют антропогенные выбросы в атмосферу углекислого газа. По разным оценкам, за счет сжигания природного топлива туда его ежегодно поступает около 5- 7 млрд. т, или 1,4- 1,9 млрд. т чистого углерода. Такая колоссальная масса не только снижает теплоемкость и влияет на состав газовой смеси атмосферы, но и несколько увеличивает ее общее давление. Поскольку оба процесса идут в противоположных направлениях, средняя температура земной поверхности почти не меняется. Этого не произойдет даже при двукратном увеличении концентрации СО 2 в атмосфере, что, кстати, ожидается к 2100 г. К тому же большая часть попадающего туда СО 2 растворяется в водах океана, а затем при гидратации пород дна связывается в карбонатах. Наряду с углеродом в них может перейти и часть атмосферного кислорода. Тогда вместо слабого повышения атмосферного давления следует ожидать его незначительное уменьшение, а значит, столь же слабое похолодание климата. Но уж никак не существенное его потепление, как предполагают сторонники "классического" подхода к парниковому эффекту

К аналогичным выводам сейчас пришли и многие специалисты США, исследовавшие изменения климата в различных регионах Северной Америки. Согласно их данным, в наше время фактически не происходит никакого потепления. Вот что пишет Ф. Зейтц, бывший президент Национальной академии наук США: "Экспериментальные данные по изменению климата не показывают вредного влияния антропогенного использования углеводородов. В противоположность этому, имеются веские свидетельства,

стр. 45


что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа является "полезным". Зейтц подготовил Петицию ученых правительству своей страны, в которой призвал отказаться от Международного соглашения по глобальному потеплению климата, заключенного в Киото в 1997 г., и от других подобных документов. В Петиции, в частности, сказано: "Не существует никаких убедительных научных свидетельств того, что антропогенный выброс диоксида углерода (углекислого газа), метана или других парниковых газов вызывает или может в обозримом будущем вызвать катастрофические прогревания атмосферы Земли и разрушение ее климата. Кроме того, имеются существенные научные свидетельства, что увеличение в атмосфере концентрации диоксида углерода положительно влияет на естественный прирост растений и животных на Земле". К настоящему времени данную Петицию подписали десятки тысяч ученых и инженеров США.

Итак, даже значительные техногенные выбросы углекислого газа в атмосферу Земли фактически не влияют на осредненные показатели ее теплового режима и на парниковый эффект. Более того, увеличение

стр. 46


концентрации этого газа - полезный фактор, повышающий продуктивность сельского хозяйства и способствующий эффективному восстановлению растительности, например в тропических районах, где идет массовое сведение лесов.

Если глобальный климат и становится заметно теплее, то причину, скорее всего, надо искать в другом - в неустойчивости океанских течений или изменениях их циркуляции, прецессии оси вращения Земли, наконец, в колебаниях солнечной активности (существует весьма устойчивая корреляция между осредненной температурой земной поверхности и числом солнечных пятен). Не следует также забывать: идущее сейчас так называемое вековое потепление климата планеты началось еще в XVII в., когда не могло быть и речи о техногенных выбросах углекислого газа.

Что же касается потепления последних десятилетий (если оно и в самом деле происходит), то вероятнее всего, это явление временное, некое колебание на фоне долговременного изменения климата. Аналогичные процессы в природе широко распространены: вспомним хотя бы изменения уровня Каспийского моря - после столетий аномально низких его значений в середине 80-х годов XX в. оно вдруг стало подниматься, да еще с катастрофической быстротой * .

К сказанному можно добавить: примерно с середины мезозоя (150-100 млн. лет назад) на нашей планете идет постепенное похолодание климата, объясняющееся тем, что азот удаляется из атмосферы и связывается в нитратах и нитритах почвенного покрова. Причем в настоящее время это похолодание не компенсируется даже плавным увеличением интенсивности солнечного излучения. О подобном эволюционном процессе говорят и многочисленные геологические данные, показывающие: в мезозое на Земле не было никаких оледенений; они появились лишь в середине кайнозоя (около 40 млн. лет назад) в Антарктиде, а в последние 1-2 млн. лет периодически происходят и в Северном полушарии. Сейчас мы живем в межледниковом стадиале. Но когда на смену ему придет новая фаза оледенения, она, скорее всего, будет особенно суровой.

ПРИЧИНУ ПОДМЕНЯЮТ СЛЕДСТВИЕМ

Обсуждая проблему парникового эффекта, нельзя, конечно, обойти молчанием аргументы, которыми пользуются последователи идеи о прямом воздействии концентрации СО 2 на температуру земной тропосферы. Так, они оперируют данными о содержании углекислого газа в древних слоях фирна Гренландии и Антарктиды, свидетельствующих, что в периоды межледниковых потеплений концентрация СО 2 в атмосфере всегда повышалась. Аналогичный эффект, и даже значительно сильнее, был присущ, по их мнению, теплому меловому периоду в истории Земли (130-60 млн. лет назад). Однако объясняя эти явления, они подменяют причину следствием: ведь повышение концентрации углекислого газа в атмосфере не обязательно должно было вызвать потепление - оно само могло быть результатом такого повышения. Во всяком случае, в колебаниях климата, определенных по керну ледникового покрова Антарктиды, температурные изменения явно опережают соответствующий ход концентрации СО 2 , и значит, являются первичными. Такое опережение достигает нескольких тысяч лет, за которые полностью перемешиваются воды Мирового океана - главного резервуара СО 2 на Земле.

Все объясняется отрицательной температурной зависимостью растворимости СО 2 в океанских водах и законом Генри (1803 г.), устанавливающим динамическое равновесие между концентрацией газа в атмосфере и гидросфере. Сейчас в Мировом океане углекислого газа примерно в 57-60 раз больше, чем в атмосфере. Если его содержание там изменится, то установится новое равновесие, при котором часть СО 2 перейдет в атмосферу, или, наоборот, из нее в океан. Но поскольку растворимость углекислого газа в воде заметно уменьшается с ростом температуры, то всегда потеплению климата будут соответствовать увеличения концентрации СО 2 в атмосфере, а похолоданиям - снижения.

То же самое можно сказать и о меловом периоде. Тогда средняя температура вод Мирового океана была примерно на 15 о С больше современной, давление углекислого газа в атмосфере, по моим оценкам, также превышало нынешнее в 1,7-2 раза. Однако возросшее содержание СО 2 стало естественным следствием теплого климата того времени, а вовсе не его причиной. Причина же, по- видимому, связана с некоторым повышением атмосферного давления в мезозое (когда усиленно генерировался кислород после появления и широкого распространения на Земле цветковых растений) и с дрейфом континентов. В результате большинство материков в ту эпоху располагалось в низких и умеренных широтах планеты, а теплые океанские течения проникали в высокие, согревая побережья близких к полюсам континентов (например, Антарктиды). Поэтому средняя температура воздуха на Земле в меловом периоде была на 2,5- 3 о С выше современной, а климат более ровный, без ледяных шапок на полюсах.

В заключение хочу отметить: недавно Президент США Дж. Буш, учитывая заключения американских ученых, решил выйти из принятого в Киото соглашения о влиянии концентрации СО 2 на климат. Считаю, что настало время пересмотреть традиционные взгляды на природу парникового эффекта и прекратить пугать общественность и правительство якобы тяжелыми последствиями антропогенных выбросов углекислого и других парниковых газов. Нужно также понять, что накопление СО 2 в земной атмосфере не приведет ни к каким губительным последствиям для экологии и климата планеты, а польза может оказаться большой, поскольку углекислый газ стимулирует развитие жизни и, являясь "хлебом" для растений, увеличивает продуктивность сельского хозяйства.


* См.: Е. В. Мухина, Е. И. Игнатов, П. А. Каплин. Каспий: катастрофа, гипотезы и стратегия. - Наука в России, 1994, N 4 (прим. ред.).


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ПАРНИКОВЫЕ-ГАЗЫ-В-АТМОСФЕРЕ-НЕ-ВЫЗЫВАЮТ-ПОТЕПЛЕНИЕ-КЛИМАТА

Similar publications: LUkraine LWorld Y G


Publisher:

Василий П.Contacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/admin

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ В АТМОСФЕРЕ НЕ ВЫЗЫВАЮТ ПОТЕПЛЕНИЕ КЛИМАТА // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 17.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ПАРНИКОВЫЕ-ГАЗЫ-В-АТМОСФЕРЕ-НЕ-ВЫЗЫВАЮТ-ПОТЕПЛЕНИЕ-КЛИМАТА (date of access: 19.02.2025).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Василий П.
Киев, Ukraine
1000 views rating
17.06.2014 (3900 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Судьбу можно программировать?..
3 days ago · From Україна Онлайн
Век XIV Северо-Восточная Русь и монголо-татарское иго
Catalog: История 
6 days ago · From Україна Онлайн
ТОРЖЕСТВЕННОЙ ВСТРЕЧИ НЕ БУДЕТ?
8 days ago · From Україна Онлайн
В КОМ ДУХ ВЕЛИК, В ТОМ СИЛА НЕРУШИМА*
9 days ago · From Україна Онлайн
ТРУДНЫЕ ВОПРОСЫ. СВЕТЛАНА АЛЕКСИЕВИЧ: "МЫ - ЛЮДИ ЛАГЕРНОГО СОЗНАНИЯ"
14 days ago · From Україна Онлайн
FORMS OF CLASS STRUGGLE OF THE PEASANT-COSSACK MASSES OF UKRAINE IN THE XVIII CENTURY
Catalog: История 
18 days ago · From Denys Reznikov
G. I. MARAKHOV. SOCIO-POLITICAL STRUGGLE IN UKRAINE IN THE 50S-60S OF THE XIX CENTURY
21 days ago · From Denys Reznikov
ESSAYS ON THE HISTORY OF TRADE UNIONS OF THE UKRAINIAN SSR
21 days ago · From Denys Reznikov
K. A. KHMELEVSKY, S. K. KHMELEVSKY. STORM OVER THE QUIET DON. HISTORICAL ESSAY ON THE CIVIL WAR ON THE DON
21 days ago · From Denys Reznikov
"УКРАЇНСЬКИЙ ІСТОРИЧНИЙ ЖУРНАЛ" - ДЕСЯТЬ РОКІВ У МЕРЕЖІ
Catalog: История 
22 days ago · From Україна Онлайн

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIBRARY.COM.UA - Digital Library of Ukraine

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ В АТМОСФЕРЕ НЕ ВЫЗЫВАЮТ ПОТЕПЛЕНИЕ КЛИМАТА
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: UA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2025, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android