Мы или не Мы? вот в чём вопрос.

Роль человека в глобальном потеплении.

Факторы, определяющие климат.        3

Выросло СО₂, и что?        4

Аэрозоли.        4

Механизм действия парникового эффекта.        6

Энергонакопление в океане.        6

Что ещё может быть кроме антропогенного воздействия.        7

Циклы солнечной активности.        8

Галактические лучи.        8

Вулканическая активность.        9

Тепло Земли.        9

Пути решения.        10

Увеличение объема лесопосадок - Защитные лесополосы.        12

СО2  бизнес.        12

Литература        13

Учёные-климатологи говорят про современные глобальные изменения климата. И что эти изменения связаны с антропогенной деятельностью. Скептики смотрят на график(Рис.№2) и говорят: “Смотрите, температура менялась 50 млн лет назад, а 100 млн лет назад она была даже выше, чем сейчас. Вот эти изменения туда-сюда, откуда там человеческая деятельность. Сотни миллионов лет назад никакого человека не было, климат менялся, и сейчас тоже он меняется, ровно потому же, почему он менялся тогда. Человеческая деятельность не влияет!”.

Посмотрим на скорость изменения температуры и особенно на пик в правой части графика. В прошлом изменения происходили за миллионы или за десятки тысяч лет, и хоть температура вырастала выше чем сегодня, она никогда раньше не изменялась настолько стремительно. Влияет человек или нет, чем оперируют учёные-климатологи. Какими фактами, и какими доказательствами. Давайте разберёмся.

Когда мы говорим о климате, то есть о земной климатической системе. Мы говорим о совокупности пяти оболочек.(Рис.№3) Кроме атмосферы, это гидросфера, биосфера, криосфера (ледники), литосфера. То есть это не только атмосфера, не только средняя погода.

В науке это некие оболочки, которые связаны друг с другом различными процессами взаимодействия, происходящие на разных временных масштабах. Масштаб времени очень важен, когда мы говорим о климате. Например, если мы говорим о том, как будет меняться климат в ближайшие 5-15 лет, мы можем забыть о процессах в криосфере, в литосфере, отчасти в биосфере и брать только верхний слой океана и атмосферы. Но если мы говорим об изменении климата на временах порядка 10.000 лет, или например, 100.000 лет, мы должны включать в рассмотрение все оболочки, и в какой-то мере забывать об атмосфере, потому что атмосфера уже становится неким средним объектом. И так далее.

Факторы, определяющие климат. 

Климатическая система — это система, у которой есть внешние факторы и внутренняя изменчивость.(Рис.№4) На внешние факторы воздействия у системы нет, например на Солнце наш климат никак не влияет, тоже и на вулканы. И есть внутренние факторы. Например, долгопериодная изменчивость океана, или литосферы, влияет на более короткие периоды изменчивости в атмосфере.

Вот человек, это какой фактор, внешний или внутренний? Где-то до 1980-1990 годов мы были скорее внешним фактором по отношению к климатической системе. На действия человека, не было ещё обратной связи. Нам было неважно, как меняется климат. Мы продолжали делать то, что мы делаем: вырубали леса, сжигали ископаемое топливо. Но где-то с 1980-1990 годов ситуация стала меняться, пришло понимание, что климат меняется из-за нас, и надо как-то наши шаги рассчитывать с учётом этого. Мы стали становится неким внутренним фактором, и все следующие шаги уже корректировать, относительно изменения климата.

Важно, почему мы связываем современные изменения климата с человеческой деятельностью? Во-первых, мы видим быстрый рост концентрации парниковых газов.(Рис.№5) С середины XX века на Мауна-Лоа стоит станция, которая измеряет концентрацию СО₂, это фоновые наблюдения. Углекислый газ хорошо перемешанный газ, и наблюдения в одной точке довольно точно говорят о том, как меняется концентрация его на всей планете.

И что эти наблюдения говорят? То, что за последние 70 лет концентрация выросла примерно на 40%.

Видим два графика: график наблюдений (возрастающая кривая) и график восстановленный палеореконструкцией. Законсервированные в леднике пузырьки воздуха, анализируют, смотрят их химический состав. Так удалось восстановить ледниковые колебания до 800 тысяч лет в прошлое, и увидеть ледниковые и межледниковый циклы. Концентрация СО₂ и изменения температуры менялись в одной фазе. То есть, тепло было в межледниковье — там было больше СО₂. А в ледниковый период СО₂ было меньше. Справа есть вертикальная черта, такая как и на слайде в начале, это то, что мы сейчас наблюдаем. Эта абсолютно вертикальная черта на графике — беспрецедентный рост, по крайней мере, для последнего миллиона лет.

Тут может возникнуть возражение: “Рост СО₂, может быть это никак не связано с деятельностью человека”. Здесь учёные должны выступать как дактилоскописты. Нужно найти отпечатки пальцев, которые оставил человек в этом СО₂. Такие опечатки легко находятся: это, изотопный состав. Дело в том, что изотопный состав СО₂ меняется, становится меньше изотопа ¹³С и меньше изотопа ¹⁴С. Но на ¹⁴С, начиная с 60-х годов, смотреть нельзя, потому что там были ядерные испытания(Рис.№6 нижний график), но ¹³С по-прежнему продолжает уменьшаться. Дело в том, что в ископаемом топливе содержится меньше изотопов ¹³С и почти не содержится изотоп ¹⁴С. Растения в процессе фотосинтеза предпочитают усваивать лёгкий углерод ¹²C, поэтому в ископаемом топливе, которое, по сути, является отмершими растениями, ¹³С меньше, чем в других оболочках климатической системы (в океане или в известняках).

В принципе, сокращение изотопа ¹³С (второй график сверху), начавшееся и совпадающее в тот же период, когда были большие эмиссии (второй график снизу), когда росла концентрация, говорит нам о том, что это вот те самые отпечатки пальцев человеческой деятельности. То есть мы знаем, что этот дополнительный СО₂, который ¹²C, в атмосфере, связан с сжиганием ископаемого топлива.

Выросло СО₂, и что?

Дело в том, что СО₂ — парниковый газ, такие газы усиливают парниковый эффект. И можно чётко рассчитать, сколько дополнительного тепла приходит к каждому метру поверхности земли(Рис.№7). Расчёты дали результат 2-2,3 Вт/м², это  дополнительное  антропогенное воздействие. Действие парниковых газов.

Аэрозоли.

Аэрозоли — это мельчайшие твердые или жидкие частицы, которые при сжигании углеводородного топлива попадают в атмосферу. Они охлаждают климат, отражая часть солнечного света обратно в космос. Они сдерживали потепление в 1970-1980 годы. В это время в атмосферу попадало много и СО₂, и аэрозолей. Эффект от СО₂ и эффект от аэрозолей друг друга компенсировали. Потом в различных странах были приняты законы о чистом воздухе. Необходимо было противодействовать  фотохимическому смогу в Лондоне, в Лос-Анджелесе и в других местах. Аэрозолей стало меньше попадать в воздух, а про СО₂ ничего подобного принято не было, до Киотского протокола и Парижского соглашения. Поэтому СО₂ по-прежнему попадал в воздух. В этот период растет его концентрации и происходит ускорение потепления.

В 2015 году напрямую померили, сколько приходит радиации на поверхность Земли  от СО₂, в узких спектральных каналах. График справа, серый — это концентрация СО₂, красный — это сколько приходит непосредственно Вт/м² дополнительного тепла от СО₂, который мы сжигаем. Виден приход дополнительного тепла к поверхности.

Очень важный момент, про который надо обязательно сказать — это обратные связи. А дело в том, что СО₂ раскачивает нашу климатическую систему таким образом, что включаются обратные связи. В атмосфере действует огромное количество таких связей на разных временных масштабах. К сожалению, большинство из них — положительные. То есть, большая часть их усиливает воздействие, которое мы оказываем. Из них  самое важное связано с водяным паром: чем теплее воздух, тем больше водяного пара он может содержать. Водяной пар — важный парниковый газ, 70% парникового эффекта приходится на водяной пар, 25% на углекислый газ. Но водяной пар — ведомый, а СО₂ ведущий. Более тёплый воздух может содержать больше водяного пара, его больше испаряется с поверхности океана, а больше водяного пара в воздухе усиливает парниковый эффект. Температура растёт, ещё больше испаряется водяного пара, и так далее. Это и есть положительная обратная связь. В числах она означает следующее: при увеличении концентрации СО₂ в 2 раза, температура возрастает в 2,5 раза.

Механизм действия парникового эффекта.

 Энергонакопление в океане.

 Рассмотрим (Рис.№8). Наблюдение за  энергонакоплением в океане проводится с середины 1950-х годов. Здесь синие и красные линии это аномалии. Т.е. это не значит, что синие — океан отдавал, а красные — накапливал. Другими словами это сколько тепла накапливается в океане. Ноль — средняя между 1981-ым и 2010 годами.

Видим два разных периода, когда аэрозоли и парниковые газы компенсировали друг друга. И когда  были приняты  законы о чистом воздухе. В конце 1980-х аэрозоли стали слабее воздействовать на климат, и пошло быстрое накопление тепла в океане.

Сейчас скорость накопления тепла в океане 9 зеттаДжоулей в год. За 2022 год количество запасенного тепла, в верхних слоях вод Мирового океана, выросло до рекордной отметки в 255 зеттаджоулей, что на 10,9 зеттаджоуля больше, чем в 2020 году, эта информация опубликована в журнале Advances in Academic Science.

 ЗеттаДжоуль — это 10²¹ Джоулей, то есть очень много. Проще говоря: в океане за каждый месяц накапливается тепла столько, сколько человечество производит за год.

Меняется много в различных оболочках на нашей планете: тает лёд, тают горные и покровные ледники. Но вот интересный момент, как при этом меняется температура. У поверхности земли растёт (правый верхний график) А справа нижний график — это температура в области мезопаузы — это атмосфера на высоте 80 км, между стратосферой и мезосферой. Там температура падает. Эти данные получены в  Институте физики атмосферы. Наблюдения проводятся с 1960-х годов.

Дело в том, что парниковый эффект как раз так и работает: он нагревает то, что под ним, что содержится под слоем основной концентрации СО₂, и охлаждает то, что сверху. Туда просто меньше уходит тепла. Если бы, работало Солнце, то изменения были бы в  одном направлении.

Ещё важный момент. Созданы численные модели, с 1970-х годов они уже трёхмерные(Рис.№9). Эти модели назывались раньше модели климатических систем, сейчас они называются модели земной системы, потому что  включают в себя и ледники, и процессы в биосфере. Это не просто атмосфера и океан, это уже именно большая климатическая система. Этакая “Модель планеты Земля”. И эти модели могут воспроизвести современное потепление, только если учтут все факторы, включая антропогенные. И не могут воспроизвести современное потепление, если учтут только естественные факторы.

С восьмидесятых годов такие модели используются и уже можно посмотреть, сбываются ли прогнозы, несмотря на то, что они были не такие точные как сейчас.

Прогнозы сбываются. На графике чёрным показаны наблюдения, разноцветными линиями показаны различные прогнозы.  Например: Экономисты дают прогноз того, как будет меняться общество, сколько будет эмиссии СО₂ через 40 лет. Метеорологии и климатологии этого не знают и информацию дают экономисты. Они говорят: как будет меняться энергопотребление, как будет меняться энергетика стран,как будет меняться землепользование. Всё это загоняется в модель, дальше выдаётся некая температура. Как видно, тренд очень хорошо улавливается. Еще Михаил Иванович Будыко (один из самых авторитетных климатологов XX века) в 1972 году выпустил первую статью, где достаточно четко показал рост, который сейчас наблюдается в действительности. То есть первые модели прогноза действительно оправдываются.

Что ещё может быть кроме антропогенного воздействия.

 Это Циклы Миланковича(Рис.№10). Естественная изменчивость, которая приводила в течение последних 3 млн лет к смене ледниковых и межледниковых циклов. Это действительно так. У нас орбита Земли не круглая, а эллиптическая, и этот эллипс то сжимается, то расширяется с периодичностью 100 тысяч лет.

Ось вращения Земли не всегда наклонена на 23,5 градуса. Она тоже колеблется с периодом порядка 40 тысяч лет. Кроме того, если мы запускаем волчок, то ось волчка будет  ходит по кругу. Это так называемая прецессия. Там тоже есть несколько циклов колебаний порядка 20 тысяч лет. Это всё учитывается в моделях. Проблема в том, что эти процессы происходят на протяжении тысяч лет. А вот как это изменяется сейчас…

На графике в середине 1950-ый год, и каждый шаг — это тысяча лет(Рис.№11). Если  посмотрим на то, что происходит на сотне лет, — это просто будут три прямые линии. Три прямые линии также задаются в модели.

Эти астрономические циклы не могут объяснить, изменение изотопного состава углерода то есть сокращение ¹³С и ¹⁴С.

Циклы солнечной активности.

(Рис.№12)Вот они — известные циклы на Солнце. Сейчас мы ожидаем в середине XXI века новый минимум, как его называют, малый ледниковый период. Связан он с уменьшением солнечной активности. Это как раз будет минимум 100-летнего цикла солнца.Солнечная активность сейчас идёт на спад.

(Рис.№13).На этом слайде показано изменение которое сейчас происходит на солнце, оно равно 0.2 Вт/м² по сравнению с антропогенным воздействием 2.3 Вт/м².

Галактические лучи.

(Рис.№14). Что известно ?

Физики и астрономы говорят, какие процессы воздействуют на Землю. Это поток энергии от Солнца и от вспышек сверхновых, плюс ещё высокозаряженные частицы, это протоны, в меньшей степени электроны и заряженные ядра, в основном гелия. Всё это идёт как шум — галактические лучи. Они достаточно хорошо экранируются магнитосферой Солнца. Чем более активно Солнце, тем меньше космических лучей к нам приходит. На слайде видно, что графики идут в противофазе и нет никакого тренда.                                                                                                                                              А как могут быть связаны галактические лучи и климат? Была выдвинута достаточно разумная гипотеза. Галактические лучи, попадая в атмосферу, становятся аэрозолями. Они становятся ядрами конденсации, на которых потом образуются облака, и облака отражают часть солнечных лучей в космос, охлаждая климат.

Вулканическая активность.

График (Рис.№15) показывает, как растёт вулканическая активность начиная с XV века. На этом графике есть очень важная приписка: “Не используйте этот график вне контекста и посмотрите на детали”.

А детали заключаются в том, что у нас растёт и количество известных нам вулканов, и количество населения. Рост вулканизма является просто следствием того, что мы стали больше знать о вулканах. Это инструментальный тренд и ничего более. Увеличилось количество вулканов, которые мы знаем (линия сверху). На самом деле никакого реального роста вулканизма не наблюдается.

(Рис.№16). Сколько же вулканы дают в год СО₂? Вулканы дают 53 млн тонн в год. А сколько даёт антропогенная деятельность?, 35 млрд тонн в год. Там 53 миллиона, а тут 35 миллиардов.

Если мы посмотрим на самые крупные извержения последних лет — Пинатубо в 1991 году — 42 млн тонн СО₂, а антропогенная деятельность — 23 млрд, разница в 3 порядка. К сожалению, мы гораздо сильнее, чем вулканы.

Тепло Земли.

А внутреннее тепло? Есть разломы в океане, где идут струи  температура которых достигает 400 градусов. В моделях это учитывается(Рис.№17), но проблема в том, что суммарный поток этого эндогенного тепла — 0,09 Вт/м². Вот эндогенное тепло — это 0,09 Вт/м², а антропогенный вклад — это 2,3 Вт/м². Опять у нас огромная разница. Есть ещё один интересный момент, который сейчас обсуждается, — это смещение магнитного полюса(Рис.№18). Магнитный полюс начал достаточно быстро смещаться сейчас из Канады в Сибирь. Пока мы не знаем причины этого. Есть североамериканская магнитная ложбина и североазиатская над северной Евразией. Они друг у друга перетягивают этот полюс туда-сюда. И сейчас он стал быстро стремиться в сторону России, по прогнозам  в 2030-35 году он  будет в наших морях. Будет ли это очередной политический скандал покажет время:).

Но на самом деле если мы посмотрим, как смещался полюс за всё историческое время, то он прыгал всё время по Арктике, туда-сюда. И сегодняшняя скорость — сопоставима с тем, что было раньше.

Предполагается два пути, как смещение полюса может воздействовать на климат. Первый, возможно, через магнитную гидродинамику смещения каких-то океанических течений. Но магнитное поле очень слабое для того, чтобы изменить течение. Скорее, связь будет через облака, опять же через те самые галактические лучи. Дело в том, что основные высыпания заряженных частиц происходят на полюсах — там, где поле магнитное самой Земли более слабое. Именно там происходит основное влияние на облачность.

Пути решения.

Что можно предпринять, в борьбе с глобальным потеплением. Даже если мы сейчас полностью прекратим эмиссию СО₂, всё то дополнительное количество, что уже попало в атмосферу, будет уходить несколько тысяч лет. Половина уйдёт через 30 лет, через 100 лет уйдёт ещё 30%, а оставшиеся 20% будут уходить очень долго, и с этим нам придётся жить. То есть, даже быстро прекратив все эмиссии, мы не сможем остановить глобальное потепление, но мы можем его замедлить.

Очень важно, замедлять или не замедлять? Или адаптироваться? Эти вопросы, пойдут и к экономистам. Сколько денег потратим на адаптацию? Сколько денег потратим на смягчение? Есть сумма денег, которая тратиться на смягчение, и сумма денег, которую мы потратим на противодействие. Необходимо эти суммы сложить и минимизировать, как функцию. Сделать это для каждой страны, а потом — для всего мира. Этот вопрос уже отчасти решён на том уровне, что мы знаем. Надо смягчать и пытаться удержать глобальное потепление в пределах 2 градусов.

 В России в августе 2021 года Минэкономики приняло проект стратегии низкоуглеродного развития РФ до 2050 года «Реализация климатических проектов начнётся уже со следующего года, – отметил Михаил Мишустин на  оперативном совещании с вице- премьерами 1 ноября. – Предстоит не только внедрить более щадящие с экологической точки зрения решения, но и увеличить поглощение парниковых газов нашими лесами и другими природными экосистемами, а также перейти к сбору и переработке углекислого газа». [ 1]                                                                                              То есть в этом нам должен помочь процесс фотосинтеза. Практически у всех видов растений рост концентрации углекислого газа в воздухе приводит к активизации фотосинтеза и ускорению роста, причем как наземных, так и подземных их частей. Повышение концентрации СО2 в атмосфере приводит к тому, что растения начинают более активно его поглощать, однако деятельность человека по уничтожению лесов сводит на нет эту естественную саморегуляцию системы.

На данный момент в нашей стране, можно сделать следующие шаги:

• прекратить рубки в малонарушенных лесах и объявить их национальным лесным наследием России;
• увеличить объём лесопосадок, и посадок газоустойчивых деревьев в городах;
• создавать агроландшафты;
• запрещать оставлять поля пустыми,если сроки позволяют сеять сидерат;
• прекратить коммерческие рубки в защитных лесах природного происхождения;
• не допускать незаконных рубок;
• усилить систему защиты лесов от пожаров и вредителей;
• восстанавливать, выращивать и снова рубить леса на тех участках, где это уже делали:                                                            
• максимально использовать заготовленную древесину, прежде всего для производства изделий с продолжительным сроком службы, и древесные отходы для производства биотоплива; развивать использование недревесной продукции и услуг леса (лекарственные растения, ягоды, грибы, туризм, отдых и др.);
• использовать лучшие технологии лесозаготовки, максимально сохраняющие лесную среду и биоразнообразие.
• повышать экологическую и социальную ответственность лесопромышленных компаний.

• Увеличить  объем лесопосадок  и создание защитных лесополос.

Лесополосы(Рис.№19) - не только резерв полезной фауны, включая птиц, но и активные регуляторы микроклимата. Эффективность того и другого напрямую зависит от видового состава полос. Своим присутствием они создают  микроклимат на огромных площадях, и сводят на нет главную беду степей - суховеи.

Регулярные лесополосы тормозят ветер на 60-80% и это создаёт массу эффектов. Зимой поля накапливают полторы нормы снега. Летом и растения и почва теряют на треть меньше влаги. В жару среди лесополос на 1-5℃ прохладнее, а зимой на столько же теплее. Почва в таком режиме работает лучше, удобрения усваиваются полнее. Среднее повышение урожая возрастает на 2-3 ц/га, что при разумном подходе окупает затраты на создание создание лесополос.

СО2  бизнес.

Противодействие глобальному потеплению создало новые ниши для бизнеса в области цифровых программных решений для оценки и компенсации углеродного следа продуктов(Рис.№20).

Глава компании Tesla Inc и предприниматель-миллиардер И. Маск  пообещал вручить приз в $100 млн за разработку лучшей технологии по улавливанию выбросов углекислого газа. Премия будет присуждена изобретателю лучшей технологии улавливания углекислого газа непосредственно из атмосферы или океана и сохранения СО2 безопасным и экономичным способом. Конкурс начался 22 апреля 2021 года в День Земли и завершится в тот же день 2025 года. В конкурсе могут принять участие команды изобретателей со всего мира. Они должны создать технологию, которая может улавливать одну тонну углекислого газа в день. Победитель также должен продемонстрировать, как можно расширить его решение.

Далее, около десятка новых проектов по улавливанию и захоронению углекислого газа в России сейчас находятся в стадии изучения компаниями. Оцениваемый мировой объем потенциальных хранилищ СО2 в 4 трлн тонн. На долю России приходится около 30% этого объема – недра нашей страны предоставляют огромные возможности закачки СО2. Отечественные геологи уже проводят оценки пластов в разных регионах для создания хранилищ углекислого газа. Приоритетными районами являются Западно-Сибирская и Волго-Уральская нефтегазовые провинции. Процесс улавливания, закачки и захоронения СО2 на мировом уровне признан действенным способом декарбонизации промышленных объектов без их существенной модернизации. В списке достижения климатических целей улавливание и захоронение становится одним из основных инструментов – наряду с повышением энергоэффективности и переходом на возобновляемые источники энергии.

Литература

1.http://government.ru/news/43708/

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/  Википедия.

3. Смена полюсов.  https://www.meteovesti.ru/news/63712355096-magnitnyj-polyus-zemli-dvizhetsya-bystree

4. Фотосинтез  https://scienceforum.ru/2019/article/2018014210

5.  Циклы Миланковича. https://meteoinfo.ru/glossary/4654-milankovitch-cycles

6.  Галактические лучи http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e083.htm

 7. История с климатом Химия и жизнь. С.А Кувалдин . https://hij.ru/read/6545/

8. Настоящие" причины глобального потепления. Александр Чернокульский. Ученые против мифов .

9. https://www.google.com/search?q=%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D0%B9+%D0%9A%D1%83%D1%80%D0%B4%D1%8E%D0%BC%D0%BE%D0%B2+

Николай Иванович Курдюмов Российский агроном.