Парниковый эффект кто открыл: 3. Кто первым открыл “парниковый эффект”?

3. Кто первым открыл “парниковый эффект”?

Парниковым эффектом называют способность коротковолновой солнечной радиации проходить через прозрачную среду (например, стекло парника или атмосферу), в то время как длинноволновая радиация, излучаемая нагреваемой солнечными лучами поверхностью, стеклом парника (или атмосферой) поглощается. Сванте Аррениус, впервые количественно оценивший повышение температуры Земли при удвоении количества углекислого газа в атмосфере, говорит, что открыл парниковый эффект Фурье: “Фурье утверждал, что атмосфера устроена, как стекло в парнике – потому  что она пропускает легкие лучи Солнца (коротковолновую радиацию — profpr), но задерживает темные лучи, идущие от земли». А Википедия в статье “парниковый эффект” пишет: “Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет»”.

«Записка о температурах земного шара и других планет», вышедшая в 1827-м году и близко повторяющая неизданную в английском переводе статью Фурье 1824-го года, цитируется часто. На нее ссылаются многие  авторы, пишущие про изменения климата, иногда находя в статье прямо противоположные идеи. Историк науки Флеминг, книга которого пробудила когда-то мой интерес к истории климатологии, называет статью Фурье одной из самых неверно цитируемых: о «парниковом эффекте», по мнению Флеминга, Фурье не писал.

На самом деле, «Записка о температурах земного шара и других планет» посвящена теории климата Земли. Фурье подробно анализирует три источника тепла на поверхности Земли: солнечную радиацию, тепло «вечного пламени» в земных недрах и тепло межпланетного пространства. Флеминг приводит вот такую замечательную иллюстрацию физики климата, якобы из статьи Фурье — но в оригинале я ее на нашел, тем более, что написана была статья на французском, а картинка с английскими подписями.

Фурье в нескольких местах делает комментарии, из которых можно предположить, что он описывал суть парникового эффекта. В одном месте он пишет о том, что атмосфера прозрачна для солнечных лучей, но гораздо менее прозрачна для “невидимого тепла” земли. В другом — подробно описывает устройство “гелиотермометра”, ящика, покрытого несколькими слоями стекла, с термометрами между слоями – думаю, отсюда Аррениус и взял идею для своей знаменитой ссылки на то, что атмосфера, по мнению Фурье, похожа на парник.

Фурье говорит, что если бы воздух был твердым, то теплообмен в атмосфере был бы таким же, как и в гелиотермометре: проходящие через прозрачное стекло лучи солнца нагревают темную внутреннюю поверхность ящика, выстланного пробкой, а длинноволновое излучение нагретого дна стеклом задерживается — и излучается во все стороны, из-за чего температура внутри ящика повышается. Кстати, картинку гелиотермометра я нашел на сайте производителя солнечных печек. Я думаю, именно из-за этого «воздух был бы твердым» Флеминг и считает, что ссылка на Фурье как на первооткрывателя «перникового эффекта» неверна — ведь каждый историк науки знает, что воздух ну совсем не твердый. Однако потом Фурье прямо пишет о том, что измерения  гелиотермометром «радиационной температуры» на разных высотах подтверждают существование подобного эффекта и в атмосфере.

Сухой осадок таков. Верны или нет ссылки на статью, но получилось так, что первооткрывателем “парникового эффекта” считается Фурье. И еще. Атмосфера не похожа ни на огромный парник, ни на гелиотермометр в описанных Фурье опытах. Но для понимания этого понадобилось еще 80 лет.

Кстати Фурье, между делом, как само собой разумеющееся, говорит о том, что человек изменяет климат.

Статья Фурье 1827-го года (французский)

Перевод 1837-го года оригинальной статьи Фурье 1824-го года в The American Journal of Science.

This entry was originally posted at http://profpr.dreamwidth.org/301071.html. Please comment there using OpenID.

Краткая история климатического кризиса — Первое российское медиа о климатическом кризисе

Ежедневно мы слышим об изменении климата. История изучения вопроса насчитывает не один век, но только в последние 30 лет международные организации и государства начали осознавать тяжесть проблемы и переходить к действиям.

Greenpeace восстанавливает хронологию событий.

Первые шаги

Об изменении климата мы слышим в школах, университетах, по телевидению и в интернете. При этом даже в научных кругах остаются скептики. А что говорить об обывателях, мало заботящихся о том, что средняя температура на Земле стабильно растёт. Проблемой изменения климата учёные заинтересовались ещё в XVII веке. А век спустя была обнаружена связь между геологическими эпохами и изменением климата. Французский учёный Жорж-Луи Леклерк де Бюффон предположил, что Земля в первоначальном виде представляла раскалённый шар, который постепенно остывает, и это сказывается на климате. Шотландский естествоиспытатель Джеймс Геттон обнаружил следы ледников в местах слишком тёплых для них. Другие учёные писали, что ледники — возможная причина валунов в альпийских долинах.

Слева — Джейм Геттон, справа — Жорж-Луи Леклерк де Бюффон

Революционером в изучении климата стал Жозеф Фурье. В 1827 году француз открыл парниковый эффект, предположив, что атмосфера Земли сохраняет тепло.

Фурье подозревал , что человек ответствен за повышение температуры — «прогресс человеческих обществ и действие природных сил могут изменять поверхности, распределение воды и движение воздуха». Физик Клод Пуйе видел причину сохранения тепла в водяном паре и углекислом газе, а американка Ньютон Фут стала первой, кто доказал это в ходе экспериментов. Окончательно закрепил идею существования парниковых газов Джон Тиндаль. Он исследовал поглощение теплового излучения в газах и обнаружил, что водяной пар, метан и углекислый газ задерживают излучение.

Осознание

В 1896 году швед Сванте Аррениус стал первым, кто выдвинул тезис, что выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива и других процессов могут вызвать в будущем глобальное потепление. Однако, из-за низких выбросов в конце XIX века, учёный предположил, что такие изменения займут тысячи лет. К его идеям вернулись только к середине XX века.

Сванте Аррениус

В конце 1960-х советский климатолог Михаил Будыко разработал теорию климата, повлиявшую на современные взгляды о глобальном потеплении. Учёный доказал неизбежность антропогенного влияния на климат и роста средней температуры, ограничив возможность кардинальных изменений столетним периодом. В июне 1988 года профессор факультета экологии Колумбийского университета Джеймс Хансен выступил перед конгрессом США, где рассказал об угрозе изменения климата и призвал действовать незамедлительно. Это стало отправной точкой борьбы против глобального потепления. В том же году на Всемирной конференции по изменению атмосферы в Торонто учёные пришли к выводу, что необходимо снизить выбросы парниковых газов к 2005 году на 20%.

Принятие

С 1988 года основной научной организацией, изучающей вопросы изменения климата, является Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), созданная ООН. В своих регулярных докладах группа синтезирует наилучшее доступное на сегодня научное знание о рисках и последствиях изменения климата, а также возможных сценариях дальнейшего изменения климата в зависимости от выбранного пути сокращения выбросов парниковых газов.

На основании этих данных страны и международные организации принимают решения и разрабатывают стратегии действий. Работа МГЭИК влияет на повестку Рамочной конвенции ООН об изменении климата — основного международного договора по изменению климата, подписанного в 1992 году. Тогда на саммите ООН в Рио-де-Жанейро впервые обсудили политику по сокращению парниковых газов. За базовый взяли 1990 год, чтобы от него рассчитывать будущие сокращения. Принятый в 1997 году в Киото протокол к конвенции обязал страны сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов с 2008 по 2012 в сравнении с базовым годом. Тогда же появились квоты на разрешённые выбросы и рынок зелёных финансов. Если страна или отдельное предприятие сокращает выбросы и подтверждает это независимым аудитом, то сохранённые квоты можно продать. В 2015 году страны мира приняли 17 Целей устойчивого развития: среди них борьба с изменением климата, сохранение морских экосистем и экосистем суши, ответственное производство и потребление, недорогостоящая и чистая энергия. Страны также подписали Парижское соглашение , договорившись ограничить рост глобальной температуры в рамках 1,5 °C и достичь углеродной нейтральности (баланса между выбросами и их поглощением) во второй половине XXI века.

Опасные превышения

Атмосфера Земли — это тонкий слой газов, и часть из них — парниковые. Они задерживают тепловое излучение, что делает Землю комфортным местом для жизни: без парниковых газов средняя температура на планете была бы около -18 °C. Но проблема в том, что с начала индустриальной революции человечество нарушило баланс и существенно увеличило концентрации парниковых газов в атмосфере: углекислого газа — на 47%, метана — на 159%, закиси азота — на 23%.

Углекислый газ занимает первое место по вкладу в потепление планеты сегодня, и его концентрация достигла рекордного уровня, как минимум, за последние 800 тыс. лет — в первую очередь из-за выбросов от сжигания угля, нефти и газа, производства цемента, уничтожения лесов. Метан является вторым по важности парниковым газом, и к его антропогенным источникам относятся животноводство, рисоводство, добыча ископаемого топлива, свалки и сжигание биомассы. Выбросы же закиси азота происходят в результате использования удобрений, сжигания биомассы, а также различных производственных процессов. Продолжающийся рост содержания парниковых газов в атмосфере является, по сути, экспериментом человечества над климатом в режиме реального времени, который сулит обернуться очень серьёзными последствиями.

Согласие

Анализ данных за 40 лет ещё раз подтвердил , что основной причиной климатического кризиса является деятельность человека. Учёные говорят, что это знание достигло «золотого стандарта» научных данных, степень уверенности приближается к 99,99% и существует только один шанс на миллион, что продолжающееся изменение климата вызвано чем-то другим.

Американское научное общество, объединяющее 18 ассоциаций, ещё в 2009 году писало : «Наблюдения показывают изменение климата, а строгие научные исследования говорят, что парниковые газы, выделяемые в результате деятельности человека — основной их фактор». Американский геофизический союз и вовсе нивелирует возможность альтернатив: «Основываясь на обширных научных данных, весьма вероятно, что человеческая деятельность, особенно выбросы парниковых газов, — основная причина наблюдаемого с середины XX века потепления.

Никаких альтернативных объяснений, подтверждаемых убедительными доказательствами, не существует». Российские учёные согласны со своими зарубежными коллегами: в докладе Росгидромета 2014 года подчеркивается, что «…наблюдаемые изменения климата вызваны в первую очередь увеличением концентраций атмосферных парниковых газов вследствие хозяйственной деятельности человека». Аналогичный вывод и в докладе «Об экологическом развитии Российской̆ Федерации в интересах будущих поколений», выпущенном в Кремле в 2016 году: «Установлено, что влияние человека — доминирующая причина глобального потепления. Потепление, в основном, обусловлено ростом концентрации парниковых газов в атмосфере». МГЭИК считает, что «Влияние человека на климатическую систему очевидно, а современные антропогенные выбросы парниковых газов являются самыми большими в истории. Недавние изменения климата оказали широко распространённые воздействия на антропогенные и природные системы».

Парниковое будущее

Сегодняшний масштаб глобальных усилий по снижению влияния на климат и адаптации к его последствиям пока даже не приближает нас к тому, что необходимо для избежания колоссального будущего ущерба человеческой цивилизации и природе. Кажется, что реальные климатические изменения не так заметны и катастрофичны, как какие-то другие проблемы — но это пока. Рост средней температуры на 1,5 °C приведёт к поднятию уровня моря, экономическим, политическим и социальным последствиям. Изменение климата может увеличить миграцию, окислить Мировой океан и сделать его менее пригодным для жизни обитателей. Огромные территории Земли ожидает засуха и сокращение плодородных земель, что приведёт к продовольственному кризису. Ряд стран столкнётся с голодом и ростом инфекционных заболеваний. Увеличатся расходы государств на борьбу с последствиями климатических изменений — уже к 2050 году страны будут тратить ежегодно до $27 трлн.

Рост уровня моря может привести к переселению до 2 млрд людей в этом веке. Особенно пострадают развивающиеся страны, население которых зависит от близости к морю. Вспомним землетрясение в Индийском океане 26 декабря 2004 года, вызвавшее разрушительное цунами, когда погибло до 300 тыс. человек. Таяние ледников не приведёт к односекундной гибели тысяч людей, но увеличит миграцию и сопутствующие проблемы. Специалисты Всемирного банка прогнозируют, что уже к 2050 году страны Южной Азии ощутят кризис урожайности и доступа к чистой пресной воде.

Единственный шанс

Волшебной палочки, в одночасье преобразующей то, что копилось веками, нет. Влияние на климат оказывают различные сферы нашей жизни, а значит изменить нужно всё. С одной стороны, выбросы нужно сокращать во всех секторах: в энергетике, промышленности, лесном и сельском хозяйстве, обращении с отходами. С другой стороны, действовать должны все: государство, бизнес, люди. Если в какой-то из сфер прогресса не будет, шансы стабилизировать климат становятся минимальными. Следите за обновлениями на нашем сайте, чтобы узнать больше о том, как вы можете повлиять на ситуацию.

Таймлайн

Написал: Степан Давиденко, журналист

Редактура: Полина Каркина, Олеся Викулова

27 июля 2020 г.

Почему потребление мяса – одна из главных причин глобального потепления? Объясняет координатор «Гринпис»

На фестивале осознанного потребления «Знак Равенства» координатор проектов по изменению климата и энергетики «Гринпис» Полина Каркина рассказала, как производство и потребление мяса приближает глобальное потепление и чем это грозит планете (спойлер: ничем хорошим).  «Собака.ru» записала самое интересное.

Почему глобальное потепление – важная проблема

Сегодня изменение климата – одна из самых серьезных проблем, для решения которой необходимо кооперироваться всем человечеством. Нагревание планеты может стать необратимым процессом, и если ничего не делать с этим сегодня, завтра будет поздно. До сих пор существует много мифов на эту тему: кто-то считает, что глобальное потепление еще не изучено наукой, но это не так. В 1827 году Жозеф Фурье открыл парниковый эффект, еще тогда он предполагал, что Земля должна быть холоднее. Углекислый газ, метан и другие парниковые газы легко смешиваются с составом глобальной атмосферы и действуют подобно покрывалу, которое удерживает часть излучений, отраженных от поверхности Земли. Парниковый эффект вызывает существенное повышение температура планеты: сбалансированное количество газов создают условия для процветания жизни, но их перенасыщение разрушительно.

До середины прошлого века годовая температура планеты была гораздо ниже, сегодня же мы наблюдаем аномалию: 18 из 19 самых теплых лет в истории случились в XXI веке. В феврале этого года ученые установили, что влияние человека – основная причина глобального потепления. Их понимание приблизилось к цифре 99,9% , то есть это почти такая же уверенность, что завтра взойдет солнце. Но общественное мнение, к сожалению, не поспевает: опрос показал, что только 55% людей знают, что именно человек провоцирует рост температуры планеты.

Один из основных вкладов в изменение климата вносит сжигание ископаемого топлива – угля, нефти и газа. Ранее природный углеродный цикл находился в равновесии, однако после индустриальной революции в результате человеческой деятельности выбросы парниковых газов начали увеличиваться, из-за чего глобальная температура планеты начала повышаться. Никогда ранее концентрация углекислого газа в атмосфере не была так высока: до революции она составляла 280ppm, сейчас – 400ppm. Сегодня мы проводим настоящий эксперимент над природой, и чем он нам грозит, мы узнаем скоро.

Последствия изменения климата – что нас ждет?

Человеку необходимо подготовиться к новым условиям, но ко всему списку адаптироваться невозможно. Например, если игнорировать проблему глобального потепления, то уже в этом веке на некоторых территориях нашей планеты температура воздуха будет несовместима с жизнью. Из-за экстремальной жары находиться за пределами помещений с кондиционерами станет невозможно. Уже сейчас становится все больше пожаров, ледники таят, уровень Мирового океана растет. Примерно миллиард людей живут на побережье, и некоторые островные государства уже начали покупать землю для переселения жителей.

По телевизору рассказывают много страшилок о том, что конец света неминуем, во что уже никто не верит. Но с точки зрения изменения климата есть наука и реальные цифры, которые говорят о действительной угрозе коллапса. Если мы не перестанем создавать выбросы и бессознательно потреблять, то к концу века планета потеплеет на четыре градуса. Ежегодный доклад «Глобальных катастрофических рисков» в 2017 году заключил, что это будет означать конец человеческой цивилизации. На сегодняшний день масштабы разрушения выходят за рамки, и нет уверенности, что в будущем адаптация мира будет возможна.  

---

Если игнорировать проблему глобального потепления, то уже в этом веке на некоторых территориях нашей планеты температура воздуха будет несовместима с жизнью

Как животноводство влияет на глобальное потепление

Экологи всегда занимались лесами, водой, а животноводство и его влияние на изменение климата долгое время игнорировалось – казалось, что оно не наносит большого вреда. С 1989 по 2000 годы потребление животных продуктов в городах выросло почти в четыре раза. Сегодня, по оценкам ученых, 24% глобальных выбросов парниковых газов создается сельским хозяйством, из них 14% приходятся на животноводство, что превышает показатели всех видов транспорта: поезда, трамваи, самолеты все вместе наносят такой же вред, как и производство мяса. Если оставить все как есть, то к 2050 году сельское хозяйство будет виновником 50% всех выбросов человечества.

Климатический след мяса жвачных животных в 100 раз больше, чем у растительных продуктов. Это связано с ферментацией – процессом пищеварения, в результате которого внутри кишечника животного выделяется метан, сильный парниковый газ. Негативное воздействие на окружающую среду также вызывает навоз, его хранение и накопление.

Около 26% поверхности суши используется только для выпаса скота, что эквивалентно площади Африки и ЕС суммарно. Ради этого пришлось пожертвовать лесами, а из-за изменений в землепользовании произошла потеря углерода и увеличение количества углекислого газа.

У некоторых людей сохранились романтические представления о том, что планета населена носорогами, жирафами и другими дикими животными, но сегодня это не так. Из-за огромного количества скота происходит потеря биоразнообразия. На основе одного из последних исследований газета The Guardian выпустила интересную инфографику и наглядно показала, что среди всей биомассы млекопитающих домашний скот составляет 60%, 36% – люди и только 4% – дикие животные.   

На животноводство тратится огромное количество ресурсов. Особенно деструктивна для климата говядина: ее водный след в 10 раз больше, чем у бобовых, а для ее производства нужно в 28 раз больше земли, чем для свинины, птицы, яиц и молочных продуктов вместе взятых.

Сегодня, с точки зрения ученых, сокращение потребления животных продуктов и вегетарианская или веганская диета являются одним из самых значимых способов уменьшить нагрузку на окружающую среду и климат в своей ежедневной жизни. Можно вовремя выключать лампочки, сортировать мусор, но эффективнее всего будет отказаться от мяса в том количестве, в котором вы можете себе позволить.

Как мясо влияет на здоровье человека

Мы привыкли потреблять много мяса, часто люди даже не знают, что им приготовить, если у них нет в холодильнике животных продуктов. Культурно сложившаяся норма негативно влияет на наш организм: это приводит к ожирению, развитию диабета, сердечно-сосудистым заболеваниям. Несбалансированное питание с низким содержанием фруктов, овощей, цельного зерна и с большим количеством мяса – это один из главных факторов риска преждевременной смерти в мире. В 2016 году это привело к гибели 10 млн людей, для сравнения в тот же год от очевидного вреда табака умерло 7 млн человек. Кроме того, международное агентство по изучению рака квалифицировало красное обработанное мясо как «канцерогенное», растительные продукты, напротив, связывают с уменьшением количества болезней.

Несколько советов

Около трети всей еды в мире выбрасывается. Вместе с увеличивающимся потреблением животных продуктов растет уровень загрязнения окружающей среды, поэтому, в первую очередь, необходимо более осознанно относиться к своему питанию и покупать столько, сколько вы съедите. Один из девяти человек остается голодным, поэтому нужно перестать выбрасывать ту еду, которую вы не успеваете съесть, и начать пользоваться фудшерингом. Так вы накормите тех, кому нечего есть, и уменьшите количество отходов. Также важно выбирать продукты местного производства: привезенные товары имеют больший углеродно-климатический след, так как на них затрачивается много энергии и ресурсов.

Необходимо найти альтернативу продуктам животного происхождения, искать рецепты вегетарианских блюд и постараться сократить потребление мяса. Если вы уже начали постепенно двигаться в этом направлении, устройте вегетарианскую вечеринку – расскажите вашим друзьям, что можно питаться вкусно и без мяса.

 

Записала Софья Зима

Девочка и миф – Огонек № 1 (5596) от 13.01.2020

В истории человечества можно выделить три категории мифов. Первая — это древние мифы, которые появились на ранней стадии человеческой истории и были со временем опровергнуты наукой. Такие, например, как плоская Земля, стоящая на трех китах, или миф, что на Канарских островах живут люди с пёсьими головами. Вторая — те древние мифы, которые сегодня могут получить в наши дни реальное подтверждение с позиций современной науки. И наконец, третья категория — это мифы, возникшие уже в наше время и благодаря умелой пропаганде в средствах массовой информации запугавшие миллионы людей, но серьезного научного подтверждения не имеющие. Наиболее наглядный пример последнего — миф о глобальном потеплении, запугавший миллионы людей и ставший базисом для экономических и политических разборок. Точнее, не о глобальном потеплении, которое, как свидетельствуют научные данные, так же, как и глобальное похолодание, является объективным фактом, а о том, что человеческая цивилизация якобы может оказывать на него влияние. Сегодня страсти с этим мифом достигли очередного накала в связи с нагнетанием всеобщей истерии после выступления 16-летней школьницы Греты Тунберг, за которой стоят взрослые дяди и тети. Как возник этот миф и что с ним делать, размышляет в своем эссе для «Огонька» академик РАЕН, геофизик Александр Городницкий.

Александр Городницкий

23 сентября 2019 года Грета, приплыв на корабле в США (на самолете не полетела, поскольку он, по ее мнению, загрязняет атмосферу), выступила с весьма эмоциональной речью на Генассамблее ООН, в которой призвала взрослых перестать губить нашу планету и срочно прекратить все действия, которые могут вызывать глобальное потепление. «Мы стоим в начале массового вымирания»,— заявила она в ООН.

Это театрализованное, эмоциональное, хорошо срежиссированное выступление вызвало бурную дискуссию во всем мире, в том числе и в нашей стране. Грета Тунберг объявлена сейчас «человеком года». Ее портрет красуется на обложке журнала «Тайм». Она номинирована на Нобелевскую премию мира (подробный рассказ об этом феномене опубликован в нашем журнале в последнем номере прошлого года — см. «Глобальная Грета», № 50 за 2019 г.— «О»). Во многих странах мира идут подогреваемые прессой многотысячные демонстрации детей и подростков против глобального потепления. Не получив достаточной поддержки от взрослых, пропагандисты этого мифа взялись теперь за детей. И школьниками дело не ограничилось — вместе с ними выступили подогреваемые прессой молодежные экоактивисты во всем мире, которые действовали более агрессивно. В Германии они перекрывали дороги и в октябре 2019 блокировали в Берлине административные здания, требуя от правительства срочных мер по борьбе с глобальным потеплением. Как будто и в самом деле этот процесс, от человека не зависящий, можно остановить массовыми митингами и забастовками (ситуация эта напомнила мне давнюю историю, когда много лет назад во время океанской экспедиции я читал на корабле лекцию для экипажа о дрейфе континентов. После лекции ко мне подошел замполит (была у нас на судах такая замечательная должность) и спросил: «Скажите, а мы можем управлять движением континентов?» «Кто это мы?» — переспросил я. «Как кто? Партия и правительство, конечно».— «Ну что вы, нет. Это глубинные геологические процессы, занимающие миллионы лет». «Плохо работаете,— рассердился замполит,— надо научиться!»).

Между тем на волне этих эмоций премьер Российской Федерации Дмитрий Медведев подписал постановление о принятии Россией Парижского соглашения по климату, в котором миф о глобальном потеплении, сформулированный впервые американским политиком Альбертом Гором несколько десятилетий назад и приведший к соглашениям в Киото в 1997 году, приобрел новую угрожающую реальность.

Основа этого соглашения состоит в том, что главная угроза для Земли — глобальное потепление. Происходит оно в основном из-за выброса парниковых газов. Из труб фабрик и автомобилей, а также в сельском хозяйстве. Поэтому выбросы следует резко снизить. Например, по данным ООН, все коровы планеты выделяют на 18 процентов больше таких газов (пардон, продуктов их жизнедеятельности), чем все автомобили. На основании чего наиболее отмороженные «экоактивисты» даже требуют запретить производство и продажу говядины и других видов мяса.

13 декабря 2019 года Евросоюз представил свою стратегию по защите климата до 2050 года. Согласно ей, выброс парниковых газов в странах Евросоюза должен быть сведен к нулю в ближайшие 30 лет. В документе говорится в первую очередь об отказе от использования нефти, природного газа и каменного угля, при сгорании которых в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Западные государства, уже подписавшие соглашения, пока к этому не готовы. Но один из самых радикальных «зеленых планов» принят в мощнейшей экономике Евросоюза — ФРГ.

Соединенные Штаты, где всегда умели считать деньги и в свое время не поддержали Киотское соглашение, поступили иначе. 1 июня 2017 года президент Дональд Трамп официально объявил о выходе США из Парижского соглашения по климату, заявив следующее: «Не выходить из соглашения от нас требуют те же страны, чьи торговые ограничения обходятся Америке в триллионы долларов и которые во многих случаях небрежно относятся к своему вкладу в наш критически важный оборонный альянс». Трамп вообще утверждает, что не верит в глобальное потепление, да и его Республиканская партия скептически относится к этой идее. А вот их оппоненты из Демократической партии, наоборот, на случай своей победы подготовили целый план «зеленой революции» по всем фронтам. Их поддерживают большей частью те корпорации, которым борьба с парниковыми газами не повредит. А за республиканцев традиционно выступают представители классической индустрии — нефтепромышленники, «оборонка». Для них крайне дорого будет тормозить производства для их переоснащения в соответствии с квотами на выбросы газов и прочее загрязнение.

Что касается других государств, и прежде всего России, то публичные выступления Греты, вернее, тех, кто за ней стоит, ставят их в сложное положение. Ведущие экспортные продукты России — нефть и газ. Против нефти (вернее, выбросов от сжигания бензина и дизеля) как раз выступают экоактивисты, и, вероятно, потребление «черного золота» на Западе из-за этого будет уменьшаться, хотя природный газ — один из самых чистых и эффективных источников энергии, какое-то время еще продержится на мировом рынке. И Россия располагает крупнейшими его запасами на Земле. В любом случае, однако, отказ европейских и других стран от природного газа и нефти наносит серьезный удар по российской экономике. В свою очередь, модернизация всей российской промышленности с большим числом устаревших производств в соответствии с требованиями новых экологических условий требует огромных затрат, тем более что западные санкции отрезают ее от высоких технологий.

На фоне этой всемирной экономической и политической истерии давно позабыт главный вопрос: а насколько реальны угрозы, которыми так умело запугали все человечество борцы с выбросами парниковых газов? Оказывают ли вообще жизнедеятельность людей и промышленное развитие влияние на глобальное потепление нашей планеты? Надо ли, не поглядев в святцы, бить в колокола? Что говорит по этому поводу современная наука?

Наука напугать

Для экоактивистов неистовая Грета Тумберг стала почти иконой

Фото: AFP

Начало этому мифу было положено бывшим американским вице-президентом Альбертом Гором, выпустившим в 2007 году книгу под интригующим названием «Неудобная правда» и пространный документальный фильм под тем же названием. Основная идея, изложенная в книге и фильме, состояла в том, что главной причиной глобального потепления является выброс промышленного углерода в атмосферу. Утверждалось: в результате этого возникает так называемый парниковый эффект, который приводит к резкому подъему температуры на поверхности нашей планеты. Начинается интенсивное таяние льдов Арктики и Гренландии. В ближайшее время поднимется уровень Мирового океана. Вода затопит Лондон, Нью-Йорк, Токио и другие прибрежные города. Это приведет к возникновению массовых эпидемий. Растают горные ледники, питающие реки, и начнутся проблемы с пресной водой, за которую будут воевать завтра так же, как сегодня за нефть. В 2000 году Гор заявил, что через 10 лет наша планета достигнет точки невозврата, а еще через два года сказал, что через пять лет на Северном полюсе полностью растает лед…

Фактически и книга, и кинокартина представляют собой собрание ошибочных и неграмотных климатических «страшилок» (в частности, по данным академика Владимира Котлякова и нашим наблюдениям за снежным покровом полюса относительной недоступности Антарктиды, масса льда и снега этого континента за последние 30–40 лет существенно увеличивалась, а не снижалась, как это утверждает Альберт Гор), но под их влиянием организация по защите окружающей среды при ООН (UNEP) в 2005 году выступила с заявлением, что в 2010 году в мире появится более 50 млн климатических беженцев. Была даже опубликована детальная карта с указанием покинутых районов. И хотя ничего подобного не произошло, книга и фильм Гора, неграмотные и вредные с точки зрения физических основ формирования климатов Земли, без какого бы то ни было научного обсуждения, были шумно разрекламированы, получили признание со стороны международных чиновничьих структур, «зеленых экологов» и политиков и даже были отмечены престижной международной Нобелевской премией (это при том, что Британский верховный суд обнаружил в фильме девять научных ошибок).

В результате хорошо организованной международной политической кампании ведущие страны мира подписали тогда Киотский протокол, на смену которому пришло сейчас Парижское соглашение. Протокол призывал к сокращению выбросов в атмосферу так называемых парниковых газов, и прежде всего главного из них — углекислого газа. Протокол этот исходит из ошибочного предположения, что эти газы якобы приводят к увеличению парникового эффекта и существенному потеплению климата Земли.

Основным аргументом сторонников данной гипотезы является совпадение потепления климата в последние десятилетия ХХ века с одновременным повышением содержания в атмосфере углекислого газа антропогенного происхождения. При этом забывают, что последнее потепление климата началось еще в начале XVII века, когда о выбросах в атмосферу антропогенных парниковых газов и говорить не приходилось.

Парниковый вопрос

Иллюстрация художника Виктора Тихомирова к песне Александра Городницкого «Дорогая Грета»

Фото: Художник Виктор Тихомиров, Коммерсантъ

Идея о разогреве земной атмосферы парниковыми газами впервые была высказана в конце XIX столетия известным шведским ученым Сванте Аррениусом (1859–1927), обнаружившим, что молекулы СО2 способны нагреваться за счет поглощения инфракрасного излучения, идущего, например, от нагретой Солнцем поверхности Земли. Отсюда делался вывод, что чем больше в атмосфере углекислого газа, тем теплее на Земле. Очевидно? Да, но все же это надо было бы проверить. Ведь когда-то казалось очевидным, что именно Солнце вращалось вокруг неподвижной Земли, и даже после Коперника эта идея еще долгие годы доминировала в научном сообществе того времени. Что касается применимости модели парника к атмосфере, то и здесь возникают вопросы. Парник герметически закупорен, у него есть боковые стенки. А где стенки у атмосферы?

До начала XXI века вообще не существовало никакой научной теории парникового эффекта и влияния парниковых газов на тепловые режимы атмосферы. Нет ни одного достоверного доказательства влияния парниковых газов на климаты Земли. Поэтому все призывы Киотского протокола основаны на интуитивных представлениях.

В противовес примитивной гипотезе зависимости климата только от одной причины — концентрации в атмосфере парниковых газов, в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН профессором Олегом Сорохтиным была разработана физическая теория климата Земли. Она показывает, что температура тропосферы (нижнего слоя земной атмосферы) и самой земной поверхности зависит, по крайней мере, от семи основных факторов:

• от расстояния между Землей и Солнцем и активностью Солнца
• от давления атмосферы
• от отражательной способности Земли (ее альбедо)
• от угла прецессии оси вращения Земли
• от теплоемкости воздуха,
• от влажности,
• от поглощения парниковыми газами теплового излучения Солнца и Земли

При этом необходимо учитывать отрицательную обратную связь преобразования солнечного излучения облачным покровом планеты, обычно играющим основную роль в формировании ее альбедо (то есть отражательной способности). Теория, предложенная Сорохтиным, является количественной и позволяет численно рассчитывать как влияние на климат каждого из перечисленных факторов по отдельности, так и их суммарное влияние.

В соответствии с этой теорией колебания климатических температур связаны в первую очередь с колебаниями инсоляции. Изменение угла прецессии Земли (наклона оси ее вращения по отношению к перпендикуляру плоскости обращения Земли вокруг Солнца) определяет только плавный тренд этих колебаний. Остальные факторы либо оставались постоянными, либо были усреднены.

Энергетический анализ созданной физической теории парникового эффекта показал, что доминирующим процессом, управляющим выносом из атмосферы солнечного тепла, а также распределением температуры в тропосфере, является конвекция воздушных масс Земли. Что же касается прогрева тропосферы парниковыми газами, поглощающими инфракрасное излучение прогретой Солнцем Земли, то этот процесс приводит к расширению данных объемов газа и к быстрому их подъему к стратосфере, а на смену им из стратосферы опускаются к поверхности Земли уже значительно охлажденные массы воздуха. В результате средние температуры воздуха в тропосфере практически не меняются или даже становятся более низкими. Поэтому концентрация парниковых газов в атмосфере (и особенно углекислого газа) практически никак не влияет на климат планеты. Наблюдавшееся в последние десятилетия потепление климата связано только с временным увеличением солнечной активности, тогда как долговременные изменения земного климата направлены на его похолодание и приближение нового ледникового периода.

После неудач на политическом поприще Альберт Гор взял реванш на экологическом, где собрал все лавры, включая и Нобелевскую премию мира (в 2007-м)

Фото: Koichi Kamoshida / Getty Images

В фильме Альберта Гора есть один эффектный момент: он стоит с указкой в руках перед экраном, на котором представлена кривая подъема температуры в атмосфере, а над ней такой же подъем содержания углерода. «Вот, видите, как с ростом температуры увеличивается содержание СО2 в атмосфере?» На самом деле все наоборот. Существуют прямые свидетельства того, что изменения содержания СО2 в атмосфере являются следствием изменения температуры, а не его причиной.

Картина изменения земного климата за последние 400 тысяч лет, с добавлением прогноза на следующие 120 тысяч лет, позволяет сделать вывод, что в будущем нас ждет не потепление, а значительное похолодание климата, к которому надо готовиться уже сейчас. Кроме того, последняя фаза потепления ХХ века, начавшаяся около 70-х годов, была связана с восходящей фазой шестидесятилетней солнечной активности, тогда как в XXI веке уже началась ее нисходящая фаза активности, могущая приводить только к дополнительному похолоданию климата. Во всяком случае, на ближайшие 30 лет.

Причина предстоящего глобального похолодания климата связана также с уменьшением угла прецессии Земли и снижением общего давления земной атмосферы. По мнению Олега Сорохтина, это происходит благодаря жизнедеятельности азотпотребляющих бактерий, постоянно удаляющих азот из воздуха и переводящих его в осадки. К сожалению, эти процессы неуправляемые, и мы вряд ли сможем что-либо сделать для их приостановки.

По разным оценкам в настоящее время за счет сжигания природного топлива в атмосферу поступает около 7–10 млрд тонн углекислого газа, или 1,9–2,7 млрд тонн чистого углерода. Это колоссальное количество поступающего в атмосферу углерода влияет не только на состав ее газовой смеси и снижение показателя адиабаты, но и несколько увеличивает общее давление атмосферы. Оба эти фактора действуют в противоположных направлениях, в результате средняя температура земной поверхности почти не меняется. Практически не изменится она даже если концентрация углекислого газа увеличится вдвое, что ожидается к 2100 году.

Обращение к здравому смыслу

Иллюстрация художника Виктора Тихомирова к песне Александра Городницкого «Дорогая Грета»

Фото: Художник Виктор Тихомиров, Коммерсантъ

Из приведенных оценок следует важный практический вывод: даже значительные выбросы техногенного углекислого газа в земную атмосферу фактически не меняют осредненные показатели ее теплового режима и парникового эффекта. Вместе с тем увеличение концентрации этого газа в земной атмосфере, безусловно, является полезным фактором, существенно повышающим продуктивность сельского хозяйства и способствующим более эффективному восстановлению растительной массы в районах сведения лесов.

К аналогичным выводам в 1997 году пришли и многие американские ученые, изучавшие изменения климата в разных регионах Северной Америки. В этой связи бывший президент Академии наук США профессор Фредерик Зейтц пишет: «Экспериментальные данные по изменению климата не показывают вредного влияния антропогенного использования углеводородов. В противоположность этому имеются веские свидетельства, что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа является полезным». Зейтц подготовил петицию ученых правительству США с призывом отказаться от Международного соглашения по глобальному потеплению климата, заключенному в японском городе Киото в декабре 1997 года, и от других аналогичных соглашений. В этой петиции, в частности, говорится: «Не существует никаких убедительных научных свидетельств того, что антропогенный выброс углекислого газа, метана или других парниковых газов причиняет или может в обозримом будущем вызвать катастрофическое прогревание атмосферы Земли и разрушение ее климата. Кроме того, имеются существенные научные свидетельства, показывающие, что увеличение в атмосфере концентрации диоксида углерода приводит к положительному влиянию на естественный прирост растений и животных в окружающей среде Земли». Петицию подписало более 15 тысяч американских ученых и инженеров.

Вот еще несколько имен. Физик Харольд Льюис, ученик Оппенгеймера и профессор Беркли, в 2010 году в открытом письме заявил, что выходит из Американского физического общества. Причиной была «афера глобального потепления, которой движут буквально триллионы долларов, афера, которая развратила так много ученых… это самое крупное и самое успешное псевдонаучное мошенничество, которое я видел в течение своей долгой жизни как ученого».

23 сентября 2019 года, в разгар климатической истерии, 500 ученых, работающих в области климатологии и смежных наук,направили в ООН письмо: «Общераспространенные модели, на которых основана сейчас международная политика в отношении климата, несостоятельны. Это жестоко и поспешно — требовать бросить на воздух триллионы на основании результатов этих несовершенных моделей. Нынешняя климатическая политика бессмысленно и жестоко подрывает экономику». Среди подписавшихся: профессор Гус Берхут из Нидерландов, профессор Ричард Линдзен из США, профессор Рейналь дю Бержер и профессор Джеффри Фосс из Канады, профессор Ингемар Нордин из Швеции, профессор Альберто Престинци из Италии, профессор Бенуа Ритто из Франции и др.

Они утверждают, что нынешнее потепление вызвано в основном естественными факторами, что потепление происходит гораздо более медленными темпами, чем предрекают так называемые «научные модели» климатических алармистов, что вся громадная бюрократия и группы интересов, образовавшихся вокруг учения о глобальном потеплении, основаны на неадекватных и опровергнутых фактами моделях. Они также напоминают, что CO2 является основой жизни на Земле, что его увеличение ведет к увеличению биомассы и что наблюдавшееся потепление, вопреки утверждениям алармистов, не привело к увеличению природных бедствий. «Не существует никакой чрезвычайной климатической ситуации. Тем самым нет повода для паники и беспокойства».

В этой связи необходимо еще раз обратить внимание на то, что и Киотский протокол не имел научного обоснования, по своей сути противоречил физике природных процессов и совершенно неверно объяснял влияние на климат антропогенных воздействий. Об этом, в частности, в 2004 году официально заявила и Российская академия наук, но к ней не прислушались, и наша страна все-таки подписала тогда этот псевдонаучный и вредный для страны протокол.

Обращает на себя внимание, что один из основоположников российской климатологии академик Кирилл Яковлевич Кондратьев заявлял тогда, что фейковая религия глобального потепления никакого отношения к экологии не имеет, и был категорическим противником подписания Киотского протокола.

Только в декабре 2012 года на Всемирной климатической конференции ООН Россия вышла из Киотского соглашения и правильно сделала. Вызывает по меньшей мере сожаление, что сейчас Россия подписала Парижское соглашение. Нельзя еще раз не напомнить, что Соединенные Штаты с самого начала не принимали участия в Киотском соглашении и сейчас вышли из Парижского. Все это пустая трата денег, наносящая серьезный вред экономике.

На самом деле повышение парциального давления углекислого газа в атмосфере приводит к пропорциональному повышению эффективности сельского хозяйства и скорости восстановления вырубаемых лесных массивов. Поэтому предлагаемые Международными экологическими организациями дорогостоящие (порядка многих десятков миллиардов долларов в год) мероприятия по стабилизации концентрации СО2 не имеют смысла и вредны для экономики и сельского хозяйства. Эти средства с большей пользой можно было бы использовать на развитие той же экономики и социальных сфер.

Сейчас активно распространяются в средствах массовой информации всевозможные псевдонаучные (а иногда и просто лженаучные) прогнозы о резком потеплении климата, о таянии ледниковых покровов Антарктиды, о значительном повышении уровня Мирового океана, о затоплении многих прибрежных городов и даже о «вселенской катастрофе» при дальнейшем повышении парциального давления углекислого газа. На самом же деле мы сейчас живем на пике сравнительно небольшого локального потепления, после окончания которого начнется новая фаза похолодания (если она уже не началась). Главным регулятором температуры земной атмосферы является лучистая энергия Солнца, связанная не только с солнечной активностью, но и с расстоянием между Землей и Солнцем. Расстояние это периодически меняется со временем. Несколько лет назад оно было минимальным, что привело к потеплению, а теперь начинает увеличиваться. Через 10–15 лет нас ждет не глобальное потепление, а наоборот, глобальное похолодание, подобное тому, которое уже было в Европе в начале XVII века. Кстати, уже сегодня одновременно с таянием ледников в Арктике идет наращивание ледового покрова в Антарктиде, где сосредоточены самые большие запасы пресной воды на нашей планете. Хочется спросить: кому и зачем выгодно запугивать человечество мифом о глобальном потеплении? Вопрос о влиянии человека на глобальное потепление сегодня вышел за рамки науки, переместился в сферу политики и экономики и превратился в тоталитарную идеологию, близкую к религиозному верованию. Идеология эта не допускает критики и, не считаясь с научными данными и ошибочностью своих предсказаний, предает анафеме всякого, кого считает неверующим еретиком. Не случайно нобелевский лауреат по физике Ивар Гивер еще в 2012 году, на встрече нобелевских лауреатов, назвав изменение климата псевдонаукой, заявил: «Глобальное потепление стало новой религией, поскольку вы не можете его обсуждать».

Все, изложенное выше, наглядно показывает, что антропогенное влияние на глобальное потепление остается мифом, а нынешнее Парижское соглашение, пришедшее на смену Киотскому протоколу, может оказаться крупнейшей международной финансовой и политической аферой нашего времени, которую не сможет спасти даже Грета Тунберг.

Человечество должно бороться не с мифическим призраком антропогенного глобального потепления, а с региональными экологическими катастрофами, вызванными его деятельностью, уничтожающей окружающую природу, что на протяжении человеческой истории приводило к гибели стран, культур и цивилизаций. Это уничтожение лесных массивов и акваторий (характерный пример — Аральское море), глобальная токсикация природы за счет выброса в атмосферу отравляющих химических веществ, загрязнение суши и морей радиоактивными и химическими отходами (характерные примеры — Балтийское море, где затоплено химическое оружие гитлеровского рейха, или озеро Байкал) и многое другое. Перспективным направлением для решения проблем защиты окружающей природы представляется, в частности, переход к системным «зеленым технологиям», вообще не дающим токсичных выбросов, концепция и принципы которых изложены в работах профессора Германа Кричевского.

Что же до реальных природных опасностей, с которыми мы можем столкнуться в ближайшее время, то это прежде всего катастрофические извержения вулканов и катастрофические землетрясения, в том числе цунамигенные. Ни того, ни другого наука сегодня предсказать не может. Достаточно вспомнить цунамигенное землетрясение на Суматре в 2009 году, которое унесло более 200 тысяч жизней. А сейчас нам угрожает взрыв Йеллоустоунского супервулкана в Северной Америке, который сулит глобальную экологическую катастрофу…

Впрочем, этого Грета Тунберг в школе еще, возможно, не проходила.

«Изменение климата и его последствия». Второй день

РАН на площадке Альянса международных научных организаций провела двухдневную онлайн-конференцию «Изменение климата и его последствия». Сессию второго дня открыл исполнительный директор секретариата ANSO Цзинхуа Цао

Российская академия наук на площадке Альянса международных научных организаций (АНСО) провела двухдневную онлайн-конференцию «Изменение климата и его последствия». Сессию второго дня открыл исполнительный директор секретариата ANSO Цзинхуа Цао.

В ходе второго дня мероприятия были представлены 9 докладов от России, Китая, Бельгии, Норвегии и Непала по вопросам изменения климата, исследований и технологий, направленных на выявление изменений климата и последствий, а также решений, которые уже существуют в некоторых странах.

Российскими академиками было представлено несколько научных работ.

Академик Юрий Дгебуадзе презентовал свой доклад о влиянии изменения климата на биоразнообразие России и прилегающих стран.

«Конечно, очевидно, что исторические и географические факторы уже сформировали биоразнообразие, которое есть сейчас. Хотя процессы микроэволюции мы наблюдаем сейчас в некоторых горячих точках. Таких как озеро Кроноцкое на Камчатке, в Трансбайкальском регионе или в западной части Монголии».

Ученый отметил, что иногда сложно понять, какова причина каких-либо изменений в этой системе, изменений в биоразнообразии. И что произошло первым – глобальные изменения в климате или антропогенные эффекты.

Академик привел множество примеров, когда изменения климата и температуры сказываются на растениях и животных. Отметил процесс перемещения некоторых видов животных и растений ближе к Арктике. Некоторые растения распространяются туда, где становится теплее, а некоторые животные уходят на север, потому что им наоборот, нужен более холодный климат.

Доклад ученого был направлен на привлечение внимания к тому, как изменяется не просто температура, а сама природа, животные и растения.

Академик Сергей Семенов рассказал про парниковый эффект. Он отметил, что парниковый эффект и изменения климата зависят не только от количества излучаемой солнечной энергии, но еще и от свойств принимающих объектов.

Парниковые газы – коренная причина глобального потепления. Современное понимание парниковых газов стало возможным благодаря работам ученых прошлого. Сейчас, благодаря этому и текущим исследованиям, становится очевидно, что количество этих парниковых газов только растет. Увеличение содержания оксида углерода, метана и оксида азота наблюдается по всему миру. Как и постоянное увеличение средней температуры на поверхности всей Земли.

«Такое климатическое потепление распределено по Земле неравномерно. Где-то даже наблюдаются регионы с похолоданием. Также видны изменения не только в части температуры, но и в количестве осадков. Общая тенденция говорит о том, что количество осадков увеличивается, но при этом, как и в случае с температурой, наблюдаются зоны засушливости. Экономическая деятельность привела к серьезному обогащению атмосферы парниковыми газами».

Сергей Гуляев, академик РАН, рассказал об изменениях, которые происходят в северной Атлантике. По его словам, океан сразу сигнализирует об изменениях, которые происходят в атмосфере. Сергей Гуляев представил проект NAAD, которые помогает делать анализ изменений более качественно.

«У нас есть модель, которая помогает увидеть, как меняется температура воды, как она становится теплее в некоторых регионах. Модель помогает увидеть какое влияние оказывают текущие изменения температуры на потоки воздуха и океана».

Сопредседатель ANSO Цзинхуа Цао закончил дискуссию словами благодарности Российской академии наук и всех докладчиков, а также оценил важность прошедшей сессии:

«Мы должны использовать совместные усилия, единую платформу для решения этой проблемы. Чтобы наши научные данные могли использоваться для более эффективного достижения цели. Должна быть наднациональная научная инициатива для решения этой глобальной проблемы».

 

 

Глобальное потепление для начинающих / Хабр

Если бы вы не слышали о глобальном потеплении, как бы вы смогли установить, происходит ли оно?

Вопрос о том, происходит ли изменение климата, не стоит. Спорить можно только о том, какую роль в нём играют люди.
— Дэвид Аттенборо

Давненько я не писал ничего про глобальное потепление, изменение климата и вообще о земных проблемах окружающей среды. Я ведь физик – точнее, астрофизик – и хотя я хорошо разбираюсь в физике Земли и в науке, это не моя экспертная область.

Но мне поступило много просьб взглянуть на вышедший (в 2014 году) отчёт IPCC по поводу глобального потепления и меня спрашивали, как можно самостоятельно попытаться установить, нагревается ли Земля.

И если это действительно так, то как понять, играет ли человечество в этом процессе значительную роль?

Давайте с вами поиграем. Притворимся, что:

• Мы никогда не слышали об этой проблеме,
• Мы никогда не слышали чужих мнений на этот счёт – политических, научных, любых других,
• Мы не принимаем во внимание никакие другие соображения (политические, экономические, экологические),
• Нас интересуют ровно два момента: нагревается ли Земля, и имеют ли люди к этому отношение.

Пост будет большой, но чтобы докопаться до правды, нужно время. Так что потратим это время и сделаем всё правильно, согласно современным научным представлениям.

Поехали!

Это Солнце. С очень хорошим приближением можно сказать, что это источник большей части энергии, поддерживающей температуру не только Земли, но и всех планет на уровне выше нескольких кельвинов. (Я буду использовать кельвины, но в скобках указывать градусы цельсия и фаренгейта: -270 °C / -455 °F).

Днём мы поглощаем энергию Солнца, но и излучаем её, как днём, так и ночью, в космос. Поэтому днём температура повышается и ночью понижается – так это происходит с каждой планетой, имеющей дневную и ночную стороны. Также меняются сезоны, холодные и тёплые времена, в зависимости от эллиптичности орбиты планеты и наклона оси.

Но если бы температуру определяли только два этих параметра, тогда самая близкая к Солнцу планета была бы самой горячей, и их температура постепенно падала бы по мере отдаления от Солнца. Можно проверить это предположение, начиная с самой внутренней планеты и двигаясь наружу.

Меркурий очень горячий. На самом деле очень горячий! Он ближе всех к Солнцу и совершает оборот всего за 88 земных дней. Максимальная температура днём составляет невероятные 700 К (427 °C / 800 °F) в самых горячих местах. Меркурий вращается очень медленно, так что его ночная часть проводит много времени в темноте, закрытая от Солнца. В это время она охлаждается до 100 K (−173 °C / −280 °F), что очень холодно, гораздо холоднее естественных температур на Земле. Такова ситуация с ближайшей планетой к Солнцу, Меркурием.

Что насчёт Венеры?

Венера находится в среднем в два раза дальше от Солнца, чем Меркурий и совершает оборот вокруг Солнца за 225 земных дней. Она тоже медленно вращается, проводя по 100 земных дней на солнце и столько же в тени. Поэтому вам может показаться удивительным, что температура Венеры всегда постоянна, как днем, так и ночью и в среднем составляет 735 K (462 °C / 863 °F), что даже больше, чем у Меркурия!

Поэтому, если нам нужно разобраться с тем, что происходит на этих мирах, нужно спросить – почему?

Если сравнить два этих мира, мы найдём четыре больших различия:

1. Меркурий сильно меньше Венеры,
2. Меркурий в два раза ближе к Солнцу,
3. Отражающая способность Меркурия гораздо меньше,
4. У Меркурия нет атмосферы, а у Венеры она очень плотная.

Оказывается, что размер не имеет значения. Если бы Меркурий был в два раза больше, или Венера в два раза меньше, их температура не поменялась бы значительно, поскольку количество солнечного света, падающего на единицу поверхности планеты, не поменялось бы.

А вот то, что Меркурий в два раза ближе к Солнцу, имеет значение.

Любой объект, удалённый на двойное расстояние от Солнца, получает лишь четверть солнечной энергии на единицу площади, поэтому Меркурий должен получать в четыре раза больше энергии на каждую часть поверхности, чем Венера.

При этом Венера горячее, что говорит о том, что в оставшихся двух пунктах содержится что-то важное.

Отражение или поглощение объектом лучей известно как альбедо, от латинского «albus», что значит «белый». Объект с нулевым альбедо идеально поглощает излучение, а объект с альбедо равным 1 идеально отражает. Вам может быть знакома Луна, у которой, судя по всему, довольно высокое альбедо, поскольку она выглядит белой и днём и ночью.

Не обманывайтесь! Среднее альбедо Луны всего лишь 0,12, то есть она отражает только 12% падающего света и поглощает 88%. Чем меньше альбедо объекта, тем лучше он поглощает свет, а чем выше альбедо, тем меньше света поглощается. (Специально для планетологов уточняю, что использую альбедо Бонда).

Альбедо Меркурия примерно такое же, как у Луны, а у Венеры – одно из самых больших для всех тел Солнечной системы.

Итак, что мы получили: хотя у них разный размер, значения это не имеет, Меркурий получает примерно в четыре раза больше энергии, чем Венера на единицу площади; Меркурий поглощает почти 90% падающего на него солнечного света, а Венера только 10%.

И всё-таки Венера даже по ночам всегда горячее, чем любое место на Меркурии.

Какой там четвёртый пункт?

4. У Меркурия нет атмосферы, а у Венеры она очень плотная. (Особо ловкие из вас могли видеть её во время транзита Венеры по солнечному диску в 2012 году!)

Видите ли, Меркурий и Венера не только поглощают энергию Солнца, они потом её заново излучают в космос в виде тепла. В случае Меркурия всё это тепло возвращается в космос, а вот в случае с Венерой ему приходится проходить через толстый, толстый слой атмосферы, что довольно трудно сделать.

Оказывается, что атмосфера играет критическую роль. Жара, достигающая Венеры, остаётся там надолго. Она остаётся достаточно долго для того, чтобы нагреть всю ночную сторону до той же температуры, что имеет дневная (в этом помогают ветра, облетающие планету за четыре дня) и жара остаётся там достаточно долго, что позволяет Венере быть самой горячей планетой Солнечной системы.

Какой можно сделать вывод? Толстая атмосфера Венеры, без сомнения и есть причина того, что она горячее Меркурия. И раз уж атмосферы останавливают тепло, как это происходит на Венере, необходимо вспомнить, что у Земли тоже есть атмосфера!

Атмосфера Земли тоньше и менее эффективная. Но даже если масштабы эффектов сильно отличаются, принципы и механизмы остаются такими же. Это пока не вся история, но очень важная её часть, которую нужно иметь в виду.

Где же находится Земля относительно первых трёх пунктов списка?

Размер у неё примерно такой же, как у Венеры, диаметр на 5% больше, хотя это для температуры значения не имеет.
Она в три раза дальше от Солнца, чем Меркурий и на 50% дальше, чем Венера, поэтому она получает 1/9 от количества излучения на единицу площади, получаемого Меркурием и меньше половины излучения, получаемого Венерой.
Альбедо у Земли сложное и непостоянное, из-за переменного покрытия облаками (а облака сильно отражают излучение), времен года (кроме того, у мест,, покрытых зеленью альбедо отличается от голой земли), изменения полярных шапок и снежного покрытия и т.п. В среднем альбедо Земли достигает 0,3, но следующий график показывает, как сильно может различаться альбедо в зависимости от места или сезона.

Поэтому хотя альбедо Земли и сложное, его просто отслеживать при наличии на орбите спутников и легко учесть в построении модели происходящего с нашей родной планетой.

Если нам нужно понять, какая у Земли температура, почему она такая и сделали ли что-нибудь люди для её изменения, нам нужно понять четвёртый пункт: атмосферу Земли. Она реальна, она есть и она важна – но насколько?

Чтобы понять, как это работает, нам нужно начать с источника энергии, которую так замечательно улавливает атмосфера планет: с Солнца.

Солнце, используя проверенную временем метафору, адски горячее. По крайней мере, если мы примем, что температура поверхности ада составляет около 6000 К.

У этого излучения – как и у любого другого – есть конкретное распределение энергии, известное как излучение чёрного тела (с небольшим добавочком на очень высоких длинах волн из-за эффектов атмосферы Солнца). Это значит, что большая часть света, исходящего от Солнца, концентрируется в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Такой результат вы получите, нагрев что угодно до 6000 К. Это будет энергетический спектр примерно такого вида:

Это та энергия, которую получит планета. В случае безвоздушных миров вроде Меркурия или Луны 100% этой энергии достигнет поверхности планеты. В мире с облаками, как на Земле, приличная часть может быть отражена обратно в космос ещё до того, как дойдёт до поверхности. Но самый исключительный случай – это Венера.

90% солнечного света, попадающего на Венеру, отражается обратно в космос и примерно 10% поглощается. При этом, что интересно, Венера – как и все планеты – затем излучает поглощённую энергию в космос! Если бы у неё не было атмосферы, как у Меркурия или Луны, 100% этой энергии просто было бы отправлено обратно во Вселенную. Поскольку Венера холоднее (как любая планета), она излучает тем же способом, как и Солнце: как чёрное тело. Но длины волн излучения Венеры сильно сдвинуты к низким энергиям, низким частотам и большим длинам волн.

Проблема в том, что многие газы в атмосфере Венеры – газы, легко пропускающие солнечный свет – не прозрачны для излучения с более длинными волнами, испускаемого Венерой. И это сочетается с многими слоями плотных, поглощающих энергию облаков. Что же происходит там с энергией?

Солнце испускает энергию, Венера поглощает её часть, а затем, когда излучает её обратно, то большой процент этой энергии поглощается атмосферой и отправляется обратно к поверхности. Поверхность снова излучает эту энергию и опять, атмосфера поглощает большую её часть и излучает её обратно к поверхности.

И этот процесс продолжается. Чем толще атмосфера Венеры – а, в частности, толще компоненты атмосферы, непрозрачные для инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью Венеры – тем дольше энергия остаётся на планете.

Поэтому Венера такая горячая!

Существует всего 13 фотографий (насколько я знаю), сделанных спускаемым аппаратом на поверхности Венеры: Венера-13, выжившая, что удивительно, 127 минут на раскалённой второй планете от нашего Солнца. (Её сестра, Венера-14, выжила достойный уважения период в 57 минут). Это неплохо, учитывая, что поверхность Венеры достаточно горячая, чтобы плавить свинец за секунды!

Вернёмся к атмосфере Венеры. Она очень плотная: она содержит в 100 раз больше молекул, чем атмосфера Земли и 96,5% атмосферы Венеры составляет углекислый газ. Оставшаяся часть – это азот, с небольшими количествами других молекул, включая немножко любимого нами вещества H₂O.

Эти два газа обладают очень сильным поглощающим эффектом в инфракрасном диапазоне. Вот как выглядит спектр поглощения инфракрасного излучения для углекислого газа:

А у водяного пара он вот такой:

Показанные здесь масштабы не соответствуют концентрациям газов на Венере. Водяной пар на Венере сохраняет всего лишь четверть эффективности по сравнению с графиком, а вот влияние углекислого газа – представьте себе! – примерно в четверть миллиона раз (250 000) сильнее, чем на графике.

То есть, CO₂ на Венере главным образом ответственен за удержание на планете температуры за счет излучения, которое не может вернуться в космос, и за такой долгий период её поддержания. Вот численное представление того, что углекислота делает на Венере с жарой, излученной с поверхности.

Если бы на Венере не было атмосферы – если бы она больше походила на Меркурий и была бы просто сферой, поглощающей большинство солнечного света, чтобы затем выпустить его обратно в космос – её температура составляла бы около 340 К (67 °C / 153 °F), что, хотя и жарко, но не уникально.

Эффект атмосферы Венеры – со всеми облаками и газами – работает, как толстое, огромное, изолирующее одеяло, которое сохраняет Венеру в тепле тем же способом, как сохраняют в тепле вас: поглощая её энергию и излучая обратно на неё.

Под более тяжёлым одеялом вам будет теплее, также эффект увеличат несколько одеял. Вполне возможно, при помощи достаточного количества одеял, разогреться гораздо выше вашей нормальной температуры – осторожно, не переборщите!

У Земли атмосфера гораздо менее плотная, но она всё равно справляется с ролью одеяла.

Если бы не атмосфера – если бы наша планета была больше похожей на Луну или Меркурий – типичная температура была бы в районе 255 К (-18 °C / 0 °F), или гораздо ниже точки замерзания. Наш мир не замёрзший: облачное покрытие, водяные пары, метан и диоксид углерода, вместе с другими газами, поддерживают его температуру на 33 °C (59 °F) выше.

Впервые этот эффект открыл почти два века назад Джозеф Фурье, а детально изучил Сванте Август Аррениус в 1896 году. (Помните школьный курс химии по кислотам и основаниям? Это всё он придумал).

Всё это: водяной пар, метан, диоксид углерода, любой газ, поглощающий инфракрасное излучение, работает как одеяло. И если мы увеличим (или уменьшим) содержание этих газов в атмосфере планеты, это будет сродни увеличению (или уменьшению) толщины одеяла, которым накрыта планета. Это тоже открыл Аррениус больше ста лет назад.

Пока что атмосфера Земли выглядит вот так: либо её можно описать, как несколько одеял, либо как одеяло заданной толщины. Можно добавлять или удалять одеяла (или менять толщину одеяла), добавляя или удаляя из атмосферы разные поглощающие инфракрасное излучение газы.

Эта идея и поддерживает глобальное потепление, парниковый эффект и объясняет, почему планеты с атмосферой горячее планет без атмосферы. Пока что тут никто не найдёт никаких противоречий: планеты получают солнечный свет, отражают его часть и поглощают остальное, которое также может быть излучено. В зависимости от состава атмосферы, эта заново излученная энергия может быть поймана с сильно различающейся эффективностью, что и разогревает планету.

Из чего же состоит атмосфера Земли?

В основном из азота, около 78% нашей сухой атмосферы, за ним идёт кислород, 21%. Есть порядка 1% аргона, инертного газа, за которым идёт немножко углекислого газа, неона (ещё одного инертного газа), метана и других элементов.

Я не зря написал «сухой атмосферы», потому что наша атмосфера не сухая. Есть у нас такая небольшая надоедливая штуковина, мешающая атмосфере высохнуть.

Я имею в виду, конечно, наши океаны, по массе в 300 раз превосходящие всю атмосферу Земли. Из-за химических процессов (испарения, давления пара и т.п.), они добавляют примерно 1% от атмосферы в виде водяного пара. Эта цифра сильно меняется, но этим компонентом мы управлять не можем.

Есть и другие; кроме водяного пара, мы не управляем, облаками, кислородом или озоном (по крайней мере, пока). Но количество диоксида углерода в атмосфере сильно менялось за последние несколько столетий, и это происходит, без сомнения, из-за человеческой активности.

До конца 18 века уровни диоксида углерода вели себя стабильно и составляли 270-280 частей на миллион в атмосфере, немного изменяясь из-за извержений вулканов, лесных пожаров и других естественных процессов. Но с наступлением индустриальной революции всё это начало меняться.

В первый раз за всю историю накопленный за сотни миллионов лет углерод, хранившийся под поверхностью земли – останки углеродных организмов, похороненные под землёй и превратившиеся в нефть, уголь и другие ресурсы, стал сгорать и возвращаться в атмосферу.

Можете подсчитать сами, и у вас получится, что с начала индустриальной революции мы сожгли и добавили порядка 1,5 триллиона тонн углекислоты в атмосферу.

Это может удивить вас, поскольку если подсчитать общее количество углекислоты в атмосфере, оно составит всего лишь 2,1 триллиона тонн (400 частей на миллион), так что его количество с начала индустриальной революции увеличилась всего на 0,7 триллиона тонн (270 частей на миллион). Куда подевались 0,8 триллиона тонн?

В океан. Знаете, что получится, если смешать углекислый газ CO₂ с водой H₂O? Получится H₂CO₃, угольная кислота. (И да, об этом тоже узнал наш старый друг Аррениус). Если вы слышали об окислении океанов, вот откуда оно берётся и причина этого не вызывает сомнений.

Но мы говорим не о том; нашей темой служит глобальное потепление. На основании описанных явлений мы знаем, что планеты поглощают свет в ультрафиолетовом, видимом и около-инфракрасном диапазонах, а затем излучают энергию обратно в космос в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах. По крайней мере, пытаются, если только что-нибудь в атмосфере не поглощает часть инфракрасной энергии и не излучает её обратно на поверхность планеты. Как с этим справляются газы на Земле?

Средненько, но достаточно для разогрева планеты до температур на 33 °C (59 °F) больше, чем если бы их не было. Наука об атмосфере смогла точно подсчитать, какой вклад вносят в этот эффект различные компоненты:

50% парникового эффекта в 33 Кельвина получается благодаря водяному пару, 25% — из-за облаков, 20% — из-за CO₂, а оставшиеся 5% — из-за других неконденсирующихся газов вроде озона, метана, оксида азота и т.п.

На самом деле, если убрать эффект водяного пара, вот какой вклад вносит повторное излучение энергии разными газами.

Так что, если 20% парникового эффекта происходит из-за углекислого газа и мы увеличили его объём на 50%, значит ли это, что мы добавили ещё 3.3 °C (5.9 °F) к потеплению?

Возможно, но не обязательно. Существуют и другие факторы, и если вы разогреете Землю, у неё найдётся много естественных механизмов для саморегуляции.

Избыточное тепло хранится в ледниках и ледяных шапках и если их растопить, они выпустят холодную воду в океаны, озёра и реки. В случае небольшого увеличения количества углекислого газа увеличится активность растений, которые заберут часть газа из атмосферы.

Опасной ситуация становится при добавлении слишком большого количества углекислого газа к атмосфере со слишком большой скоростью, из-за чего температура Земли может начать увеличиваться в ответ на увеличивающийся парниковый эффект.

Именно это мы и наблюдаем. У нас происходили нормальные температурные флюктуации – соответствующие историческим наблюдениям – до 1970-х. После этого средняя температура Земли начала расти в соответствии с экспоненциальным ростом концентрации углекислого газа.

И этот рост шёл без перерыва (несмотря на жульнические опровержения этого факта) до сегодняшнего дня. Некоторые люди занимались выборочной подтасовкой данных, чтобы объявить об окончании роста температуры, с применением неправильных со статистической точки зрения методов.

Другие методы представления общей средней температуры по времени – например, усреднение температур за десятилетия – показывают тот же самый плавный рост температуры со временем с конца 1970-х.

Большая часть тепла не накапливается на поверхности или в атмосфере; в этих местах её проще всего измерять.

Как и можно было ожидать, раз у океанов Земли низкое альбедо, они занимают большую часть поверхности, обладают быстрой конвекцией и средней глубиной в 3 – 4 км, большая часть тепла оказалась в океанах.

Поэтому, вне всякого сомнения, Земля нагрелась и – насколько мы можем судить – ещё нагревается.

Могут быть и другие, естественные объяснения потепления, например, увеличение солнечной активности, которое коррелировало с увеличениями температуры в прошлом. Но на самом деле происходит обратное и текущий солнечный цикл показывает серьёзное уменьшение солнечной активности, что привело бы к охлаждению при прочих равных.

Нельзя строго доказать, что причиной глобального потепления стала человеческая деятельность, но на основании наших знаний о планете, земной атмосфере, человеческой деятельности и наблюдаемом потеплении, кажется очень маловероятным, что причиной этому является что-либо другое. Ни Солнце, ни вулканы, ни какое-то другое известное нам явление.

Отчёт IPCC AR5 посвящён всестороннему и глубокому изучению этого и других проблем глобального потепления. Его можно скачать, но он длинный и для него есть краткое описание.

Теперь, когда вы знаете, что глобальное потепление реально и понимаете, почему оно, скорее всего, связано с человеческой деятельностью, надеюсь, вы начнёте задавать вопросы о том, как правильно решать эту проблему. Я бы хотел, чтобы люди счастливо и успешно жили в этом мире ещё тысячи поколений и это надо начинать с заботы о мире сегодня.

Это лучшее, что у нас есть и самая полная из картин, которую мы можем построить. Давайте прислушаемся к ней, позаботимся о нашем мире ради нас самих и ради всех людей и живых существ, которые появятся после нас в этом мире.

причины, последствия, влияние на климат и пути решения проблемы

Причины усиления парникового эффекта в атмосфере. Фото: militaryarms.ru

Команда редакторов Promdevelop

Одной из самых актуальных и обсуждаемых экологических проблем является парниковый эффект.

Содержание статьи [развернуть]

Этому явлению посвящены сотни статей и научных трудов. По мнению ученых, он оказывает сильное влияние на климатическое равновесие планеты.

Что такое парниковый эффект в атмосфере Земли

Земная атмосфера имеет свойство пропускать солнечные лучи, задерживая при этом тепловое излучение с поверхности. В результате происходит аккумуляция тепла. Накопление в атмосфере газов и других выбросов этот процесс усугубляет, запуская механизм парникового эффекта.

Эта глобальная проблема существует достаточно давно. Но с развитием технологий, увеличивающих выбросы в атмосферу, с ростом количества машин и общим ухудшением экологии она становится все более актуальной. Согласно статистике средняя температура планеты только за прошедшее столетие выросла на 0.74°. На первый взгляд это, кажется совсем немного. Но даже такое повышение уже привело к необратимым климатическим изменениям.

Кто открыл механизм формирования парникового эффекта? Впервые это определение было использовано в 1827 году Ж. Фурье. На эту тему им даже была написана объемная статья, в которой он рассматривал различные схемы формирования земного климата. Именно Фурье впервые выдвинул и подтвердил идею о том, что оптические свойства земной атмосферы аналогичны свойствам стекла.

Позднее шведский физик Аррениус при исследовании инфракрасных свойств водяного пара и углекислого газа выдвинул теорию, что их накопление в атмосфере может вызывать повышение температуры всей планеты. Впоследствии на основании этих исследований и возникло понятие парникового эффекта.

Что такое парниковые газы

Парниковые газы – это собирательное название целого ряда газов, способных задерживать тепловое излучение планеты. В видимом диапазоне они остаются прозрачными, поглощая при этом инфракрасный спектр. У парниковых газов нет какой-то определенной формулы. Их процентное соотношение может постоянно изменяться. Итак, какие газы относят к парниковым?

Список парниковых газов

К основным парниковым газам относятся:

1. Углекислый газ. Самый долго живущий в атмосфере, вследствие этого происходит его постоянное накопление.
2. Метан. Благодаря ряду свойств обладает более сильной активностью. Согласно данным Википедии его уровень с 1750 года в атмосфере возрос более чем в 150 раз.
3. Закись озота.
4. Перфторуглероды – ПФУ (Perfluorocarbons – PFCs).
5. Гидрофторуглероды (ГФУ).
6. Гексафторид серы (SF6).

Озон защищает планету от солнечного ультрафиолета. Его недостаток способствует образованию озоновых дыр.

Список парниковых газов и их химические формулы. Рис. 1: climaterussia.ru

Кроме основных парниковых газов к усилению парникового эффекта в атмосфере приводит водяной пар. По сути, он и является основной причиной роста температуры и влажности.

Помимо вышеперечисленных, к парниковым газам относятся оксиды азота и фреоны. Вследствие активной деятельности человека их концентрация ежегодно возрастает, что значительно усугубляет негативное влияние на окружающую среду.

Источники образования парниковых газов

Источники образования парниковых газов. Рис.2: climaterussia.ru

Парниковые газы приводят к значительным климатическим изменениям, по своей природе источники их образования можно разделить на 2 большие группы:

1. Техногенные. Являются самой главной причиной возникновения парникового эффекта. К ним относятся различные виды промышленности, использующие сжигание углеводородного топлива, разработка нефтяных месторождений, выбросы автомобильных моторов.
2. Природные. Играют второстепенную роль. Большая часть природных парниковых газов попадает в атмосферу при извержении вулканов. Также в эту группу можно отнести испарения Мирового океана и крупные лесные пожары.

Причины парникового эффекта

Главной причиной развития парникового эффекта на Земле являются накапливающие в атмосфере газы. Превышение их концентрации приводит к изменению теплового баланса. Дополнительно в этот процесс может вовлекаться и озоновый слой. Под воздействием фреона и оксидов азота, которые также входят в список парниковых газов, он начинает стремительно разрушаться и истончаться. В результате резко возрастает уровень жесткого ультрафиолетового излучения. Таким образом парниковый эффект и разрушение озонового слоя являются цепочкой взаимосвязанных событий, оказывающих значительное влияние на биогеоценоз всей планеты.

Причины парникового эффекта на Земле. Фото: discours.energy

К основным причинам возникновения парникового эффекта можно отнести:

1. Стремительный рост промышленности, использующей в качестве источников энергии нефть, газ и другие ископаемые углеводороды. На их долю приходится около половины всех газовых выбросов.
2. Массовое уничтожение лесов. В процессе фотосинтеза деревья усваивают углекислый газ и вырабатывают кислород, леса – это “легкие планеты”, их уничтожение чревато резким ростом количества углекислого газа в атмосфере.
3. Развитие сельского хозяйства. В результате распада продуктов жизнедеятельности животных образуется большое количество метана, являющего одним из самых агрессивных парниковых газов.

Что способствует усилению парникового эффекта

Кроме деятельности человека усилению парникового эффекта могут способствовать и естественные причины. Например, крупные извержения вулканов или массовое горение лесов. Повышение температуры на поверхности Земли в результате истончения озонового слоя приводит к усиленному испарению влаги, что также усугубляет положение. Взаимосвязь парникового эффекта и озонового слоя доказана уже давно. Увеличение концентрации водяных паров в атмосфере является основополагающим фактором развития проблемы.

Последствия парникового эффекта

Последствия, как и причины возникновения парникового эффекта весьма разнообразны. Особенно сильно его влияние на климат. Если объяснять это простыми словами, выбросы парниковых газов способны привести к целому ряду значимых изменений:

1. Снижение или увеличение количества осадков. В ряде климатических зон дожди станут большей редкостью, другие же наоборот будут страдать от постоянных штормов и затоплений.
2. Повышение уровня мирового океана. Это будет одним из самых значимых последствий парникового эффекта. В результате таяния льдов Антарктиды и Гренландии затопленными окажутся значительные территории, что уничтожит все прибрежные населенные пункты. При этом стоит отметить, что в них проживает значительная часть населения, которая окажется без жилья и средств к существованию.
3. Гибель целых экосистем. Если кратко, парниковый эффект вызовет значительные изменения климата. В результате многие биологические виды не смогут адаптироваться к быстро изменившимся условиям и просто погибнут. Их исчезновение из цепи питания приведет к возникновению «эффекта домино».

Также изменения климата повлияют и на здоровье людей. Из-за аномально высоких температур значительно возрастет количество сердечных, легочных и респираторных заболеваний. Поэтому пользы от парникового эффекта никакой, а вот вред очень значителен.

Карта выбросов парниковых газов

Для более полного представления масштабов и сущности парникового эффекта компанией Google в 2012 году была разработана карта выбросов парниковых газов, где показано в каких местах на Земле их больше всего. На ней при помощи цветового кодирования отображается уровень выбросов во всех индустриально развитых странах. Создание карты было приурочено к моменту окончания Киотского протокола.

Источник и разработчик сервиса: Google.com. Условия использования.

Справка: Что такое Киотский протокол и в чем его суть? Кратко — это международное соглашение, которое было заключено для снижения выбросов парниковых газов в атмосферу планеты, чтобы предотвратить или сократить эффект глобального потепления. Киотский протокол является дополнительным документом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 года (РКИК ООН). Почему “Киотский”? Данный протокол был принят в японском городе Киото 11 декабря 1997 года и вступил в силу 16 февраля 2005 года. Главная цель полученного между странами соглашения: стабилизировать уровень концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему Земли. Сейчас насчитывается 192 участника Киотского протокола (191 государство и Европейский союз). При этом США подписали, но не ратифицировали Протокол, Канада официально вышла из Киотского протокола 16 декабря 2012 года.

Меры по предотвращению и сокращению парникового эффекта

Изменения климата на Земле происходили уже неоднократно. Если кратко последствия их были катастрофическими. Примером может служить хорошо известный ледниковый период. Его влияние на живые организмы было очень значительным. Часть видов просто вымерла, так и не приспособившись к резкому похолоданию. Остатки льда с тех времен до сих пор сохранились в Антарктике и Гренландии.

Что нужно сделать чтобы снизить парниковый эффект и не допустить очередных катаклизмов? Как эффективно бороться с глобальной проблемой? На данных момент выявлены уже все факторы, способствующие накоплению газов в атмосфере. По мнению специалистов, исследующих физические основы возникновения парникового эффекта, есть несколько путей решения данной проблемы:

1. Снизить эмиссию вредных веществ, образующихся в результате промышленной деятельности.
2. Активно внедрять экологичные технологии, использующие альтернативные источники энергии. Это позволит отказаться или хотя бы свести к минимуму потребление топливных углеводородов.
3. Прекратить активные вырубки лесов.
4. Уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов также способствует ликвидация стихийных свалок, ведь именно они являются источником метана, фреона и оксидов азота.

Существуют различные пути решения проблемы парникового эффекта. Главное, чтобы борьба велась на международном уровне. Для исправления сложившейся ситуации необходимы усилия всего человечества. Выбросы газов – проблема глобальная, она касается всей планеты в целом, а не отдельных стран.

Видео про парниковый эффект

Интересные факты о парниковом эффекте

• Российские синоптики подсчитали, что если газовые выбросы останутся на прежнем уровне, то к 2080 году климат Сибири значительно потеплеет. Зимние температуры в среднем вырастут на 9°, а летние на 5.7°. При этом повысится и уровень осадков, в среднем на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится на четверть.
• В 2020 году томские ученые возобновят исследования арктического климата. Их внимание привлекла повышенная концентрация метана. Он и другие газы выделяются при таянии вечной мерзлоты. Для исследований будет привлечен специальный научный самолет. С его помощью ученые смогут сделать полноценный анализ воздушной среды.
• Крупнейшая алмазодобывающая компания «Алроса» отчиталась о снижении интенсивности газовых выбросов за период с 2016 по 2018 год на 52%. Как известно, горнодобывающая промышленность занимает лидирующие позиции по количеству выбросов в атмосферу. Для поддержания положительной динамики весь транспорт компании переводится на более экологичные газовые двигатели.

Познакомьтесь с женщиной, которая первой обнаружила парниковый эффект

Юнис Фут продемонстрировала теплоизоляционные свойства углекислого газа на научной конференции в 1856 году, недавно оцифрованные записи показывают

Ирландскому физику Джону Тиндаллу обычно приписывают открытие парникового эффекта, лежащего в основе науки об изменении климата.

Начиная с 1859 года, он опубликовал серию исследований о том, как парниковые газы, включая углекислый газ, удерживают тепло в атмосфере Земли.

Однако недавно оцифрованная копия Американского журнала науки и искусств предполагает, что женщина его опередила.

Он включает презентацию Юнис Фут на ведущей научной конференции США в 1856 году. Она описывает наполнение стеклянных сосудов водяным паром, углекислым газом и воздухом и сравнение того, насколько сильно они нагреваются на солнце.

«Я обнаружила, что наибольший эффект солнечных лучей оказывает на углекислый газ», — пишет она, используя современный термин, обозначающий углекислый газ.

«Ресивер, содержащий газ, сам сильно нагрелся — очень ощутимо сильнее, чем другой — и после снятия он охладился во много раз дольше».

Еженедельный брифинг: Подпишитесь на важную информацию о климатической политике

Далее она предполагает, что концентрация углекислого газа в воздухе может влиять на глобальную температуру.

«Атмосфера этого газа придала бы нашей Земле высокую температуру; и если, как некоторые полагают, в какой-то период своей истории воздух смешался с ним в большей пропорции, чем в настоящее время, это обязательно должно было произойти из-за его собственного действия, а также из-за увеличения веса.”

Ух ты @KHayhoe! Не знала, что Юнис Фут определила СО2 как парниковый газ в 1856 году, за несколько лет до Тиндаля: https://t.co/QNaY89866c

— Эд Хокинс (@ed_hawkins) 1 сентября 2016 г.

Климатолог и коммуникатор Кэтрин Хейхо нашла вклад Фута после того, как коллега спросила, почему в истории этой дисциплины не было женщин.

Ее интерес пробудил, Хейхо обратилась к местным историкам и потомкам Фута через семейно-исторический веб-сайт, чтобы попытаться найти ее фотографию или дополнительную информацию.

По словам Хейхо, результаты

Фута не были окончательными, поскольку в эксперименте было слишком много неконтролируемых факторов. Она не могла предположить, что уровень CO2 в атмосфере вырастет с 290 частей на миллион в то время до 400 частей на миллион, что вызовет глобальный кризис.

Тем не менее, ее гипотеза была пророческой, и версия ее эксперимента используется сегодня для обучения старшеклассников.

«Здесь была небольшая удача, — говорит Хейхо, — но я думаю, это удивительно, что она соединила точки и пришла к выводу, что последующая наука подтвердила правильность.”

Отчет: Морские слоны включены в исследование морского льда в Антарктике

Хэйхо не первый, кто возродил наследие Фута. В 2011 году независимый исследователь Раймонд Соренсен опубликовал статью в журнале AAPG Search and Discovery.

Он полагался на отчет наблюдателя о презентации Фут, не имея доступа к ее собственным словам. Отчет Дэвида Уэллса в «Ежегоднике научных открытий» за 1856 год намекает на то, как необычно для женщины появиться на таком собрании.

В нем говорится: «Проф. Затем Генри прочитал статью миссис Юнис Фут, поставив перед ней несколько слов о том, что наука не принадлежит к стране и полу. Сфера женщины охватывает не только прекрасное и полезное, но и истинное ».

Юнис Фут, урожденная Ньютон, вряд ли получила бы такую ​​возможность без поддержки своего мужа, Элиша Фута. Судя по статье, представленной Елисеем на той же конференции, кажется, что супружеская пара работала вместе.

Они фигурируют в книге «Дорога к водопаду Сенека» — рассказу о движении за права женщин того времени. По словам автора Джудит Веллман, Елисей был судьей, специализирующимся на патентном праве, и сам запатентовал несколько изобретений, в том числе конек, сушильную машину и машину для жатки и переплетения. Юнис запатентовала «набивку для подошв сапог и туфель» в 1860 году.

Отчет: Изменение климата теперь имеет дату начала

Тиндаль, похоже, не слышал о работе Фута, когда начинал аналогичное расследование.Его публикации более обширны и включают точную количественную оценку того, сколько различные газы поглощают инфракрасное излучение — «лучистое тепло» — от солнца.

«За исключением знаменитых мемуаров М. Пуйе о солнечном излучении в атмосфере, насколько мне известно, ничего не было опубликовано о передаче лучистого тепла через газообразные тела», — написал он, представляя свои первые результаты. в Лондонское королевское общество в 1859 году, как цитирует Соренсен.

«Что касается действия других газов на тепло, насколько мне известно, мы не проводим ни одного эксперимента.”

По словам Соренсена, трудно оценить претензии на приоритет науки, особенно если работа не является общественным достоянием.

Но он добавляет: «Ясно, что Юнис Фут заслуживает похвалы за то, что была новатором в области CO2 и его потенциального воздействия на глобальное потепление».

Кто открыл парниковый эффект?

160 лет назад, 18 мая 1859 года, ирландский физик Джон Тиндалл написал в своем дневнике: «Эта тема полностью в моих руках».Это не загадочная записка. Всего девятью днями ранее он установил свой сложный и умный новый прибор в Королевском институте в Лондоне, чтобы попытаться обнаружить поглощение тепла газами. Так вот, он это сделал. И, насколько он знал, до него этого никто не делал.

• Аппарат Джона Тиндаля для измерения поглощения тепла газами.
  

  Кредит: Королевское учреждение

Тиндаль вскоре установил, что углекислый газ и водяной пар относятся к газам, поглощающим тепло, а также что они излучают тепло — физическую основу парникового эффекта.Сделав эти открытия, Тиндаль заложил основу для нашего современного понимания парникового эффекта, изменения климата, метеорологии и погоды.

Но разве он «открыл» парниковый эффект? И был ли он первым?

Ну и да, и нет. На оба вопроса.

«Парниковый эффект» является причиной того, что наша планета теплее, чем была бы без атмосферы. Это делает Землю пригодной для жизни. Принцип его работы прост. Тепло, исходящее от Солнца, излучается с поверхности Земли и поглощается такими газами, как углекислый газ и водяной пар.Те, в свою очередь, сами излучают тепло. Это приводит к увеличению средней температуры поверхности и атмосферы выше, чем она была бы в противном случае.

То, что Тиндаль недвусмысленно и впервые продемонстрировал, было поглощение и излучение некоторыми газами того, что мы теперь называем длинноволновым инфракрасным излучением. Он продемонстрировал физическую основу парникового эффекта. И он знал, что показал. Он писал: «Таким образом, атмосфера допускает проникновение солнечного тепла; но проверяет его выход, и в результате возникает тенденция к накоплению тепла на поверхности планеты ».

Он также осознал значение для понимания климата, написав: «Если, как показывают вышеупомянутые эксперименты, основное влияние будет оказывать водяной пар, каждое изменение этого компонента должно вызывать изменение климата. Аналогичные замечания применимы к угольной кислоте [двуокиси углерода], диффундирующей в воздухе ». И он продолжил: «Такие изменения на самом деле могли вызвать все изменения климата, которые обнаруживают исследования геологов».

• аппарат лучистого тепла Джона Тиндаля; стекло, медь, железо, воск, 698 мм x 85 мм; Джон Тиндалл, 1871 г.

  Кредит: Пол Уилкинсон

Однако о фактическом существовании парникового эффекта уже было известно.

В 1824 году Джозеф Фурье написал, что «температура [Земли] может быть увеличена за счет влияния атмосферы, потому что тепло в состоянии света находит меньшее сопротивление при проникновении в воздух, чем при повторном проникновении в воздух при преобразовании. в несветящееся тепло ». А в 1836 году Клод Пуйе написал: «Атмосферный слой … поглощает больше земных лучей, чем солнечные».

Тиндаль поблагодарил их за работу. Что он сделал, так это обнаружил и объяснил физическую основу процесса и идентифицировал газы, ответственные за это.

Но был ли он первым, кто это сделал?

В последние годы стало очевидно, что американка Юнис Фут сделала подобное открытие в 1856 году, за три года до Тиндаля. Ее экспериментальная установка грубовата по сравнению с установкой Тиндаля, и нелегко точно оценить, что она измерила или поняла. Тем не менее, ее эксперименты подтвердили поглощение тепла углекислым газом и влажным воздухом.

Кроме того, за три года до Тиндаля Фут предположил, что изменение количества углекислого газа и водяного пара в атмосфере может изменить климат.Насколько нам известно, она была первой, кто это сделал. Однако она не различала тепло всего солнечного спектра и то, что мы сейчас называем длинноволновым инфракрасным светом. Именно последний отвечает за парниковый эффект.

Foote не дал четкого объяснения парникового эффекта. Возможно, она случайно обнаружила это в ходе своих экспериментов в «тени», но, поскольку она не комментировала эти результаты, мы можем только предполагать, что она не осознавала, что могло быть их причиной.Тиндаль, используя длинноволновое инфракрасное излучение, измерил, понял и объяснил парниковый эффект с точки зрения поглощения и излучения тепла газами, включая углекислый газ и водяной пар в атмосфере.

Ретроспективные претензии Фута и Тиндаля на приоритет стали чем-то вроде цели celèbre. Утверждалось, что Тиндаль, должно быть, знал о ее работе и намеренно подавлял ее, хотя нет никаких положительных доказательств того, что он знал.

Ясно одно: наше понимание парникового эффекта, его механизма и последствий лежит на многих плечах.В эту историю входят Фурье, Пуйе, Фут и Тиндаль, а также Сванте Аррениус, который в 1896 году рассчитал повышение температуры в атмосфере, которое может быть вызвано удвоением уровня углекислого газа, и Гай Каллендар, который в 1938 году показал, что деятельность человека был ответственен за повышение уровня углекислого газа и, следовательно, за возможное изменение климата.

Сейчас тысячи ученых во всем мире работают над уточнением наших знаний и публикуют свои коллективные выводы и заключения в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата.Мы прошли долгий путь с 1850-х годов, даже если практическая проблема — как политически ответить на недвусмысленный сигнал об изменении климата, вызванном деятельностью человека, — остается огромной.

---

Это сообщение в блоге написал Роланд Джексон, попечитель Королевского института и автор книги «Восхождение Джона Тиндалла».

История парникового эффекта и глобального потепления

Сванте Аррениус (1859-1927) был шведским ученым, который в 1896 году первым заявил, что сжигание ископаемого топлива может в конечном итоге привести к усилению глобального потепления.Он предложил связь между концентрацией углекислого газа в атмосфере и температурой. Он обнаружил, что средняя температура поверхности Земли составляет около 15 ^o ° C из-за способности поглощения инфракрасного излучения водяного пара и углекислого газа. Это называется естественным парниковым эффектом. Аррениус предположил, что удвоение концентрации CO ₂ приведет к повышению температуры на 5 ^o ° C. Он и Томас Чемберлин подсчитали, что деятельность человека может согреть землю, добавив в атмосферу углекислый газ.Это исследование было побочным продуктом исследования того, может ли углекислый газ объяснить причины великих ледниковых периодов. Фактически это не было подтверждено до 1987 года.

После открытий Аррениуса и Чемберлена эта тема была забыта на очень долгое время. В то время считалось, что влияние человека незначительно по сравнению с природными силами, такими как солнечная активность и циркуляция океана. Также считалось, что океаны являются такими большими поглотителями углерода, что они автоматически нейтрализуют наше загрязнение.Водяной пар считался гораздо более влиятельным парниковым газом.

В 1940-х годах появились разработки в области инфракрасной спектроскопии для измерения длинноволнового излучения. Тогда было доказано, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере приводит к большему поглощению инфракрасного излучения. Также было обнаружено, что водяной пар поглощает совершенно другие виды излучения, чем углекислый газ. Гилберт Пласс резюмировал эти результаты в 1955 году. Он пришел к выводу, что добавление большего количества углекислого газа в атмосферу перехватит инфракрасное излучение, которое в противном случае теряется в космосе, нагревая землю.

Аргумент, что океаны поглотят большую часть углекислого газа, все еще оставался неизменным. Однако в 1950-х годах было обнаружено, что время жизни углекислого газа в атмосфере составляет примерно 10 лет. Более того, еще не было известно, что произойдет с молекулой углекислого газа после того, как она в конечном итоге растворится в океане. Возможно, способность океанов удерживать углекислый газ ограничена, или через некоторое время углекислый газ может быть возвращен в атмосферу. Исследования показали, что океан никогда не может быть полным стоком для всего атмосферного CO ₂ .Считается, что лишь около трети антропогенного CO ₂ поглощается океанами.

В конце 1950-х и начале 1960-х годов Чарльз Килинг использовал самые современные технологии для построения кривых концентрации атмосферного CO ₂ в Антарктиде и на Мауна-Лоа. Эти кривые стали одним из основных символов глобального потепления. Кривые показали тенденцию к снижению глобальной годовой температуры с 1940-х по 1970-е годы. В то же время исследования океанических отложений показали, что за последние 2,5 миллиона лет было не менее 32 циклов холода-тепла, а не только 4.Поэтому начали расти опасения, что приближается новый ледниковый период. СМИ и многие ученые игнорировали научные данные 1950-х и 1960-х годов в пользу глобального похолодания.

Наконец, в 1980-х годах кривая глобальной средней годовой температуры начала расти. Люди начали подвергать сомнению теорию грядущего нового ледникового периода. В конце 1980-х годов кривая начала расти так круто, что теория глобального потепления начала быстро завоевывать местность. Экологические НПО (неправительственные организации) начали пропагандировать глобальную защиту окружающей среды, чтобы предотвратить дальнейшее глобальное потепление.Пресса также заинтересовалась глобальным потеплением. Вскоре эта тема стала горячей новостью и стала повторяться во всем мире. Фотографии дымовых оленей были размещены рядом с фотографиями таяния ледяных шапок и паводков. Сформировался полный медиа-цирк, который убедил многих людей, что мы стоим на пороге значительного изменения климата, которое сегодня оказывает множество негативных воздействий на наш мир. Стивен Шнайдер впервые предсказал глобальное потепление в 1976 году. Это сделало его одним из ведущих мировых экспертов по глобальному потеплению.

В 1988 году было окончательно признано, что климат был теплее, чем в любой период с 1880 года.Была названа теория парникового эффекта, и Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) была основана Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде и Всемирной метеорологической организацией. Эта организация пытается предсказать влияние парникового эффекта в соответствии с существующими климатическими моделями и литературной информацией. В состав Группы входят более 2500 научных и технических экспертов из более чем 60 стран мира. Ученые из самых разных областей исследований, включая климатологию, экологию, экономику, медицину и океанографию.МГЭИК считается крупнейшим в истории рецензируемым проектом научного сотрудничества. МГЭИК выпустила отчеты об изменении климата в 1992 и 1996 годах, а последнюю пересмотренную версию — в 2001 году.

В 1990-х годах ученые начали подвергать сомнению теорию парникового эффекта из-за большой неопределенности в наборах данных и результатах моделирования. Они опротестовали основу теории — данные о среднемировых годовых температурах. Они считали, что измерения проводились неправильно и что данные по океанам отсутствовали.Тенденции похолодания не объяснялись данными о глобальном потеплении, и спутники показали температурные записи, совершенно отличные от исходных. Начала распространяться идея, что модели глобального потепления переоценили тенденцию к потеплению последних 100 лет. Это заставило МГЭИК пересмотреть свои первоначальные данные о глобальном потеплении, но не заставило их пересмотреть, существует ли эта тенденция на самом деле. Теперь мы знаем, что 1998 год был в глобальном масштабе самым теплым годом за всю историю наблюдений, за ним следовали 2002, 2003, 2001 и 1997 годы. Все 10 самых теплых лет за всю историю наблюдений приходились на период с 1990 года.

Климатические данные МГЭИК по-прежнему оспариваются многими другими учеными, что вызывает новые исследования и частую реакцию скептиков со стороны МГЭИК. Это обсуждение глобального потепления продолжается и сегодня, и данные постоянно проверяются и обновляются. Модели также обновляются и корректируются с учетом новых открытий и новой теории.

До сих пор было принято не так много мер, чтобы что-то сделать с изменением климата. Это во многом вызвано серьезной неопределенностью, которая все еще окружает теорию.Но изменение климата — это также глобальная проблема, которую сложно решить отдельным странам. Поэтому в 1998 году переговоры по Киотскому протоколу прошли в Киото, Япония. Он требует от участвующих стран сократить свои антропогенные выбросы парниковых газов (CO ₂ , CH ₄ , N ₂ O, ГФУ, ПФУ и SF ₆ ) как минимум на 5% ниже уровней 1990 года в период действия обязательств. С 2008 по 2012 год. Киотский протокол был подписан в Бонне в 2001 году 186 странами. Некоторые страны, такие как США и Австралия, отступили.

Начиная с 1998 г. терминология парникового эффекта начала меняться под влиянием СМИ. Термин «парниковый эффект» использовался все реже и реже, и люди стали называть эту теорию либо глобальным потеплением, либо изменением климата.

Источник: Маслин М., Глобальное потепление, очень краткое введение. Oxford University Press, Oxford 2004

Связанные страницы

Глоссарий по изменению климата

Ископаемое топливо: характеристики и последствия

Механизм парникового эффекта

Выбросы и поглощение инфракрасного излучения парниковыми газами

Объяснение сценариев IPCC 9000 SRES

Сценарии СДСВ МГЭИК: причины изменения климата

Сценарии СДСВ МГЭИК: последствия изменения климата

Обзор сокращений выбросов для каждой страны в соответствии с Киотским протоколом

Возможные меры политики для достижения целей Киотского протокола

Торговля разрешениями на выбросы для достижения Киотского протокола цели

Обсуждения глобального потепления

Перспективы глобального потепления

Обнаружение парникового эффекта

Рисунок 1.Сванте Аррениус был первым ученым, который предположил, что на климат будет влиять присутствие определенных газов в атмосфере, и был первым, кто продвигал идею парникового эффекта. ^[1]

Одно из распространенных заблуждений о парниковом эффекте состоит в том, что это новая концепция. Однако ученые размышляли о существовании парникового эффекта с 1800-х годов. Одним из самых известных ученых, исследовавших концепцию парникового эффекта, был Сванте Аррениус, шведский ученый, который в 1896 году первым заявил, что сжигание ископаемого топлива может в конечном итоге привести к глобальному потеплению. ^[2]

Теория Аррениуса предполагала, что углекислый газ в атмосфере может приводить к изменениям температуры Земли, и обнаружил, что температура Земли обусловлена ​​поглощением и повторным излучением инфракрасного излучения водяного пара и углекислого газа. . Он представил свои выводы в статье под названием О влиянии угольной кислоты в воздухе на температуру земли . ^[3] Таким образом, он стал первым человеком, исследовавшим влияние повышения уровня углекислого газа в атмосфере на климат и температуру Земли. ^[3] В представленной им статье описывается новая модель энергетического баланса Земли, учитывающая влияние парниковых газов на температуру Земли. Кроме того, он предположил, что удвоение количества углекислого газа в атмосфере повысит температуру Земли на 5 ° C. ^[2] Эта оценка согласуется с современными прогнозами; однако он ошибся, предсказывая, сколько времени потребуется, чтобы добиться этого удвоения углекислого газа, оценивая временной масштаб в 3000 лет. ^[4]

Аррениус извлек значительный объем информации для своих экспериментов из экспериментов и наблюдений, проведенных другими учеными, включая Йозефа Стефана, Сэмюэля Лэнгли, Кнута Ангстрема, Джозефа Фурье и Джона Тиндалла. ^[3] Хотя предсказания, сделанные Аррениусом с помощью Томаса Чемберлина, в целом были верными, только в 1988 году возникло какое-либо понимание того, что климат фактически нагревается до уровней, которые были более жаркими, чем любой период с 1880 года. ^[2]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Как Жозеф Фурье открыл парниковый эффект

Жан-Батист Жозеф Фурье, французский математик и физик, родился сегодня в Осере 251 год назад. Он наиболее известен математическими методами, которые он разработал в своей аналитической теории теплопередачи. За последние два столетия его методы превратились в основной предмет, гармонический анализ, с широким применением в теории чисел, обработке сигналов, квантовой механике, предсказании погоды и широком спектре других областей.

В своей математической теории теплопроводности Фурье основывал свои рассуждения на законе охлаждения Ньютона, согласно которому поток тепла между двумя соседними частицами пропорционален разнице температур. Он писал, что «тепло, как и гравитация, пронизывает все вещества Вселенной, его лучи занимают все части пространства». Он установил фундаментальное уравнение, которое управляет диффузией или распространением тепла, и решил его, используя бесконечный ряд тригонометрических функций, которые мы теперь называем рядами Фурье.

Интенсивность эффекта потепления зависит от концентрации радиационно активных газов, называемых парниковыми газами.

Фурье опубликовал свою работу по тепловому потоку в 1822 году в своей книге Théorie analytique de la chaleur (Аналитическая теория тепла). Он утверждал, что любая функция, даже с резкими вариациями и скачками значения, может быть представлена ​​серией синусоидальных волн. Это утверждение вызвало большие споры, и даже Жозеф-Луи Лагранж, математический гигант, счел его невероятным.Хотя для оправдания наблюдения Фурье требуются дополнительные условия, оно было по сути правильным и явилось большим математическим достижением.

Открытие парникового эффекта

Фурье был первым человеком, изучившим температуру Земли с математической точки зрения. Он изучил колебания температуры днем ​​и ночью, летом и зимой и пришел к выводу, что на планете было намного теплее, чем можно было бы предположить с помощью простого анализа.

Фурье подсчитал, что было бы намного холоднее, чем если бы приходящая радиация от солнца была единственным согревающим эффектом. Его идея о том, что атмосфера Земли действует как изолятор, является первой формулировкой того, что мы теперь называем парниковым эффектом. Однако он не использовал этот термин, который впервые появился в работе шведского метеоролога Нильса Густава Экхольма около 1900 года.

Энергия солнца достигает пиков в видимом диапазоне, и атмосфера прозрачна для этого излучения, которое проходит через сушу и океаны и нагревает их. Они, в свою очередь, излучают свою энергию в виде инфракрасного излучения. Некоторые газы в атмосфере (в основном водяной пар и углекислый газ) сильно поглощают эту энергию и повторно излучают ее, частично вверх, а частично вниз, чтобы нагреть поверхность.

Парниковый эффект необходим для поддержания жизни на Земле.Интенсивность эффекта потепления зависит от концентрации радиационно активных газов, называемых парниковыми газами. Деятельность человека, в основном сжигание ископаемого топлива, увеличила их концентрацию, и в результате происходит потепление атмосферы. В настоящее время широко распространено беспокойство по поводу того, что потепление будет иметь катастрофические последствия, если его не остановить или не обратить вспять.

Irish link

Джон Тиндалл, родившийся в Лейлинбридже, графство Карлоу, в 1850-х годах провел серию экспериментов, чтобы точно измерить, как инфракрасное излучение поглощается газами.Он протестировал несколько газов и паров и обнаружил, что, хотя чистые элементы, такие как кислород и азот, не имеют большого эффекта, более сложные молекулы являются сильными поглотителями тепла.

Тиндаль показал, что водяной пар, углекислый газ и озон являются сильными поглотителями теплового излучения. Он предположил, как изменения водяного пара и углекислого газа связаны с изменением климата. Это то, что мы сейчас называем усиленным парниковым эффектом. Он понял, что сильнее всего действует водяной пар, без которого «поверхность Земли будет удерживаться железными тисками холода».Я оставляю вас задуматься, откуда может взяться мороз.

Питер Линч — почетный профессор школы математики и статистики UCD — ведет блог на сайте thatsmaths.com

Открытие парникового эффекта

Это было в 19 веке, когда ученые осознали, что газы, такие как CO2, обнаруженные в атмосфере, вызывают «парниковый эффект», регулирующий температуру атмосферы.По иронии судьбы открытие парникового эффекта произошло не потому, что ученые пытались понять глобальное потепление; это произошло потому, что они искали механизм, вызвавший ледниковые периоды. Пытаясь понять связь между CO2 и ледниковыми периодами, их интересовало изучение временных интервалов, когда концентрации CO2 были самыми низкими, что коррелировало с ледниковыми периодами в прошлом климате Земли.

Начало процесса открытия началось с Жозефа Фурье в 1820-х годах.В этот период времени ученые начали понимать, что газы, составляющие атмосферу, могут улавливать тепло, получаемое в атмосферу от Солнца.

Также в это время Джон Тиндалл, естествоиспытатель, интересовался, могут ли какие-либо газы в атмосфере задерживать тепловые лучи. В 1859 году с помощью серии лабораторных анализов он смог идентифицировать несколько газов, которые были способны улавливать и удерживать тепло. Наиболее важными из этих газов были водяной пар (h3O) и CO2.

Позже, в 1896 году, Сванте Аррениус, шведский химик / физик, который работал с данными о доисторических ледниковых периодах, смог определить в своей лаборатории, что, уменьшив количество CO2 в атмосфере наполовину, можно снизить температура над Европой около 7-9 ° F (4-5 ° C) — примерно эквивалентно тому, что может вызвать новый ледниковый период.

Однако для того, чтобы это произошло, эффект должен быть глобальным. С этого момента Аррениус обратился к Арвиду Хогбому, который внес в анализ современный поворот.Он обнаружил, что различные виды деятельности человека быстро увеличивают выброс CO2 в атмосферу. В то время он думал, что добавление не было достаточно серьезным, чтобы вызывать тревогу — оно мало чем отличалось от других природных процессов, таких как извержение вулканов. Однако его беспокоило то, что, если объемы продолжат выбрасываться в атмосферу, вскоре они действительно начнут отрицательно влиять на ее качество. Аррениус предположил, что при нынешних темпах горения угля атмосфера может начать нагреваться через несколько столетий.

Примерно в то же время американский геолог Томас Чемберлин заинтересовался уровнем СО2 в атмосфере, а шведский ученый Кнут Ангстрем обнаружил, что парниковые газы действительно вызывают повышение температуры, удерживая тепло вместо того, чтобы позволить ему уйти в космос. Это добавило дополнительного просвещения в начало теории глобального потепления.

ФУРЬЕ, АРРЕНИЙ И КАЛЕНДАРЬ: ПИОНЕРЫ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ

Жан-Батист-Жозеф Фурье, Сванте Аррениус и Г.С. Каллендар — трое ученых, которым приписывают развитие науки о глобальном потеплении благодаря своим исследованиям и активным лидерским качествам, посвященным решению проблемы глобального потепления.

Жан-Батист-Жозеф Фурье (21 марта 1768 года — 16 мая 1830 года).

Французский физик и математик.

Жан-Батист-Жозеф Фурье начал прокладывать путь к пониманию парникового эффекта. В 1824 году его работа заставила его поверить в то, что газы в атмосфере действительно могут повышать температуру поверхности Земли.Он предположил, что свойства атмосферы Земли фактически нагревают всю планету. Когда он предложил эту концепцию, она породила мысль о том, что на Земле действительно существует «энергетический баланс». Другими словами, Земля посредством различных процессов смогла получать, генерировать и передавать тепло в своей собственной системе. Когда Земля получает энергию из других источников или изнутри себя, она может передавать тепло путем теплопроводности или конвекции. Когда Земля получает энергию из внешних источников, таких как Солнце, это может вызвать повышение температуры.В ответ, когда Земля нагревается, тепловая энергия меняется на «инфракрасное» излучение (более длинные волны), а тепло переизлучается наружу и теряется.

Существует баланс между притоком тепла и потерями тепла. Фурье правильно подсчитал, что количество инфракрасного излучения увеличивается с температурой. Он также определил тот факт, что Земля получает энергию от Солнца в виде солнечной радиации. Это работает эффективно, потому что большая часть атмосферы прозрачна для солнечной инсоляции (приходящей солнечной радиации), позволяя ей проникать в атмосферу.

Сванте Аррениус (19 февраля 1859 г. — 2 октября 1927 г.).

Шведский химик.

Сванте Аррениус из Вик, Швеция, внес вклад в научные знания о парниковом эффекте, и ему приписывают его открытие. Заинтересованный в разработке теории, объясняющей ледниковые периоды, он первоначально предположил, что изменение уровня CO2 в атмосфере может значительно изменить климат Земли через парниковый эффект. Многие идеи Аррениуса были основаны на работах и ​​открытиях Фурье.В 1908 году Аррениус предположил, что выбросы CO2 от человека будут достаточно сильными до

.

(продолжение)

парниковых газов

(продолжение)

предотвратит вступление мира в новый ледниковый период. Он был первым, кто предсказал, что выбросы CO2 в результате сжигания ископаемого топлива и других процессов, в которых используются машины для сжигания, приведут к глобальному потеплению.

По-прежнему сосредоточившись на ледниковых периодах, Аррениус, однако, полагал, что более теплый мир в целом будет лучше, чем холодный.Он также сделал некоторые прогнозы относительно атмосферы Земли, основываясь на изменении количества CO2. Он подсчитал, что если текущий уровень CO2 будет снижен наполовину, это вызовет охлаждение на 5,7-8,3 ° F (4-5 ° C). Если, с другой стороны, количество CO2 увеличится вдвое, это вызовет повышение температуры на 7-11 ° F (5-6 ° C). Что особенно интересно в его расчетах, так это то, что на основании отчета, в последний раз выпущенного Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), выпущенного в 2007 году, они прогнозируют повышение температуры в 3 раза.3-7,5 ° F (2-4,5 ° C). Сходство между результатами Аррениуса и МГЭИК почти одинаково. Единственное различие состоит в том, что Аррениус предсказал, что CO2 потребуется около 3000 лет, чтобы удвоиться и вызвать такой уровень повышения температуры; По прогнозам IPCC, это займет всего около 100 лет.

Гай Стюарт Каллендар (февраль 1898 г. — октябрь 1964 г.).

Инженер, изобретатель, метеоролог-любитель.

Г. С. Каллендар, метеоролог-любитель, составил надежный глобальный набор данных о приземных температурах.Он задокументировал тенденцию к повышению температур между 1900 и 1940 годами. Он также смог связать их в причинно-следственном сценарии с отступлением мировых ледников и повышением содержания CO2 в атмосфере по сравнению с теми же районами до промышленной Революция. Он также изучил инфракрасные полосы поглощения и пришел к выводу, что тенденция к более высоким температурам была значительной.

Он смог определить, что увеличение количества ископаемого топлива привело к увеличению содержания CO2 в атмосфере примерно на 10 процентов по сравнению с 1800-ми годами, и что увеличение радиации способствовало повышению температуры.Ему также приписывают развитие «эффекта Каллендара», который определяется как изменение климата, вызванное антропогенным увеличением концентрации атмосферного CO2.

Бесценный вклад этих ученых позволил добиться заметных сегодня успехов в понимании глобального потепления и его последствий для окружающей среды, которые оно оказывает сейчас и будет иметь в будущем.

Читать дальше: Парниковый эффект

Была ли эта статья полезной?

80 лет с тех пор, как первые расчеты показали, что Земля нагревается из-за роста выбросов парниковых газов

Исследования парниковых газов и их влияния на наш климат — не новое увлечение.Его корни уходят корнями в открытия квантовой механики и строения атома. Предоставлено: Shutterstock.

Некоторые люди утверждают, что беспокойство по поводу глобального потепления — это современное явление. И что ученые и активисты-экологи изобрели эти опасения, чтобы привлечь внимание к увеличению выбросов парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива.

Почему нас внезапно так беспокоит углекислый газ (CO2), когда всего несколько десятилетий назад говорили о новом ледниковом периоде?

Заодно они могли бы также задаться вопросом, как изменения количества CO2 в атмосфере могут действительно изменить климат Земли.

В конце концов, атмосфера содержит относительно мало CO2 по сравнению с другими газами. Например, водяного пара, который также является важным парниковым газом, намного больше. Итак, как небольшое количество CO2 может быть таким важным?

Давайте рассмотрим эти вопросы.

Парниковый эффект был открыт более 100 лет назад

В 1896 году всемирно известный шведский ученый и лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус (1859-1927) описал, как CO2 влияет на климат.Он предположил, что увеличение выбросов CO2 от сжигания ископаемого топлива может привести к глобальному потеплению — так называемому парниковому эффекту.

В последующие десятилетия исследования парниковых газов продолжались. Но только в 1938 году Гай Каллендар впервые показал, как температура Земли уже повышается.

Каллендар родился в 1898 году, всего через два года после того, как Аррениус впервые опубликовал свою работу по CO2. По профессии он был инженером, но его также восхищала атмосфера, и он посвящал свое свободное время ее изучению.Он измерил концентрацию газов, структуру атмосферы, движение атмосферных токов по планете и влияние солнечных лучей на разных широтах.

И именно эта работа привела к созданию первой в мире модели климата.

Его модель была очень примитивной по сравнению с хорошо зарекомендовавшими себя моделями, используемыми сегодня для предсказания погоды и климата метеорологами и климатологами. Но он стал основой, на которой с тех пор развивались все современные исследования в области климатологии.

Парниковые газы улавливают энергию солнца в нижних слоях атмосферы. Без этих газов на Земле было бы холодно — минус 18 градусов по Цельсию. Напротив, атмосфера на Марсе почти полностью состоит из углекислого газа, но у нее очень тонкая атмосфера и почти нет метана или водяного пара, что создает более слабый парниковый эффект. Предоставлено: НАСА.

Его работа завершилась этим исследованием 1938 года, которое показало, что люди уже выбросили достаточно CO2 в атмосферу, чтобы повысить среднюю температуру на Земле, и что Земля реагирует: за предыдущие 50 лет средняя температура действительно повысилась, согласно оценке Аррениуса предлагаемый парниковый эффект.

Гипотеза Каллендара становится общепринятой теорией

Гипотеза Каллендара поначалу не принималась особенно серьезно некоторыми другими учеными: он не был метеорологом, и в то время просто не было достаточно данных для проверки этой гипотезы. Но он продолжал, не смущаясь.

Он собрал массу новых данных, и к моменту его смерти в 1964 году его работа получила широкое научное признание.

После слушаний в Конгрессе в американском Сенате в 1988 г. роль парниковых газов, и в особенности СО2, в формировании глобальной температуры была широко признана, и число противников теории сокращалось.

Почему CO2 является таким важным парниковым газом?

Между ледниковыми периодами атмосфера Земли обычно содержит около 0.03% CO2. Сегодня это около 0,04 процента, или 410 частей на миллион, как это часто называют. Но это все равно бесконечно малое число.

Итак, как CO2 может иметь такое большое влияние на климат?

Свет, излучаемый Солнцем, содержит широкий спектр света: ультрафиолетовый, инфракрасный, микроволны, радиоволны, видимый свет и так далее. Около половины света, который достигает Земли, либо отражается облаками, либо поглощается атмосферой.

Остальное достигает поверхности Земли и поглощается землей, морем и растениями, нагревая поверхность.Когда Земля нагревается, она излучает инфракрасный свет (тепло), который отражается обратно на Землю, оставаясь в атмосфере. В двух словах, это парниковый эффект.

Парниковый эффект возникает из-за того, что атмосфера Земли сохраняет часть тепла, которое иначе было бы потеряно в космосе. Без парниковых газов, таких как CO2, атмосфера не смогла бы удержаться, и Земля быстро превратилась бы в замороженную сферу.

С тех пор климатологи сравнили исходные данные о температуре Каллендара из его исследования 1938 года (красный цвет) с современными климатическими данными (черная линия).Каллендар опубликовал новый набор данных в 1961 году, показанный синим цветом. Серым цветом показаны диапазоны неопределенности 5-95% для современных данных. Предоставлено: Книга климатической лаборатории / Хокинс и Джонс, 2013 г.

Двуокись углерода: парниковый газ в своем собственном лиге

Текущий состав парниковых газов (CO2, а также метан, водяной пар и некоторые другие) поддерживает среднюю температуру Земли на уровне 15 градусов по Цельсию. Без них было бы очень холодно.-18 градусов.

Парниковый эффект действует как термостат, но сегодня он находится на острие ножа, сохраняя мир в тепле, но не слишком тепло.

Более 95 процентов атмосферы Земли состоит из азота и кислорода, ни один из которых не может поглощать инфракрасный свет и является очень плохим парниковым газом. Другой важный компонент атмосферы — водяной пар, который является очень эффективным парниковым газом и поглощает большую часть инфракрасного света, отраженного от поверхности Земли.

Водяной пар играет огромную роль в поддержании тепла на Земле, чтобы мы могли здесь жить.Но, к счастью, он не поглощает все инфракрасное излучение, а часть его ускользает в космос.

Если бы это было не так, и Земля поглотила бы все инфракрасное излучение, Земля быстро стала бы слишком теплой, чтобы поддерживать жизнь. Но Каллендар обнаружил, что CO2 закрывает эти «дыры» и улавливает большую часть инфракрасного излучения, которое пропускает водяной пар.

Итак, чем больше CO2 в атмосфере, тем больше этих промежутков закрывается. И хотя CO2 составляет такую ​​небольшую часть всей атмосферы, он играет невероятно важную роль в регулировании тепла и, следовательно, климата.Кроме того, CO2 дольше остается в атмосфере по сравнению со многими другими парниковыми газами, что делает его еще более сильным.

Глобальное потепление — это новое увлечение?

Исследования парниковых газов и их влияния на наш климат — не новое увлечение. Его корни уходят корнями в открытия квантовой механики и строения атома.

Как и все другие отрасли науки, гипотезы постепенно развивались и уточнялись по мере появления новых данных и знаний.И появилось более детальное понимание того, как работает климат и что на него влияет.

Последние исследования показывают, что антропогенное глобальное потепление происходило уже в первой половине XIX века, что намного раньше, чем предполагал Каллендер.

Это не означает, что Каллендар был неправ, просто у него не было доступа к такому количеству типов данных, которые мы делаем сегодня.

---

Первые прямые наблюдения за усилением парникового эффекта метана на поверхности Земли

---

Дополнительная информация: ГРАММ.С. Каллендар. Искусственное производство углекислого газа и его влияние на температуру, Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества (2010). DOI: 10.1002 / qj.49706427503 Предоставлено Наука

Этот рассказ переиздан благодаря ScienceNordic, надежному источнику научных новостей из северных стран на английском языке.Прочтите оригинальную историю здесь.

Ссылка : 80 лет с тех пор, как первые расчеты показали, что Земля нагревается из-за роста выбросов парниковых газов (5 июня 2018 г.