ЧТО приводит к глобальным изменениям

          Все чаще и чаще нам приходится сталкиваться с необычными или даже экстремальными природными явлениями: чрезмерные осадки в виде дождей и снегопадов, наносящие многомиллионные убытки, аномально засушливые периоды, опустошающие значительные участки земли.
         Вопрос в том, являются ли подобные катаклизмы редкими явлениями, которые нам изредка приходится наблюдать в силу сложившихся обстоятельств?
         Если обратится к истории, можно найти свидетельства подобных явлений, что доказывает их существование и ранее, но в наши дни они настолько на слуху, что возникает мысль, что обеспокоенность данными явлениями развивается вместе с развитием СМИ — телевидения и интернета, все чаще и чаще сообщающих нам о катаклизмах. Разумеется, не без этого, но дело в том, что такой факт как «глобальные изменения климата» действительно имеет место в наши дни.

Изучить данные по этой теме мне помог курс «Понимание планеты Земля» от Технического университета Чалмерса в Швеции.

ЧТО ТАКОЕ ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Профессор Томас Хобигер (Thomas Hobiger) утверждает, что в своем первоначальном значении, глобальные изменения означали перемены на Земле, заметные в планетарном масштабе. Ранее, основными причинами глобальных изменений были:

солнечная радиация,
движения тектонических плит,
вулканические явления,
столкновения с метеоритами,
истощение природных ресурсов и другие факторы, которые, являясь природными по своей сути, позволяли планет сбалансировать влияние данных явлений, сохраняя баланс климатической системы.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР

В свою очередь, развитие человечества стало фактором, способным повлиять на баланс климатической и энергетической систем, спровоцировав глобальные изменения. Влияния так называемого антропогенного (человеческого) фактора разнообразны.

Существует множество доказательств того, что основной движущей силой глобальных изменений, является растущая потребность человечества в энергии, продуктах питания, товарах, услугах и информации, равно как и утилизация его отходов.

          За последние 250 лет глобальные изменения вызвали изменение климата, исчезновения видов животных и рыб, опустынивание, подкисление океана, истощение озонового слоя, загрязнение и другие существенные изменения.
         Трудно поспорить, что человечество всегда влияло на окружающую среду, но это влияние стало особенно существенным после того, как 10 000 лет назад люди начали развивать сельское хозяйство, произведя серьезные вмешательства в использование земельных ресурсов. Учитывая небольшую численность населения, на то время этот фактор не имел глобального влияния.
         Ситуация резко изменилось с так называемой промышленной революцией в 1750 году, которая положила начало индустриализации и научным разработкам. Были построены фабрики для сжигания угля, изобретены удобрения. Эти и другие факторы привели к быстрым изменениям наиболее важных физических, химических и биологических процессов планеты, оказав прямое влияние на все компоненты системы Земля.

Химический состав атмосферы также значительно изменился.
Концентрации важных парниковых газов, двуокиси углерода, метана и закиси азота быстро растут.

          В 1950-х годах изменения действительно обрели масштаб глобальных, ведь население Земного шара удвоилось в период между 1950 и 2010 годами, что привело за собой десятикратное увеличение темпов экономической активности. Потребление воды увеличилось в 6 раз, что вызвало необходимость постройки плотин.
         Сегодня мы живем в стране, где 70% питьевой пресной воды использовано на потребности сельского хозяйства.
         Пятикратно выросло использование удобрений, ведь при отсутствии искусственных удобрений невозможно обеспечить пищей население в 7 млрд. человек.
         Также значительно изменился химический состав атмосферы.

Эти изменения оказывают прямое влияние на все компоненты системы Земля.
Стоит задуматься, не являются ли антропогенные факторы глобальных изменений доминирующими, поскольку планета не в состоянии сбалансировать ее сложные системы с потребностями человечества?

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗЕМНЫХ СФЕР

Как Вам, возможно, известно, Земля состоит из 5-ти основных сфер: геосферы, гидросферы, криосферы, биосферы и атмосферы.
Эти пять сфер находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, образуя систему планеты Земля. Это так называемая «замкнутая система», то есть система, способная к энергетическому обмену с окружающей ее средой, но без способности обмена материей. Земля получает энергию в виде солнечной радиации и излучает тепловую энергию обратно в космос. Обмен материей не существенен. Что касается взаимодействия 5ти сфер между собой-то они работают по принципу «открытой системы» - это означает, что они обмениваются не только энергией, но и материей.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ И ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ

          Более 99,9% всей энергии, поступающей в систему Земля, поступает от Солнца, но около 40% солнечного излучения отражается обратно в космос. Оставшийся приток энергии поглощается материалами на поверхности Земли, в зависимости от их поглощающих свойств. Поглощенная энергия, в основном, нагревает поверхность и атмосферу соответственно. Тепловое излучение поверхности Земли соответствует средней температуре +15 °C.
         Энергетический баланс Земли зависит от солнечной радиации. Изменения в количестве поступающей солнечной радиации вызовут изменения температуры атмосферы, т. е. климат Земли изменится, что, собственно, и происходит сейчас.
         Но, к счастью, наша планета имеет атмосферу с так называемыми парниковыми газами. Эти газы поглощают инфракрасное излучение и вызывают потепление. Эффект потепления благодаря так называемому парниковому эффекту определяется, главным образом, газовым составом атмосферы.
Поэтому колебания количества этих газов в атмосфере влияют на глобальное изменение климата.

Без парниковых газов температура поверхности Земли равнялась бы -18 °C.

АТМОСФЕРНЫЕ ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ

Водяной пар H2O
-Самый сильный парниковый газ
- Его наличие контролируется температурой планеты
- В среднем, пар в атмосфере находится 10 дней, а потом возвращается на Землю в виде осадков
Углекислый газ CO2
- Находится в атмосфере несколько сотен лет
Метан СН4
- Пребывание в атмосфере — 8-12 лет
Галогенуглеводород, окись азота (N2O), озон (О3)

Скриншот из лекции курса «Температура, лед и уровень моря» (Temperature, Ice and Sea Level)

Видно, что за последние 50 лет происходит постоянное возрастание, например, углекислого газа (зеленая линия). Данный газ — результат деятельности человека, особенно заметно его выбросы увеличились с началом добывания горючих ископаемых (нефти и угля).

Также за последние 50 лет температура воздуха и воды (моря, океаны) заметно увеличились, а ледники уменьшились: за несколько деясятилетий исчезло 2500-3000 гигатонн льда. Привело ли это к изменению уровня морей? Да, исследования и измерения показывают, что он повысился на 200 мм.

КАКИЕ ПРОГНОЗЫ?

Чтобы суметь сделать какой-либо прогноз, необходимо рассмотреть:
а) модель, описывающую физические процессы, которые приводят к потеплению;
б) точные измерения ключевых показателей этой модели.

Скриншот из лекции курса «Прогнозирование» (Predictions)

В целом, нельзя утверждать, что существует такая описывающая модель мира, которая способна содержать всю комплексность процессов. Поэтому очень важно включить в прогноз вероятность неточности расчетов. Чем больше срок прогнозирования, тем больше возрастает и неточность.

Как уже было заявлено, системы нашей планеты постоянно взаимодействуют друг с другом, поэтому измерения, касающиеся одной сферы, также могут относиться к другой сфере, в этом и есть главная сложность составления прогнозов.

Ученые разработали сверхмощные компьютеры с целью создания модели функционирования всех подсистем, а также проведения имитационного моделирования. Например, японское правительство инвестировало огромные суммы в создание высоко параллельной векторной суперкомпьютерной системы, которая демонстрирует глобальные климатические системы, чтобы оценить влияния глобального потепления и определить проблемы твердой оболочки Земли.

Профессор Гуннар Элгеред (Gunnar Elgered) говорит о том, что человечество должно задуматься над тем, сколько вреда оно наносит окружающей среде и к чему это может привести. Ведь все взаимосвязано. Конечно, наряду с антропогенными факторами, свое действие оказывает и сама природа — ярким примером являются вулканические выбросы. Но все же, влияние человека на системы нашей планеты огромное, и об этом всегда нужно помнить.

Спасибо, что оставались со мной! До связи!