27 березня 2020
Авторські статті

Про вуглекислий газ та орбітальні цикли Землі. Чи існує глобальне потепління

Аномально тепла зима 2019-2020 років наочно продемонструвала мешканцям євразійського континенту реальні результати кліматичних змін, що відбуваються на нашій планеті. Одночасно з підвищенням температури метеорологи фіксують небувало високий рівень концентрації CO2 в атмосфері. Аналітики прогнозують ще більше підвищення температури, що призведе до посух, пожеж, затоплень, неврожаїв та голоду. У цій статті ми спробуємо з’ясувати, що ж відбувається з земним кліматом і чи дійсно все так погано?

Розглянемо графік відхилень глобальної середньорічної приземної температури за останні 170 років.

Цей графік чітко вказує на зростання глобальної середньої приземної температури більше ніж на 1°С  за останні 100 років.

Слід звернути увагу на те, що в період 1850-1900 років глобальна середня приземна температура не дорівнювала 0°С, просто цей період було умовно визначено «доіндустріальним кліматичним еталоном». Реальна глобальна середня приземна температура в цей період дорівнювала +14°С.

Паризька кліматична угода 2015 року поставила перед країнами-учасницями угоди мету – утримати зростання глобальної середньої температури "набагато нижче" рівня 2°C і "докласти зусилля" для обмеження росту температури до рівня 1,5°C. Утримувати зростання приземної температури учасники угоди повинні розпочати з 2020 року. Про термін припинення цього утримання в угоді нічого не говориться. 

Угодою було визначено основну стратегію, що повинна утримати зростання температури – це зниження кількості викидів CO2 до атмосфери.

За останні 100 років людством було спалено величезну кількість викопного органічного палива, що накопичувалося у земних надрах протягом мільйонів років. При цьому до атмосфери потрапила велика кількість CO2.

Вченими встановлено чіткий взаємозв’язок між концентрацією CO2 в атмосфері та приземною температурою: чим більша в атмосфері концентрація CO2, тим вища приземна температура. Цей взаємозв’язок виникає завдяки парниковому ефекту, що забезпечує земна атмосфера. Завдяки парниковому ефекту атмосфера утримує тепло біля поверхні Землі. 

Якщо б земна атмосфера не створювала парникового ефекту, то приземна температура була б на 30°С нижчою, ніж вона є зараз, і дорівнювала б приблизно -15°С. 

Земна атмосфера створює парниковий ефект завдяки парниковим газам, що входять до її складу. Перелік основних парникових газів наведено нижче у таблиці.

Найменування та формула парникового газу

Внесок до парникового ефекту (%)

Водяна пара (H2O)

36÷72 %

Вуглекислий газ (СО2)

9÷26 %

Метан (СН4)

4÷9 %

Озон (О3)

3÷7 %

На практиці зниження викидів вуглекислого газу без зниження рівня економічної активності на даний момент не є можливим, тому не всі країни погодилися брати участь у цій угоді. Наприклад, США в 2017 році заявили про вихід з Паризької угоди по клімату.

Слід зазначити, що на зміну клімату впливають багато чинників. До цих чинників належать: сонячна активність, вулканічна активність, вирубування лісів, орбітальні цикли Землі та інше. Але багато факторів вказують на те, що підвищення температури за останні 100 років є результатом підсилення парникового ефекту внаслідок спалювання великої кількості органічного палива. З цим важко не погодитися.

Вище було наведено графік відхилень глобальної середньорічної приземної температури за останні 170 років. Цей графік було побудовано за результатами багаторічних спостережень за кліматом на метрологічних станціях. Але цікаво було б дізнатися, які кліматичні зміни відбувалися на нашій планеті в далекому минулому. 

Наука, що вивчає історію змін клімату Землі, називається палеокліматологією. Одним з напрямків цієї науки є вивчення льодів, що утворилися на Землі ще за давніх часів. Суть цього методу полягає в аналізі льодових кернів, тобто колонок льоду, які піднімають на поверхню з глибин льодового шару. Ідеальним місцем для таких досліджень є Антарктида.

Як відомо, материк Антарктида вкритий дуже товстим шаром льоду. Середня товщина цього шару становить 2,5 км, а максимальна товщина – майже 4,8 км. На поверхню Антарктиди щорічно випадає дуже незначна кількість опадів у вигляді снігу. Якщо в пустелі Сахара випадає близько 76 мм опадів за рік, то в Антарктиді – всього 55 мм. Однак, завдяки тому, що сніг в Антарктиді ніколи не тане, товщина снігового покриву Антарктиди постійно зростає, і будь-яка споруда, зведена в Антарктиді, зрештою буде похована під товщею снігу, хоча відбуватиметься це дуже повільно.  Цікавим прикладом такого поховання є радянська антарктична станція, що була розташована на Полюсі недосяжності в 1959 році. Відмінною особливістю цієї станції був шестиметровий п’єдестал.

Через важкі кліматичні умови експлуатація цієї станції тривала недовго. Відтоді пройшло 60 років. Станом на 2020 рік усі будівлі антарктичної станції засипало чотирьохметровим шаром снігу, і лише самотній бюст все ще височіє над сніговою пустелею.

Нижні шари снігу в Антарктиді спресовуються під вагою верхніх шарів і перетворюються на лід. У цьому льоду завжди є бульбашки повітря, що являють собою проби повітря, законсервовані сотні тисяч років тому. Науковці здійснюють аналіз повітря з цих бульбашок і визначають концентрації вуглекислого газу, метану, кисню та інших газів. Також визначається склад різних ізотопів.

Антарктичний льодовий щит існує більше 40 мільйонів років, але на теперішній час є доступ до зразків льоду, що мають вік 800 тисяч років. Річ у тім, що лід, незважаючи на свою твердість, дуже повільно, по кілька міліметрів за рік, розтікається (дрейфує) по твердій поверхні Антарктиди, відламується від країв материка та у вигляді айсбергів покидає Антарктиду. Через це товщина крижаного щита не перебільшує певного рівня. Таким чином, найдавніші зразки атлантичного льоду вже давно покинули Антарктиду, розтанули і змішалися з водами світового океану.

За результатами досліджень кернів Антарктичного льоду було побудовано графік, де можна побачити, як змінювалися температури приземного шару  та концентрації СО2 в атмосфері протягом останніх 800 тисяч років. Цей графік опубліковано у звіті Fourth National Climate Assessment, Volume II, Impacts, Risks, and Adaptation in the United States, U.S. Global Change Research Program.

Червона лінія на графіку – це відхилення глобальної середньорічної приземної температури за останні 800 тисяч років від середнього значення температури за останню 1 тисячу років.

Синя лінія на графіку – це концентрації СО2 за останні 800 тисяч років, отримані при дослідженні льодових кернів Антарктиди та сучасні результати інструментальних вимірювань концентрації СО2 в атмосфері до 2017 року.

Ми бачимо, що протягом останніх 800 тисяч років, за винятком останніх 100 років, концентрація СО2 у атмосфері коливалася у межах від 180 до 280 ppm, а за останні 100 років вона зросла до рівня 400 ppm. Також видно, що протягом останніх 800 тисяч років всі зміни температури повністю корелювалися зі змінами концентрації СО2, і лише протягом останніх 100 років збільшення концентрації СО2 відбувається швидше за підвищення температури. 

Останнього разу концентрація  СО2 в атмосфері досягала рівня 400 ppm приблизно 3-5 мільйонів року тому. Приземна температура за тих часів була на 2-3 градуси вищою за нинішню. Також, приблизно 15-17 мільйонів років тому, концентрація СО2 в атмосфері досягала 400-650 ppm, а приземна температура була на 3-4 градуси вищою за нинішню. Можна зробити висновок, що у найближчій перспективі підвищення приземної температури на 2-4 градуси є досить реальним.

Вивчення льодових кернів Антарктиди – це лише один з багатьох методів, що є в арсеналі у палеокліматології. Завдяки іншим методам вченим вдалося дізнатися про зміни клімату, що відбувалися протягом останніх 500 мільйонів років.

Отже, подивимося на графік відхилень глобальної середньорічної приземної температури за останні 500 мільйонів років.

Зверніть увагу, що на цьому графіку теж вказані відхилення глобальної середньорічної приземної температури, але за базову лінію прийнято температури за період 1960-1990 років, а не за період 1850-1900 років. Реальна глобальна середня приземна температура за період 1960-1990 років дорівнювала +14,2°С. Таким чином, для того, щоб дізнатися про реальну глобальну середньорічну приземну температуру з цього графіку, треба до значення температури з цього графіку додати 14,2°С. 

Повна версія статті

доступна тільки передплатникам