3.2 Антропогенные изменения климата

Наряду с естественными факторами на глобальные климатические условия оказывает возрастающее влияние хозяйственной деятельности. Впервые это влияние стало проявляться тысячи лет тому назад, когда в связи с развитием земледелия в засушливых районах начало широко применяться искусственное орошение. Распространение земледелия в лесной зоне также приводило к некоторым изменениям климата вследствие вырубки лесов на больших пространствах.

В дальнейшем на климатические условия некоторое влияние оказывало строительство городов, создание новых водоемов и осуществление различных мелиоративных мероприятий, а также лесонасаждение.

Следует отметить, что изменения климата в основном ограничивались изменениями метеорологических условий только в нижнем слое воздуха в тех районах, где осуществлялись перечисленные выше хозяйственные мероприятия.

В настоящее время в связи с быстрым развитием промышленности и ростом энерговооруженности возникли перспективы изменений климата на всей планете.

В 1979 году вопрос об антропогенном изменении климата рассматривался на Всемирной конференции по климату в Женеве. В докладе на этой конференции академик Е.К. Федоров сказал: "Изменения климата в будущем неизбежны. Они станут заметными и, может быть, необратимыми в ближайшие несколько десятилетий… В связи с этим очевидно, что необходимо было бы выработать некоторую стратегию, т. е. систему заранее спланированных действий, которые обеспечили бы для человечества избежание негативных последствий возможны изменений климата… Каковы основные элементы такой стратегии? Первым и основным является, разумеется, прогноз изменений климата…"1

Практическое значение вопроса о климатических условиях будущего определяется, в частности, тем, что экономика всех стран существенно зависит от современных климатических условий, причем заметные изменения климата потребуют больших капиталовложений, чтобы обеспечить приспособление хозяйственной деятельности к новым условиям.

В современных исследованиях установлено, что влияние хозяйственной деятельности на глобальный климат связано с действием нескольких факторов, из которых наибольшее значение могут иметь:

* увеличение количества атмосферного углекислого газа, а также некоторых других газов, поступающих в атмосферу в ходе хозяйственной деятельности, что изменяет парниковый эффект в атмосфере;

* увеличение массы атмосферного аэрозоля, усиливающего рассеивание и поглощение радиации на его частицах;

* рост количества образуемого в ходе хозяйственной деятельности тепла, которое расходуется на нагревание атмосферы.

Изучение действия этих факторов на климат показало, что влияние второго и третьего из них в настоящее время и в течение ближайших десятилетий ограничено и, по-видимому, не превосходит влияния факторов, вызывающих современные естественные колебания климата. Большее значение может иметь первая из указанных причин антропогенного изменения климата.

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере в значительной мере определяется образованием СО2 в результате сжигания угля, нефти и других видов топлива.

Изменение производства СО2 во времени в ходе указанных процессов отображено на рисунке 11. Количество углекислого газа, производимого за год, представлено в миллионах тонн углерода.

Рис. 11. Ожидаемые изменения количества углекислого газа в будущем (І, ІІ, ІІІ, ІV - кривые, характеризующие четыре варианта расчета, основанного на разных предположениях о темпах расходования углеродного топлива в будущем)

Из рисунка 11 видно, что, за исключением трех сравнительно коротких интервалов времени (первая мировая война, экономический кризис 30-х годов, вторая мировая война), общее поступление углекислого газа в атмосферу росло, увеличиваясь на 4 - 5 % в год.

Очевидно, что из-за ограниченности запасов углеродного топлива скорость этого роста рано или поздно должна уменьшиться. Заслуживает внимание, однако, что из данных рисунка следует наличие обратной тенденции в росте производства углекислого газа: скорость роста этого производства во второй половине ХХ века оказалась несколько больше скорости его увеличения в начале века.

Анализируя график, можно сделать заключение, что изменения концентрации атмосферного углекислого газа за годы и десятилетия сейчас полностью определяются антропогенными факторами. Считается, что дополнительным антропогенным источником углекислого газа для атмосферы является уменьшение под влиянием хозяйственной деятельности запасов углерода в растительном покрове (главным образом при вырубке лесов) и в почве (убывание количества гумуса при обработке почвы).

Данные наблюдений и результаты расчетов показывают, что с середины прошлого века концентрация СО2 в атмосфере повысилась на 15-20 % по сравнению с её первоначальным значением. Принимая это во внимание, можно заключить, что увеличение массы углекислого газа уже привело к повышению средней температуры воздуха на величину около 0,50. Это значение сравнительно невелико и пока ещё сравнимо с амплитудой колебаний средней температуры под влиянием изменений прозрачности атмосферы.

Очевидно, однако, что дальнейший рост концентрации углекислого газа приведет к гораздо большим изменениям климата. Эти изменения, прежде всего, будут связаны с глобальным потеплением. Так, по подсчетам ученых, средняя глобальная температура в 2000 году повысилась по сравнению с доиндустриальной эрой примерно на 1,20, а к 2030 году повысится на 2,60.

Существенное значение имеет вопрос влияния роста концентрации СО2 на режим увлажнения. Для ответа на этот вопрос кроме моделей теории климата можно использовать эмпирические данные о климатических условиях прошлого. В расчетах сравнительно небольших изменений климата, которые произошли в конце ХХ века, были выяснены тенденции изменения режима осадков для ряда географических районов. Оказалось, в частности, что сравнительно небольшое потепление влияет на сумму зимних осадков, которые возрастают на 10 - 20 % на юге Украины и в Молдове и уменьшаются на 20 - 30 % в Среднем и Нижнем Поволжье и Казахстане. В других районах и в другие сезоны изменения средних сумм осадков незначительны. Для последующих десятилетий этот метод применить трудно, так как величина потепления, ожидаемая за этот период, заметно превзойдет амплитуду колебаний температур, наблюдающихся за последние столетия.

Антропогенными источниками СО2 являются промышленность, транспорт, изменение подстилающей поверхности. Среди отраслей промышленности на первом месте по уровню загрязнения воздуха во многих странах стоит теплоэнергетика. При переработке и сжигании топлива образуется углекислый газ, оксиды серы, азота, различных металлов, твердые частицы. Использование нефти и продуктов нефтепереработки в качестве топлива на ТЭС почти на 60 % определяет уровень загрязнения воздуха в Западной Европе. ТЭС мощностью 2,4 млн. кВт выбрасывает в сутки 680 т SO2 и SO3, 120-140 т твердых частиц (золы, сажи, пыли), 200 т оксида азота [3, с.13].

Сильным загрязнителем воздуха является автотранспорт. Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы показана в табл. 1.

Таблица 1

Объем выбросов продуктов сгорания, млн. т год [3, с. 14]

Выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого топлива. Примерный состав выхлопных газов автомобилей представлен в табл. 2.

Таблица 2

Состав (% по объему) выхлопных газов автомобилей [3, с. 14]

За время эксплуатации одного усредненного автомобиля в течение 6 лет в атмосферу выбрасывается 9 т СО2, 0,9 т СО, 0,25 т оксидов азота 80 кг углеводородов. Автотранспорт является мощным фактором загрязнения атмосферного воздуха, так как количество автомобилей увеличивается из года в год, а структура выбросов представлена 200 веществами.