Основы изменения климата

Узнайте о некоторых ключевых концепциях, связанных с изменением климата:

• Парниковый эффект
• Ключевые парниковые газы
• Другие парниковые газы
• Аэрозоли
• Климатические отзывы

Дополнительная информация об изменении климата

• См. ответы на распространенные вопросы об изменении климата на странице часто задаваемых вопросов.
• Наблюдения в Соединенных Штатах показывают, как изменение климата происходит сейчас. Узнайте больше об индикаторах изменения климата.

Климат Земли меняется. Многочисленные доказательства показывают изменения в нашей погоде, океанах и экосистемах, например:

• Изменение температуры и характера осадков. 12
• Повышение температуры океана, уровня моря и кислотности.
• Таяние ледников и морского льда. 3
• Изменения частоты, интенсивности и продолжительности экстремальных погодных явлений.
• Изменения в характеристиках экосистемы, таких как продолжительность вегетационного периода, время цветения и миграция птиц.

Эти изменения связаны с накоплением парниковых газов в нашей атмосфере и потеплением планеты из-за парникового эффекта.

Атмосферные данные застряли во льду

Источник: Смитсоновский национальный музей естественной истории, 2018 г.

Парниковый эффект

Температура Земли зависит от баланса между энергией, поступающей и выходящей из системы планеты. Когда солнечный свет достигает поверхности земли, он может либо отражаться обратно в космос, либо поглощаться землей. Поступающая энергия, которая поглощается землей, нагревает планету. После поглощения планета отдает часть энергии обратно в атмосферу в виде тепла (также называемого инфракрасным излучением). Солнечная энергия, которая отражается обратно в космос, не нагревает землю.

Некоторые газы в атмосфере поглощают энергию, замедляя или предотвращая отдачу тепла в космос. Эти газы известны как «парниковые газы». Они действуют как одеяло, делая землю теплее, чем она была бы в противном случае. Этот процесс, широко известный как «парниковый эффект», является естественным и необходимым для поддержания жизни.Однако недавнее накопление парниковых газов в атмосфере в результате деятельности человека изменило климат Земли и привело к опасным последствиям для здоровья и благополучия человека и для экосистем.

Ключевые парниковые газы

Большая часть потепления с 1950 года была вызвана выбросами парниковых газов человеком. 4 Парниковые газы возникают в результате различных видов деятельности человека, включая сжигание ископаемого топлива для получения тепла и энергии, вырубку лесов, внесение удобрений, хранение отходов на свалках, разведение скота и производство некоторых видов промышленной продукции.

Углекислый газ

Углекислый газ является основным парниковым газом, который способствует недавнему изменению климата. Углекислый газ попадает в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, твердых отходов, деревьев и других биологических материалов, а также в результате некоторых химических реакций, таких как производство цемента. Углекислый газ поглощается и выбрасывается естественным образом в рамках углеродного цикла в результате дыхания растений и животных, извержений вулканов и обмена между океаном и атмосферой.

Углеродный цикл

Круговорот углерода — это процесс, при котором углерод постоянно перемещается из атмосферы в землю, а затем обратно в атмосферу. На Земле углерод хранится в горных породах, отложениях, океане и живых организмах. Углерод высвобождается обратно в атмосферу, когда растения и животные умирают, а также когда горят пожары, извергаются вулканы и сжигаются ископаемые виды топлива (такие как уголь, природный газ и нефть). Круговорот углерода обеспечивает сбалансированную концентрацию углерода в различных резервуарах на планете. Но изменение количества углерода в одном резервуаре влияет на все остальные. Сегодня люди нарушают круговорот углерода, сжигая ископаемое топливо, которое выбрасывает большое количество углекислого газа в атмосферу, и изменяя землепользование, удаляя растения, поглощающие углерод из атмосферы.

Источник: Смитсоновский национальный музей естественной истории, 30 мая 2019 г.

Метан

И природа, и деятельность человека производят метан. Например, естественные водно-болотные угодья, сельскохозяйственная деятельность, добыча ископаемого топлива и транспорт — все это приводит к выбросу метана.

Оксид азота

Закись азота производится в основном в результате сельскохозяйственной деятельности и естественных биологических процессов. Сжигание ископаемого топлива и промышленные процессы также создают закись азота.

F-газы

Хлорфторуглероды, гидрохлорфторуглероды, гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы, вместе называемые F-газами, часто используются в хладагентах, пенообразователях, огнетушителях, растворителях, пестицидах и аэрозольных пропеллентах.

Потенциал глобального потепления

Различные парниковые газы могут оставаться в атмосфере разное время, от нескольких лет до тысяч лет. Кроме того, некоторые газы более эффективно нагревают планету, чем другие. Узнайте больше о потенциале глобального потепления (ПГП) — показателе воздействия на климат, основанном на том, как долго каждый парниковый газ остается в атмосфере и насколько сильно он поглощает энергию.

Другие парниковые газы

Приземный озон

Приземный озон образуется в результате химической реакции между выбросами оксидов азота и летучих органических соединений от автомобилей, электростанций и других промышленных и коммерческих источников в присутствии солнечного света. Помимо улавливания тепла, приземный озон является загрязнителем, который может вызывать проблемы со здоровьем органов дыхания и наносить ущерб сельскохозяйственным культурам и экосистемам.

Водяной пар

Водяной пар является еще одним парниковым газом и играет ключевую роль в климатических обратных связях из-за своей способности улавливать тепло. Более теплый воздух содержит больше влаги, чем более холодный. Следовательно, по мере увеличения концентрации парниковых газов и повышения глобальной температуры общее количество водяного пара в атмосфере также увеличивается, что еще больше усиливает эффект потепления. 5

Для получения дополнительной информации о парниковых газах см. Выбросы парниковых газов.

Аэрозоли

Аэрозоли в атмосфере могут влиять на климат.Аэрозоли представляют собой микроскопические (твердые или жидкие) частицы, которые настолько малы, что вместо того, чтобы быстро падать на поверхность, как более крупные частицы, они остаются взвешенными в воздухе от нескольких дней до нескольких недель. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива и биомассы, способствует выбросам этих веществ, хотя некоторые аэрозоли также поступают из природных источников, таких как вулканы и морской планктон.

В отличие от парниковых газов воздействие аэрозолей на климат зависит от того, из чего они сделаны и где выбрасываются. В зависимости от цвета и других факторов аэрозоли могут либо поглощать, либо отражать солнечный свет. Аэрозоли, отражающие солнечный свет, такие как частицы вулканических извержений или выбросы серы при сжигании угля, обладают охлаждающим эффектом. Те, что поглощают солнечный свет, например, черный углерод (часть сажи), обладают согревающим эффектом.

Черный углерод может не только напрямую поглощать входящий и отраженный солнечный свет, но также может поглощать инфракрасное излучение. 6 Черный углерод также может откладываться на снегу и льду, затемняя поверхность и тем самым увеличивая поглощение снегом солнечного света и ускоряя таяние. 7 В то время как сокращение всех аэрозолей может привести к еще большему потеплению, целенаправленное сокращение выбросов черного углерода может уменьшить глобальное потепление. Согревающие и охлаждающие аэрозоли также могут взаимодействовать с облаками, изменяя их способность образовываться и рассеиваться, а также их отражательную способность и интенсивность осадков. Облака могут способствовать как охлаждению, отражая солнечный свет, так и согреванию, задерживая уходящее тепло.

Климатические отзывы

Климатические обратные связи — это естественные процессы, которые реагируют на глобальное потепление, компенсируя или усиливая изменения в климатической системе. Обратные связи, компенсирующие изменение климата, называются отрицательными обратными связями. Обратная связь, усиливающая изменения, называется положительной обратной связью.

Водяной пар кажется, вызывает наиболее важные положительные отзывы. По мере того как земля нагревается, скорость испарения и количество водяного пара в воздухе увеличиваются.Поскольку водяной пар является парниковым газом, это приводит к дальнейшему потеплению.

Таяние Арктики морской лед является еще одним примером положительной обратной связи с климатом. С повышением температуры морской лед отступает. Потеря льда обнажает подстилающую поверхность моря, которая темнее и поглощает больше солнечного света, чем лед, увеличивая общее количество тепла. Аналогичный эффект имеет меньшее количество снежного покрова в теплые зимы.

Облака может иметь как потепление, так и охлаждение климата. Они охлаждают планету, отражая солнечный свет в течение дня, и нагревают планету, замедляя уход тепла в космос (это наиболее заметно ночью, поскольку облачные ночи обычно теплее ясных).

Изменение климата может привести к изменениям в покрытии, высоте над уровнем моря и отражательной способности облаков. Затем эти изменения могут либо усилить (положительная обратная связь), либо ослабить (отрицательная обратная связь) первоначальное изменение. Чистый эффект этих изменений, вероятно, представляет собой усиливающуюся или положительную обратную связь, в основном из-за увеличения высоты высоких облаков в тропиках, что делает их более способными улавливать тепло, и уменьшения охвата облаков более низкого уровня в средних широтах. , что уменьшает количество солнечного света, который они отражают. Величина этой обратной связи неопределенна из-за сложного характера взаимодействия облаков/климата. 8

1 Восе Р.С., Д.Р. Истерлинг, К.Е. Кункель, А.Н. ЛеГранд и М.Ф. Вене. (2017). Изменения температуры в США. В: Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I [Вебблс, Д.Дж., Д.В. Фэйи, К.А. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт и Т.К. Мэйкок (ред.)]. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 197–199. дои: 10.7930/J0N29V45

2 МГЭИК (2013 г.). Изменение климата 2013: Основа физической науки. Вклад рабочих групп I, II и III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М.Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, стр. 187–189 и стр. 201–208.

3 Хейхо, К., Д.Дж. Уэблс, Д.Р. Истерлинг, Д.В. Фэйи, С. Доэрти, Дж. Коссин, В. Суит, Р. Восе и М. Венер. (2018). Наш меняющийся климат. В: Воздействия, риски и адаптация в Соединенных Штатах: Четвертая национальная оценка климата, том II [Рейдмиллер, Д.Р., К.В. Эйвери, Д.Р. Истерлинг, К.Е. Кункель, К.Л.М. Льюис, Т.К. Мэйкок и Б.К. Стюарт (ред.)]. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 91–94. дои: 10.7930/NCA4.2018.CH2

4 Национальная академия наук. (2020). Изменение климата: доказательства и причины: обновление 2020 г.. The National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 5. doi: 10.17226/25733

Вьюбблс, Д.Дж., Д.В. Фэйи, К.А. Хиббард, Б. ДеАнджело, С. Доэрти, К. Хейхо, Р. Хортон, Дж. П. Коссин, П.К. Тейлор, А.М. Уэйпл и С.П. Уивер. (2017). Управляющее резюме. В: Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I [Вебблс, Д.Дж., Д.В. Фэйи, К.А. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт и Т.К. Мэйкок (ред.)]. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, с. 14. дои: 10.7930/J0DJ5CTG

5 Wuebbles, D.J., D.R. Истерлинг, К. Хейхо, Т. Натсон, Р.Э. Копп, Дж.П. Коссин, К.Е. Кункель, А.Н. ЛеГранд, К. Мирс, В.В. Сладкий, П.К. Тейлор, Р.С. Восе и М.Ф. Венер. (2017). Наш глобально меняющийся климат. В: Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I [Вебблс, Д.Дж., Д.В. Фэйи, К.А. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт и Т.К. Мэйкок (ред.)]. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 35-72. дои: 10.7930/J08S4N35

6 Мире, Г., Д. Шинделл, Ф.-М. Бреон, В. Коллинз, Дж. Фуглестведт, Дж. Хуанг, Д. Кох, Дж.-Ф. Ламарк, Д. Ли, Б. Мендоса, Т. Накадзима, А. Робок, Г. Стивенс, Т. Такемура и Х. Чжан. (2013). Антропогенное и естественное радиационное воздействие. В: Изменение климата 2013: Основы физической науки. Вклад Рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, с. 685.

7 Мире, Г., Д. Шинделл, Ф.-М. Бреон, В. Коллинз, Дж. Фуглестведт, Дж. Хуанг, Д. Кох, Дж.-Ф. Ламарк, Д. Ли, Б. Мендоса, Т. Накадзима, А. Робок, Г. Стивенс, Т. Такемура и Х. Чжан. (2013). Антропогенное и естественное радиационное воздействие. В: Изменение климата 2013: Основы физической науки. Вклад Рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, с. 685.

8 МГЭИК. (2013). Изменение климата 2013: Основа физической науки.Вклад Рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, с. 593.