Что особенного в изменении климата?

“Что важно в изменении климата” часто задают вопрос в классе, дома или ваши друзья. Это справедливый вопрос, потому что, если это не «большое дело», нам действительно не нужно об этом беспокоиться, верно? К сожалению, ответ — то есть объяснение того, почему изменение климата так важно, — не прост; сама проблема бросает вызов простоте, и объяснить ее публике, которая все больше не доверяет науке и опыту, почти невозможно. Тем не менее, я надеюсь, что вы будете доверять мне и моему 25-летнему обучению и опыту ученого и педагога; Пожалуйста, читайте дальше.

Первым в нашем списке вещей, которые нужно рассмотреть, является функциональное определение изменения климата. Текст, который я использую на своих занятиях, определяет это следующим образом: изменение климата — это «направленное изменение глобального климата, которое длится три десятилетия или более». Они противопоставляют изменение климата погода; «состояние атмосферы по отношению к жаре или холоду, влажности или сухости, штиле или буре, ясности или облачности» (Мерриам-Вебстер). Таким образом, погода — это повседневное явление, а климат — десятилетнее явление.

Следующим пунктом для обсуждения являются факторы, влияющие на климат, с которым мы сталкиваемся на протяжении десятилетий. Национальная академия наук США — ведущая научная организация в мире — за последние два десятилетия выпустила десятки отчетов по науке о климате. В отчете за 2016 год они описывают факторы, способствующие изменчивости климата;

«Естественная изменчивость климата возникает из двух разных источников: (1) внутренней изменчивости из-за взаимодействия между компонентами климатической системы, например, теплопередачи между океаном и атмосферой или в пределах различных глубин океана, и (2) естественных внешних воздействий. которые могут подтолкнуть Землю к потеплению или охлаждению, например, извержения вулканов и колебания солнечной активности. Изменения антропогенных факторов, таких как выбросы парниковых газов (ПГ) и аэрозолей, также оказывают внешнее воздействие на климатическую систему. Климат, с которым мы сталкиваемся, представляет собой комбинацию всех этих факторов».

Итак, изменение климата само по себе является нормальным явлением и происходит в результате естественной изменчивости климата. Однако существует также антропогенный компонент изменения климата, связанный с парниковыми газами, включая, среди прочих газов, двуокись углерода, выделяющуюся при сжигании ископаемого топлива. Так, что особенного в парниковых газах?

Парниковый газсэс такие как углекислый газ (а также метан, закись азота и водяной пар) задерживают тепло в нашей атмосфере (рис. 1), и это хорошо. Без парниковых газов нас бы не было на Земле! Парниковые газы делают Землю пригодной для жизни живых существ, таких как мы с вами, деревьев и медоедов. Парниковые газы создали условия для процветания жизни! Однако слишком много хорошего может быть плохим, как в случае с глобальным изменением климата; слишком много углекислого газа выбрасывается людьми в атмосферу.

Наш следующий вопрос: «как люди влияют на количество углекислого газа в атмосфере?Это тоже хороший вопрос, который, кажется, имеет простое биологическое объяснение. Люди, как и все остальные живые существа на планете, выделяют углекислый газ посредством клеточного дыхания; мы выдыхаем его с каждым вдохом! И человеческое население растет в геометрической прогрессии (рис. 2), так что это должно быть ответом на наш первоначальный вопрос: проблема в том, что на планете слишком много людей! Нет, к сожалению, это слишком простое объяснение.

Ежегодно в глобальном масштабе количество углекислого газа в атмосфере более или менее поддерживается в равновесии за счет работы фотосинтезирующих организмов — водорослей, бактерий и растений, которые поглощают CO.₂ для производства сахаров. Это то, что мы называем цикл углерода. Вулканы также выбрасывают углекислый газ в атмосферу, но это носит спорадический характер, а скорость вулканических извержений, как правило, постоянна с течением времени.но, см. ниже). Так если это не рост населения что приводит к повышенному содержанию углекислого газа в атмосфере, что это? Ну, это не демографический взрыв, а наша потребность отапливать наши дома и готовить еду. Следующий пункт требует более подробного объяснения углеродного цикла.

Земля в основном представляет собой закрытую систему (не технически, но потерпите меня), которая содержит весь углерод, азот, кислород и другие элементы, необходимые нам для жизни, в ограниченном количестве; никогда существенно не увеличиваться или уменьшаться. Углерод из атмосферы включается фотосинтезирующими организмами — водорослями, бактериями и растениями — в клетки и ткани этих организмов. В конечном итоге весь этот углерод вернется в атмосферу, когда организмы будут дышать или умирать и разлагаться. Однако некоторая часть атмосферного углерода была изолирована или заперта в тканях древних организмов; в первую очередь растения. В каменноугольный период 350 миллионов лет назад Земля была намного теплее и влажнее и имела гораздо более высокие концентрации CO.₂ в атмосфере.Тогда были массивные папоротниковые леса, каких вы никогда раньше не видели; это было хорошее время, чтобы быть растением! Там было так много растительной жизни, а планета была такой влажной, что многие из этих древних «деревьев» упали в болота или озера и плохо разлагались или вообще не разлагались. То есть они вобрали в себя углекислый газ из атмосферы и заперли его… на 350 миллионов лет! За прошедшие годы и комбинированное воздействие химических изменений, температуры и давления, эти древние источники углерода (то есть древние «деревья») стал что мы называем ископаемое топливо; огромные залежи угля, нефти и природного газа, которые мы сжигаем сегодня.

Итак, вы видите, глобальный климат медленно менялся в течение миллионов лет, и по мере того, как углекислый газ удалялся из атмосферы, средняя глобальная температура снижалась (помните, CO₂ является парниковым газом, см. рис. 1). «Новая норма» баланса между уровнями углекислого газа в атмосфере и глобальной температурой оставалась довольно постоянной на этом более низком уровне в течение последних нескольких миллионов лет с небольшими колебаниями (рис. 3).

Теперь вам должно быть очевидно, что проблема действительно началась, когда мы открыли ископаемые виды топлива, их изобилие и их полезность в качестве источника энергии. После промышленной революции (ок. 1760–1840 гг. н. э.) численность населения действительно начала расти (рис. 2), и все эти люди начали использовать уголь, а позже нефть и газ, чтобы отапливать свои дома, готовить пищу и передвигаться. о планете. В самом деле, рассмотрим изменение уровня углекислого газа и средней глобальной температуры с 1950-х годов (рис. 4).

Теперь вы также можете видеть, что проблема глобального изменения климата заключается не в непосредственном увеличении численности населения. Скорее проблема является результатом источника энергии, который мы «обнаружили» и впоследствии сделали центром глобального рынка, на который полагаются семь миллиардов человек. По мере роста населения, зависящего от ископаемого топлива, в атмосфере будет накапливаться больше парниковых газов, таких как углекислый газ. и эти газы сделают то, на что они способны; удерживать тепло, что приводит к повышению средней глобальной температуры (рис. 4), таянию морского льда (рис. 5), повышению уровня моря (рис. 6), неустойчивым и интенсивным штормам (рис. 7) и огромному ущербу с точки зрения прибрежных экосистем и населенных пунктов. (думаю, ураган Мария совсем недавно).

Куда мы отправимся отсюда? Вернемся к нашему первоначальному вопросу: «Что особенного в изменении климата?«Я думаю, вы согласитесь, что глобальный климат постоянно меняется и, возможно, что люди повлияли на это изменение со времен промышленной революции. Тем не менее, это большое дело? Ну да, это так. Это большое дело, потому что предыдущие изменения глобального климата что мы обсуждали происходило на протяжении сотен миллионов лет. Важным фактором глобального изменения климата является скорость изменения климата и то, что мы знаем о последствиях резких климатических изменений. Около 250 миллионов лет назад произошло именно такое изменение глобального климата, которому предшествовал период интенсивного вулканизма; это было названо пермским массовым вымиранием. В этом случае глобальный климат стал намного теплее (около 6 ° C) после выброса тонн (буквально) CO.₂ в атмосферу (вспомним, что делают парниковые газы!). Это событие известно в популярной науке как «Великое умирание». Огромное количество видов растений и животных было уничтожено, полностью вымерло, и это произошло за очень короткий период геологического времени; около 500 тыс. лет. Сравните это с тем, что происходит сегодня. Мы видели, как средняя глобальная температура увеличилась примерно на 1°C менее чем за 500 лет! Это слишком быстрое изменение для растений и животных, чтобы приспособиться к ним или переехать в более гостеприимный район. Если растения или животные не могут адаптироваться или двигаться, они вымирают.Возможно, что более важно, центры сельскохозяйственного производства по всему миру сместятся в более высокие широты на север и юг. К сожалению, эти районы уже заняты городами и пригородами с их непроницаемыми асфальтовыми и бетонными покрытиями или лесами и пустынями с относительно бедными почвами для выращивания сельскохозяйственных культур. Видите ли, у нас уже возделаны все лучшие почвы в мире, и мы построили вокруг них наши населенные пункты. В этом сценарии неясно, сможет ли сельскохозяйственное производство поддерживать урожайность, которой мы пользуемся в настоящее время и от которой зависит, чтобы прокормить примерно 11 миллиардов человек на Земле к 2030 году. И это, друзья мои, очень большое дело.