Основы изменения климата и фактические данные

Данные есть, и с ними согласны 99% ученых. Климат меняется и оказывает все более негативное воздействие на окружающую среду, погоду, здоровье человека и сельское хозяйство.

Ученые также согласны с тем, что изменение климата вызвано увеличением концентрации в атмосфере горстки так называемых парниковые газы (ПГ) и что человеческая деятельность является корнем проблемы.

Основными парниковыми газами, вызывающими изменение климата, являются углекислый газ (СО₂), метан (СН₄) и оксид азота (N₂O).

• Углекислый газ выделяется при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть и природный газ) для производства электроэнергии и транспорта.
• Метан в 25 раз мощнее ПГ, чем CO₂. Он выделяется при пищеварении жвачными животными, при разложении органических материалов на свалках, при добыче, транспортировке и хранении природного газа, а также при таянии вечной мерзлоты.
• Закись азота в 300 раз эффективнее CO₂. Возрастающие выбросы N₂O в настоящее время связаны, главным образом, с использованием синтетических азотных удобрений, но выбросы также происходят при хранении и применении навоза.

Проще говоря, вот как парниковые газы вызывают глобальное потепление. Каждый день солнце нагревает Землю. Чтобы средняя температура воздуха оставалась примерно постоянной во времени, равное количество тепла должно переноситься из атмосферы обратно в космос в виде инфракрасных (тепловых) волн, излучаемых с поверхности Земли (красные стрелки на рис. фигура 1 ниже).Из-за особой химической структуры ПГ и физических характеристик инфракрасных волн столкновение с молекулой ПГ приводит к тому, что тепловая волна отскакивает в случайном направлении, а не продолжает свой прямой путь в космос. Увеличение концентрации молекул парниковых газов в атмосфере означает, что убегающие тепловые волны испытывают больше столкновений и больше отскакивают в атмосфере, прежде чем они смогут выйти в космос. Эта задержка потери тепла с Земли вызывает повышение температуры атмосферы.

Практически невозможно обнаружить изменение климата на основе индивидуального опыта. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с погодой, а не с климатом. Погода сильно локализована и меняется в течение короткого промежутка времени дней или недель, в то время как климат носит региональный характер и меняется постепенно в течение десятилетий. Разницу между климатом и погодой часто описывают как «климат — это то, что вы ожидаете, погода — это то, что вы получаете» или «климат определяет одежду, которую вы держите в шкафу, погода определяет, что вы носите в данный день». Мы не можем обнаружить небольшие изменения климата, которые происходят в течение десятилетий, потому что они кажутся карликовыми по сравнению с краткосрочной изменчивостью погоды.

Чтобы четко увидеть доказательства изменения климата, нам нужно обратиться к многолетним записям. Измерения глобальных температур воздуха и океана за многие годы являются прямым свидетельством долгосрочной тенденции к потеплению глобальных температур воздуха. Эту тенденцию можно четко увидеть в записях средней глобальной температуры с 1850 по 2021 год (фигура 2). Тот факт, что температуры могут резко меняться от года к году, не противоречит четкой долгосрочной тенденции к потеплению. Хотя заманчиво думать, что более прохладное, чем в среднем, лето или даже очень холодная зима могут означать, что глобальное потепление замедлилось или прекратилось, такие краткосрочные колебания местной погоды, по сути, являются просто бессмысленным шумом вокруг долгосрочной тенденции, которую мы наблюдаем. видеть в фигура 2.

Сплошная красная линия в фигура 2 показывает, что глобальная средняя температура была относительно постоянной с 1850 по 1900 год. Это значение принято в качестве меры глобальной средней температуры в доиндустриальный период. Повышение глобальной температуры стало заметным в 1920-х гг., но воздействие антропогенного изменения климата стало особенно ощутимым с 1970 года.

Мало того, что каждое десятилетие с 1970 года было теплее предыдущего, но последние 7 лет (2015-2021) также были самыми жаркими за всю историю человечества, будет на 1,2–1,4 °C теплее доиндустриального базового уровня.

Анимация ниже представляет собой визуализацию долгосрочных данных о глобальной температуре, которая также показывает географические изменения температуры каждый год. В течение первых 50 лет или около того в некоторых местах было теплее, чем в среднем, а в некоторых — прохладнее. Но, начиная примерно с 1970 года, направленное воздействие антропогенного изменения климата на потепление затмевает годовую и местную изменчивость погоды, которая доминировала на картине до этого времени. Тенденция к потеплению очевидна.

ВВЕРХУ: Ежегодные наблюдения за глобальными температурами с 1850 года. Источник: BerkeleyEarth.org.

Таким образом, долгосрочные данные показывают, что мы быстро приближаемся к повышению средней глобальной температуры на 1,5°C, порогу, который мы не должны превышать, если мы надеемся избежать серьезного экологического и экономического ущерба от изменения климата.

Почему мы называем это парниковым эффектом? Зайдите в теплицу в жаркий летний день, и будет жарко! Это потому, что стекло замедляет потерю тепла из теплицы, потому что оно не очень проницаемо для инфракрасных волн. Поскольку накопление ПГ в атмосфере вызывает тот же эффект (хотя и по другому механизму), его стали называть парниковым эффектом.

В парниковом эффекте нет ничего нового. В атмосфере всегда был низкий уровень парниковых газов, что замедляло потерю тепла с Земли. Фактически, без парникового эффекта Земля после наступления темноты быстро становилась бы слишком холодной для поддержания жизни.Но теперь исключительно высокие концентрации парниковых газов в атмосфере сделали парниковый эффект опасной проблемой.

Откуда мы знаем, что нынешний уровень потепления не является просто частью природного цикла? Концентрация углекислого газа в атмосфере колебалась в пределах 180-300 частей на миллион в течение как минимум последних 800 000 лет. (Рисунок 3). Мы знаем это из измерений концентрации CO₂ в ледяных кернах, извлеченных из толстых отложений антарктического льда. Эти ледяные отложения образовались из древнего снега, выпавшего в Антарктиде и за сотни тысяч лет спрессовавшегося в лед. Ученые могут датировать каждую часть ледяного керна так же, как датируют окаменелости, и могут извлекать крошечные количества древнего воздуха, попавшего во льды. Концентрация CO₂ в вытяжном воздухе является мерой содержания CO₂ в атмосфере в момент образования льда. Эти измерения являются основой 800 000-летней истории концентрации CO₂ в антарктическом воздухе. (см. рис. 3, синяя кривая). Существуют также способы определения температуры, когда сформировался данный участок ледяного керна, чтобы ученые могли соотнести атмосферный CO₂ с температурой за 800 000 лет. Это период времени, который намного превышает историю человечества на Земле.

Откуда мы знаем, что люди несут ответственность? Два ряда доказательств указывают на деятельность человека как на основную причину изменения климата.

А. Одни только природные факторы не могут объяснить наблюдаемое повышение температуры. Если мы наметим изменения температуры с 1900 года, вызванные только естественными причинами, такими как извержение вулканов и солнечная активность, тренд температуры (Рисунок 4, синяя линия) не соответствует наблюдаемому повышению температуры (черная линия). Только включение изменений температуры, вызванных выбросом CO₂ в атмосферу людьми, дает результаты, соответствующие наблюдаемым данным.

Если вы заинтересованы в изучении влияния отдельных природных или человеческих факторов на глобальную температуру, обратитесь к превосходной интерактивной версии Рисунок 4 используя эту ссылку: https://nca2018.globalchange.gov/chapter/2#fig-2-1

B. Общее количество CO₂, выбрасываемого ископаемым топливом со времен промышленной революции, точно соответствует наблюдаемому увеличению содержания CO₂ в атмосфере. (черная линия на рис. 5). Эта тесная связь между углеродом, выделяемым при сжигании ископаемого топлива, и измеренным увеличением содержания CO₂ в атмосфере является человеческим отпечатком изменения климата.

Почему мы называем это изменением климата, а не глобальным потеплением? Потепление атмосферы вызвало на Земле комплекс сложных изменений, отражающих воздействие повышения концентрации парниковых газов в атмосфере. (Рисунок 6).

Большая часть дополнительного тепла, выделяемого парниковым эффектом, не остается в атмосфере. Вместо этого более 93% его поглощается Мировым океаном с многочисленными воздействиями:

• Более теплые океаны занимают больше места, способствуя повышению уровня моря вместе с талой водой из наземных ледников, таких как ледяной щит Гренландии. Таяние льда, который уже находится в океане, не повышает уровень моря, хотя эта потеря льда затемняет поверхность океана, ускоряя повышение температуры океана.
• Из нагревающегося океана испаряется больше воды. Поскольку воздух также теплее, он удерживает больше этой воды. Фактически, на каждый 1ᵒC повышения температуры воздуха количество влаги в воздухе увеличивается на 7%. Учитывая, что за последние 7 лет потеплело примерно на 1,3ᵒC (рис. 1), наш воздух теперь содержит примерно на 9% больше влаги, чем в 1960-х годах.]
• Эта повышенная влажность означает, что жаркие летние температуры кажутся еще более жаркими и более опасными, потому что повышение теплового индекса означает, что наши тела не могут охлаждаться, испаряя пот так же легко, как раньше.

• Больше воды в воздухе также способствует более сильным дождям.

• Арктика прогрелась больше, чем экватор, поэтому разница температур между этими двумя регионами уменьшилась.Поскольку ветры (и течения) генерируются различиями в температуре воздуха (или океана) между регионами, мы наблюдаем изменения в характере преобладающих ветров и океанских течений.

Как будет выглядеть будущее? Сейчас мы в CODE Red. В августе 2021 года Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) выпустила обновленный отчет о состоянии глобального климата. Учитывая, что этот документ требовал согласия всех стран-участниц, выводы можно считать консервативными. Несмотря на этот базовый консерватизм, данные показывают, что изменение климата в настоящее время настолько далеко зашло, что Генеральный секретарь ООН объявил результаты отчета «красным кодом для человечества».

В этом отчете совершенно ясно показано, что для предотвращения катастрофических климатических воздействий в этом столетии необходимы быстрые и значительные действия по борьбе с изменением климата. Мы все еще можем удержать повышение глобальной температуры на уровне 1,5–2°C, если быстро и резко сократим выбросы парниковых газов (Рисунок 7).

Сокращение глобальных выбросов ПГ в необходимом масштабе должно быть глобальным усилием. Однако, поскольку США являются крупнейшим в мире источником выбросов парниковых газов на душу населения и страной, ответственной за большее количество совокупных выбросов с 1880 года, чем любая другая страна, от США требуются значительные действия.