Роль антропогенного фактора в современных изменениях климата

Климат – это сложный и многогранный феномен, характеризующий усредненные параметры погоды и её изменчивость на протяжении продолжительного временного периода (обычно 2–3 десятилетия). Формирование климата является результатом сложного взаимодействия различных компонентов климатической системы Земли – своеобразной «климатической машины», включающей в себя атмосферу, гидросферу с криосферой, биосферу и педосферу (почвенные ресурсы) [1, с. 311-323]. Между этими компонентами постоянно происходит активный обмен веществом и энергией, при этом первичным источником энергии выступает Солнце. Именно это взаимодействие элементов глобальной климатической системы в условиях солнечной радиации определяет установившиеся на Земле климатические закономерности и их динамику на разных пространственно-временных масштабах. Понимание принципов функционирования данной «климатической машины» имеет ключевое значение для изучения, моделирования и прогнозирования климатических процессов.

Колебания параметров земной орбиты, известные как циклы Миланковича, являются главной причиной долговременных климатических изменений на нашей планете. Однако современные трансформации климата в значительной степени связаны с интенсивной хозяйственной деятельностью человека и разнообразными антропогенными факторами. Многочисленные научные исследования и авторитетные международные отчеты, в частности Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), однозначно указывают на доминирующую роль человеческого воздействия в глобальном потеплении, начавшемся еще в середине ХХ столетия. Если естественные колебания климата Земли на протяжении геологической истории определялись главным образом астрономическими механизмами, то нынешние климатические тенденции в значительной мере обусловлены антропогенными преобразованиями окружающей среды.

Одним из ключевых антропогенных факторов, оказывающих сильное влияние на климат Земли, выступают выбросы в атмосферу так называемых парниковых газов. К их числу, в первую очередь, относятся диоксид углерода (CO₂), метан (CH₄) и закись азота (N₂O). Данные газы обладают способностью поглощать и удерживать тепловое излучение, испускаемое поверхностью планеты, вызывая тем самым парниковый эффект, способствующий повышению температуры воздуха [2]. Основным источником выбросов CO₂ является сжигание ископаемых видов топлива (угля, нефти, природного газа) в процессе производства энергии, транспортной деятельности и промышленных производств. Метан, в свою очередь, выделяется при добыче, транспортировке и использовании ископаемого топлива, а также в результате сельскохозяйственной деятельности и разложения органических отходов. Закись азота образуется преимущественно при применении минеральных удобрений и в ходе различных промышленных процессов. Интенсивное антропогенное производство и использование энергии на основе ископаемого топлива, развитие промышленности и сельского хозяйства служат ключевыми источниками эмиссии парниковых газов, оказывающих определяющее влияние на современные изменения климата планетарного масштаба.

Согласно данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), концентрации парниковых газов в земной атмосфере достигли исторически беспрецедентных значений за последние 800 тысяч лет. Так, содержание углекислого газа (CO₂) увеличилось примерно на 48% по сравнению с доиндустриальным периодом, концентрация метана (CH₄) выросла на 156%, а закиси азота (N₂O) – на 23% [3].

Такие колоссальные изменения в концентрации парниковых газов в атмосфере неизбежно усиливают парниковый эффект, тем самым значительно способствуя процессу глобального потепления, наблюдаемого в течение последних десятилетий. Учитывая беспрецедентность достигнутых концентраций этих газов по сравнению с доиндустриальным периодом, их климатическое воздействие на современную и будущую динамику температуры приобретает поистине глобальный и долговременный характер. Столь масштабные трансформации газового состава атмосферы напрямую связаны с интенсивной хозяйственной деятельностью человека, требующей незамедлительного пересмотра сложившихся энергетических и производственных стратегий для минимизации негативных последствий климатических изменений.

Дарвиновский индекс Южного Колебания: аномалия среднемесячных значений давления на уровне поверхности океана в г. Дарвин (Австралия) с обратным знаком, гПа. Показана также сглаживающая кривая - скользящее десятилетнее среднее. Данные приведены за период с января 1882 г. по декабрь 1998 г. Климатическое среднее вычислено за период с января 1882 г. по декабрь 1981 г. Ступенчатая функция иллюстрирует возможное изменение ситуации с 1977 г. В доиндустриальный период (примерно до 1750 года) изменения глобального климата определялись исключительно естественными факторами. Однако впоследствии всё более ощутимое влияние стали оказывать антропогенные процессы – эмиссии парниковых газов и масштабные трансформации альбедо земной поверхности и атмосферы, связанные со значительным расширением хозяйственной деятельности человека. Современные климатические изменения на Земле можно представить как совокупность двух компонентов – естественного и антропогенного: Δ(t) = ΔN(t) + [ΔA-GHG(t) + ΔA-albedo(t)], где Δ(t) – общее изменение климата во времени (t), ΔN(t) – его естественная составляющая, а ΔA-GHG(t) и ΔA-albedo(t) – антропогенные составляющие, связанные с выбросами парниковых газов и трансформациями альбедо соответственно. Помимо эмиссий парниковых газов, значительное воздействие на климатическую систему оказывают изменения в землепользовании, особенно обезлесение и деградация почв. Леса выступают важными поглотителями углерода, и их сокращение снижает способность планеты абсорбировать CO₂ из атмосферы. Кроме того, обезлесение может приводить к изменению альбедо земной поверхности, что также влияет на климат [4, с. 6550-6555].

Антропогенное изменение альбедо Земли происходит как вследствие трансформаций землепользования (например, замены лесных ландшафтов на агроугодья или урбанизированные территории), так и в результате аэрозольных выбросов в атмосферу и осаждения частиц на земную поверхность (на снег, лёд). При этом увеличение альбедо, как правило, оказывает охлаждающий эффект. В свою очередь, антропогенное наращивание концентраций парниковых газов в атмосфере приводит к усилению парникового эффекта и, как следствие, к потеплению климата относительно его естественного состояния.

Научное сообщество пришло к консенсусу относительно того, что современное глобальное потепление неоспоримо, и его основной причиной является антропогенное воздействие [5, с. 22-29]. Согласно последнему докладу МГЭИК, вероятность того, что наблюдаемое с 1950-х годов глобальное потепление обусловлено исключительно естественными причинами, крайне мала [6, с. 48-62]. Таким образом, сокращение антропогенных выбросов парниковых газов и другого вредного воздействия на окружающую среду является ключевым фактором в борьбе с изменением климата.