24.9: Зміна клімату

Чи можемо ми прийняти тепло?

Це зображення представляє найбільшу проблему, з якою коли-небудь стикався людський вид: поточна тенденція глобального потепління. Більше немає сумнівів, що наша планета стає теплішою і що людські дії є першопричиною. Також не виникає сумнівів, що якщо ми не зробимо щось з цим найближчим часом, наслідки будуть руйнівними. З 17 найтепліших років за всю історію, 16 з них відбулися з 2000 року. Хоча рекордні роки привертають найбільшу увагу громадськості, окремі роки менш значущі, ніж загальна тенденція, а тенденція до зростання температури Землі викликає тривогу. Середня температура планети піднімається вже більше століття, а темпи її зростання прискорюються. Найбільш значущою причиною підвищення температури Землі є вплив людини на парниковий ефект.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Земля на плиті

Парниковий ефект

Парниковий ефект - це процес, за допомогою якого атмосфера такої планети, як Земля, прогріває поверхню планети до температури вище тієї, яка була б без атмосфери. Атмосфера підвищує температуру поверхні, якщо вона містить певні гази - звані парниковими газами - які можуть випромінювати енергію вниз на поверхню планети.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Потік енергії в екосистемі

Як працює парниковий ефект? Як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\), із загальної кількості сонячної енергії, доступної у верхній частині атмосфери, частина енергії відбивається назад у космос атмосферою або Землею, а частина поглинається атмосферою та хмарами. Однак більша частина енергії поглинається земною поверхнею, і значна частина цієї енергії випромінюється назад в атмосферу як інфрачервоне випромінювання, яке ми відчуваємо як тепло. Якщо це випромінювання поглинається молекулами парникових газів в атмосфері, воно повторно випромінюється молекулами у всіх напрямках. Ефект полягає в прогріванні поверхні Землі та нижньої атмосфери.

Природний парниковий ефект Землі має вирішальне значення для підтримки життя на планеті. Без парникового ефекту середня температура Землі становила б близько -18 градусів C (0 градусів F), порівняно з нинішнім середнім показником 15 градусів C (59 градусів F). Однак діяльність людини посилила природний парниковий ефект за рахунок збільшення концентрації парникових газів в атмосфері. Це відоме як посилений або антропогенний парниковий ефект, і це спричиняє глобальне потепління.

парникові гази

Парникові гази - це радіаційно активні гази, тобто вони можуть поглинати та повторно випромінювати інфрачервону енергію. До їх складу входять всі гази з трьома і більше атомами. Як показано в таблиці\(\PageIndex{1}\), трьома першими парниковими газами в атмосфері Землі є вуглекислий газ (CO ₂), гідрофторуглероди (ГФУ) та метан (CH ₄). У таблиці також перераховані основні види діяльності людини, які сприяють більшій концентрації цих та інших парникових газів в атмосфері.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Парникові гази ранжуються на основі їх впливу на посилений парниковий ефект і зміну клімату. Зібрані елементи - це природні парникові гази

	Газ	Виробництво
60%	\( CO_2 \nonumber\)Вуглекислий газ *	Спалювання викопного палива, вирубка лісів
16%	\( HFCs \nonumber\)фторуглеводні	Аерозолі, холодоагенти
15%	\( CH_4 \nonumber\)Метан *	Органічні відходи, ВРХ, виробництво палива
5%	\( N_2O \nonumber\)Закис азоту	Добрива, грунт, паливо
2%	\( PFCs \nonumber\)Перфторуглеці	Лакофарбове, текстильне та алюмінієве виробництво
1%	\( SF_6 \nonumber\)Гексафторид сірки	Електротехнічна промисловість, виробництво каучуку/MG
1%	\( H_2O \nonumber\)Водяна пара*	Зрошення, випаровування, танення льоду

Важливість вуглекислого газу

Як\(\PageIndex{1}\) показує таблиця, основним парниковим газом з точки зору його впливу на клімат є вуглекислий газ. Наскільки парниковий газ сприяє посиленому парниковому ефекту та глобальному потеплінню, залежить від того, наскільки добре він випромінює тепло, а також від його достатку та стійкості в атмосфері. Хоча ГФУ і метан є набагато більш потужними радіаторами тепла, ніж вуглекислий газ, вуглекислого газу набагато більше і триває набагато довше в атмосфері.

Джерела та раковини вуглекислого газу

Вуглекислий газ потрапляє в атмосферу Землі значною мірою через спалювання викопного палива. Вугілля виробляє вдвічі більше вуглекислого газу, ніж природний газ, при цьому нафта є проміжною. В даний час близько половини вуглекислого газу, що виділяється при спалюванні викопного палива, залишається в атмосфері. Решта забирається рослинами (для фотосинтезу) або розчиняється морською водою. Вирубка лісів зменшує загальну кількість вуглекислого газу, який поглинається рослинами, тим самим збільшуючи кількість вуглекислого газу, який залишається в атмосфері.

Глобальні зміни клімату

Зміна клімату, в цілому, відноситься до будь-якої зміни середніх погодних умов на Землі, яка триває не менше декількох десятиліть. Короткочасні збурення клімату, такі як події Ель-Ніньо, не вважаються зміною клімату. Клімат Землі неодноразово змінювався в більш ранні епохи через природні порушення, такі як масові виверження вулканів і переміщення материків. За останні пару століть найважливішою причиною зміни клімату були дії людини, які викликають посилений парниковий ефект і глобальне потепління.

Докази глобальних змін клімату

Рисунок\(\PageIndex{3}\): Глобальний індекс температури суші та океану з 1880 по 2020 рік. На цьому графіку суцільна чорна лінія - це відхилення середньорічної глобальної температури від значення середини 20-го століття. Суцільна червона лінія відображає згладжування даних за кожен п'ятирічний інтервал.

Докази глобального потепління надходять з різних джерел. Достатньо повні прямі вимірювання глобальних температур поверхні доступні починаючи з кінця 1800-х років. Графік на малюнку\(\PageIndex{3}\) показує, як середньорічна температура Землі та океану відхилилася від базових значень (встановлених на середину ^20-го століття). Відносно цієї базової лінії раніше температури, як правило, були прохолоднішими, а більш пізні температури були стабільно теплішими. Загалом, графік показує довгострокову тенденцію потепління.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Обидві ці фотографії показують однаковий вигляд на Алясці, і обидва були зроблені в середині літа. Льодовик Маккарті добре видно на фотографії 1909 року і повністю відсутній на фотографії 2004 року.

Менш прямим, але не менш переконливим свідченням недавнього глобального потепління є скорочення льодовиків і полярних льодових полів. Як приклад, на малюнку\(\PageIndex{4}\) показані зміни в льодовику Маккарті на Алясці. На нижній фотографії зображений великий льодовик Маккарті, як він з'явився влітку 1909 року. На верхньому фото видно, що льодовик повністю зник влітку 2004 року.

Прогнози майбутніх змін клімату

Малюнок\(\PageIndex{5}\). Ця карта показує, як зміни глобальної температури (відносно базових значень середини 20-го століття) змінювалися глобально протягом першого десятиліття 21 століття. Найбільше підвищення температури показали сухопутні райони і Арктика. Прогнози щодо майбутніх змін клімату включають продовження цих тенденцій.

Якщо енергетична політика суттєво не зміниться, світ буде продовжувати залежати від викопного палива, а викиди парникових газів залишатимуться високими. Парникові гази, які вже присутні в атмосфері, зберігатимуться десятиліттями або навіть століттями, тому вони продовжуватимуть впливати на клімат Землі ще довго в майбутньому. Це буде так, незалежно від будь-яких кроків, які вживаються для зменшення викидів парникових газів у майбутньому.

Залежно від припущень щодо майбутніх викидів парникових газів, кліматичні моделі прогнозують, що середня глобальна температура поверхні, ймовірно, зросте на 0,3-4,8 градуса С (0,5-8,6 градуса F) до вимкнення рівня температури. Прогнозується, що майбутні зміни клімату будуть відрізнятися від регіону до регіону по всьому світу (рис.\(\PageIndex{5}\)). Потеплення було і буде продовжувати бути більшим над сушею, ніж над океаном, оскільки вода має більшу здатність, ніж земля, щоб поглинати тепло. Потеплення також було і буде продовжувати бути більшим в Арктиці, ніж де-небудь ще на Землі з причин, які ще не повністю відомі.

Вплив майбутнього глобального потепління

Прогнозується, що майбутнє глобальне потепління матиме широкий спектр впливів, окрім лише підвищення температури. Вони включають тривале відступ льодовиків та полярних крижаних покривів, більшу частоту та серйозність екстремальних погодних явищ, таких як посуха, розширення пустель та зміни в сільськогосподарському виробництві. Підвищення температури також спричинить зрушення до полюсів наземних рослинних та тваринних ареалів, а також незворотний вплив на конкретні екосистеми, включаючи тундру та коралові рифи. Загалом, очікується, що зміна клімату призведе до вимирання багатьох видів та зменшення різноманітності екосистем. Очікується, що навіть частота людського насильства, включаючи насильницькі злочини та війну, зростатиме з підвищенням температури Землі. Посилення насильства, ймовірно, через погіршення багатьох основних проблем - більшої нестачі води та невдач врожаю, гіршої бідності та голоду, більш високих показників захворювань та переміщення людей через погодні катастрофи та руйнування середовища проживання.

Однією з причин того, що місця проживання будуть знищені, є підвищення рівня моря. Рівень моря вже піднімається і, ймовірно, буде продовжувати підніматися століттями через збільшення обсягу води в океані. Об'єм води збільшиться через триваюче танення крижаних покривів і льодовиків, а також природного розширення води в міру її нагрівання. Середній рівень моря може піднятися на цілих 2,3 метра за кожен градус Цельсія підвищення температури. Карта на малюнку\(\PageIndex{6}\) показує прибережні райони, які були б під водою, якби рівень моря піднімався в середньому на 6 метрів, що сталося б, якщо середня глобальна температура поверхні піднялася приблизно на 2,6 градуса С. Багато найбільших і найбільш густонаселених міст світу розташовані в низинних прибережних райони. Якби ці райони були затоплені океаном, це спричинило б витіснення сотень мільйонів людей і майже незбагненні економічні втрати.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Області, зазначені червоним кольором на цій карті світу, були б підводними, якби рівень моря піднімався в середньому на 6 метрів. Деякі райони, які будуть затоплені, включають тисячі акрів землі в Нью-Йорку, Лонг-Айленді та узбережжі Нью-Джерсі. Аеропорти, порти, залізниці, житлові забудови, автомагістралі та промисловість будуть постійно затоплені.

Потенційні рішення щодо зміни клімату

Більшість експертів з клімату погоджуються, що майбутнє глобальне потепління повинно бути обмежене менш ніж 2,0 градусами С. В іншому випадку більше глобальне потепління матиме катастрофічні наслідки і в кінцевому підсумку перевищить здатність природних і людських систем адаптуватися. Контроль глобального потепління вимагає, перш за все, глибокого скорочення викидів парникових газів. Міжнародні організації та національні уряди прийняли резолюції та політику з цією метою, найважливішою з яких є сприяння використанню відновлюваних джерел енергії замість викопного палива. Інші підходи до контролю за парниковими газами включають збільшення кількості вуглецю, видаленого з атмосфери, наприклад, через захист лісів та програми лісовідновлення.

Рецензія

1. Визначте парниковий ефект.
2. Поясніть, як працює парниковий ефект.
3. Чому природний парниковий ефект необхідний для життя на Землі?
4. Що таке парникові гази?
5. Як дії людини посилили природний парниковий ефект?
6. Перерахуйте трійку перших парникових газів в атмосфері Землі з точки зору їх впливу на клімат.
7. Чому вуглекислий газ є найбільш значущою причиною посиленого парникового ефекту? Як вуглекислий газ потрапляє в атмосферу?
8. Опишіть, як змінювалися концентрації вуглекислого газу в атмосфері за минуле тисячоліття.
9. Визначте зміни клімату.
10. Визначте основну причину недавніх і триваючих змін клімату на Землі.
11. Опишіть прямі та непрямі докази глобального потепління.
12. Контур просторової зміни в глобальному потеплінні.
13. На скільки прогнозується підвищення глобальної температури поверхні в майбутньому? Дайте діапазон значень на основі кліматичних моделей. Який фактор в основному відповідає за зміну модельних проекцій? Яке найбільше підвищення температури більшість експертів з клімату рекомендують уникати найбільш катастрофічних наслідків глобального потепління?
14. Визначте кілька потенційних наслідків майбутнього глобального потепління.
15. Який найважливіший спосіб контролювати глобальне потепління?
16. Яка активність спричиняє викид найбільшої кількості вуглекислого газу в атмосферу?
    1. спалювання вугілля
    2. Видих ссавців
    3. Спалювання природного газу
    4. горіння масла
17. Рівень моря може піднятися приблизно на скільки, якщо глобальна температура підвищиться на 4,8 градуса.?
    1. 4,8 метра
    2. 6 метрів
    3. 8 метрів
    4. 11 метрів

Дізнатися більше

https://bio.libretexts.org/link?17822#Explore_More

Перегляньте ці відео, щоб дізнатися про сталий розвиток

Атрибуції

1. Земля на плиті від Lesserland, CC0 через Wikimedia Commons
2. Парниковий ефект від EP A США, суспільне надбання через Фонд CK-12.
3. Глобальна температурна аномалія Інституту космічних досліджень імені Годдарда НАСА, публічне надбання через Вікісховище
4. Порівняльні фотографії льодовика Маккарті в національному парку Кенаї-фіорди, Аляска. від USGS, публічне надбання через Wikimedia Commons
5. Температура GISS 2000-09 за зображенням NASA, публічне надбання через Вікісховище
6. Підвищення рівня моря на 6 метрів від НАСА, публічне надбання через Вікісховище
7. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0