Но что первично? В пределах ледниковых периодов происходят заметные колебания. Эта система гораздо сложнее, чем просто очень сильный холод. В течение ледникового периода тоже наблюдаются минимальные и максимальные общемировые температуры. До сих пор ледниковые периоды, наступавшие на Земле, были связаны с естественной разницей в уровне солнечного излучения. При всех переменных, касающихся климата и погоды, восходы и закаты Солнца – это известная константа, однако уровень солнечного излучения в долгосрочной перспективе может колебаться. Его интенсивность меняется, что оказывает значительное влияние на климат Земли, на жизнь и биоразнообразие. Суммарная солнечная активность циклична, солнечный цикл составляет примерно 11 лет, и от этого во многом зависит скорость похолодания или потепления, вызванных другими процессами.
Форма орбиты Земли, или эксцентриситет, тоже колеблется со временем. Каждые 100 тысяч лет орбита становится сначала более вытянутой, почти эллиптической, а потом снова практически круглой. Когда орбита эллиптическая, Земля сильнее удаляется от Солнца, что в соответствующие времена года приводит к резкому похолоданию. Сейчас Земля как раз на эллиптической орбите. Она оказывается дальше всего от Солнца, когда в Северном полушарии наступает лето. Угол наклона Земли меняется раз в 41 тысячу лет – с 21,3 до 23,4 градуса. Чем больше угол, тем больше разница между временами года: лето жарче, а зима суровее. Это тоже вносит свой вклад в земной климат, причем даже больший, чем расстояние планеты от Солнца. Уровень солнечного излучения также зависит от того, насколько колеблется, подобно волчку, ось вращения Земли – это называется прецессией. Эти колебания связаны с действием на Землю притяжения Солнца и Луны. При сильной прецессии уровень солнечного излучения может значительно снизиться, что вызовет соответствующее изменение климата Земли. Однако действуют и другие процессы. Механизм положительной обратной связи ускоряет похолодание или потепление, стоит погодному маятнику качнуться в одном из этих направлений. Увеличение площади Земли, покрытой ледниками, ведет к увеличению альбедо, планета отражает больше солнечного света и меньше его поглощает (соответственно, поступает меньше тепла), это приводит к дальнейшему снижению температуры. Хоть подобные системы и не всегда работают как часы, в истории Земли были периоды быстрого похолодания, которое само по себе ускоряло образование льда и его распространение на большие территории.
Еще один механизм, действующий во время ледниковых периодов – снижение содержания углекислого газа. Дело здесь по большей части в его поглощении морями и океанами. Двуокись углерода – мощный парниковый газ, который отлично задерживает тепло, чем повышает температуру нижней части атмосферы. Связывание углекислого газа во время продолжительных холодов препятствует нагреву атмосферы, так что общемировая температура падает еще сильнее. Но как только газ высвобождается, начинается быстрое потепление, и климат вновь меняется.
Стоит еще отметить, что крупные извержения вулканов также оказывают на климат огромное влияние. Большие объемы пепла и вулканической пыли, которое выбрасывается в верхнюю атмосферу при крупных извержениях, могут оставаться там месяцами, если не годами, а это снижает интенсивность солнечного излучения. Трудно вычислить, впрочем, влияет ли это краткосрочное охлаждение сильнее, чем образование при извержениях новых парниковых газов, которые могут более эффективно удерживать тепло.
В целом нужно отметить, что естественные колебания уровня солнечного излучения и другие природные процессы, происходящие на Земле, сильно и постоянно влияют на климат, то погружая планету в мир вечного льда, то разогревая до предела. Масштабы пространственной и временной шкалы, на которых происходят эти изменения, кажутся невероятными. История климата Земли имеет фундаментальное значение для понимания будущих процессов. А теперь представьте себе, что в течение двух миллиардов лет температура планеты понижалась и повышалась, колеблясь в определенных рамках десятками тысячелетий, а за последние сто лет наблюдается ее беспрецедентный рост. Тепла поступает так много, что нарушаются все естественные процессы.
Влияет ли антропогенное изменение климата на погодный режим?
Если вкратце – да, антропогенное изменение климата уже меняет погодные режимы. С начала промышленной революции выбросы углекислого газа в атмосферу значительно увеличились. Это приводит к повышению среднемировой температуры, которое неизбежно продолжится, пока не будут приняты радикальные меры по прекращению дальнейших выбросов и снижению общего количества углекислого газа в атмосферепланеты. Климатологи однозначно утверждают, что, пока повышается среднемировая температура, режимы погоды продолжат изменяться. Особенно это заметно на примере частоты наступления экстремальных погодных условий. Хотя погода и климат очевидным образом связаны, между ними есть важное различие: погода существует сейчас и в ближайшем будущем – горизонт погоды ограничивается днями, месяцами, самое большее сезонами. Климат же описывает среднестатистические погодные условия за десятилетия или тенденции, которым следуют режимы погоды. Это означает, что значительные суточные или недельные колебания погоды (включая и наступление экстремальных погодных условий) за более длительный период времени сглаживаются и становятся менее значительными.
Когда наступает аномальная жара, случается наводнение или сильнейшая буря, люди задаются вопросом: «Связано ли это с изменением климата?» Одиночное экстремальное погодное явление не выводитсяне посредственно и однозначно из глобального потепления. Однако ученые с уверенностью утверждают, что любые современные экстремальные погодные явления с большой вероятностью определенным образом связаны с изменением климата. В 2018 году в Великобритании и конкретно в Англии было самое теплое, если не сказать – жаркое, лето за историю наблюдений. Исследования Метеорологической службы показали, что антропогенные изменения климата повысили вероятность наступления такой рекордной жары в 30 раз.
А что с наводнениями? В более теплом воздухе удерживается больше водяного пара, чем в холодном, так что в будущем дожди, вероятно, будут чаще и сильнее. Довольно очевидно, что при дальнейшем повышении температуры атмосфера Земли сможет удерживать больше влаги, что потенциально приведет к росту количества осадков. В пятом экспертном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата утверждается, что при дальнейшем разогреве Земли вероятно увеличение количества осадков во многих регионах планеты, в том числе в центральных областях Северной Америки и некоторых областях Европы. В Великобритании, по оценкам Метеорологической службы, летом (в июне-августе) в ближайшие годы осадки будут случаться реже, но при этом будут более интенсивными, что потенциально может привести к внезапным наводнениям.
Глобальное потепление и связанные с ним изменения климата изменят привычные для нас режимы погоды, и хотя в краткосрочной перспективе нескольких дней или месяцев мы можем этого не заметить, предполагается, что экстремальные погодные явления станут чаще – в ближайшие десятилетия стоит ожидать новых рекордов.
Глобальное потепление
Часто эти понятия кажутся полными синонимами – многие действительно полагают, что они обозначают одно и то же. Однако глобальное потепление – это всего лишь один из симптомов изменения климата, к которым относятся не только антропогенные изменения, внесенные в климат суши и морей, но и естественная вариативность атмосферных режимов Земли, в том числе периодические изменения солнечной активности. Включает это понятие и последствия потепления: повышение уровня моря, таяние ледников и экстремальные природные явления. Глобальное потепление – часть большой проблемы, связанной с изменением климата. Под ним понимается потепление климата, связанное с увеличением содержания парниковых газов, которое, в свою очередь, вызвано деятельностью человека: сжиганием ископаемого топлива, методами ведения сельского хозяйства и промышленной деятельностью.
Парниковый эффект и парниковые газы – практически синоним глобального потепления. Цель постройки парника – сосредоточение максимального количества солнечного света в закрытом помещении. В этих условиях свет превращается в тепло, которое задерживается внутри; тем самым температура воздуха в парнике значительно повышается по сравнению с наружной. Парниковые газы удерживают тепло и затем испускают его вновь.
• Водяной пар
• Метан
• Углекислый газ
• Озон
• Окись азота
Энергия света попадает на Землю и поглощается поверхностью планеты, превращаясь в процессе в тепловую. Эта тепловая энергия далее излучается в нижнюю часть атмосферы. Часть ее в процессе пропадает – рассеивается. Однако значительную часть задерживают парниковые газы, поглощая и возвращая обратно. Наличие в атмосфере планеты парниковых газов означает, что процесс этот идет непрерывно, и тепло остается у земной поверхности. Причина, по которой эти газы так хорошо улавливают тепло, связана с их молекулярными строительными блоками. Все эти газы обладают достаточно свободной молекулярной структурой, которая позволяет им вибрировать при поступлении энергии. Эта инфракрасная энергия возбуждает газ и испускается обратно.
Парниковые газы необходимы для поддержания жизни на Земле. Без них общемировая температура на нашей планете была бы примерно нулевой, то есть такой, при которой вода обращается в лед. Парниковые газы – это кровь, текущая по организму, поддерживающая в нем тепло и жизнь. Уровень содержания этих невероятно важных газов должен быть не слишком высоким и не слишком низким. Как оценить это содержание? Концентрация каждого из газов оценивается по трем характеристикам: