Машина, которая управляет климатом

Климат планеты определяет не двуокись углерода, а небесная механика, в частности – солнечно-земные связи. Изображение NASA

Климат – важнейшая характеристика природной среды, в которой все мы живем. Эта среда изменяется под воздействием как естественных факторов, так и в результате человеческой деятельности. Основным фактором формирования и изменения климата, бесспорно, считалась приходящая от Солнца энергия. Причины же многолетней изменчивости климата до последнего времени являлись предметом научных дискуссий. На их исследование направлен ряд международных научных программ. Например, координируемые Международным советом научных союзов (МСНС), ЮНЕСКО и Всемирной метеорологической организацией (ВМО) Всемирная климатическая программа и Всемирная программа исследования климата.

В рамках исследовательского проекта «Солнечная радиация и тенденции изменения климата Земли» нами было рассчитано поступление к Земле солнечной энергии. В результате удалось получить некоторые новые данные по ее изменению (с учетом небесно-механических процессов) во времени и распределению в пространстве (по широтам). Но прежде чем рассказать об этом, надо немного сказать об основном механизме теплообмена на Земле.

Между двумя холодильниками

Поток приходящей к Земле солнечной энергии постоянно меняется (всего за год этот показатель составляет 5,49х1024 Дж/м2). Эти изменения определяются двумя причинами, имеющими различную физическую природу. Одна связана с изменением активности Солнца (солнечные пятна, факельные вспышки). Другая причина определяется небесно-механическими процессами (изменением расстояния Земли от Солнца, наклона оси вращения Земли и др.).

Из-за того что форма Земли близка к шару, на экваториальную область приходится больше поступающей от Солнца энергии, а на полярные районы меньше. В результате на Земле естественным образом образуются «обогреватель» – экваториальная область и два «холодильника» – полярные районы. Тепло из экваториальной области переносится в полярные районы в основном водными и воздушными массами. Этот теплообмен (тепловая машина первого рода) приводит к тому, что температура в экваториальной области слегка (из-за большой площади данной области) понижается, а в полярных районах заметно (из-за меньших площадей этих районов) увеличивается.

А теперь перейдем к тому, что еще не было известно науке.

Тепловая машина набирает обороты

Выяснилось, что приходящая к Земле солнечная энергия имеет тенденцию к сокращению. Уже это указывает на то, что тренд в потеплении климата может быть связан с парниковым эффектом. Однако при общем сокращении приходящей за год к Земле солнечной энергии отмечается увеличение ее прихода в экваториальную область и сокращение поступления в полярные районы (это связано с постепенным вековым уменьшением наклона оси вращения Земли).

Таким образом, работа тепловой машины первого рода усиливается, что приводит к увеличению межширотного теплообмена. Увеличивается меридиональный перенос тепла воздушными и водными массами из областей, расположенных в низких широтах, в области, расположенные в высоких широтах. Следствие этого – повышение приземной температуры воздуха и температуры поверхности океана в областях, расположенных выше 45 градусов географической широты, и некоторое снижение в областях, расположенных ниже 45-й широты.

Увеличение температуры в полярных областях приводит к увеличению испарения воды, возрастанию содержания H2O в атмосфере и усилению естественного парникового эффекта в этих районах. За счет повышения температуры в районах, расположенных выше 45-й широты, повышается температура в полушариях и на планете в целом.

Важно отметить, что потепление больше выражено в северной полярной области. Это проявляется в том, что морской лед активно тает под воздействием приходящего тепла снизу (от воды) и сверху (от воздуха). В Южном полушарии большую площадь занимает океан, который аккумулирует большую часть приходящего тепла, то есть берет на себя повышенную тепловую нагрузку. Кроме того, в южной полярной области расположен покрытый льдом материк – Антарктида, который сам по себе – мощный «холодильник».

Естественный парниковый эффект  (способность атмосферы удерживать тепло) проявляется на всех планетах, обладающих атмосферой. Ведущая роль воды в усилении естественного парникового эффекта на нашей планете подтверждается тем, что содержание водяного пара в атмосфере на один-два порядка превосходит содержание двуокиси углерода.

На снимках Земли из космоса видно, что она покрыта облаками – это водяной пар, а не СО2. Общее огромное содержание воды на Земле и одновременное присутствие ее в трех фазовых состояниях (вода, водяной пар, лед) предполагает и соответствующую роль воды в формировании и изменении климата. Она проявляется как в теплообмене океана с атмосферой, так и в переносе тепла от экватора к полюсам.

Так, в самом общем виде нам представляется механизм, естественным образом объясняющий изменение климата.

Проведенные нами исследования изменения глобальной температуры и площади морских льдов в Северном полушарии в зависимости от распределения приходящей солнечной энергии, подтверждают действие этого механизма многолетних изменений климата. Получается, что и годовой ход, и многолетние изменения климата связаны с общей причиной – наклоном земной оси и ее изменениями. Полученные новые данные подтверждают старые представления о солнечной энергии как основном факторе формирования и изменения климата на планете.

При чем здесь парниковый эффект?

На форуме в Париже обсуждение реальных причин изменения климата было принесено в жертву экономическим интересам. Фото Reuters

А что же происходит с так называемым парниковым эффектом? В 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус высказал предположение о том, что накопление в атмосфере углекислого газа способствует повышению средней температуры воздуха на Земле. Это предположение, развиваемое последние 30–40 лет многими исследователями в разных странах мира, привело человечество к представлению об антропогенном факторе изменения глобального климата.

В 2007 году вице-президентом США Альбертом Гором и Международной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК или IPCC) были сделаны обобщения наблюдений за изменением глобальной температуры и содержанием парниковых газов в атмосфере (двуокись углерода, метан и др.). В результате эксперты пришли к мнению, что основной фактор изменения климата теперь – парниковые газы. Увеличение их содержания в атмосфере – дело рук человеческих. При этом, однако, роль основного парникового газа, водяного пара, отчего-то ушла на второй план.

В связи с этим напомним, что содержание углекислого газа в одном кубометре атмосферы составляет всего около 395 миллионных частей (или 0,0395% объема). Содержание водяного пара в кубометре на один-два (в Арктике на три) порядка больше – в среднем 0,2–2,5%. Наблюдаемое увеличение содержания СО2 год от года составляет всего единицы миллионных частей объема. Кроме того, антропогенная составляющая в общем увеличении СО2, по оценке некоторых ученых, вообще составляет менее 1%. Содержание метана еще меньше – миллиардные части этого объема.

Таким образом, зависимость тенденции изменения глобальной температуры от совершенно незначительных величин изменения углекислого газа представляется странной и сомнительной. Есть также данные о том, что увеличение СО2 в атмосфере происходит из-за увеличения температуры, а не наоборот. Тем не менее именно эта версия изменения климата, предложенная научными коллективами, поддерживается политиками и общественными организациями многих стран.

Так, в ходе саммита G7 (июнь 2015) канцлер ФРГ Ангела Меркель заявила о необходимости для каждой страны выработать программу по сокращению выбросов углекислого газа в атмосферу. А ведь еще около 100 лет назад один из основоположников климатологии в Германии В. Кёппен писал: «Несмотря на многократные попытки, до сих пор еще не удалось указать ни одного метеорологического явления, источником которого не являлась бы лучистая энергия, посылаемая нашей планете Солнцем».

В августе 2015 года президент США Барак Обама, выступая перед выпускниками Академии береговой охраны США, заявил, что изменение климата представляет собой непосредственную угрозу национальной безопасности США, а также чревато возникновением нестабильности и конфликтных ситуаций во всем мире. Позже президент США также выступил с предложениями, содержащими пакет мер по радикальному сокращению выбросов парниковых газов в США. Он назвал их «самым большим и важным шагом» в борьбе с изменением климата.

Страны – участницы Рамочной конвенции об изменении климата ООН (РКИК) разрабатывают новое глобальное соглашение по климатическим вопросам, цель которого добиться ограничения потепления на Земле до двух градусов в сравнении с доиндустриальной эпохой (сейчас около 0,9 градуса). Это соглашение обсуждалось в декабре этого года на климатическом форуме в Париже главами и представителями 150 государств.

Экономическим следствием этого соглашения может стать формирование нового глобального рынка по торговле «воздухом» – квотами. В этом случае возможность реального прогноза изменения климата приносится в жертву экономическим интересам. Но со временем, в таком случае, эти интересы сами могут стать жертвой непрогнозируемых последствий климатических изменений. Это  климатическое следствие нового соглашения.

Земля – под наклоном

Полученные нами данные подтверждают представления о том, что причины отмечаемых изменений глобального климата являются естественными. Они связаны с особенностями орбитального движения Земли, главным образом – с вековым уменьшением наклона оси вращения нашей планеты. С такими причинами бороться невозможно, можно только работать на опережение, делая раннее предупреждение о последствиях изменения климата для успешной адаптации к ним.

Заблуждения относительно реальных причин изменения климата могут представлять угрозу национальной безопасности для всех стран из-за отсутствия возможности разработки достоверных прогнозов и оценки последствий изменения климата. Решение вопроса о том, в какой природной среде будут жить наши дети и внуки, во многом зависит от того, сумеет ли нынешнее поколение определиться с реальными причинами изменения климата.

Несомненно, природная среда изменяется не только под действием естественных факторов, но и в результате деятельности человека. Но увеличение содержания парниковых газов, как показывают полученные нами результаты, никак не сказывается на тенденции увеличения глобальной температуры. Однако оно отражается на экологическом состоянии природной среды отдельных районов. Поэтому ограничение выбросов парниковых газов – важный вклад в оптимизацию природной среды промышленных городов и отдельных территорий.

Однако на региональной экологической основе сложно создать глобальный рынок. Если же его формируют на основе представления об изменении глобального климата в связи с выбросами двуокиси углерода в результате деятельности человека, значит это кому-то нужно. Но возможно, что СО2 в качестве основного рукотворного фактора изменения климата используется от безысходности (мера вынужденная). Попытки связать эти изменения с солнечной активностью оказались безуспешными.

В любом случае вопрос о том, что или кто управляет изменением климата, по нашему мнению, нуждается в новой научной оценке и общественно-политической интерпретации.