Давайте на мгновение притворимся, что мы ни разу не слышали ни единого слова о глобальном потеплении. Никаких объяснений ни от политиков, ни от ученых, ни от друзей. Давайте отвлечемся от того, насколько сильно его влияние и каких сфер нашей жизни оно касается.
Если с самого начала изучать состояние климата нашей планеты, то остается всего два простых вопроса, на которые сравнительно просто ответить:
- Меняется ли климат нашей планеты?
- Если так, то какова главная причина изменений?
В поисках ответов на эти вопросы нам, конечно же, не обойтись без науки, однако те данные, которые нам нужны, можно легко проверить.
Что определяет температуру Земли
На самом деле, только два процесса определяют температуру Земли, как и температуру любого объекта, нагреваемого внешним источником:
- поглощаемая энергия или тепло;
- излучаемая энергия или тепло.
Источником тепла, которое поглощает Земля, является Солнце.
В течение дня наша планета получает энергию Солнца, а в течение ночи, излучает ее назад в космос. Именно поэтому температура поднимается днем и опускается ночью. Это касается любой другой планеты, которая вращается вокруг своей оси и у которой есть дневная и ночная сторона.
Солнечная радиация
Чтобы посчитать, какой должна быть средняя температура Земли, мы должны сначала понять, какое количество тепла она поглощает. Источник его, как уже говорилось, - Солнце, которое излучает его с измеренной и давно известной мощностью: 3.846 × 1026 Ватт. Чем ближе к Солнцу космический объект, тем больше энергии он получает, и наоборот, чем дальше, тем меньше тепла ему достается. За все время изучения и измерения теплового излучения, исходящего от нашей звезды, разница в показаниях составила лишь ±0.1 %.
В верхних слоях атмосферы Земли излучение Солнца достигает мощности, равной приблизительно 1361 Ватт на квадратный метр.
Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Это значит, что в определенное время она расположена ближе к звезде, поглощая больше радиации. Изменение этого эффекта в зависимости от расположения Земли на орбите составляет около ±1.7 %, причем наибольшее количество поглощенной энергии приходится на начало января, а наименьшее - на начало июля.
Отражающий эффект атмосферы
Но это далеко не все. Солнечный свет, который доходит до Земли, не весь видимый. Тепло переносят и лучи других световых волн, таких как ультрафиолетовые и инфракрасные. Кроме того, у атмосферы нашей планеты есть несколько слоев. Некоторые из них поглощают свет, некоторые позволяют ему достичь поверхности планеты, а некоторые отражают его назад в космос.
Учитывая все сказанное, приблизительно 77 % от подсчитанной энергии на квадратный метр (1361 Ватт) достигает поверхности Земли в тот момент, когда Солнце находится в зените. Чем ближе к горизонту Солнце, тем меньше тепла от его лучей получает земная поверхность.
Распределение энергии
Часть этой энергии поглощается поверхностью, в то время как другая часть отражается. Наибольшее количество солнечных лучей отражают облака, вторыми по эффективности «отражателями» являются ледники и сухой песок. Лучше всего поглощают тепло океаны, леса, плодородные почвы и саванны. В зависимости от сезонных изменений и погодных условий определенные места могут отражать или поглощать большее количество энергии.
В среднем однако Земля очень последовательна: 31 % энергии, попадающей на ее поверхность, отражается, в то время как 69 % поглощается. Несмотря на другие перемены, эти данные менялись очень мало за всю историю наблюдений.
О чем говорят полученные данные?
Мы можем легко вычислить среднюю температуру Земли, зная все эти факторы и обладая необходимыми данными, среди которых:
- мощность солнечного излучения;
- физический размер Земли и ее расстояние от Солнца;
- сумма солнечного света, который наша планета поглощает и отражает.
Каков же результат?
Судя по данным, средняя температура планеты должна составлять 255 К, то есть -18 °C, что значительно ниже температуры замораживания. Это абсурдно, и категорически не соответствует действительности. Вместо этого средняя температура составляет 288 К или 15 °C, что намного теплее, чем те прогнозы, которые мы так кропотливо до этого вычисляли. То есть она вполне умеренная, и никак не ниже температуры замерзания воды.
Разница в выполненных нами подсчетах и реальных данных произошла оттого, что мы не приняли во внимание один очень важный факт – изоляционную способность атмосферы Земли.
Как мы уже отметили, Земля отражает часть тепла, которое проходит сквозь несколько слоев атмосферы. Однако отражаемое тепло на пути в открытый космос проходит все то же количество слоев атмосферы, что и на пути к поверхности Земли. Инфракрасное излучение, исходящее от Земли, не сразу проходит сквозь атмосферу - часть энергии задерживается в газах, составляющих слои атмосферы. В зависимости от того, из каких газов состоит атмосфера, большее или меньшее количество тепла задерживается в их молекулах.
Парниковые газы
Для инфракрасного излучения азот и кислород, из которых состоит большая часть нашей атмосферы, словно не существуют, пропуская лучи, практически не задерживая их. Но есть три газа, которые гораздо более придирчивы к инфракрасным лучам земной радиации. Их еще называют парниковыми:
- водяной пар (H2O);
- углекислый газ (CO2);
- метан (CH4).
Когда они присутствуют в атмосфере любой планеты, то действуют одинаково – как одеяло, наброшенное поверх теплокровного животного. Они препятствуют потере тепла, сохраняя его.
В случае с одеялом, животное сможет вырабатывать меньше собственного тепла, необходимого для поддержания постоянной температуры. Если одеяло теплее и толще или если тонких одеял много, они сохраняют большее количество тепла. По тому же принципу мы надеваем несколько слоев одежды в холодное время года. Чем лучше теплоизоляция, тем теплее.
Для планеты, такой как наша Земля, эти газы препятствуют прохождению инфракрасных лучей сквозь атмосферу, вместо этого поглощая их и излучая тепло обратно к поверхности.
Чем больше этих газов, тем теплее становится планета. Человечество не в состоянии поменять количество поглощаемого и излучаемого тепла, но мы можем повлиять на количество парниковых газов в атмосфере.
Влияние человека на климат
Содержание водяного пара в атмосфере определяется мировым океаном, местной температурой и влажностью. Обычно человеческая деятельность не влияет на содержание водяных паров в атмосфере. Концентрация двух других парниковых газов (CO2 и CH4), тем не менее, определена прежде всего именно человеческой деятельностью.
Хорошо известно, например, что содержание углекислого газа в нижних слоях атмосферы повысилось больше чем на 50 % со времен индустриальной революции (XVIII в.). В основном рост CO2 обусловлен горением ископаемого топлива.
Все это приводит к очень ясному заключению: если мы увеличиваем концентрацию абсорбирующих инфракрасное излучение парниковых газов в нашей атмосфере, температура Земли повышается. Учитывая то, что температурные показатели недвусмысленно демонстрируют, что Земля нагревается, получается, что мы набросили дополнительные «одеяла» на нашу атмосферу. Остается лишь обдумать некоторые причинно-следственные связи.
Конечно, нельзя опытным путем доказать, что деятельность человека является причиной глобального потепления. Тот вывод, который мы только что сделали, является пусть и основанным на подтвержденных научных данных, но все же умозаключением. А это для многих не считается доказательством. Однако ни один другой известный нам фактор не может объяснить такое быстрое потепление - ни Солнце, ни вулканы, ни любое другое природное явление, о котором мы знаем.
Земля нагревается очень быстро, и люди, пусть даже отчасти, но все же в ответе за это. Вы согласны с этим?
