Куда нас ведет глобальное потепление

Куда нас ведет глобальное потепление

Какая среднегодовая температура установится на Земле в результате глобального потепления и какой климат на нашей планете следует считать нормальным

Когда климатологов спрашивают, чем климат отличается от погоды, самый распространенный ответ звучит примерно так: "Погода - это то, что мы сейчас видим за окном, а климат - это долгосрочная метеорологическая характеристика, которая определяет сиюминутную погоду за нашим окном". То есть, разница имеет характер временны́х отрезков, на которых происходят изменения, которые мы видим за окном.

Время климата

Как видим, время и в этом случае имеет определяющее значение.

По сложившимся в климатологии представлениям глобальный климат - это некий "статистический ансамбль" состояний, через которые проходит система «атмосфера — гидросфера — суша — криосфера — биосфера» за временные отрезки всего в несколько десятков лет. Хотя есть и другие мнения - от месяцев до сотен миллионов лет.

И хотя само по себе понятие статистический ансамбль ни как не связано со временем, но я думаю, что чем более продолжительные отрезки времени мы будем изучать, тем больше у нас права называть климат в этих временны́х координатах глобальным. А заодно отпадет необходимость спорить с климатологами о временных отличиях погоды от климата.

Закат на станции Идель
фото: Сергея Просветова
Закат на станции Идель

Если быть ещё точнее, то рассуждать о глобальном климате можно в таких временны́х координатах, которые охватывают хотя бы один цикл событий, начинающихся нормальным глобальным климатом, потом воздействием, которое вывело глобальный климат из его нормального равновесного состояния и заканчивающихся возвратом климата к своей прежней стабильной глобальной норме, одной из основных характеристик которой является определенный устойчивый уровень среднегодовых температур.

Норма климата

Итак, ключевым вопросом климатологии должен быть вопрос о нормальном климате с которого всё начинается и которым заканчиваются все отклонения и переходные процессы. Так какой же климат является нормальным для планеты Земля? Какие среднегодовые температуры характерны для нормального климата Земли?

Для решения этого вопроса давайте обратимся к реконструкции температур на нашей планете. Это достаточно научный результат труда многих ученых, полученный сочетанием нескольких разных методов исследований.

График изменения средней годовой температуры на планете за последние 500 миллионов лет
Image: wikipedia
Фигура 1. График изменения средней годовой температуры на планете за последние 500 миллионов лет

На этом графике показана реконструкция изменений среднегодовой температуры на планете в сравнении со среднегодовой температурой 1960-1990 годов, которая здесь принята за ноль (черная линия). На оси времени древние периоды показаны в миллионах лет. Последний миллион лет разбит на тысячелетия.

Как видим, в разное время температуры на нашей планете колебались в очень широких пределах. Даже относительно совершенно условного "нуля", полученного усреднением температур с 1960 по 1990 годы, среднегодовые температуры колебались как в плюс, так и в минус.

Так какую же среднегодовую температуру Земли можно считать нормальной для нашей планеты, а что будет считаться отклонением от нормы?

Физика здравого смысла

Разумеется, мы можем принять за "ноль" черную линию на нашем графике (фигура 1) или любую другую, произвольно выбранную, как здесь выбран опорный период с 1960 по 1990 годы, но тогда наш главный вопрос о том к каким температурам движется глобальное потепление, так и останется без ответа.

Давайте попытаемся выработать методику определения нормы планетарного климата. Какие могут быть варианты:

  1. Норму на основании средней температуры на произвольном временном отрезке мы уже отбросили, так как она не обладает предикторскими свойствами, обязательными для настоящей науки;

  2. Можно принять за норму некую средневзвешенную среднегодовую температуру, которая господствовала на длинных отрезках времени, но статистика - плохой советчик в физике;

  3. Можно восстановить норму земного климата на основании обыкновенной физики взаимодействия Земли с Солнцем и это будет правильное решение.

Итак, нормальным климатом следует считать такой климат, который соответствует отрезку времени, когда система "Солнце - Земля" находится в стабильном состоянии, то есть в состоянии термодинамического равновесия.

Распределение Солнечной энергии, поступающей к Земле
Image: NASA illustration by Robert Simmon
Фигура 2. Распределение Солнечной энергии, поступающей к Земле

Из 340 ватт на квадратный метр солнечной энергии, которая падает на Землю, 29% отражается обратно в космос, главным образом, облаками, но также и другими яркими поверхностями и самой атмосферой. Около 23% поступающей энергии поглощается в атмосфере атмосферными газами, пылью и другими частицами. Оставшиеся 48% поглощаются на поверхности.

Термодинамическое равновесие — это такое состояние системы, при котором остаются неизменными во времени основные макроскопические величины этой системы (температура, давление, объём, энтропия) в условиях изолированности от окружающей среды, то есть, когда среда не производит не системных воздействий. В общем случае, эти величины не являются постоянными, они лишь флуктуируют (колеблются) возле своих средних значений.

Равновесие климата

Итак, есть Солнце - единственный и постоянный источник энергии для планеты Земля. Есть планета Земля со своими океанами, атмосферой, ледниками и всем живущим на ней, находящаяся в неком стабильном состоянии, и непрерывно получающая от Солнца постоянное количество энергии - именуемое солнечной постоянной - в количестве 1367 Вт/м².

Солнце отдает энергию, а Земля её получает. Часть этой энергии наша планета утилизирует (фотосинтез, таяние снега и льда, испарение жидкостей и тому подобные эндотермические процессы). Излишек солнечной энергии уйдет на разогрев планеты и окружающего космоса.

Холод оказался надежным носителем информации. Особенно холод древних ледников, которые донесли до наших времен очень многое, из того, чего мы пока еще не знаем.

Среднегодовые температуры на Земле будут повышаться до тех пор, пока поток солнечной энергии, нагревающий Землю, не уравняется с потоком рассеиваемой Землей тепловой энергии. То есть, Земля достигнет своей нормальной (в нашем случае - максимальной) температуры, а остаток будет отдавать космосу.

Вот это и будет тем состоянием равновесия которое создает нормальный климат на Земле. Иными словами, нормальные среднегодовые температуры земли соответствуют максимальным значениям графика, изображенного на Фигуре 1 - желтая линия.

Любые другие состояния системы "Солнце - Земля" не могут быть стабильными, поскольку Солнце отдает земле постоянное количество своей энергии, которое рано или поздно приведет систему к описанному выше термодинамическому равновесию.

Глобальное потепление ведет нас к такому состоянию климата на Земле, когда температуры +14°C в системе координат Фигуры 1 вполне достижимы. Вопрос только в том, как скоро такой климат сформируется на планете.

Автор: Сергей Просветов

Просмотров всего: 22445 Просмотров сегодня: 1