Результаты анализа представлены на рис. 3-4 и рис. 3-5, на которых изображены прогнозы мирового потребления энергии и потребления на душу населения до 2100 г. Главный вывод состоит в том, что уже во 2-й половине наступающего столетия потребление энергии стабилизируется, а к концу XXI века начнется его слабое снижение.
Рис. 3-4. Прогноз мирового потребления энергии Е Рис. 3-5. Прогноз мирового потребления энергии е на душу населения.
Ожидается, что стабилизация наступит при значениях 24-25 Гт.у.т., отличающихся от нынешнего менее чем в 2 раза. Что же касается душевого потребления энергии, то, пройдя через максимум приблизительно в 2030 г., его значение снизится к концу века до нынешнего уровня (примерно 2,3 т.у.т./(чел. год)). Использование представленных результатов в расчетах концентрации CO2 в атмосфере на основе модели углеродного цикла позволило предсказать изменение этой величины в следующем столетии (рис. 3-6).
Как видно на рисунке, достигнутая в настоящее время скорость роста концентрации CO2, по-видимому, сохранится в ближайшие 40-50 лет. После этого скорость начнет снижаться, и к концу XXI века будет достигнуто значение около 460 млн-1 , что всего на 65% выше уровня1800 г. Такой результат вселяет определенный оптимизм, так как, по общему мнению экспертов, критическим, после которого можно ожидать необратимых изменений в экосистемах, признается значение концентрации CO2, вдвое превышающее значение для доиндустриальной эры ("280 млн-1).
Несколько слов о других, помимо CO2, составляющих атмосферу газов, приводящих к парниковому эффекту... Следующими по вкладу в парниковый эффект являются метан СН4 и закись азота N2O. Концентрация того и другого газа определяется как естественными, так и антропогенными причинами. Так, естественным источником СН4 являются переувлажненные почвы, в которых происходят процессы анаэробного разложения. Человек добавил свои источники - рисовые плантации, добычу и транспортировку природного газа, сжигание биомассы и др.
К естественным поставщикам N2O в атмосферу относятся океан и почвы. Антропогенная добавка связана с сжиганием топлива и биомассы, вымыванием азотных удобрений. Как показывают расчеты , рост концентрации того и другого компонента атмосферы должен прекратиться в следующем столетии, и к 2050 г. будет достигнута стабилизация концентрации СН4 на уровне 2,5 млн-1, а к 2100 г. и концентрации N2O на уровне 0,37 млн-1. Эти значения превосходят нынешние всего на 20%. В перспективе должны полностью утратить свою роль как парниковой составляющей фреоны - газы, имеющие чисто индустриальное происхождение. Это следует из решений Копенгагенской встречи (1992 г.) стран-участниц Монреальского протокола по озоноразрушающим веществам (1987 г.). Вместе с тем можно ожидать постепенного накопления в атмосфере их заменителей. Однако даже к концу XXI века их концентрация в атмосфере не превысит значения 1,5 млрд-1, что может дать вклад в суммарный парниковый эффект не более 10%.
Концентрация тропосферного сульфатного аэрозоля
Частицы аэрозоля играют важную роль в климатической системе, поскольку они непосредственно влияют на характеристики прямого или отраженного солнечного излучения. Наибольшее климатическое значение имеют частицы размером менее одного микрометра, они образуются в атмосфере в результате газохимических превращений, в которые вовлечены в основном серосодержащие газы и, в первую очередь, SO2. В результате образуется серная кислота, которая немедленно конденсируется в виде мельчайших капелек. Такие процессы всегда имели место в атмосфере Земли, куда достаточное количество серы поступало с поверхности океана и в результате извержений вулканов, однако в XX веке равновесие оказалось нарушенным.
Сейчас бoльшая часть (примерно 60%) серы, попадающей в атмосферу, имеет антропогенное происхождение и обусловлена сжиганием ископаемых топлив и биомассы, выбросами некоторых производств (производство серной кислоты, меди, цинка и др.). Развитие технологий сероулавливания в энергетике и в промышленности привело к тому, что на рубеже нынешних веков эмиссия серы и концентрация тропосферного аэрозоля стабилизировались. Оценки показывают, что после 2030 г., по мере распространения и совершенствования передовых технологий сероулавливания, начнется снижение эмиссии серы в условиях продолжающегося роста потребления энергии (рис. 3-3) и к концу XXI века антропогенный источник выброса серы практически исчезнет. Тропосферному аэрозолю принадлежит особая роль в происходящей на наших глазах климатической драме. Рост концентрации аэрозоля с начала индустриальной эры приводил к увеличению вызываемого им экранирующего прямое солнечное излучение эффекта, что способствовало похолоданию климата. Ожидаемое в следующем веке уменьшение концентрации приведет к тому, что направление влияния аэрозоля на климат планеты изменится на противоположное.
Солнечная постоянная
Тепловой поток, поступающий от Солнца на внешнюю границу атмосферы, в среднем составляет 1370 Вт/м2. Данное значение испытывает сложные квазициклические колебания в пределах долей процента, однако этого оказывается достаточно для того, чтобы существенным образом влиять на формирование климата. Прогнозирование солнечной активности можно построить на основе анализа изменения этой активности за период непосредственных инструментальных наблюдений за Солнцем (с начала XVII века) и косвенных данных, относящихся к более раннему периоду . Оказывается, что солнечная активность подвержена колебаниям с разными амплитудами и периодами (от 6,6 до 2500 лет). В настоящий момент Солнце проходит через тысячелетний пик своей активности, образованный наложением кратко- и долгосрочных трендов и отличающийся достаточно высокой стабильностью. Этот пик, по-видимому, продлится до 2010 г., после чего начнется постепенное уменьшение активности, которое приведет к ее глубокому минимуму во второй половине следующего столетия. Минимальная оценка снижения солнечной постоянной по сравнению с нынешним уровнем составляет 0,4%, что вполне достаточно для снижения среднеглобальной температуры на 0,5-0,6 °С.
Вулканическая активность
В соответствии с современными представлениями механизм влияния вулканической активности на климат состоит в следующем. Основное влияние на поток солнечной радиации и, следовательно, на тепловой режим Земли оказывает слой серно-кислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Этот аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат. Насколько серьезным фактором может оказываться вулканическая активность, демонстрируют факты, свидетелями которых является нынешнее поколение. В том, что не все годы из последних 17 лет оказались рекордными по средней температуре, "виновато" катастрофическое извержение вулкана Эль-Чичон в 1982 г., когда в атмосферу было выброшено 107 тонн серы. В результате 1982 и 1984 годы выпали из рекордного списка. Крупнейшее за XX век вулканическое извержение произошло в 1991 г. - вулкан Пинатубо отправил в стратосферу 3ґ107 тонн серы. Последующие годы 1992 и 1993, хотя и входят в перечень самых теплых, однако занимают в нем позиции в конце списка.
Еще в середине прошлого века была высказана гипотеза о связи вулканической и солнечной активности. Анализ достаточно обширных архивов по вулканическим извержениям и солнечной активности, который стал возможен к концу XX века, подтверждает эту гипотезу. Полной ясности о том, как Солнце оказывается в состоянии управлять вулканами, пока нет, тем не менее можно с уверенностью, используя методы математической статистики, прогнозировать вулканическую активность, опираясь на данные о солнечной активности. Интересно, что с точки зрения влияния того и другого фактора на климат, один как бы усиливает другой - уменьшение активности Солнца приводит к снижению среднеглобальной температуры атмосферы Земли и одновременно активизирует деятельность вулканов, что, в свою очередь, вносит дополнительный эффект в уменьшение солнечной радиации, достигающей поверхности планеты.
Автоколебания в системе атмосфера-океан
Из природных явлений планетарного масштаба к числу наиболее мощных и имеющих наиболее серьезные последствия для человека следует отнести так называемое южное колебание - перераспределение масс воздуха в низких широтах Южного полушария между Индийским и Тихим океанами. В обычной ситуации, когда атмосферное давление примерно одинаково над обоими океанами, северо-восточные и юго-восточные пассатные ветры нагоняют теплую воду в западную часть Тихого океана. При этом в его восточной части в результате сгона поверхностного слоя формируется холодный слой перемешивания. Если давление над Тихим океаном растет, то сгонно-нагонные явления в океане становятся еще более выраженными.
