Предшественники COP28
1938 год
Британский инженер Гай Каллендар впервые доказал, что в современную эпоху планетарные температуры растут, связав (от ред. не доказав) это с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере.
1958 год
Американский ученый Чарльз Дэвид Килинг начал систематически измерять уровни углекислого газа в атмосфере, и полученные им результаты привели к построению «кривой Килинга» — графика, показывающего устойчивый рост концентрации углекислого газа.
1988 год
Американский ученый-климатолог Джеймс Хансен дал показания перед Конгрессом, в которых заявил, что температура планеты повышается из-за парниковых газов, вызванных промышленной деятельностью.
1990 год
На второй конференции ООН по изменению климата премьер-министр Великобритании Маргарет Тэтчер указала на необходимость установления обязательных целевых показателей выбросов.
1992 год
Подписание Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата на «Саммите Земли» в Рио-де-Жанейро, Бразилия, с целью предотвращения серьезных изменений климата, которая призвала развитые страны «делать больше»; Потому что он ответственен за большинство исторических выбросов. Саммит в Рио определил пути переговоров по защите биоразнообразия.
1995 год
Члены РКИК ООН проводят свою первую Конференцию Сторон (КС) в Берлине, и итоговый документ встречи призывает к установлению юридически обязательных целевых показателей выбросов.
1997 год
Видные республиканцы в Сенате США осудили это соглашение, назвав его «мертворожденным».
2000 г.
После того как Эл Гор проиграл президентские выборы в США, он начал читать лекции по климатологии и политике, по которым в 2006 году был снят документальный фильм «Неудобная правда». Позже фильм получил «Оскар», а Эл Гор и Межправительственная группа экспертов по изменению климата получили Нобелевскую премию мира.
2001 г.
Президент США Джордж Буш назвал «Киотский протокол» «фатально ошибочным», и его отказ «практически» означал выход его страны из соглашения.
2005 г.
Киотский протокол вступил в силу после его ратификации Россией, что выполнило требование о ратификации как минимум 55 странами, на которые также приходится не менее 55% выбросов.
2007 год
Участники КС 13 на Бали, Индонезия, договорились работать над подготовкой нового обязательного соглашения, включающего развитые и развивающиеся страны.
2009 год
Переговоры КС 15 в Копенгагене, Дания, почти провалились из-за разногласий по поводу обязательных целей, с истечением срока действия Киотского протокола, и вместо создания новой структуры, как предлагалось в Балийской дорожной карте, страны проголосовали за «принятие во внимание» «А». необязательное» политическое заявление.
2010 год
COP 16 в Канкуне, Мексика, снова не смогла установить новые обязательные целевые показатели выбросов, но Канкунские соглашения учредили Зеленый климатический фонд, чтобы помочь развивающимся странам адаптироваться к повышению глобальной температуры.
2011 год
Переговоры COP 17 в Дурбане, Южная Африка, зашли в тупик после того, как Китай, США и Индия отказались подписать обязательные сокращения выбросов до 2015 года. Вместо этого «государства-участники» согласились продлить Киотский протокол до 2017 года.
2012 год
После того как Россия, Япония и Новая Зеландия выступили против новых целей по выбросам, которые не включают развивающиеся страны, страны договорились на КС 18 в Дохе продлить действие Киотского протокола до 2020 года.
2013
На COP 19 в Варшаве (Польша) представители беднейших стран вышли на несколько часов из-за отсутствия согласия о том, как бороться с потерями и ущербом, связанными с климатом, и участники в конечном итоге достигли «смягченного соглашения».
2015 год
Переговоры по климату на COP 21 привели к подписанию Парижского соглашения, первого глобального пакта, который призвал как развитые, так и развивающиеся страны взять на себя обязательства по выбросам, а страны обязались попытаться удержать глобальное повышение температуры в пределах 1,5 градусов по Цельсию выше среднего показателя до этого периода. .
2017 год
Бывший президент США Дональд Трамп назвал «Парижское соглашение» вредным для экономики и заявил, что его страна выйдет из него, и это стало официальным в 2020 году.
2018 год
Активистка-подросток Грета Тунберг привлекла внимание всего мира, протестуя возле шведского парламента, и со временем мобилизовала молодых людей со всего мира, чтобы они присоединились к ее движению «Пятницы ради будущего» и потребовали действий по борьбе с изменением климата.
2019 год
На COP 25 в испанской столице Мадриде генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш раскритиковал «отсутствие амбиций».
2020 год
Ежегодная конференция COP была отложена из-за пандемии Короны.
2021 год
Соединенные Штаты вновь присоединились к Парижскому соглашению, а позже в том же году, на 26-й конференции сторон, окончательный вариант «Пакта Глазго» установил цель по сокращению использования угля и установил правила, регулирующие торговлю квотами на выбросы углерода для компенсации выбросов.
2022 год
Конференция COP 27 в Шарм-эль-Шейхе (Египет) привела к «историческому соглашению» о создании «Фонда потерь и ущерба» для борьбы с дорогостоящими климатическими катастрофами, но она мало что сделала для решения проблемы выбросов, которые подпитывают такие катастрофы
Как формируется климат (по данным из научно-популярных источников)
Известно, что именно в океане зародилась жизнь. Около 2 миллиардов лет назад в верхних слоях океанской толщи появились простейшие одноклеточные - органеллы, предки нынешних синезеленых водорослей, которые стали снабжать атмосферу кислородом. Так было положено начало на Земле биохимическому процессу - фотосинтезу. Благодаря этому процессу сформировался весь наличный кислород атмосферы, причем особенно интенсивное поступление фотосинтетического кислорода началось около 600 миллионов лет назад, когда на голые палеозойские скалы выбрались из моря первые растения.
Борьбу между углекислым газом и кислородом в атмосфере можно представить во времени с помощью данных, полученных при изучении осадочных горных пород. Если вычислить отношение mх = Мхгеол/ Мхсовр (где Мхгеол - масса газа х по геологическим данным, а Мхсовр - масса того же газа в настоящее время) для О2 и СО2, то изменения их относительного количества в атмосфере Земли за время ее существования будут выглядеть следующим образом:
Сначала количество углекислого газа в атмосфере Земли уменьшалось очень быстро, затем этот процесс стал протекать все медленнее, так как масса поглощаемого океаном СО2 пропорциональна массе СО2, содержащегося в атмосфере.
Кислород в атмосфере Земли появился между 1 миллиардом и 600 миллионами лет назад, и в этот период фотосинтез «набрал темпы», близкие к современным.
Азот - основной газ той смеси, которую мы называем воздухом. По своим химическим свойствам он близок к инертным газам: плохо вступает в реакции и поэтому долго сохраняется в атмосфере. Если кислород и углекислый газ обновляются в атмосфере каждые 5 5 лет, то время одного цикла круговорота азота - примерно 2 миллиарда лет. Понятно, что дегазированный из недр Земли азот все время накапливался в атмосфере, поскольку скорость его поглощения океанами, почвой и живыми организмами была очень мала, источник meteoinfo.ru. Интересно, что согласно другим научным данным углекислый газ попав в атмосферу, висит там долгое время: от 300 до 1000 лет . Таким образом, поскольку люди изменяют атмосферу, выделяя углекислый газ, эти изменения будут сохраняться в течение многих человеческих жизней, а с начала доиндустриальной эпохи население планеты возросло в 8 раз. А углеродный цикл — это процесс, посредством которого углерод перемещается через воздух, землю, растения, животных и ископаемое топливо. Люди и животные вдыхают кислород из воздуха и выдыхают углекислый газ (CO 2 ), тогда как растения поглощают CO 2 для фотосинтеза и выделяют кислород обратно в атмосферу. С наступлением индустриальной эпохи в 18 веке человеческая деятельность привела к увеличению содержания CO 2 в атмосфере на 50 % – это означает, что количество CO 2 теперь составляет 150 % от его значения в 1750 году. Это антропогенное увеличение превышает наблюдаемое естественное увеличение в конце последнего ледникового периода 20 000 лет назад (далеко доиндустриальный период), но именно ли оно повлияло на окончание последнего ледникового периода доподлинно неизвестно .
Из малых по содержанию газовых компонентов воздуха самый важный и интересный - озон. Этот газ обладает чрезвычайно высокой способностью поглощать ту часть солнечной радиации, которая называется ультрафиолетовой. Если собрать весь озон, содержащийся у поверхности земли, то он покроет планету слоем толщиной всего 0,3 - 0,5 см. Однако этого вполне достаточно, чтобы предохранить все живое на Земле от губительного влияния жесткого ультрафиолетового излучения.
Солнце - практически единственный источник тепла и всех известных форм движения материи на Земле.
Солнечный «реактор» отличается большой стабильностью: за 100 лет наблюдений не было замечено никаких серьезных изменений общего потока солнечного излучения. Судя по результатам теоретического моделирования Солнца, скорость протекания ядерных реакций в его недрах очень устойчива, любые ее изменения быстро компенсируются за счет соответствующих изменений температуры и давления.
Максимальная мощность солнечного излучения приходится на видимый, или оптический, диапазон спектра, на голубые и зеленые лучи, но в этом диапазоне заключено всего 40% суммарной энергии излучения. Больше всего энергии, 50%, содержит инфракрасный диапазон, на ультрафиолетовую радиацию приходится 10%.
От того, как распределяется солнечное тепло в атмосфере, полностью зависят и климат, и атмосферные движения, и погода. Проследим путь солнечного луча от верхней границы атмосферы до поверхности земли.
Самая жесткая часть излучения - рентген - теряется еще в ионосфере. До высоты 100 км свободно доходят все лучи солнечного спектра, начиная с тех, длина волны которых составляет 0,15 мкм. В слое 30 - 70 км полностью поглощается ультрафиолетовая радиация в диапазоне 0,15 - 5,29 мкм. Не будь этого, все живые организмы на Земле погибли бы в результате разрушения клеток жестким ультрафиолетовым излучением. Однако именно благодаря ультрафиолетовому излучению сильно нагревается верхняя атмосфера, создаются ее тепловые запасы и формируется своеобразная циркуляция воздуха.
Поглощаются ультрафиолетовые лучи не кислородом и даже не азотом, который имеется в атмосфере в изобилии, а озоном.
Следы озона можно уловить уже на высоте 80 км, и по мере снижения высоты его становится все больше. Максимум содержания озона в атмосфере приходится на слой, находящийся между 20 и 25 км, а ниже этого слоя содержание озона вновь уменьшается. Однако наибольшее поглощение солнечной радиации озоном наблюдается не на высоте 20- 25 км, как следовало бы ожидать, а значительно выше - на уровне 55 км, где содержание озона примерно в 100 раз меньше. Этот факт свидетельствует о чрезвычайно активном поглощении озоном радиации в диапазоне 0,15 - 1,29 мкм. Она практически вся поглощается в слое 40 - 80 км, где озона относительно мало. На высоте 55 км озон может нагревать атмосферу на 10 - 12 °С в сутки. Именно на этой высоте отмечается первый на пути солнечных лучей к нашей планете максимум температуры в атмосфере: здесь так же тепло, как у поверхности земли в зимнюю оттепель .
Сильное снижение интенсивности видимой части солнечного излучения при прохождении через атмосферу связано не с поглощением его какими-либо газами, а с рассеянием. Встречаясь с молекулами воздуха или частицами атмосферной пыли - эрозолями, солнечный свет как бы разлетается в разные стороны, причем молекулы воздуха наиболее интенсивно рассеивают голубые лучи, а аэрозоль (довольно равномерно) - все лучи видимого спектра. Цвет неба обусловлен рассеянием радиации, поэтому в прозрачном воздухе небо насыщенно-голубое, а в запыленном - белесоватое.
В инфракрасном диапазоне солнечного излучения вновь начинает работать механизм поглощения солнечной радиации, но уже другими составляющими воздуха, главная из которых - водяной пар. Поглощение радиации водяным паром носит избирательный характер: инфракрасная радиация поглощается лишь в отдельных спектральных полосах.
Какая же часть радиации достигает в итоге поверхности земли? Если принять всю солнечную радиацию на верхней границе атмосферы за 100%, то оказывается, что 7% общего количества радиации рассеивают молекулы воздуха и аэрозоли, около 3% поглощает озон и примерно 10% - водяной пар. Следовательно, поверхности земли достигает 80% всего направленного к нашей планете солнечного излучения. При наличии облачности весьма значительная часть радиации (в среднем около 45%) отражается обратно в космос и поглощается облаками (10%), в рассматриваемом случае поверхности земли достигает лишь 25% солнечного излучения.
Земная поверхность также является важным аккумулятором тепла в системе Земля - атмосфера. Количество поглощаемой солнечной энергии во многом зависит от природных свойств поверхности. Например, свежевыпавший снег отражает до 90% падающей на него радиации, песок - 35%, а лес и трава - только 10 - 25%. Наиболее сильно поглощается солнечная радиация водой.
Водные пространства Земли обладают замечательным свойством. Хотя солнечная радиация поглощается практически целиком в слое воды толщиной 10 - 15 м, солнечное тепло переносится и дальше, распространяясь вглубь на десятки метров вследствие ее вертикального перемешивания. Перемешивание воды осуществляется ветровыми волнами, конвекцией, вертикальной составляющей течений. Добавим, что теплоемкость воды, то есть ее способность поглощать тепло, в несколько раз больше теплоемкости любого другого природного материала. Благодаря этим свойствам природных вод самым мощным накопителем солнечного тепла является Мировой океан. Суша в этом отношении сильно проигрывает. Например, в почву тепло проникает до глубины 5 - 6 м, причем ее теплоемкость в пять раз меньше, чем теплоемкость морской воды.
Для анализа процессов формирования погоды и климата очень важно, прежде всего, разобраться в том, как поверхность земли «обогревает» атмосферу. Обогрев атмосферы земной поверхностью осуществляется тремя различными способами, в зависимости от вида теплообмена. Первый вид теплообмена QP определяется разностью температур земной поверхности и воздуха: атмосфера нагревается от Земли, как от батареи парового отопления, и полученное ею тепло переносится выше мелкими вихревыми движениями воздуха - турбулентностью.
Второй вид теплообмена QE связан с испарением влаги с поверхности земли. Данный процесс требует очень больших затрат тепла. Попробуйте вскипятить и полностью испарить чайник воды на электроплите. Это удовольствие будет стоить не менее 15% обычной месячной платы за расход электричества в двухкомнатной квартире. Немало, правда? Так вот, все тепло земной поверхности, которое тратится ею на испарение, вместе с водяным паром уносится в атмосферу, где при конденсации пара в капли воды, образующие облака, непосредственно отдается воздуху. Это очень мощный вид теплообмена, и именно таким образом «обогревает» атмосферу океан. Подсчитано, что поток тепла QE в среднем за год по Мировому океану превышает поток тепла QP в четыре раза.
Наконец, поверхность земли, как и поверхность всякого другого тела, температура которого выше абсолютного нуля ( - 273,2 °С), излучает тепловую инфракрасную радиацию в диапазоне электромагнитных волн от 4 до 40 мкм. Механизм взаимодействия инфракрасной радиации с атмосферой довольно сложен. Часть энергии инфракрасной радиации QR в интервале 8 - 14 мкм (кстати, именно это излучение используется в целях определения температуры поверхности земли со спутников) свободно проходит в космос, другая же ее часть полностью поглощается водяным паром и углекислым газом. Атмосфера тоже испускает инфракрасные лучи, теряя при этом определенное количество тепла qR. Разность QR - qR называется длинноволновым балансом атмосферы, в среднем за год эта величина в любом уголке земного шара отрицательна.
Очень важное для метеорологии уравнение теплового баланса атмосферы можно представить в виде
(QR-qR)+QE + QP = 0.
То есть нагрев атмосферы в основном обусловлен отражением лучей инфраскрасного спектра атмосферой и уравновешивается он суммарным показателем энергии для испарения с поверхности Земли и естественной разностью температур земной поверхности и воздуха.
Британский инженер Гай Каллендар впервые доказал, что в современную эпоху планетарные температуры растут, связав (от ред. не доказав) это с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере.
1958 год
Американский ученый Чарльз Дэвид Килинг начал систематически измерять уровни углекислого газа в атмосфере, и полученные им результаты привели к построению «кривой Килинга» — графика, показывающего устойчивый рост концентрации углекислого газа.
1988 год
Американский ученый-климатолог Джеймс Хансен дал показания перед Конгрессом, в которых заявил, что температура планеты повышается из-за парниковых газов, вызванных промышленной деятельностью.
1990 год
На второй конференции ООН по изменению климата премьер-министр Великобритании Маргарет Тэтчер указала на необходимость установления обязательных целевых показателей выбросов.
1992 год
Подписание Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата на «Саммите Земли» в Рио-де-Жанейро, Бразилия, с целью предотвращения серьезных изменений климата, которая призвала развитые страны «делать больше»; Потому что он ответственен за большинство исторических выбросов. Саммит в Рио определил пути переговоров по защите биоразнообразия.
1995 год
Члены РКИК ООН проводят свою первую Конференцию Сторон (КС) в Берлине, и итоговый документ встречи призывает к установлению юридически обязательных целевых показателей выбросов.
1997 год
Видные республиканцы в Сенате США осудили это соглашение, назвав его «мертворожденным».
2000 г.
После того как Эл Гор проиграл президентские выборы в США, он начал читать лекции по климатологии и политике, по которым в 2006 году был снят документальный фильм «Неудобная правда». Позже фильм получил «Оскар», а Эл Гор и Межправительственная группа экспертов по изменению климата получили Нобелевскую премию мира.
2001 г.
Президент США Джордж Буш назвал «Киотский протокол» «фатально ошибочным», и его отказ «практически» означал выход его страны из соглашения.
2005 г.
Киотский протокол вступил в силу после его ратификации Россией, что выполнило требование о ратификации как минимум 55 странами, на которые также приходится не менее 55% выбросов.
2007 год
Участники КС 13 на Бали, Индонезия, договорились работать над подготовкой нового обязательного соглашения, включающего развитые и развивающиеся страны.
2009 год
Переговоры КС 15 в Копенгагене, Дания, почти провалились из-за разногласий по поводу обязательных целей, с истечением срока действия Киотского протокола, и вместо создания новой структуры, как предлагалось в Балийской дорожной карте, страны проголосовали за «принятие во внимание» «А». необязательное» политическое заявление.
2010 год
COP 16 в Канкуне, Мексика, снова не смогла установить новые обязательные целевые показатели выбросов, но Канкунские соглашения учредили Зеленый климатический фонд, чтобы помочь развивающимся странам адаптироваться к повышению глобальной температуры.
2011 год
Переговоры COP 17 в Дурбане, Южная Африка, зашли в тупик после того, как Китай, США и Индия отказались подписать обязательные сокращения выбросов до 2015 года. Вместо этого «государства-участники» согласились продлить Киотский протокол до 2017 года.
2012 год
После того как Россия, Япония и Новая Зеландия выступили против новых целей по выбросам, которые не включают развивающиеся страны, страны договорились на КС 18 в Дохе продлить действие Киотского протокола до 2020 года.
2013
На COP 19 в Варшаве (Польша) представители беднейших стран вышли на несколько часов из-за отсутствия согласия о том, как бороться с потерями и ущербом, связанными с климатом, и участники в конечном итоге достигли «смягченного соглашения».
2015 год
Переговоры по климату на COP 21 привели к подписанию Парижского соглашения, первого глобального пакта, который призвал как развитые, так и развивающиеся страны взять на себя обязательства по выбросам, а страны обязались попытаться удержать глобальное повышение температуры в пределах 1,5 градусов по Цельсию выше среднего показателя до этого периода. .
2017 год
Бывший президент США Дональд Трамп назвал «Парижское соглашение» вредным для экономики и заявил, что его страна выйдет из него, и это стало официальным в 2020 году.
2018 год
Активистка-подросток Грета Тунберг привлекла внимание всего мира, протестуя возле шведского парламента, и со временем мобилизовала молодых людей со всего мира, чтобы они присоединились к ее движению «Пятницы ради будущего» и потребовали действий по борьбе с изменением климата.
2019 год
На COP 25 в испанской столице Мадриде генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш раскритиковал «отсутствие амбиций».
2020 год
Ежегодная конференция COP была отложена из-за пандемии Короны.
2021 год
Соединенные Штаты вновь присоединились к Парижскому соглашению, а позже в том же году, на 26-й конференции сторон, окончательный вариант «Пакта Глазго» установил цель по сокращению использования угля и установил правила, регулирующие торговлю квотами на выбросы углерода для компенсации выбросов.
2022 год
Конференция COP 27 в Шарм-эль-Шейхе (Египет) привела к «историческому соглашению» о создании «Фонда потерь и ущерба» для борьбы с дорогостоящими климатическими катастрофами, но она мало что сделала для решения проблемы выбросов, которые подпитывают такие катастрофы
Как формируется климат (по данным из научно-популярных источников)
Известно, что именно в океане зародилась жизнь. Около 2 миллиардов лет назад в верхних слоях океанской толщи появились простейшие одноклеточные - органеллы, предки нынешних синезеленых водорослей, которые стали снабжать атмосферу кислородом. Так было положено начало на Земле биохимическому процессу - фотосинтезу. Благодаря этому процессу сформировался весь наличный кислород атмосферы, причем особенно интенсивное поступление фотосинтетического кислорода началось около 600 миллионов лет назад, когда на голые палеозойские скалы выбрались из моря первые растения.
Борьбу между углекислым газом и кислородом в атмосфере можно представить во времени с помощью данных, полученных при изучении осадочных горных пород. Если вычислить отношение mх = Мхгеол/ Мхсовр (где Мхгеол - масса газа х по геологическим данным, а Мхсовр - масса того же газа в настоящее время) для О2 и СО2, то изменения их относительного количества в атмосфере Земли за время ее существования будут выглядеть следующим образом:
Сначала количество углекислого газа в атмосфере Земли уменьшалось очень быстро, затем этот процесс стал протекать все медленнее, так как масса поглощаемого океаном СО2 пропорциональна массе СО2, содержащегося в атмосфере.
Кислород в атмосфере Земли появился между 1 миллиардом и 600 миллионами лет назад, и в этот период фотосинтез «набрал темпы», близкие к современным.
Азот - основной газ той смеси, которую мы называем воздухом. По своим химическим свойствам он близок к инертным газам: плохо вступает в реакции и поэтому долго сохраняется в атмосфере. Если кислород и углекислый газ обновляются в атмосфере каждые 5 5 лет, то время одного цикла круговорота азота - примерно 2 миллиарда лет. Понятно, что дегазированный из недр Земли азот все время накапливался в атмосфере, поскольку скорость его поглощения океанами, почвой и живыми организмами была очень мала, источник meteoinfo.ru. Интересно, что согласно другим научным данным углекислый газ попав в атмосферу, висит там долгое время: от 300 до 1000 лет . Таким образом, поскольку люди изменяют атмосферу, выделяя углекислый газ, эти изменения будут сохраняться в течение многих человеческих жизней, а с начала доиндустриальной эпохи население планеты возросло в 8 раз. А углеродный цикл — это процесс, посредством которого углерод перемещается через воздух, землю, растения, животных и ископаемое топливо. Люди и животные вдыхают кислород из воздуха и выдыхают углекислый газ (CO 2 ), тогда как растения поглощают CO 2 для фотосинтеза и выделяют кислород обратно в атмосферу. С наступлением индустриальной эпохи в 18 веке человеческая деятельность привела к увеличению содержания CO 2 в атмосфере на 50 % – это означает, что количество CO 2 теперь составляет 150 % от его значения в 1750 году. Это антропогенное увеличение превышает наблюдаемое естественное увеличение в конце последнего ледникового периода 20 000 лет назад (далеко доиндустриальный период), но именно ли оно повлияло на окончание последнего ледникового периода доподлинно неизвестно .
Из малых по содержанию газовых компонентов воздуха самый важный и интересный - озон. Этот газ обладает чрезвычайно высокой способностью поглощать ту часть солнечной радиации, которая называется ультрафиолетовой. Если собрать весь озон, содержащийся у поверхности земли, то он покроет планету слоем толщиной всего 0,3 - 0,5 см. Однако этого вполне достаточно, чтобы предохранить все живое на Земле от губительного влияния жесткого ультрафиолетового излучения.
Солнце - практически единственный источник тепла и всех известных форм движения материи на Земле.
Солнечный «реактор» отличается большой стабильностью: за 100 лет наблюдений не было замечено никаких серьезных изменений общего потока солнечного излучения. Судя по результатам теоретического моделирования Солнца, скорость протекания ядерных реакций в его недрах очень устойчива, любые ее изменения быстро компенсируются за счет соответствующих изменений температуры и давления.
Максимальная мощность солнечного излучения приходится на видимый, или оптический, диапазон спектра, на голубые и зеленые лучи, но в этом диапазоне заключено всего 40% суммарной энергии излучения. Больше всего энергии, 50%, содержит инфракрасный диапазон, на ультрафиолетовую радиацию приходится 10%.
От того, как распределяется солнечное тепло в атмосфере, полностью зависят и климат, и атмосферные движения, и погода. Проследим путь солнечного луча от верхней границы атмосферы до поверхности земли.
Самая жесткая часть излучения - рентген - теряется еще в ионосфере. До высоты 100 км свободно доходят все лучи солнечного спектра, начиная с тех, длина волны которых составляет 0,15 мкм. В слое 30 - 70 км полностью поглощается ультрафиолетовая радиация в диапазоне 0,15 - 5,29 мкм. Не будь этого, все живые организмы на Земле погибли бы в результате разрушения клеток жестким ультрафиолетовым излучением. Однако именно благодаря ультрафиолетовому излучению сильно нагревается верхняя атмосфера, создаются ее тепловые запасы и формируется своеобразная циркуляция воздуха.
Поглощаются ультрафиолетовые лучи не кислородом и даже не азотом, который имеется в атмосфере в изобилии, а озоном.
Следы озона можно уловить уже на высоте 80 км, и по мере снижения высоты его становится все больше. Максимум содержания озона в атмосфере приходится на слой, находящийся между 20 и 25 км, а ниже этого слоя содержание озона вновь уменьшается. Однако наибольшее поглощение солнечной радиации озоном наблюдается не на высоте 20- 25 км, как следовало бы ожидать, а значительно выше - на уровне 55 км, где содержание озона примерно в 100 раз меньше. Этот факт свидетельствует о чрезвычайно активном поглощении озоном радиации в диапазоне 0,15 - 1,29 мкм. Она практически вся поглощается в слое 40 - 80 км, где озона относительно мало. На высоте 55 км озон может нагревать атмосферу на 10 - 12 °С в сутки. Именно на этой высоте отмечается первый на пути солнечных лучей к нашей планете максимум температуры в атмосфере: здесь так же тепло, как у поверхности земли в зимнюю оттепель .
Сильное снижение интенсивности видимой части солнечного излучения при прохождении через атмосферу связано не с поглощением его какими-либо газами, а с рассеянием. Встречаясь с молекулами воздуха или частицами атмосферной пыли - эрозолями, солнечный свет как бы разлетается в разные стороны, причем молекулы воздуха наиболее интенсивно рассеивают голубые лучи, а аэрозоль (довольно равномерно) - все лучи видимого спектра. Цвет неба обусловлен рассеянием радиации, поэтому в прозрачном воздухе небо насыщенно-голубое, а в запыленном - белесоватое.
В инфракрасном диапазоне солнечного излучения вновь начинает работать механизм поглощения солнечной радиации, но уже другими составляющими воздуха, главная из которых - водяной пар. Поглощение радиации водяным паром носит избирательный характер: инфракрасная радиация поглощается лишь в отдельных спектральных полосах.
Какая же часть радиации достигает в итоге поверхности земли? Если принять всю солнечную радиацию на верхней границе атмосферы за 100%, то оказывается, что 7% общего количества радиации рассеивают молекулы воздуха и аэрозоли, около 3% поглощает озон и примерно 10% - водяной пар. Следовательно, поверхности земли достигает 80% всего направленного к нашей планете солнечного излучения. При наличии облачности весьма значительная часть радиации (в среднем около 45%) отражается обратно в космос и поглощается облаками (10%), в рассматриваемом случае поверхности земли достигает лишь 25% солнечного излучения.
Земная поверхность также является важным аккумулятором тепла в системе Земля - атмосфера. Количество поглощаемой солнечной энергии во многом зависит от природных свойств поверхности. Например, свежевыпавший снег отражает до 90% падающей на него радиации, песок - 35%, а лес и трава - только 10 - 25%. Наиболее сильно поглощается солнечная радиация водой.
Водные пространства Земли обладают замечательным свойством. Хотя солнечная радиация поглощается практически целиком в слое воды толщиной 10 - 15 м, солнечное тепло переносится и дальше, распространяясь вглубь на десятки метров вследствие ее вертикального перемешивания. Перемешивание воды осуществляется ветровыми волнами, конвекцией, вертикальной составляющей течений. Добавим, что теплоемкость воды, то есть ее способность поглощать тепло, в несколько раз больше теплоемкости любого другого природного материала. Благодаря этим свойствам природных вод самым мощным накопителем солнечного тепла является Мировой океан. Суша в этом отношении сильно проигрывает. Например, в почву тепло проникает до глубины 5 - 6 м, причем ее теплоемкость в пять раз меньше, чем теплоемкость морской воды.
Для анализа процессов формирования погоды и климата очень важно, прежде всего, разобраться в том, как поверхность земли «обогревает» атмосферу. Обогрев атмосферы земной поверхностью осуществляется тремя различными способами, в зависимости от вида теплообмена. Первый вид теплообмена QP определяется разностью температур земной поверхности и воздуха: атмосфера нагревается от Земли, как от батареи парового отопления, и полученное ею тепло переносится выше мелкими вихревыми движениями воздуха - турбулентностью.
Второй вид теплообмена QE связан с испарением влаги с поверхности земли. Данный процесс требует очень больших затрат тепла. Попробуйте вскипятить и полностью испарить чайник воды на электроплите. Это удовольствие будет стоить не менее 15% обычной месячной платы за расход электричества в двухкомнатной квартире. Немало, правда? Так вот, все тепло земной поверхности, которое тратится ею на испарение, вместе с водяным паром уносится в атмосферу, где при конденсации пара в капли воды, образующие облака, непосредственно отдается воздуху. Это очень мощный вид теплообмена, и именно таким образом «обогревает» атмосферу океан. Подсчитано, что поток тепла QE в среднем за год по Мировому океану превышает поток тепла QP в четыре раза.
Наконец, поверхность земли, как и поверхность всякого другого тела, температура которого выше абсолютного нуля ( - 273,2 °С), излучает тепловую инфракрасную радиацию в диапазоне электромагнитных волн от 4 до 40 мкм. Механизм взаимодействия инфракрасной радиации с атмосферой довольно сложен. Часть энергии инфракрасной радиации QR в интервале 8 - 14 мкм (кстати, именно это излучение используется в целях определения температуры поверхности земли со спутников) свободно проходит в космос, другая же ее часть полностью поглощается водяным паром и углекислым газом. Атмосфера тоже испускает инфракрасные лучи, теряя при этом определенное количество тепла qR. Разность QR - qR называется длинноволновым балансом атмосферы, в среднем за год эта величина в любом уголке земного шара отрицательна.
Очень важное для метеорологии уравнение теплового баланса атмосферы можно представить в виде
(QR-qR)+QE + QP = 0.
То есть нагрев атмосферы в основном обусловлен отражением лучей инфраскрасного спектра атмосферой и уравновешивается он суммарным показателем энергии для испарения с поверхности Земли и естественной разностью температур земной поверхности и воздуха.
Однако фактические данные показывают, что в таком виде тепловой баланс атмосферы нигде не соблюдается, то есть приходные статьи приведенной формулы, QR, QE, QP, как правило, не уравновешивают расходную статью qR. В тропических и субтропических районах баланс нарушен в положительную сторону, и в этих районах атмосфера накапливает тепло. В умеренном поясе и за полярным кругом, напротив, происходит охлаждение атмосферы: радиационная отдача тепла qR здесь больше, чем сумма всех приходных статей уравнения теплового баланса.
Из всего сказанного следует, что в тропиках температура атмосферы должна непрерывно повышаться, а в приполярных районах - все время падать. На самом деле разность температур экватор - полюс из года в год остается примерно одинаковой. Значит, в уравнении теплового баланса не хватает еще одного члена, который бы выравнивал нарастающие контрасты содержания тепла в атмосфере тропиков и полярных районов. Таким членом может быть только адвекция тепла qa, то есть перенос его с воздушными течениями из тропических районов в полярные. Тогда уравнение теплового баланса будет выглядеть так:
(QR-qR)+QE + QP = qa
и соблюдаться для любого уголка земного шара. Правда, рассчитать адвективный поток тепла qa очень непросто: во-первых, он сильно изменяется во времени, а также в зависимости от широты, долготы и высоты; во-вторых, адвективный перенос тепла из низких широт в высокие осуществляется не только в атмосфере, но и в океане, причем, по самым последним оценкам, роль океана и атмосферы равноценна.
Из всего сказанного следует, что в тропиках температура атмосферы должна непрерывно повышаться, а в приполярных районах - все время падать. На самом деле разность температур экватор - полюс из года в год остается примерно одинаковой. Значит, в уравнении теплового баланса не хватает еще одного члена, который бы выравнивал нарастающие контрасты содержания тепла в атмосфере тропиков и полярных районов. Таким членом может быть только адвекция тепла qa, то есть перенос его с воздушными течениями из тропических районов в полярные. Тогда уравнение теплового баланса будет выглядеть так:
(QR-qR)+QE + QP = qa
и соблюдаться для любого уголка земного шара. Правда, рассчитать адвективный поток тепла qa очень непросто: во-первых, он сильно изменяется во времени, а также в зависимости от широты, долготы и высоты; во-вторых, адвективный перенос тепла из низких широт в высокие осуществляется не только в атмосфере, но и в океане, причем, по самым последним оценкам, роль океана и атмосферы равноценна.
Выводы
Первостепенная важность защиты жизни на на планете от лучей ультрафиолетового спектра - озоновый слой
Лучи инфракрасного спектра испускаемые атмосферой больше всех нагревают планету и находятся в равновесии с другими природными факторами
Воздух рассеивает солнечное тепло, а следовательно, углекислый газ как его составляющая не поглощает его, а значит не влияет на его температуру, соответственно находится в атмосфере до окончания своего цикла
Самым мощным накопителем солнечного тепла является Мировой океан
От чистоты поверхности океана (отсутствие продуктов нефтяной промышленности) зависит его поглощательная способность лучей инфракрасного спектра, иначе он просто отражает их в атмосферу и следовательно нагревает ее
Рост численности населения Земли по сравнению с доиндустриальным периодом - основная причина роста углекислого газа, который в свою очередь имеет свойство накапливаться в атмосфере в течение нескольких поколений
Солнце - единственный стабильный источник нагревания планеты и его спектры на сегодняшний день сбалансированы по влиянию на живые организмы, во всяком случае так утверждают научные источники
Интенсивность и неравномерность распределения конвекционных потоков воздуха - единственная причина разнообразия климата на планете.
