Как быстро мы увидим последствия изменения выбросов парниковых газов?
Парниковые газы (ПГ) помогают поддерживать температуру на Земле, удерживая тепло. Без ПГ наша планета была бы настолько холодной, что на ней не могла бы существовать жизнь. В современную эпоху деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, ежегодно выбрасывает в атмосферу огромное количество ПГ. В результате температура Земли повышается до некомфортно высокого уровня. Чтобы остановить рост температуры на Земле, мы должны сократить и в конечном итоге ликвидировать выбросы парниковых газов. Однако сокращение выбросов может не привести к мгновенному снижению уровня ПГ в атмосфере, поскольку ПГ, которые мы выбрасываем сейчас, могут оставаться в атмосфере в течение десятилетий и столетий. В этой статье рассказывается о том, с какой скоростью два основных ПГ (углекислый газ и метан) могут накапливаться в атмосфере и как может измениться их концентрация в будущем в результате сокращения выбросов.
Парниковые газы
Парниковые газы (ПГ) являются жизненно важным компонентом атмосферы и контролируют состояние климата Земли. Без парниковых газов Земля была бы замерзшим, непригодным для жизни миром. Благодаря ПГ средняя температура поверхности Земли составляет около 15 °C, но без ПГ она была б ы-18 °C - примерно на 33 °C выше, чем в атмосфере без ПГ. ПГ обеспечивают нам пригодную для жизни планету. Водяной пар (вода в виде газа), углекислый газ (CO2), и метан (CH4) - самые распространенные парниковые газы в атмосфере Земли. На протяжении тысячелетий эти парниковые газы были частью атмосферы Земли, поскольку они образуются в результате естественных процессов. Однако человек изменил уровень содержания ПГ в атмосфере. Мы вырубаем деревья, чтобы расчистить землю для выращивания сельскохозяйственных культур или использовать древесину для строительства. Мы сжигаем древесину и ископаемое топливо, такое как уголь, нефть и газ, а при сжигании выделяется большое количество CO2 в атмосферу. Мы увеличили концентрацию CH4 в результате добычи угля, перекачки газа по негерметичным трубам для обогрева наших домов, сброса отходов на открытых пространствах, а также разведения большого количества коров и овец для производства молока и мяса.
Как долго парниковые газы остаются в атмосфере?
После выброса каждый из парниковых газов остается в атмосфере в течение разного времени. Подумайте об этом, как о ванне: количество воды в ванне зависит от ее поступления из крана и выхода через сливное отверстие. Широкое сливное отверстие позволяет быстро удалить воду из ванны, в то время как при узком сливном отверстии вода будет задерживаться в ванне дольше. Этот же принцип объясняет, как долго парниковые газы остаются в атмосфере (рис. 1). Атмосфера (ванна) наполняется миллиардами тонн выбросов ПГ в результате деятельности человека и сливов в результате естественной деятельности. Например, CH4 удаляется из атмосферы в результате естественных химических реакций с гидроксильными радикалами, хлором и кислородом (рис. 1B). CO2 удаляется из атмосферы в процессе фотосинтеза и поглощается океанами (рис. 1А). Как для CO2 и CH4образуются (приток) и удаляются (отток) в неравновесных количествах; приток превышает отток. Избыточные выбросы приводят к накоплению ПГ в атмосфере. В результате выброшенные нами парниковые газы существуют в атмосфере в течение длительного времени - от нескольких лет до столетий. Время жизни данного ПГ в атмосфере измеряется временем, которое требуется для удаления половины выброшенного количества из атмосферы.
CH4удаляется из атмосферы быстрее, чем CO2удаляется, поскольку не существует химических реакций, которые удаляют CO2 из атмосферы. В результате время жизни CH4 (около 10 лет) короче, чем у CO2 [ 2 ]. В отличие от CH4, CO2 не разрушается - он просто перемещается из атмосферы в места хранения на суше и в океане, благодаря процессам, включая фотосинтез. CO2 хранится в экосистемах в виде углерода, который в конечном итоге выбрасывается обратно в атмосферу [1]. Например, когда растение умирает, углерод, накопленный в нем, возвращается в атмосферу. Потоки углерода в атмосфере, растениях и океане сложны и трудны для понимания. Рассчитать точное время жизни CO2 в атмосфере сложно из-за всех этих сложных процессов. Вместо единого значения ученые дают диапазон: на каждый килограмм CO2 через 100 лет в атмосфере остается 40%, через 1000 лет - 20%, а через 10 000 лет - 10% [ 3, 4 ].
Как изменится концентрация парниковых газов в будущем?
Естественное удаление CO2 и CH4 из атмосферы недостаточно, чтобы компенсировать антропогенные выбросы, поэтому их концентрация быстро растет [1]. Каждая тонна CO2 и CH4оставаясь в атмосфере, вызывает нагрев, поэтому температура на Земле поднимается до некомфортно высокого уровня. Чтобы остановить или ограничить будущий рост глобальной температуры, мы должны прекратить добавление CO2 в атмосферу.
Поскольку невозможно предсказать, как изменятся выбросы в будущем, эксперты рассматривают различные варианты развития событий, называемые сценариями, в которых они учитывают рост населения и экономический рост. Мы рассмотрим три различных сценария выбросов, которые называются SSP1, SSP2 и SSP3; SSP означает "общие социально-экономические пути" (рис. 2). SSP1 - это идеальный сценарий, при котором происходит быстрое снижение выбросов ПГ, а SSP3 - экстремальный сценарий, при котором выбросы продолжают расти. SSP2 - это промежуточный сценарий, при котором выбросы постепенно снижаются до конца века. Как изменится концентрация парниковых газов в соответствии с тремя сценариями? Для прогнозирования будущих концентраций парниковых газов ученые используют компьютерные модели климатической системы, называемые климатическими моделями. В этих моделях различные процессы, происходящие в атмосфере, на суше и в океане, взаимодействуют друг с другом.
Будущие концентрации CO2 и CH4 в воздухе во многом зависит от решений, которые мы принимаем сейчас (Рисунок 2). Без глобальных действий по ограничению выбросов ПГ (SSP3), концентрации CO2 и CH4концентрация будет продолжать расти в течение XXI века и далее. Это приведет к огромным экологическим последствиям. С другой стороны, если страны будут постепенно сокращать выбросы ПГ, как в SSP2, то, хотя концентрация CH4 достигнет пика и снизится, а концентрация CO2 не будет. Это объясняется тем, что CH4 имеет короткий период полураспада в атмосфере, поэтому его уровень снизится примерно через 10 лет после сокращения выбросов, в то время как CO2 имеет длительный период полураспада и реагирует медленнее. Пока мы продолжаем выбрасывать CO2его концентрация будет продолжать расти. Концентрация CO в атмосфере2 может стабилизироваться и снизиться только после того, как выбросы CO2 будет сведена к нулю, и мы предпримем шаги по активному удалению его из атмосферы, как в SSP1. Сделать это будет очень сложно.
Мы должны действовать сейчас!
В общем, разное время жизни в атмосфере каждого ПГ определяет, как быстро они будут удалены из атмосферы. CO2 стабилизируется или снижается только через несколько десятилетий после сокращения выбросов CO2 поскольку у него очень долгий период полураспада в атмосфере. Любое краткосрочное сокращение выбросов CO2 как это было во время пандемии COVID-19, не оказывает заметного влияния на концентрацию CO в атмосфере.2концентрация или глобальная температура. Последние исследования показывают, что глобальная температура еще долго будет снижаться после того, как выбросы CO2 достигнет нуля. Фактически, время реакции CO2 настолько велико, что мы можем не заметить эффекта, пока живы. С другой стороны, уровень атмосферного CH4 быстро реагирует на сокращение выбросов, поэтому сокращение выбросов CH4 важно для остановки глобального потепления в краткосрочной перспективе.
В конечном итоге осознание влияния наших привычек на климат может помочь контролировать/снизить изменение климата. Чем больше мы узнаем об источниках выбросов ПГ и их устойчивом влиянии на нашу атмосферу и климат, тем лучше мы сможем планировать их предотвращение. Эта базовая информация поможет представить, как наши нынешние действия и решения будут определять будущие уровни ПГ в атмосфере. Тем не менее, есть надежда победить монстра изменения климата, но мы все должны вести себя ответственно и начать сокращать выбросы парниковых газов в результате нашей повседневной деятельности.
