Original: http://www.zo.utexas.edu/courses/THOC/Global-Warming.htm


Глобальное потепление

© Эрик Р. Пьянка

Эстонский перевод Соня Кульмала
Македонский перевод Джима Анастасовского

Физика и химия дали нам два закона термодинамики : первый касается сохранения материи и энергии, а второй касается увеличения случайности (энтропии). Хотя некоторые люди, похоже, думают, что люди освобождены от физических законов, мы этого не делаем. Понимание основной термодинамики имеет важное значение для понимания всех последствий использования энергии людьми.

В первом законе «Сохранение материи и энергии» говорится, что материя и энергия не могут быть созданы или уничтожены. Материя и энергия могут быть преобразованы, и энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но общее количество эквивалентных величин обоих должно всегда оставаться постоянным. Свет может быть заменен на тепло, кинетическую энергию и / или потенциальную энергию. Всякий раз, когда энергия преобразуется из одной формы в другую, часть ее выделяется как тепло, которое является наиболее случайной формой энергии. Использование любого вида энергии производит отработанное тепло. Если это отработанное тепло не рассеивается, температура повышается. Действительно, единственное преобразование энергии, которое на 100 процентов эффективнее, это преобразование в тепло или горение. Аликвоты высушенных организмов можно сжечь в «бомбовых калориметрах», чтобы определить, сколько энергии хранится в их тканях. Энергия может быть измерена в различных единицах, таких как эрг и джоули, но тепловая энергия или калории являются общим знаменателем.


Определенное количество солнечной энергии падает на поверхность Земли в любом месте и времени, создавая тепло. Если это же количество тепловой энергии не рассеивается обратно в космос, Земля будет нагреваться. И наоборот, если больше тепла повторно излучается обратно в космос, чем принято, планета остывает. Атмосфера Земли находилась в сложном равновесии. Некоторые газы в атмосфере, особенно углекислый газ, предотвращают повторное излучение более длинных инфракрасных длин волн, генерируемых падающей солнечной радиацией, удерживая тепло при нагревании планеты (« парниковый эффект »). За последние 40 лет концентрация углекислого газа неуклонно возрастала и продолжает расти из-за обезлесения и сжигания ископаемого топлива. Это увеличение содержания углекислого газа в атмосфере привело к усилению удержания тепла в атмосфере и привело бы к глобальному потеплению раньше, чем случайное выделение атмосферного загрязнения. В 1940-1970 годах в виде частиц было увеличено альбедо Земли (коэффициент отражения солнечного облучения), что позволило уменьшить количество солнечных лучей энергия проникает на поверхность (вулканический пепел в атмосфере имеет тот же эффект). В сущности, эти два противоположных явления уравновешивались друг другом в течение трех десятилетий, но баланс сдвинулся примерно в 1970 году, а усиленный «парниковый эффект» теперь приводит к быстрому глобальному потеплению ( Domino Effects ).


В течение последних двух десятилетий длительные метеорологические записи во всем мире регулярно нарушались. Континент Австралии сильно пострадал ( ссылка ), а его восточные две трети испытывают значительное уменьшение количества осадков за последние четыре десятилетия ( карта ).

















До недавнего времени Земля находилась в тонком тепловом балансе с теплом, полученным примерно равным потерям тепла, циклически в довольно узком диапазоне, поскольку оледенение, вызванное охлаждением и дегляциацией, вызывало потепление с периодичностью примерно 100 000 + лет (см. График метана ниже). Но теперь, из-за сжигания ископаемого топлива за последнее столетие, люди увеличили уровни углекислого газа, что, в свою очередь, усилило парниковый эффект и продлило нынешнюю тенденцию дегляциации / потепления в течение последних 10 000 лет, тогда как прежние теплые пики в цикле были гораздо короче (см. график ниже). Холдинг в большей солнечной энергии удлинил период глобального потепления. Этот последний теплый период длится около 100 веков и называется «долгое лето» ( Fagan 2004 ).

Недавно Руддиман предложил, чтобы человеческая деятельность, прежде всего, обезлесение, начали изменять уровни углекислого газа и метана в атмосфере много веков назад, задолго до промышленной революции. Если это так, глобальное потепление может не быть недавним развитием, но, возможно, началось почти 100 веков назад с появлением сельского хозяйства. Слева фигура показывает, насколько быстрым и полным обезлесением было в Соединенных Штатах. На приведенном ниже рисунке представлены оценки Nordell и Gervet (2009) о том, насколько антропогенные тепловые выбросы способствовали сегодняшнему глобальному потеплению.














Даже если бы люди не добавляли огромное количество избыточного тепла, сжигая невозобновляемые ископаемые виды топлива и работая с ядерными реакторами, планета больше не может рассеивать тепло, которое он получает от обычного падающего солнечного излучения, достаточно быстро, чтобы оставаться в равновесии ( Hansen et al., 2005) ). Многие люди наивно считают, что доступ к все большему количеству энергии каким-то образом «разрешит энергетический кризис». Фактически, чтобы остановить глобальное потепление и вернуть Землю обратно в свой нормальный термический цикл, нам необходимо значительно сократить потребление энергии. Было бы неплохо, если бы мы каким-то образом могли вымыть углекислый газ из атмосферы, поскольку это увеличило бы способность к рассеиванию тепла, что позволило бы нам использовать больше энергии без глобального потепления. К сожалению, это трубопровод, потому что очистка многих гигатонов углекислого газа из атмосферы не является действительно энергетически осуществимой. Мы, возможно, уже достигли точки возврата.

Погода обусловлена ​​тепловым дифференциалом между поверхностью и атмосферой по сравнению с наружным пространством, которое остается холодным и постоянным. По мере того, как Земля нагревается, этот энергетический градиент увеличивается, и климат переходит в судороги - засухи и жаркие периоды усиливаются, а штормы становятся более интенсивными. С таянием ледников и ледяных шапок (см. Ниже) в атмосферу поступает больше воды, меняя гидрологический цикл . Лед белый и отражает солнечную энергию, тогда как более темная открытая вода поглощает его, создавая мощный положительный контур обратной связи, который постоянно усиливает глобальное потепление. Мы можем ожидать больше наводнений, больше торнадо, больших и частых ураганов и муссонов. Погода быстро становится более изменчивой и более экстремальной. Точный график этих изменений неопределен, но данные и текущие события свидетельствуют о том, что изменения климата произошли в течение жизни человека. Точка перелома, или точка невозврата, вполне могут быть достигнуты (см. Ниже).

Несмотря на крики о том, что изменение климата не происходит, обычно поддерживаются сторонами с серьезными конфликтами интересов [такими как псевдоученые для продажи под зарплатой большой нефти и Институтом Хартленда (доверенным лицом братьев Коха и большой нефти)], доказательства для глобального потепления недвусмыслен (для дальнейшей документации и заключения экспертов см. также ссылки, приведенные ниже). Например, посмотрите, как это видео на NASA показывает средние температуры в течение последних 128 лет или изучает следующие два графика долгосрочного изменения климата от Национального управления океанических и атмосферных исследований .

Долгосрочные средние значения из глобальной сети метеорологических станций построены за последнее столетие с 1880 года по настоящее время. Ниже среднего отклонения показаны синим цветом, выше среднего - красным. Обратите внимание на тенденции роста в прошлом веке.

Обратите внимание, что наземные массы начали нагреваться до Мирового океана, а температура суши увеличилась больше, чем у океанов. Вода имеет высокую удельную теплоту, а это означает, что для повышения ее температуры требуется значительная часть тепловой энергии - действительно, океаны действовали как теплоотвод, который удерживал температуру суши от такого же уровня, как и у крупных тел воды. Таким образом, высокая удельная теплоемкость воды в некоторой степени способствовала умеренной повышенной тепловой нагрузке, но в последние полвека в мировом океане прогревалась почти полная степень Цельсия. Более теплые океанские воды в настоящее время быстро тают антарктические морские ледниковые плиты с нижних сторон ( океаны ).


В океанах также поглощается углекислый газ, образуя углекислоту, что приводит к подкислению. Сочетание потепления и подкисления океанов привело к тому, что эндосимбиотические коралловые зооксантеллы отмирают (так называемое «отбеливание коралловых рифов»). У нас также есть собранные морские рыбы и запасы млекопитающих, а морские экосистемы находятся на грани краха ( Domino Effects ).

Вместе, океаны и атмосфера контролируют климат. Океанские токи действуют как конвейерные ленты, отводящие тепло от экватора. Изменения в океанских течениях оказали сильное воздействие на прошлый климат и, вероятно, сделают это снова в будущем. Потепление поверхностных морских вод может изменить океанские течения, даже разрушая тепловые насосы, такие как те, которые поддерживают северную Европу в тепле. Средние глобальные температуры как суши, так и океанов за последние 25 лет были выше среднего уровня, что свидетельствует о том, что изменения климата происходят в течение жизни человека.


Этот график отделяет термические глобальные средние значения для суши и океанов в северном и южном полушариях. Обратите внимание, что температуры в северном полушарии, где расположено большинство земель и людей, начали расти раньше и стали теплее, чем южное полушарие.

Другим способом показать изменение климата является график от года к году отклонения от долгосрочной среднегодовой температуры в течение прошлого века (синие точки на графике ниже). Красная кривая представляет собой 5-летнюю скользящую среднюю.


Карта, показывающая изменения температуры в Полярном круге с 2000-2005 годов. Арктический морской лед . Изучите также эту ссылку New York Times, показывающую карты во время таяния льда на вершине мира. Недавние исследования показали, что арктика сейчас самая теплая за последние 3000 лет. Изменение климата, вызванное человеком, на самом деле, по-видимому, отменяет циклы Миланковича (см. Также ниже).

Полюсы Земли прогреваются быстрее, чем другие районы, и они имеют решающее значение для глобального климата, потому что по мере того, как они нагреваются, долгоживущий углекислый газ и метан высвобождаются в атмосферу. По мере того как арктические согревают, морской и наземный лед и снег тают, открывая открытую воду и камень, поглощающий солнечную энергию. В то время как лед и снег были белыми и отражали поступающую солнечную радиацию, вода и земля поглощали энергию и нагревали формирование положительной обратной связи. Дальнейшее сокращение сезонного морского ледяного покрова в будущем приведет к увеличению волн, что, в свою очередь, обеспечит механизм разрушения морского льда и ускорения отступления льда (Thomson and Rogers 2014) .

Все должны быть знакомы с увеличением уровней углекислого газа в атмосфере в результате деятельности человека, особенно сжигания ископаемого топлива. Люди менее знакомы с недавним ростом уровня метана (см. График ниже). Как углекислый газ, метан представляет собой парниковый газ, который удерживается в тепле. Одна молекула метана эквивалентна примерно 25 молекулам углекислого газа с точки зрения его влияния на глобальное потепление. Когда молекула метана горит, он выделяет тепло и окисляется в 2 молекулы воды и один из углекислого газа, оба из которых являются мощными парниковыми газами. Длинномерзлый ископаемый метан высвобождается из таяния вечной мерзлоты и из глубоких океанов с ускоряющейся скоростью. По мере повышения температуры больше метана всплывает на поверхность, еще больше повышая температуру во все возрастающей цепи обратной связи. Существует ли критическая «точка опрокидывания», при которой состояние поверхности Земли резко изменится, и если да, то каково это и когда оно будет достигнуто? Некоторые эксперты считают, что этот переломный момент уже преодолен.

Основные выбросы метана показаны на следующей карте. Уровни метана в атмосфере в настоящее время более чем в два раза выше, чем в последние полмиллиона лет (см. График ниже). Это вполне может предвещать начало мощного цикла обратной связи, что почти наверняка приведет к очень быстрому глобальному потеплению.



Метаногенные бактерии выживают сегодня в анаэробных зонах глубоко в земной коре и в глубинах океана. Огромные количества метана заперты внутри льдоподобных замороженных клатратов в вечной мерзлоте и глубинах океана. Когда эти клатраты выводятся на поверхность, выделяется газ метана. Внезапное выделение больших количеств газообразного метана из долгоживущих метанатных клатратов иногда было замешано в главном событии вымирания на границе пермь-триас 250 миа ( НАСА Гавин Шмидт на метане и быстрое изменение климата ). Тогда исчезло 96% всех морских видов и 70% наземных позвоночных. Более половины из сохранившихся семей насекомых также погибли. В сочетании с массивными вулканическими событиями внезапное выделение больших количеств метана в атмосферу вызвало резкие климатические изменения, аноксию, увеличение засушливости и изменения схем циркуляции тока океана. Считается, что грибы процветают в этот период, вероятно, потому, что они поглотили большую часть мертвого органического вещества.

Мы должны делать все возможное, чтобы ХРАНИТЬ этот метан, запертый в земной коре и замерзший в глубоких океанах. Тем не менее, люди, похоже, думают, что мы можем жить выше законов природы и использовать всю энергию, которую мы «нуждаемся» и хотим. Fracking трещит глубокие породы, высвобождающие метаны, образующиеся анаэробами, большая часть которых выходит на поверхность и попадает в атмосферу. Мы также намеренно выделяем метан из клатратов океана и сжигаем его для получения энергии. Как добыча полезных ископаемых, так и клатратная добыча выделяют много отходов, которые не могут рассеиваться, а также добавляют больше водяного пара и углекислого газа в атмосферу, что еще больше ускоряет темпы глобального потепления. Международный консорциум с участием Канады, США, Японии, Индии и Германии уже добывает метан из клатратов и сжигает глубоководный метан у северного побережья Канады в местечке Маллик. У USGS есть еще девять подобных проектов, разбросанных по всему миру. Наш прожорливый аппетит на все больше и больше энергии ускоряет темпы глобального потепления . Эти злополучные попытки использовать метан в качестве топлива только ускорят изменение климата. Какие дураки мы, люди, стремимся уничтожить это, нашу единственную Землю Космического корабля !


Этот сюжет основан на образцах воздуха известного возраста, который насчитывает почти полмиллиона лет, взятых из антарктических и гренландских ледяных ядер. Изменения температуры нанесены красным цветом, CO 2 в нечетком сером и уровни метана в черном. Эти изменения вызваны сложными периодическими флуктуациями на орбите Земли и наклоном ее оси, известной как циклы Миланковича . Глобальное потепление не является чем-то новым, человеческая деятельность сильно повлияла на климат в течение последних 10 000 лет - Сахара - это антропогенная пустыня, которая в настоящее время расширяется, а Австралия в течение последних четырех десятилетий претерпела массивные арификации.

Четко выражены четыре длительных ледниковых периода. Обратите внимание на то, что четыре всплеска температуры разбросаны примерно каждые 100 000 + лет. В настоящее время Земля находится в теплой межледниковой фазе с уровнями CO 2 и метана, значительно превышающими уровни, которые наблюдались в течение последних 400 000 лет.

Обратите внимание также, что последний тепловой всплеск был продлен намного дольше, чем три предыдущих. Земля должна была перейти в более холодное ледниковое состояние, но она оставалась теплым примерно за последние 10 000 лет (« Долгое лето »). Этот продолжительный теплый период соответствует изобретению сельского хозяйства и, как следствие, росту населения, и это почти наверняка связано с деятельностью человека, особенно с обезлесением и сжиганием ископаемого топлива (см. Также эту ссылку ). Обратите внимание также на очень недавний, чрезвычайно крутой всплеск производства метана! Концентрации метана в атмосфере Земли быстро растут, и ситуация в последнее время стала довольно тяжелой, особенно в северном полушарии, где растущие человеческие популяции сжигают огромное количество ископаемого топлива.




В течение прошлого столетия уровни моря поднимались почти на ногу. Некоторые эксперты считают, что в конечном итоге все ледники Земли растают, и уровень моря будет значительно выше, затопив все крупные прибрежные города. Один очень большой антарктический ледник, в настоящее время находящийся на суше, плавится, и по мере того, как его талая вода смазывает ее нижнюю часть, она ускоряется к морю с ускоряющейся скоростью , в настоящее время около 3,5 км в год, что едва ли ледниковая медленная скорость. Помните «верхушку айсберга» (90% под водой)? Когда этот огромный ледник, наконец, погрузится в океан, уровни моря будут расти почти мгновенно по всему миру, затопляя низменные прибрежные районы. Поговорите о переломном моменте!



Еще одна очень опасная искусственная молекула, трифторметилсульфатфентарид SF 5 CF 3 , недавно начала появляться в атмосфере. Каждая молекула этого парникового газа имеет в 18 000 раз влияние одной молекулы двуокиси углерода на сохранение тепла. Хотя SF 5 CF 3 присутствует в очень малых количествах, он чрезвычайно стабилен (период полураспада = 1000 лет) и увеличивается со скоростью около 6% в год [Sturges et al., 2000] Science 289: 611-613] .

Ученые недавно обнаружили корреляции между изменением климата и геологической активностью и предположили, что землетрясения и вулканы могут быть результатом быстрого климатического воздействия ( связи ). Кажется, что сильные землетрясения увеличились в течение последних нескольких десятилетий.

Конечно, мы, люди, умны, настолько умны, что на самом деле мы выяснили, как превращать материю в энергию, использующую деление и слияние. Физики недавно предложили использовать слияние и деление для очистки радиоактивных отходов, но этот процесс высвободит огромное количество тепла в уже перегруженную систему. Некоторые инженеры НАСА также предлагают излучать больше солнечной энергии из космоса на поверхность планеты. Японская компания фактически предлагает захватить солнечную энергию на Луне и передать ее на Землю. Такие люди думают, что мы можем использовать всю энергию, которую мы хотим или можем получить, каким бы то ни было. Ядерная энергия практически безгранична, но она сопряжена с серьезными экологическими опасностями (в частности, термическим загрязнением и радиоактивными отходами). Доступ к такой избыточной энергии приведет к нашему падению (см. Ниже).

Неограниченная дешевая чистая энергия, такая, которая так горячо надеялась на концепцию холодного синтеза , на самом деле была бы одной из худших вещей, которые могли бы постигнуть человечество. Такая энергия обеспечит массовое потребление энергии и разрушение среды обитания. Горы будут выровнены и террасированы, будут вырыты массивные каналы воды, дистиллирована океанская вода, будет перекачиваться вода, а пустыни превратятся в зеленые поля сельскохозяйственных культур. Человеческие популяции будут расти еще выше, пока не исчезнут последние остатки естественных мест обитания. Теплоотдача в конечном итоге будет определять пределы, поскольку при нагревании больше тепла, чем может рассеиваться, возникающее в результате тепловое загрязнение быстро нагревает планету до такой степени, что вся жизнь угрожает, конечная экокатастрофа. На самом деле, этот сценарий уже происходит даже , как многие люди остаются заблокированными в отрицании , упорно отказываясь признать , что кризис еще не существует.

Сюрреалистическая живопись промышленно развитого человека
(источник: http://www.submedia.tv/endciv-2011/)

Человеческое население мира почти 8 миллиардов (это 8000 миллионов! ) Все более разрушительно в своих различных «конструктивных» экономических предприятиях, целью которых является рост и развитие, которые превращают огромное количество энергии в тепло и отходы. Уинстон Черчилль однажды сказал: «Мужчины иногда спотыкаются об истине, но большинство из них подбираются и спешат, как будто ничего не случилось». Чтобы поддерживать настроение, политики изобретают иррациональные выражения, такие как «обозримое будущее» или «устойчивый рост» и «устойчивое развитие». Люди не анализируют эти выражения, но предпочитают блаженное невежество по отношению к их значению. Однако наложение таких антонимов вместе создает безответственные оксюмороны. Физические законы природы будут продолжаться в их деятельности по управлению Вселенной, в то время как большинство людей не обращают внимания на надвигающуюся чрезвычайную ситуацию, которую мы вызвали. Мы быстро уничтожаем наши собственные системы жизнеобеспечения на этом, нашем единственном Космическом корабле . Мы земные , но очень эгоистичные, поскольку мы ничего не думаем об извлечении ресурсов и мест обитания из всех других землян.

Помните, что древнее китайское проклятие: «Можете ли вы жить в интересные времена»? Вам повезло, ведь сейчас самое интересное время за всю историю человечества. Мы не только сталкиваемся с переполнением населения, но и со всеми его многочисленными последствиями: свирепой погодой, неурожаями, нехваткой энергии, нехваткой продовольствия и воды, экономическим коллапсом, токсичными отходами, загрязнением нашего воздуха и воды, анархией, голодом, мора, войны, утраты биоразнообразия, девальвации человеческой жизни, не говоря уже о надвигающейся гибели цивилизации и утрате человеческого знания .

Смотреть интервью: Климатолог

Наблюдайте за чрезвычайной ситуацией в арктическом метане: экономика и экология


Ссылки:
  • Океаны
  • метан
  • Доказательства
  • Джеймс Хансен
  • Ископаемый солнечный свет
  • Неарбируемое масло
  • Глобальное потепление
  • Космический корабль Земля
  • Слабая ссылка
  • Выбросы метана
  • Метанская авария
  • Отходы тепла из городов
  • Глобальное потепление является реальным
  • Энергетический дисбаланс Земли
  • Климатический сайт NOAA
  • Fagan: Долгое лето
  • Большие климатические дебаты
  • Ecoglobe: тепло включено
  • Опасное изменение климата
  • Игра для климата
  • Вымирание лица полярных медведей
  • Сайт настоящего климатолога
  • Возможно, Fracking не так хорош
  • Видео NASA на Amazing Planet
  • Средняя температура 1880-2012
  • Кругман: Кто приготовил планету?
  • Видео NASA по водному циклу Земли
  • Гэвин Шмидт НАСА на метане
  • Низкие левые острова Тихого океана затопили
  • ERP: перенаселенность: реальный кризис
  • Выбросы арктических и сибирских метанов
  • Болезнь населения против изменения климата
  • Статья Эрика Чейссона о глобальном отбросе тепла
  • Смотрите « Эффект домино » ERP (30 секунд)
  • Веб-сайт энциклопедии Земли по глобальному потеплению
  • Смотреть «Экстремальный лед» PBS Nova (53 минуты)
  • Видео NASA о снижении морского льда 1980-2012
  • Видео НАСА о влиянии Мирового океана на климат
  • Загрузить эссе Буркхардта по энергетическим технологиям
  • Можем ли мы обезвредить Бомба времени глобального потепления? Нью-Йорк попадает под
  • НАСА: солнечные пятна, солнечная активность и солнечная радиация
  • Веб-сайт Межправительственной группы экспертов по изменению климата
  • Возобновляемая энергия: видение и доза реальности
  • Nordell-Gervet по накоплению энергии и тепловыделению
  • Интервью с метеорологом доктором Крисом Рэпли (50 минут)
  • Политика климатических факторов, последствия изменения климата
  • Нью-Йорк Таймс: таяние льда на вершине мира (с картами)
  • Томсон и Роджерс 2014. Волны и море в новом Северном Ледовитом океане. Письма геофизических исследований
    Вагнер, Г. и М. Л. Вейцман. 2015. Климатический шок: экономические последствия более горячей планеты . Принстонский университет.





  • Последнее обновление 11 января 2017 года Эрик Р. Пьянка