Уровень co2 в атмосфере

Уровень co2 в атмосфере Анемометр

Время на прочтение

Открываем цикл статей о том, чем дышат жители разных городов. Начали со столицы. Генеральный директор «Тион Умный микроклимат» Михаил Амелькин проехался по Москве с датчиком СО2 и лично проверил столичный воздух.

Уровень co2 в атмосфере

Сделал замер прямо на Красной Площади. Уровень около 450 ppm. Это выше, чем за городом, что, скорее всего, объясняется обилием транспорта, котельных и промышленности, которые активно выделяют в воздух СО2, создавая над городом «пузырь» углекислого газа. Но это не страшно. Пока.

Уровень co2 в атмосфере

Трип начался с самолёта. Перелет Новосибирск-Москва, около 4 часов. Самолёт полный, аэробус А316. Весь полёт концентрация СО2 около 2000 ppm! Добавьте сюда слишком высокую температуру на борту (около 28°С) и пониженное давление (786 гПа против 1007 гПа на земле), и поймете, почему нас так «колбасит» после перелетов. Для сравнения, в аэропорту прилета около 700 ppm, то есть норма. На обратном пути летел в полупустом самолёте и ситуация была гораздо лучше – весь полёт до 1000 ppm, что приемлемо.

Далее был аэроэкспресс. Оказалось, что при полном вагоне вентиляция тоже не справляется – более 1800 ppm! А вот на пути обратно вагон был пустой и вентиляция справлялась – около 500 ppm.

В метро все гораздо лучше. На самой станции под землёй 600 ppm. В старых, «дырявых» вагонах около 700 ppm. Вот в новых вагонах метро, где кондиционеры гоняют воздух по кругу, уже хуже – при неполной загрузке 1200 ppm. В набитом вагоне следует ожидать больше 2000 ppm. Но здесь стоит иметь в виду, что обычно в таких вагонах мы проводим мало времени, 10-20 минут, так что это не очень критично.

Про анемометры:  Какого вещества больше всего в воздухе?

Подавляющее большинство специалистов в области вентиляции сходятся во мнении: углекислый газ является индикатором состояния воздуха (авторитетный пруф из АВОК). Много СО2 — значит, много и более вредных веществ (формальдегиды и прочая ядовитая органика, PM2.5 и т.д.). Это логично: ведь если вентиляция не справляется с воздухообменом, то в помещении накапливается и выдыхаемый нами СО2, и весь остальной «воздушный коктейль». Так что вполне резонно измерять концентрацию СО2 в воздухе, чтобы оценить качество этого самого воздуха.

Является ли углекислый газ таким же загрязнителем воздуха, как автомобильные выхлопы или промышленные выбросы? Исследования на эту тему противоречивы. Есть много статей про вред СО2 (пример раз, пример два). Меньше исследований, согласно которым углекислый газ практически безвреден, но и такие есть (пример). Если вам интересна эта тема, пишите в комментариях. В будущем мы можем сделать подробный литобзор о влиянии СО2 на здоровье человека.

Наше мнение — углекислый газ однозначно влияет на самочувствие человека (вялость, утомляемость, сонливость). Вспомните, как вы чувствуете себя в душном офисе или квартире с закрытыми окнами. Усредненное влияние СО2 на человека выглядит примерно так:

Уровень co2 в атмосфере

По полученным данным однозначно можно констатировать низкое качество воздуха в транспорте, особенно когда в нем много пассажиров. Пара советов, что делать в душном самолёте.

Что касается мест отдыха, то там самое коварство — в кондиционерах. Опыт показывает, что в прохладном воздухе создается ощущение комфорта, в то время как уровень СО2 достигает критических значений. Интерьер, комфорт, «атмосфера» есть, а настоящей здоровой атмосферы может не быть. Далеко не во всех заведениях состояние воздуха бывает удовлетворительным. Воздух не видно – значит, на нём можно сэкономить. Если бы все посетители имели портативные датчики и регулярно жаловались на превышение уровня СО2, возможно, тогда владельцы заведений внимательнее относились бы к вопросам вентиляции.

В этот раз не получилось «поохотиться» на СО2 в школах, детсадах и офисах, но есть основания считать, что и там регулярно наблюдаются превышенные концентрации углекислого газа. Немного заспойлерю: уже сделали замеры СО2 в классе одной из новосибирских школ – больше 2000 ppm! А дети же там должны учиться и работать головой. А как требовать от ребенка концентрации и успеваемости, когда голова не варит просто физиологически?

Примечание Tion: скоро будет материал про наше мини-исследование в школе.

Короче, я хочу выбирать места работы и отдыха еще и по качеству воздуха. Верю, что это существенно улучшит «среднюю температуру по палате» — самочувствие моё и моей семьи.

Уровень co2 в атмосфере

Уровень co2 в атмосфере

Геохимический цикл показывает количество углерода в атмосфере, гидросфере и геосфере Земли, а также годовой перенос углерода между ними (все указанные величины — в гигатоннах)

Несколько лет назад Россия присоединилась к Парижскому соглашению по изменению климата. И хотя цель документа благая, изложенная там методика расчета эмиссии и поглощения парниковых газов на бумаге превратила нашу страну в один из основных источников загрязнения. И это несмотря на огромные лесные территории, которые участвуют в поглощении, но в расчет не принимаются.

В основе этого поста — лекция кандидата биологических наук Ольги Нестеровой «Морские экосистемы и глобальные изменения климата», которая прошла в Точке кипения Дальневосточного федерального университета.

Исходные данные

Глобальные изменения климата во многом происходят из-за парниковых газов в атмосфере — их присутствие создает парниковый эффект. Основные парниковые газы для нашей планеты: CO2, метан, водяной пар и озон. Особый интерес представляет геохимический цикл углерода. Естественные экосистемы как на суше, так и в океане спроектированы таким образом, чтобы углерод находился в равновесии. Но это равновесие может смещаться.

Из-за смещения возникает парниковый эффект, который через несколько десятков лет приведет к тому, что изменится климат планеты, уровень вод океана поднимется на 5–8 метров и затопит части суши, где сейчас проживает чуть ли не 30% населения планеты.

В целом мировое сообщество пристально следит за бюджетом углерода. Этим занимается огромное количество международных организаций. Например, вот отчет про общепланетарный углеродный бюджет американской ассоциации U.S. Carbon Cycle Science Program, которая объединяет как государственные, так и частные организации и лаборатории.

Уровень co2 в атмосфере

Фрагмент отчета U.S. Carbon Cycle Science Program по обороту диоксида углерода за 2020 год

Как проблему начали решать в мире и что не так с Россией

В 1992 году в Рио-де-Жанейро приняли соглашение — Рамочную конвенцию ООН об изменении климата, в которой развитые страны условились действовать совместно в условиях изменения климата. Дальнейшие конференции определяли и уточняли эти действия.

В 1997 году приняли Киотский протокол, который содержал обязательства для стран по сокращению выбросов.

Наследие Киотского протокола — Парижское соглашение от 12 декабря 2015 года. Оно регулирует меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере с 2020 года. 175 стран-участниц, в том числе Россия, подписали документ 22 апреля 2016 года. Сегодня 197 стран — участники Парижского соглашения, из них 185 его ратифицировали.

Парижское соглашение не предусматривает механизма квот и в нем отсутствуют санкции для стран, не справляющихся с выполнением национальных вкладов. Но обязательства стран — участниц Парижского соглашения планируют обновлять каждые пять лет, начиная с 2022 года. Не исключен сценарий появления штрафов за эмиссию.

К сожалению, при подготовке Парижского соглашения Россия не занимала активную позицию в формировании методик расчета экологического налога и выработке доктрины, связанной с низкоуглеродными технологиями. На тот момент было не очевидно, что обсуждались стратегически важные вопросы. Но теперь они могут повлиять на мировую экономику и экологическую политику в целом.

Принятые документы декларируют, что методики прямого измерения выбросов парниковых газов не целесообразны. Вместо этого документы рекомендуют применять коэффициенты в зависимости от состава топливно-энергетического комплекса в каждой стране.

Такой подход приводит к тому, что Россия в принципе всем должна, поскольку у нас есть нефть и газ, которые мы продаем другим странам. А нефте- и газодобыча приводит к огромным выбросам метана из-за утечек и двуокиси углерода при сжигании попутного газа.

И никакие стратегии компенсации этих выбросов в Парижском соглашении и связанных с ним стандартах не предусмотрены.

Естественно, научное сообщество на такое положение вещей отреагировало довольно бурно. Владимир Павленко, доктор политических наук, автор монографий и публикаций по теме глобальной мировой политики, анализируя Киотский протокол, упоминал, что документ не очень выгоден для России.

По его мнению, положение «загрязнителя» может иметь последствия не только для страны в целом, но и для частного бизнеса. Многие зарубежные компании пишут на упаковке товаров, сколько углерода было выброшено в атмосферу во время производства. Уже разработаны стандартные методики расчета такого персонального углеродного следа.

Надо быть готовым к тому, что товары российского производства могут просто не взять на европейский или азиатский рынок, потому что они не маркированы как низкоуглеродные согласно общепринятой методике.

В идеале мы тоже должны перестраивать свою экономику на низкоуглеродную. Но при нынешнем технологическом укладе выбросы пропорциональны развитию. Страны используют нефть и газ для своих производственных мощностей. Чтобы развиваться, нужно выбрасывать — просто нельзя этого не делать. А если мы отказываемся от этого вида энергии, встает вопрос, в какой стране будет размещаться очередное энергоемкое производство? Скорее всего там, где по какой-то методике насчитали положительный углеродный баланс. При этом общая ситуация с выбросами для планеты не изменится.

Леса в расчет не принимают

По оценкам ряда авторитетных экспертов (например, из Института физики атмосферы), Россия — первая в ряду доноров с показателем превышения поглощения над выбросами в 4–5 раз. К донорам также относятся: Канада, Бразилия, Австралия, Новая Зеландия и Швеция. В то время как выбросы превышают поглощение у остальной Европы, США, Китая и Индии.

Как выглядит ситуация согласно Парижскому соглашению?

Парижское соглашение запрещает национальные методики подсчета и использует методику МГЭИК — межправительственной группы экспертов по изменению климата.

Климатическая доктрина предусматривает компенсацию выбросов только за счет поглощения управляемыми лесами. Это такие территории, где ведется полный учет рубок, не бывает пожаров, и идут постоянные мониторинговые исследования. Как оказалось, на территории России таких лесов почти нет.

В наших масштабах управлять огромными лесными территориями крайне сложно и затратно. А один из немногих участков — заповедный бассейн реки Бикин на Дальнем Востоке — сдан в аренду на 49 лет немецким компаниям вместе с поглотительным ресурсом. В отчетах о своей хозяйственной деятельности этот ресурс засчитывается Германии.

По методике МГЭИК реальный поглотительный ресурс в секторе лесного хозяйства — 600 млн тонн, а по оценке наших экспертов, например профессора Владимира Лукьяненко, — свыше 12 млрд тонн в год. Следуя методике, МГЭИК занижает этот ресурс в 20 раз!

Чтобы привести данные МГЭИК в соответствие с реальностью, нам необходимо вести мониторинг всех земель лесного фонда.

На правительственном уровне уже звучат предложения сделать все леса управляемыми. Это технически сложно, поскольку необходимо устанавливать вышки с газоанализаторами для учета состава атмосферы и потоков воздуха, а это не всегда возможно сделать на сложном рельефе. Плюс необходимо будет проводить наземную инвентаризацию запасов углерода и их динамику в фитомассе, аэрофотосъемку гиперспектральной камерой с помощью дронов и дистанционное зондирование земли с искусственных спутников.

В чем смысл и проблема подсчетов

Мы понимаем, что если правильно все посчитаем, сможем заработать на поглощении. Но сначала нужно доказать мировому сообществу, что мы поглощаем.

К сожалению, мы отстаем по этому направлению. В России темой эмиссии парниковых газов в первую очередь заинтересовались энергетики, поскольку им платить экологические налоги. Сейчас подтягивается научное сообщество. Но климатические исследования до́роги. Необходимо ставить оборудование, обрабатывать терабайты записанных данных.

Газоанализатор, подходящий для этой задачи, годами мониторит 26 климатических параметров одновременно, делая 800 измерений в минуту. Для решения таких задач у нас не хватает ни оборудования, ни вычислительных мощностей.

В итоге пока Россия с точки зрения понимания климатических моделей — белое пятно для мирового сообщества.

8 февраля этого года президент подписал указ о необходимости создать собственную климатическую доктрину (Указ о мерах по реализации государственной научно-технической политики в области экологии и климата). Первое, что следует сделать в рамках этой стратегии, — изучать климат и механизмы адаптации к его изменениям. Второе — научиться прогнозировать последствия изменения климата. В результате на базе научных образовательных учреждений и организаций должны появиться новые подразделения, которые будут заниматься этой темой.

Предстоит исследовать много новых междисциплинарных областей. Мы должны показать, что у нас есть планы по снижению выбросов парниковых газов. Необходимо увязать выбросы с поглощением и доказать свое донорство. Иначе как страна рано или поздно мы будем платить огромный экологический налог.

Например, если ставка за одну тонну CO2 будет на уровне 15 долларов, о чем сейчас говорят на международном уровне, то с России попросят 42 млрд долларов, что соответствует ~3% ВВП! А с 2035 года ставка может подняться до 35 долларов за тонну.

Углерод в океане

Сегодня речь в Парижском соглашении идет только о суше. Но океан обеспечивает общемировой сток углерода, его тоже надо учитывать при расчете экологических квот.

Океаны занимают бо́льшую часть поверхности нашей планеты и количество углерода в них намного больше, чем на поверхности суши.

Глобальные циклы углерода в мировом океане очень сложны. Углекислый газ производится живыми организмами, а также попадает в океан из атмосферы. Часть его возвращается в атмосферу, а другая вместе с останками организмов оседает на морском дне: депонируется в донные осадки.

Есть два основных процесса в глобальном круговороте углерода в океане — биологический и физико-химический насосы. Вместе они обеспечивают поглощение CO2 океаном из атмосферы в объеме около 9,7 Гт в год (2,6 Гт углерода в год).

Последние 50 лет этот углеродный поток увеличивался вслед за антропогенным повышением уровня CO2 в атмосфере.

Уровень co2 в атмосфере

Процессы, обеспечивающие сток углерода в океан

Биологический насос — терра инкогнита. Мы более или менее представляем, что происходит около поверхности океана. Но про океанские глубины известно гораздо меньше.

Лишь малая часть углерода, связанного в верхнем слое океана в результате жизнедеятельности фитопланктона, достигает глубин, где больше не участвует в обмене с атмосферой.

Уровень co2 в атмосфере

Биологический насос — основные процессы

CO2, полученный в ходе обмена с атмосферой (на схеме выше под цифрой 1), потребляется при росте фитопланктона (2). Зоопланктон питается фитопланктоном и дышит, снова выделяя углекислый газ (3). Фрагменты распада фитопланктона и фекальные пеллеты, формируемые зоопланктоном (4), содержат углерод, частицы которого оседают по отдельности или в скоплениях (5). Но лишь 5–50% общего углерода достигает глубины 100 метров (6). От 2 до 25% оседает между 100 и 500 метрами. Микробы разлагают оседающие частицы, часть из них потребляется зоопланктоном (7), поэтому предполагается, что только 1–15% исходного углерода из поверхностных вод опускается ниже 500 метров. При этом CO2, образовавшийся при окислении органического вещества (дыхании), рециркулирует обратно в поверхностные слои.

Что именно происходит в океанских глубинах, для нас загадка, которая может привлечь будущих исследователей. При этом объемы поглощения CO2 сушей и морем сопоставимы между собой даже с учетом неопределенности расчетов.

В рассчитанных бюджетах углерода мировой океан в первую очередь выполняет роль стока — в отличие от суши, которая является источником парниковых газов.

Важный факт — растворимость CO2 в морской воде возрастает с понижением температуры. В полярных областях CO2 интенсивно поглощается океаном, а в теплой экваториальной зоне он может выделяться в атмосферу. Поэтому холодные воды Арктики и высоких широт в целом содержат больше углекислого газа, чем воды низких широт. В этом смысле другим странам просто невыгодно учитывать эти углеродные циклы.

Уровень co2 в атмосфере

Концентрация CO2 в воде в зависимости от температуры на разных этапах развития производства

Значительное содержание CO2 есть и в придонных холодных водах на глубине ниже 4–4,5 тысяч метров, где происходит растворение известковых раковин.

В данный момент концентрация CO2 в атмосфере повысилась с доиндустриального уровня примерно на 40% (по данным на 2016 год). Около трети CO2, поступившего в атмосферу с начала промышленной революции при сжигании ископаемого топлива и древесины, а также при производстве цемента, уже поглощено океаном.

Таким образом, океан — общемировой сток, и его никак нельзя сбрасывать со счетов при оценке углеродного баланса.

Карбоновые полигоны

Как узнать количество и концентрацию парниковых газов в океане и на суше? Проще всего взять готовые климатические модели, ввести туда данные и получить некие бюджеты — расчеты парниковых газов для определенной территории. Но этого недостаточно. Необходимы реальные исследования.

В марте этого года министр науки и высшего образования Валерий Фальков объявил о запуске нового большого научно-образовательного проекта по созданию карбоновых полигонов.

Карбоновые полигоны — специальные территории, где разместят оборудование для сбора данных, на основе которых планируют разработать методики измерения потоков и баланса основных парниковых газов.

Сейчас выделено семь пилотных геостратегических регионов — Калининградская, Свердловская, Новосибирская, Тюменская и Сахалинская области, Чеченская Республика и Краснодарский край. Конкретные территории еще обсуждают, но в Свердловской области уже подобрали две площадки — около Коуровской обсерватории и учебно-опытного лесхоза Уральского лесотехнического университета недалеко от поселка Северка — и выделили на них 40 млн рублей. Там сейчас закупают оборудование и готовятся к исследованиям.

Кстати, один карбоновый полигон в России уже есть — в Калужской области в границах нацпарка «Угра».

Пока речь идет о создании только лесных полигонов, причем на территории управляемых лесов. Но необходимы и морские полигоны, чтобы собрать доказательные данные для учета вклада океана. Такая площадка должна включать в себя сеть наземных стационарных площадок по непрерывному измерению концентрации и потоков парниковых газов в комплексе с гидрометеорологическими и почвенными данными, а также судовые экспедиционные измерения тех же параметров.

Только так мы сможем доказать, что территория Дальнего Востока и арктических морей действительно поглощает огромное количество углекислого газа и метана.

Я надеюсь, что нам удастся получить документальные подтверждения и потом вынести это на обсуждение мирового сообщества для одобрения новых методик. К тому же мы тут не одиноки — буквально на днях пришли новости из Китая, который также взялся за океан и активное озеленение на суше. Но надо понимать, что все это долго и дорого.

Уровень co2 в атмосфере

Экспедиция ДВФУ вместе с Тихоокеанским океанологическим институтом, где установили оборудование, способное измерять эмиссию паров воды и метана, рассчитывая их концентрацию по ходу судна

Когда холодная ловушка откажет

Все это заставляет задуматься о пессимистичных сценариях и о тех лимитах потепления, которые может выдержать тропосфера.

Существует распространенное заблуждение, согласно которому бесконтрольный парниковый эффект является простым продолжением положительной обратной связи, провоцируемой водяным паром. Чем сильнее нагревается планета, тем больше воды испаряется. Поскольку водяной пар является парниковым газом, предполагалось, что такие процессы могут привести к выкипанию океана. Но на самом деле переход к бесконтрольному парниковому эффекту более сложен: существует предел, до которого планета может сбрасывать в космос тепловое (длинноволновое) излучение. Некоторое время температурное равновесие может поддерживаться за счет такой отдачи, но рано или поздно тропосфера перестает остывать, растет температура тропопаузы, и парниковый эффект становится лавинообразным. Тогда тепловое равновесие на Земле установится снова, но уже на точке около 1400 K (1127 °С); в таком случае океаны успеют выкипеть до дна, а планета станет излучать тепло в космос в инфракрасном спектре, где водяной пар утрачивает парниковые свойства.

В 1967 и 1969 году первые расчеты такой теплоемкости атмосферы были выполнены, соответственно, Макото Комабаяси и Эндрю Ингерсоллом. В 1988 и начале 1990-х появились оценки Кастинга, о которых шла речь выше, а в 1992 складывающуюся картину систематизировал Шиничи Накадзима. Согласно его расчетам, холодная ловушка начнет терять эффективность, а тропопауза – сдвигаться вверх – уже при небольшом повышении температуры воздуха у поверхности Земли. В данном случае наиболее важен коэффициент смешения водяного пара, то есть, отношение давления водяного пара к общему атмосферному давлению. Чем он выше, тем ниже эффективность холодной ловушки, и тем выше образуются облака. В настоящее время такая приповерхностная температура воздуха составляет 290 K (17 °С), а коэффициент смешения – 10%. При повышении приповерхностной температуры до 300 K (27 °С), 310 K (37 °С) и 330 K (57 °С) коэффициент смешения водяного пара возрастет в 1,5, 2,7 и 21 раз соответственно.

Новейшие модели, разработанные в 2013 и 2015 году, позволяют предположить, что критическая температура тропосферы (при которой в масштабах всей тропосферы происходит конвекция водяного пара, и тропосфера начинает разогревать стратосферу, то есть, тропопауза исчезает) должна быть еще выше, и составить 350-370 K (77-97 °С), согласно модели Вулфа и Туна (2015). Согласно этой модели, стабильный климат, в принципе, допускающий сохранение современной биосферы, возможен при температурах около 363 K (90 °С). Тем не менее, уже при приповерхностной температуре порядка 350 K (77 °С) водяной пар начнет активно проникать в стратосферу. При этом атмосферное давление у поверхности Земли будет возрастать, поэтому даже при температуре 373 K (100 °С) кипение океана не начнется, но при такой температуре океан определенно станет безжизненным, из-за чего окажутся обречены и все прочие земные экосистемы.

Максимальная температура, зафиксированная у поверхности Земли в последние годы, составляет около 330 K (54-57 °С). При этом мы вряд ли сможем поднять температуру тропосферы на 20 градусов, просто сжигая ископаемое топливо. Подобный сценарий более вероятен в случае повышения солнечной активности примерно на 15,5%, что, как ожидается, произойдет в ближайшие 1,5 миллиарда лет. В таком случае нижние слои тропосферы будут наполнены горячим водяным паром, но в верхних слоях тропосферы и в стратосфере какое-то время сохранится мощный слой облаков. Облака повысят альбедо планеты, что позволит на некоторое время стабилизировать климат, но содержащийся в них водяной пар будет необратимо распадаться на кислород и водород в процессе фотолиза.

2022 Global Temperature

Relative to the 1880-1920 average

5th warmest year since 1880

The global average temperature in 2022 was 1.16°C warmer than the baseline average for 1880-1920.  It is the 5th warmest year on record since 1880.  Annual temperature and ranking data are posted as a table by CSAS at Columbia University.

CSAS Earth Institute annual update

“Global surface temperature in 2021 (see figure above) was +1.12°C (~2°F) relative to the 1880-1920 average in the GISS (Goddard Institute for Space Studies) analysis.

“2021 and 2018 are tied for 6th warmest year in the instrumental record. The eight warmest years in the record occurred in the past eight years. The warming rate over land is about 2.5 times faster than over the ocean. The irregular El Nino/La Nina cycle dominates interannual temperature variability, which suggests that 2022 will not be much warmer than 2021, but 2023 could set a new record. Moreover, three factors:

“Because of inertia and response lags in the climate and energy systems, the 2°C limit also will likely be exceeded by midcentury, barring intervention to reduce anthropogenic interference with the planet’s energy balance.

Columbia Climate School / CSAS / GISS  Annual temperature data & analysis

Recent Annual Global Temperature Reports

Berkeley Earth  2021  2020   2019

Columbia Climate School / CSAS / GISS  2021   2020   2019

NOAA NCEI  2021   2020   2019

Regional Temperature Changes

Berkeley Earth   Cities  (temperature changes since 1960)

Acceleration in Global Warming

Paper by J. Hansen and M. Sato

December 14, 2020

Global temperature and Nio3.4 SST (through to November 2020)

Уровень co2 в атмосфере

December 14 2020: Abstract

“Record global temperature in 2020, despite a strong La Niña in recent months, reaffirms a global warming acceleration that is too large to be unforced noise – it implies an increased growth rate of the total global climate forcing and Earth’s energy imbalance. Growth of measured forcings (greenhouse gases plus solar irradiance) decreased during the period of increased warming, implying that atmospheric aerosols probably decreased in the past decade. There is a need for accurate aerosol measurements and improved monitoring of Earth’s energy imbalance.

“November 2020 was the warmest November in the period of instrumental data, thus jumping 2020 ahead of 2016 in the 11-month averages.  December 2016 was relatively cool, so it is clear that 2020 will slightly edge 2016 for the warmest year, at least in the GISTEMP analysis. The rate of global warming accelerated in the past 6-7 years (Fig. 2). The deviation of the 5-year (60 month) running mean from the linear warming rate is large and persistent; it implies an increase in the net climate forcing and Earth’s energy imbalance, which drive global warming.

Projections for Global Temperatures in 2022

Berkeley Earth (Jan. 2022):2022 will be “similar” or “slightly warmer” than 2021

Columbia Climate School / CSAS (Jan. 2022):”2022 will not be much warmer than 2021, but 2023 could set a new record”

Дом и отель

Уровень co2 в атмосфере

Мне повезло, и в моём номере всю ночь концентрация СО2 была меньше 600 ppm. Отлично! Я спал не в духоте. Это потому, что попросил номер с окном во двор и смог держать окно на микропроветривании, не просыпаясь от шума машин. Но вентиляции в номере нет, поэтому плата за свежий воздух тоже не малая — московский смог. Была бы вентиляшка с профессиональными фильтрами — было бы на пятерочку!

Надо сказать, что замеры в квартирах с закрытыми окнами часто показывают очень плохие результаты, пара человек в комнате запросто могут «надышать» 2000 ppm минут за 40-60. А окна обычно закрыты, чтобы не было сквозняков и шума с улицы. Вывод тот же, что и в случае с отелем – дома вентиляция must have. При этом проще и дешевле поставить компактные бризеры, чем заморачиваться с полноценной вентиляцией.

Последние облака. Подробно о гипотезе влажной стратосферы

В 2004 году, на момент выхода фильма «Послезавтра», сохранялось ощущение, что подобный сюжет является фантастикой, преувеличением или просто страшилкой. Сегодня мы живем в мире, где уже превратилась в недавнюю историю филиппика Греты Тунберг, где рекордно обмелел водопад Виктория, а на Ямале зафиксирована вспышка сибирской язвы – болезнь сохранилась в трупе северного оленя, долгие годы пролежавшем в вечной мерзлоте, которая сегодня все сильнее тает. Буквально на момент подготовки этого материала читаем о беспрецедентном ослаблении Гольфстрима. Книга «Необитаемая Земля» в 2020 году стала бестселлером по версии «Нью-Йорк Таймс», и еще в 2020 году была издана на русском языке.

Но таковы жанры фантастики и постапокалиптики, а вместе с ними — и экологический дискурс — что по-настоящему грозные последствия глобального потепления остаются в тени, поскольку не слишком зрелищны, растянуты во времени и на данный момент маловероятны. Даже менее вероятны, чем сюжет «Послезавтра» в 2004 году. Я очень удивился, насколько скудно раскрыты в Рунете и практически не раскрыты на Хабре вопросы бесконтрольного парникового эффекта и влажной стратосферы – и сегодня хочу остановиться на них.

Рестораны и кинотеатры

Уровень co2 в атмосфере

Тут картина сильно разная, но одно очевидно (кто-то скажет, что это ясно и без приборов) – любят наши рестораторы экономить на вентиляшке! Например, у меня была деловая встреча в кофейне «Хлеб насущный» на Никольской. Место хорошее, но вот с воздухом беда – 2000 ppm! В такой атмосфере очень сложно думать и решать деловые вопросы. В «Чайхоне №1» на Пушкинской было чуть лучше, до 1500 ppm.

Но есть и хорошие места: в «Старбакс» на Площади революции и в «Пять звёзд» на Павелецкой 700 ppm и 800 ppm соответственно. А вот в самом кинозале этого замечательного кинотеатра было «не айс» — до 1500 ppm весь сеанс. При этом администрация не поскупилась на кондиционеры – в залах было прохладно и это «скрашивало» ситуацию. Но кондеи не заменяют вентиляцию! Температура – температурой, а кислород – кислородом, должно быть и то, и другое.

Пока это вся информация по Москве. Обязуюсь сделать обзорный трип в Новосибирске. Что можно сказать по итогу?

May 2023 Global Temperatures

3rd warmest May since 1880

CSAS / GISS update

Global Monthly Average Temperatures1880 to Present Relative to 1880-1920 Baseline Average(a better proxy for pre-industrial temperatures)

Уровень co2 в атмосфере

With Our Traditional 1951-1980 Base Period from Here

This graph compares global monthly temperatures in recent years with global record-high temperaturtes. It is available in PDF and accessible on the source Global Temperature page on the Columbia University website.

Monthly global temperature data and reports

This global temperature update originates from Climate Science, Awareness and Solutions (CSAS) in the Earth Institute at Columbia University, New York, USA.  The update presents an analysis by NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS) of near-global temperature data from 1880 to 2022.

This CO.Earth page is prepared independently.  However, reasons for featuring global temperature comparisons with averages for 1880-1920 period are explained in the 2016 paper, A better graph by Dr. James Hansen and Dr. Makiko Sato.

Source data and related information are linked below.

Columbia Climate School / CSAS / GISS  Temperature & climate data and information

NASA GISS  Source data analysis

NOAA NCEI  Source dataset information

NOAA-NCEI  Global temperature updates and climate analysis

*Note: NOAA-NCEI reports temperature increases relative to the 20th Century global average surface temperature, not pre-industrial levels.

Как измерить количество СО2 в воздухе?

Уровень углекислого газа в воздухе измеряется в ppm: 1 ppm = 0.0001%, то есть одна миллионная доля. Для России 1400 ppm углекислого газа в воздухе — это уже недопустимое количество (согласно ГОСТу 30494—2011). В Америке общие стандарты ASHRAE (американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха) гласят: жалобы на головную боль начинаются с 2000 ppm.

В среднем по больнице получается такая картина:

Последнее из вступительной части — название использованного датчика СО2. Это был Testo 480.

Уровень co2 в атмосфере

Все, заканчиваем с введением. Приступаем непосредственно к измерением. Слово Михаилу Амелькину.

Углекислый газ и холодная ловушка

Влияние углекислого газа на функционирование и проницаемость холодной ловушки заслуживает подробного описания, которое я приведу по этой работе, которая называется “Улетучивание воды на землеподобных планетах с атмосферами, насыщенными CO2” (Water loss from terrestrial planets with CO2-rich atmospheres).

Степень, в которой холодная ловушка ограничивает потерю воды, значительно зависит от количества CO2 в атмосфере. Во-первых, CO2 влияет на общее содержание воды в атмосфере, так как провоцирует парниковый эффект, тем самым повышая температуру на поверхности планеты. Однако, сила поглощения, проявляемая углекислым газом в полосах 15 и 4,3 µm, обеспечивает эффективное охлаждение даже при низком давлении, что и играет ключевую роль в поддержании температуры холодной ловушки. Кроме того, CO2 также может напрямую ограничивать улетучивание водорода в самых верхних слоях атмосферы, поскольку хорошо испускает тепловое излучение в инфракрасном спектре, и таким образом «подъедает» энергию, которая могла бы стимулировать убегание водорода. Следовательно, история водного покрова на планетах земной группы тесно связана с историей концентрации углекислого газа. Считалось, что на Земле уровень диоксида углерода в геологических масштабах зависит от карбонатно-силикатного цикла: чем выше температура, тем быстрее происходит выветривание осадочных пород и, следовательно, образование карбонатов. Карбонаты связывают часть атмосферного углекислого газа, и благодаря этому температура воздуха вновь понижается.

Такой гомеостаз мог бы сохраняться неограниченно долго, если бы не антропогенное вмешательство в климатические процессы. Суть проблемы в том, чтобы не дать планете скатиться в состояние неуправляемого парникового эффекта. Исследованием именно этого катастрофического сценария в 1990-е годы занялся Джим Кастинг, до этого работавший в NASA. Он всерьез интересовался не только тенденциями изменения климата, но и границами зоны обитаемости в Солнечной системе. Так, именно Кастинг обнаружил, что средняя температура на поверхности нашей планеты, исходя из ее альбедо (отражающей способности) должна составлять примерно -18 градусов Цельсия, но на самом деле составляет около +17 градусов. Таким образом, температура сильно зависит от парникового эффекта, без которого на Земле было бы слишком холодно.

Наибольшую обеспокоенность в качестве парникового газа вызывает именно CO2, но Кастинг подсчитал, что для запуска механизма влажной стратосферы из-за одного только сжигания углерода уровень CO2 в атмосфере должен превысить нынешний примерно в двадцать пять раз, для чего, по всей вероятности, не хватит ни возможностей современной цивилизации, ни запасов углерода на Земле.

Тем не менее, подобные допущения можно считать оптимистичными. Дело в том, что сильным парниковым эффектом обладает не только углекислый газ, но и водяной пар. Вода имеет высокую теплоемкость, а чем больше теплого водяного пара образуется в атмосфере, тем выше могут формироваться облака. Из-за таяния ледников, вызванного парниковым эффектом углекислого газа, тропосфера становится все более влажной, а также снижается отражающая способность всей планеты – полярные льды отражают гораздо больше солнечного света, чем гораздо более темная морская вода.

Наконец, существует фактор таяния вечной мерзлоты, в результате чего в атмосферу поступает метан. При этом парниковый эффект метана в 25 раз сильнее, чем у углекислого газа, а запасы метана в вечной мерзлоте пока удается оценить лишь приблизительно.

Таким образом, существует три фактора риска, подталкивающих тропопаузу вверх и приближающих ее к озоновому слою:

Warnings From the Recent Past

Before the end of 2015, scientists projected that average global temperature increase for 2015 will exceed 1°C above pre-industrial levels.  The years 1850-1900 are used as the pre-industrial baseline by the MET Office and Climate Research Unit at the University of East Anglia in the UK.  The MET Office released this statement in November 2015:

“This year marks an important first but that doesn’t necessarily mean every year from now on will be a degree or more above pre-industrial levels, as natural variability will still play a role in determining the temperature in any given year. As the world continues to warm in the coming decades, however, we will see more and more years passing the 1 degree marker – eventually it will become the norm

~ Peter StottHead of Climate Monitoring and Attribution (MET Office)

CO2 vs. Sun as Global Heating Factors

The temperature and CO2 tracker below plots data which shows a correlation of changes in atmospheric CO2 levels and global average temperature. Data for solar energy outputs show no general increase to attribute to global temperature increases.  This tracker is designed and maintained by Bernd Herd and inspired by scientist Stefan Rahmstorf.

Тропосфера и тропопауза

Начнем с общего устройства атмосферы.

Уровень co2 в атмосфере

Весь климат, вся погода, а также явления, связанные с глобальным потеплением, происходят в тропосфере, которая толще всего у экватора (16-17 км), а тоньше всего у полюсов. Границей между тропосферой и стратосферой является тропопауза, расположенная на высоте 8-10 километров. Температура атмосферы, составляющая на уровне моря в среднем 15° C, плавно понижается с высотой и достигает первого минимума -65° С именно в районе тропопаузы. Также удалось установить, что в зависимости от времени года верхняя граница тропосферы немного колеблется – в теплые сезоны эта граница немного выше. В тропосфере сосредоточено примерно 9/10 всей массы атмосферы, накапливаются парниковые газы, образуются циклоны и происходит циркуляция воздуха. Также именно в тропосфере образуется большинство видов облаков:

Уровень co2 в атмосфере

Здесь обратим внимание на то, что озоновый слой, защищающий поверхность Земли от губительного ультрафиолетового излучения, расположен значительно выше тропопаузы, на высоте 22-25 километров.

Между тропосферой и озоновым слоем находится еще один важный слой, называемый «холодная ловушка» (cold trap). Это именно тот слой, в котором температура тропосферы достигает минимума. Поэтому в области холодной ловушки водяной пар конденсируется, превращается в облака и возвращается в круговорот воды, а выше почти не попадает.

Те молекулы воды, которые проникают выше тропопаузы и выше озонового слоя, подвергаются фотолизу. Ионизирующее излучение расщепляет молекулу воды на кислород и водород, после чего водород улетучивается в космос. Именно таким образом планета земного типа может потерять всю воду и превратиться в аналог Венеры.

Здесь уместно отметить, что три планеты земной группы – Марс, Земля и Венера – при всей схожести геологического строения принципиально отличаются запасами воды. Если распределить всю воду Марса равномерным слоем по поверхности планеты, его мощность составит 2-7 метров (в зависимости от точного объема воды на Марсе). На Земле аналогичный показатель составил бы 2,5 км, а на Венере – не более 20 см, причем, вся вода на Венере существует в виде следовых количеств водяного пара в атмосфере.

Такая разница указывает, что механизмы утраты воды на Марсе и Венере были разными. Если на Марсе опустынивание, вероятно, произошло из-за деградации магнитосферы, на Венере это были катастрофические последствия парникового эффекта.

Заключение

Соответственно, климатические запасы прочности у нашей планеты еще достаточно велики, а окончательно сломать климат одними только выбросами углекислого газа в атмосферу мы, по-видимому, не сможем. Парижское климатическое соглашение 2015 года, которое уже сейчас кажется непозволительно оптимистичным, предусматривает меры по сдерживанию глобального потепления в пределах 2 °С до конца нынешнего века – тогда как до точки невозврата нам остается еще не менее 40 °С. Тем не менее, мы весьма приблизительно представляем, насколько могут разогнать глобальное потепление водяной пар и в особенности метан, а также насколько уменьшится отражательная способность планеты в случае таяния всех ледников. Поэтому остается продолжать наблюдение и надеяться, что нам удастся сохранить в целости тропопаузу и холодную ловушку, подобно тому, как удается постепенно, но не без рецидивов, залатать озоновую дыру над Антарктидой.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий