Жаһандық жылудың ғылыми себептерін анықтауға жасалған зерттеулер

Кіріспе

Жақындағы жаһандық жылынуға жауапты механизмдерді ғылыми тұрғыдан анықтауға жасалған күш-жігер

Ғалымдар климаттың өзгеру себептерін ондаған жылдар бойы зерттеп келеді. Мыңдаған зерттеулерден кейін, олар "индустрияға дейінгі кезеңнен бері атмосфера, мұхит және құрлық адамның ықпалымен жылып отыр" деген консенсусқа келді. Бұл консенсусты әлемдегі 200-ге жуық ғылыми ұйым қолдайды. Бұл климаттың өзгеруіне ең үлкен үлес көмірқышқыл газының жанар майды өртеуден тікелей шығарылуынан болды. Жерді пайдаланудың өзгеруінен туындаған жанама шығарындылар, метан, азот оксиді және басқа да парниктік газдардың шығарылымдары да маңызды рөл атқарады. Бұл 1850–1900 жылдар аралығындағы орташа көрсеткішпен салыстырылғанда, ал IPCC бұл көрсеткішті индустрияға дейінгі базалық деңгей ретінде пайдаланады. Индустриялық дәуірдегі жаһандық температураның өсуіне адамның қызметі түрткі болды, ал табиғи күштер өзгергіштік қосады. Парниктік эффектіден туындаған жылыну парниктік газдардың концентрациясымен логарифмдік байланыста. Бұл атмосферадағы парниктік газдардың әрбір қосымша үлесінің жылыту әсері, жалпы концентрацияның өсуімен бірге алдыңғы үлестерге қарағанда сәл төмен болатынын білдіреді. Дегенмен, шығарылымдардың шамамен жартысы ғана бастапқыда атмосферада қалады, ал қалған жартысы жер мен мұхиттардағы көміртегі шөгінділерімен жылдам сіңіріледі. Бұдан әрі, парниктік газдардың бірлігіне шаққандағы жылыну кері байланыстарға да байланысты, мысалы, су буының концентрациясының өзгеруі немесе Жердің альбедосы (шағылыстыру қабілеті). Жылынудың өсуімен, көміртегі шөгінділері шығарылымдардың кішігірім бөлігін сіңіреді, ал "жылдам" климаттық өзгерістер парниктік газдардың жылынуын күшейтеді. Осылайша, екі эффекті де бір-бірін теңестіреді деп есептеледі және адам шығарған әрбір бірлік жылыну температураны шығарылымдардың жалпы көлеміне пропорционалды түрде арттырады. Сонымен қатар, жылынудың бір бөлігі күкірт диоксидінің адам қызметінен туындаған шығарылымдарымен "жасырылған", ол салқындату әсерін көрсететін аэрозольдерді құрайды. Алайда, бұл жасыру күшін жоғалтып келеді, себебі қышқыл жаңбыр мен сульфаттардың салдарынан туындаған ауаның ластануына қарсы шаралар қабылдануда.

The scientific community has been investigating the causes of climate change for decades. After thousands of studies, it came to a consensus, where it is "unequivocal that human influence has warmed the atmosphere, ocean and land since pre industrial times." This consensus is supported by around 200 scientific organizations worldwide, The dominant role in this climate change has been played by the direct emissions of carbon dioxide from the burning of fossil fuels. Indirect emissions from land use change, and the emissions of methane, nitrous oxide and other greenhouse gases play major supporting roles. vs the 1850–1900 average used by the IPCC as a pre industrial baseline. The primary driver for increased global temperatures in the industrial era is human activity, with natural forces adding variability.]] The warming from the greenhouse effect has a logarithmic relationship with the concentration of greenhouse gases. This means that every additional fraction of and the other greenhouse gases in the atmosphere has a slightly smaller warming effect than the fractions before it as the total concentration increases. However, only around half of emissions continually reside in the atmosphere in the first place, as the other half is quickly absorbed by carbon sinks in the land and oceans. Further, the warming per unit of greenhouse gases is also affected by feedbacks, such as the changes in water vapor concentrations or Earth's albedo (reflectivity). As the warming from increases, carbon sinks absorb a smaller fraction of total emissions, while the "fast" climate change feedbacks amplify greenhouse gas warming. Thus, both effects are considered to each other out, and the warming from each unit of emitted by humans increases temperature in linear proportion to the total amount of emissions. Further, some fraction of the greenhouse warming has been "masked" by the human caused emissions of sulfur dioxide, which forms aerosols that have a cooling effect. However, this masking has been receding in the recent years, due to measures to combat acid rain and air pollution caused by sulfates.

Жердің климатына әсер ететін факторлар

Форсинг – климат жүйесіне сырттан таңдап қойылатын әсер. Сыртқы форсингтерге жанартау жарылыстары және күннің сәуле шығаруының өзгеруі сияқты табиғи құбылыстар жатады. Адам қызметі де форсингтерді тудыруы мүмкін, мысалы, Жер атмосферасының құрамын өзгерту арқылы. Радиациялық форсинг – түрлі факторлардың Жер планетасының энергия тепе-теңдігін қалай өзгертетінін өлшейтін шама. Оң радиациялық форсинг жер бетінің жылуына және уақыт өте келе климат жүйесінің өзгеруіне алып келеді. 1750 жылы Индустриялық революция басталғаннан 2005 жылға дейін көмірқышқыл газының (химиялық формуласы: ) атмосферадағы концентрациясының артуы Жер бетінің орташа ауданы бойынша шамамен 1,66 ваттқа тең оң сәулелену форсингін тудырды (қысқартылған W м⁻²). Климаттық кері байланыстар берілген форсингке климаттың реакциясын күшейте де, әлсірете де алады. Климат жүйесі, оған сыртқы форсингтердің әсері болғанда да, болмағанда да ішкі өзгергіштікті көрсетеді. Бұл ішкі өзгергіштік – климат жүйесінің құрамдас бөліктері арасындағы күрделі өзара әрекеттесудің нәтижесі, мысалы, атмосфера мен мұхиттың байланысы. Ішкі өзгергіштікке мысал – Эль-Ниньо – Оңтүстік осцилляциясы.

Адамның әсері

Жердің климатына әсер ететін факторларды форсингтер, кері байланыс және ішкі өзгерістер деп бөлуге болады. Соңғы климат өзгерулерінде адам қызметінің басты рөл атқаратынын көрсететін төрт негізгі дәлел бар: Климат жүйесін физикалық тұрғыдан түсіну: парниктік газдардың концентрациясы артты және олардың жылыту қасиеттері жақсы белгілі. Тарихи деректер бойынша бұрынғы климат өзгерістерінің бағалаулары, жер бетіндегі температураның қазіргі өзгерістерінің ерекше екенін көрсетеді. Климаттың жетілдірілген модельдері адамның парниктік газ шығарылымдары ескерілмесе, байқалатын жылынуды қайта жасай алмайды. Күн және жанартау белсенділігі сияқты табиғи факторларды бақылау, байқалатын жылынуды түсіндіре алмайтынын көрсетеді. Мысалы, күн белсенділігінің күшеюі бүкіл атмосфераны жылытқан болар еді, бірақ жылыну атмосфераның тек төменгі қабатында ғана байқалды.

Парниктік газдар

Жылыжай газдары күн сәулесіне мөлдір болып, атмосфера арқылы өтіп, Жердің бетін қыздырады. Жер оны жылу түрінде шығарады, ал парниктік газдар оның бір бөлігін сіңіреді. Бұл сіңіру жылудың ғарышқа кету жылдамдығын баяулатады, жылуды Жердің бетінде ұстап, уақыт өте келе жылытады. Су буы мен бұлттар парниктік әсердің ең үлкен себептері болса да, олар ең алдымен температураның функциясы ретінде өзгеріп отырады. Сондықтан олар климаттық сезімталдықты өзгертетін кері байланыс деп саналады. Екінші жағынан, тропосфералық озон, ХФҚ және азот оксидтері сияқты газдар температураға тәуелсіз қосылады немесе алынып тасталады. Сондықтан олар жаһандық температураны өзгертетін сыртқы күштер деп саналады. Өнеркәсіптік революциядан бері (шамамен 1750 жылдан бастап) адамның қызметі, негізінен, қазба отындарды (көмір, мұнай және табиғи газды) өндіру және жағу, атмосферадағы жылыжай газдарының мөлшерін арттырды, нәтижесінде радиациялық тепе-теңдік бұзылды. Соңғы 150 жылда адамдар атмосфераға жылыжай газдарын күрт көбейтіп шығарды. 2019 жылға қарай, 1750 жылдан бері көмірқышқыл газдың және метанның концентрациясы тиісінше 48% және 160% артты. Бұл деңгейлер соңғы 2 миллион жылдағы кез келген уақыттағыдан жоғары. Метан концентрациясы соңғы 800 мың жылдағыдан едәуір жоғары. Бұл жаһандық орташа температураның жоғарылауына, яғни жаһандық жылынуға әкелді. 2010–2019 жылдар аралығындағы адамның әсерінен жер бетіндегі ауаның жылынуы 1850–1900 жылдардағы деңгеймен салыстырғанда 0,8 °C-тан 1,3 °C-қа дейін, ал ең жақсы бағасы 1,07 °C құрады. Бұл сол кезеңде байқалған жалпы жылынудың 0,9 °C-тан 1,2 °C-қа дейінгі көрсеткіштеріне жақын. Бұл уақыт аралығындағы температура өзгерісі табиғи факторлардың әсерінен ±0,1 °C және климаттың өзгеруінен ±0,2 °C шамасында болды. 2019 жылы адамның қызметінен туындаған жаһандық жылыжай газдарының шығарылымы 59 миллиард тоннаға тең болды. Оның 75% көмірқышқыл газ, 18% метан, 4% азот оксиді және 2% фторлы газдар құрады.

Greenhouse gases are transparent to sunlight, and thus allow it to pass through the atmosphere to heat the Earth's surface. The Earth radiates it as heat, and greenhouse gases absorb a portion of it. This absorption slows the rate at which heat escapes into space, trapping heat near the Earth's surface and warming it over time. While water vapour and clouds are the biggest contributors to the greenhouse effect, they primarily change as a function of temperature. Therefore, they are considered to be feedbacks that change climate sensitivity. On the other hand, gases such as , tropospheric ozone, CFCs and nitrous oxide are added or removed independently from temperature. Hence, they are considered to be external forcings that change global temperatures. Human activity since the Industrial Revolution (about 1750), mainly extracting and burning fossil fuels (coal, oil, and natural gas), has increased the amount of greenhouse gases in the atmosphere, resulting in a radiative imbalance. Over the past 150 years human activities have released increasing quantities of greenhouse gases into the atmosphere. By 2019, the concentrations of and methane had increased by about 48% and 160%, respectively, since 1750. These levels are higher than they have been at any time during the last 2 million years. Concentrations of methane are far higher than they were over the last 800,000 years. This has led to increases in mean global temperature, or global warming. The likely range of human induced surface level air warming by 2010–2019 compared to levels in 1850–1900 is 0.8 °C to 1.3 °C, with a best estimate of 1.07 °C. This is close to the observed overall warming during that time of 0.9 °C to 1.2 °C. Temperature changes during that time were likely only ±0.1 °C due to natural forcings and ±0.2 °C due to variability in the climate. Global anthropogenic greenhouse gas emissions in 2019 were equivalent to 59 billion tonnes of Of these emissions, 75% was , 18% was methane, 4% was nitrous oxide, and 2% was fluorinated gases.

Көмірқышқыл газы

Көмірқышқыл газы шығарындылары негізінен көліктік, өндірістік, жылу және электр энергиясын қамтамасыз ету үшін табиғи жанар-жағармайларды жағудан туындайды. Қосымша шығарындылар орманды жою мен өнеркәсіптік процестерден туындайды, соның ішінде цемент, болат, алюминий және тыңайтқыштар өндіру үшін химиялық реакциялар кезінде бөлінетін газдар да бар. Көміртегі табиғи түрде сіңіріледі және шығарылады, бұл жануарлар мен өсімдіктердің тыныс алуы, жанартаулардың атқылауы және мұхит пен атмосфера арасындағы алмасу сияқты көміртегі айналымының бөлігі болып табылады. Адамның іс-әрекеті, мысалы, жанар-жағармайларды жағу және жерді пайдаланудағы өзгерістер (төменде қараңыз), атмосфераға үлкен мөлшерде көміртегі шығарады, бұл атмосферадағы концентрацияның артуына себеп болады. 1958 жылы Чарльз Дэвид Килинг бастаған атмосфералық концентрацияның жоғары дәлдіктегі өлшеулері атмосфераның өзгеріп жатқан құрамын көрсететін маңызды уақыт қатарын құрайды. Бұл деректер, Килинг қисығы деп белгілі, климаттың өзгеруі туралы ғылымда адам қызметінің жаһандық атмосфераның химиялық құрамына тигізетін әсерінің куәсі ретінде ерекше мәнге ие.

Метан және азот оксиді

Метан шығарындылары мал шаруашылығынан, тыңайтқыштардан, күріш өсіруден, қоқыс полигондарынан, сарқынды сулардан, көмір және мұнай-газ өндіруден түседі. Азот оксидінің шығарындылары көбінесе тыңайтқыштардың микробиологиялық тоқырауынан пайда болады. Метан және, шамалы дәрежеде, азот оксиді де парниктік эффектіге маңызды үлес қосатын күшті факторлар болып табылады. Киото протоколы оларды гидрофторкарбонаттармен (ГФК), перфторкарбонаттармен (ПФК) және күкірт гексафторидімен (SF6) бірге, бұл газдар толығымен жасанды түрде жасалған, радиациялық күштің көздері ретінде тізімдейді. Оң жақтағы кестеде адамның қызметінен туындаған парниктік газдардың шығарындылары сегіз негізгі экономикалық секторға бөлінген, олардың ішіндегі ең үлкен үлесін электр станциялары (көпшілігі көмір немесе басқа да қазылған отындарды жағу), өнеркәсіптік процестер, көлік отындары (көбінесе қазылған отындар) және ауыл шаруашылығының қосалқы өнімдері (негізінен ішектегі ашытудан түсетін метан және тыңайтқыштарды қолданудан түсетін азот оксиді) құрайды.

Аэрозольдар

Аэрозоль түріндегі ауаның ластануы климатқа кең ауқымда әсер етеді. Аэрозольдер күн сәулесін шашыратып, сіңіреді. 1961 жылдан 1990 жылға дейін Жер бетіне жететін күн сәулесі мөлшерінің біртіндеп азаюы байқалды. Бұл құбылыс ғаламдық көмескілеу деп белгілі және көмір және бункерлік отын сияқты күкірт концентрациясы жоғары қазба отындардың жануынан пайда болатын сульфат аэрозольдеріне негізгі себеп болып табылады. Әлемдік деңгейде аэрозольдер 1990 жылдан бері ластануды бақылау шараларының нәтижесінде азайып келеді, яғни олар парниктік газдардың жылынуын бұрынғыдай жасырмайды. Олар сондай-ақ жаңбыр тамшыларының өсуін тежейді, бұл бұлттарды кіріктіретін сәуленің көбірек шағылысуына әкеледі. Аэрозольдердің жанама әсерлері – сәулелік күштің ең үлкен белгісіздігі болып табылады. Аэрозольдер әдетте күн сәулесін шағылыстырып, жаһандық жылынуды шектейді, бірақ қар мен мұзға түсетін күйелі қара көміртегі жаһандық жылынуға ықпал етуі мүмкін. Бұл күн сәулесінің сіңірілуін ғана емес, мұздың еруін және теңіз деңгейінің көтерілуін де күшейтеді. Арктикадағы жаңа қара көміртегі шөгінділерін шектеу 2050 жылға қарай жаһандық жылынуды 0,2 °C-қа дейін төмендетуге мүмкіндік береді.

Жер бетінің өзгеруі

Азық-түлік және ауыл шаруашылығы ұйымының мәліметтері бойынша, Жер бетінің шамамен 30% адамдарға пайдалануға тиімсіз (мұздықтар, шөлдер және т.б.), 26% орман, 10% бұталы жерлер, ал 34% ауыл шаруашылығы жерлері. Орманды жою – жаһандық жылынуға ықпал ететін негізгі фактор болып табылады. 1750 жылдан 2007 жылға дейін антропогендік эмиссиялардың шамамен үштен бірі жерді пайдаланудағы өзгерістерден туындады, оның ішінде орман аумағының азаюы және ауыл шаруашылығы жерлерінің кеңеюі басты себептер болды. Ағаштар жойылғанда олардың ішіндегі көміртегі атмосфераға шығарылады және жаңа ағаштар отырғызылмаса, бұл көміртегі шоғырлану орынсыз. 2001 жылдан 2018 жылға дейін орманның 27% егін және мал шаруашылығы үшін ауыл шаруашылығын кеңейту мақсатында тұрақты кесілді. Тағы 24% ауыспалы егіс жүйелерінде уақытша кесу салдарынан жоғалды. Орманның 26% ағаш және одан алынатын өнімдерге кесу арқылы, ал қалған 23% орман өрттерінен жойылды. Кейбір ормандар толығымен жойылмаған, бірақ осы факторлардың салдарынан нашарлаған. Ормандарды қалпына келтіру олардың көміртегін сіңіру әлеуетін қайта жаңартуға мүмкіндік береді. Жер беті көміртегі айналымының бір бөлігі ретінде көміртегін сіңіреді. Орманды жою парниктік газдар эмиссиясына үлес қосса да, Жердің жер беті, әсіресе ормандары, көміртегін сіңірудің маңызды бөлігі болып қалады. Топырақта көміртегіні бекіту және фотосинтез сияқты жер беті процестері жылдық жаһандық эмиссияның шамамен 29% -ын сіңіреді. Мұхит да екі сатылы процесс арқылы маңызды көміртегі шоғырлануы болып табылады. Біріншіден, көміртегі диоксиді су бетінде ерітеді. Содан кейін мұхиттың айналым ағыны оны мұхиттың тереңіне таратады, онда ол көміртегі айналымының бір бөлігі ретінде уақыт өте келе жиналады. Соңғы екі онжылдықта әлемдік мұхиттар эмиссияның 20-30% -ын сіңірді. Егер болашақта эмиссия азайса, Жер шамамен 70% дейін сіңіре алады. Егер эмиссия едәуір артса, ол қазіргіден көбірек сіңіретін болады, бірақ жалпы үлес 40% -тан төмендейді. Өйткені климаттың өзгеруі құрғақшылық пен ыстық толқындарды күшейтеді, бұл жердегі өсімдіктердің өсуін тежейді, ал топырақтар жылығанда өлі өсімдіктерден көміртегі шығарады. Мұхиттардың қышқылдануы және термохалиндік айналым мен фитопланктон таралуындағы өзгерістер атмосфералық көміртегіні сіңіру жылдамдығын төмендетеді.

According to Food and Agriculture Organization, around 30% of Earth's land area is largely unusable for humans (glaciers, deserts, etc. ), 26% is forests, 10% is shrubland and 34% is agricultural land. Deforestation is the main land use change contributor to global warming, Between 1750 and 2007, about one third of anthropogenic emissions were from changes in land use primarily from the decline in forest area and the growth in agricultural land. primarily deforestation. as the destroyed trees release , and are not replaced by new trees, removing that carbon sink. Between 2001 and 2018, 27% of deforestation was from permanent clearing to enable agricultural expansion for crops and livestock. Another 24% has been lost to temporary clearing under the shifting cultivation agricultural systems. 26% was due to logging for wood and derived products, and wildfires have accounted for the remaining 23%. Some forests have not been fully cleared, but were already degraded by these impacts. Restoring these forests also recovers their potential as a carbon sink. The Earth's surface absorbs as part of the carbon cycle. Despite the contribution of deforestation to greenhouse gas emissions, the Earth's land surface, particularly its forests, remain a significant carbon sink for Land surface sink processes, such as carbon fixation in the soil and photosynthesis, remove about 29% of annual global emissions. The ocean also serves as a significant carbon sink via a two step process. First, dissolves in the surface water. Afterwards, the ocean's overturning circulation distributes it deep into the ocean's interior, where it accumulates over time as part of the carbon cycle. Over the last two decades, the world's oceans have absorbed 20 to 30% of emitted

This fraction of absorbed emissions is not static. If future emissions decrease, the Earth will be able to absorb up to around 70%. If they increase substantially, it'll still absorb more carbon than now, but the overall fraction will decrease to below 40%. This is because climate change increases droughts and heat waves that eventually inhibit plant growth on land, and soils will release more carbon from dead plants when they are warmer. The rate at which oceans absorb atmospheric carbon will be lowered as they become more acidic and experience changes in thermohaline circulation and phytoplankton distribution.

Климаттың өзгеруіне байланысты кері байланыс

Климат жүйесінің бастапқы күштеуге жауабы кері байланыстармен өзгертіледі: «өзін-өзі күшейту» немесе «оң» кері байланыстармен ұлғаяды және «теңгерілген» немесе «теріс» кері байланыстармен төмендейді. Басты күшейту кері байланыстары – су буы кері байланысы, мұз-альбедо кері байланысы және бұлттардың жалқы әсері. Бастапқы теңгерілген механизм – сәулелену салқындауы, себебі Жер беті температураның көтерілуіне жауап ретінде кеңістікке көбірек жылу шығарады. Температуралық кері байланыстардан басқа, көміртек айналымында да кері байланыстар бар, мысалы, өсімдіктердің өсуіне ықпал ететін тыңайтқыш әсері. Кері байланыстардың, әсіресе бұлт жабындысының белгісіздігі, әртүрлі климаттық модельдердің белгілі бір көлемдегі шығарылымдарға байланысты әртүрлі жылыну деңгейлерін болжауының басты себебі болып табылады. Ауа жылыған сайын, көбірек ылғалды ұстай алады. Су буы – қуатты жылухана газы, ол атмосферада жылуды сақтайды. Егер бұлт жабындысы артатын болса, көбірек күн сәулесі кеңістікке кері шағылысып, планетаны салқындатады. Егер бұлттар биік және жұқа болса, олар жылу оқшаулағышы ретінде әрекет етеді, төменнен жылуды кері қайтарады және планетаны жылытады. Тағы бір маңызды кері байланыс – Арктикадағы қар мен теңіз мұзының азаюы, бұл Жер бетінің шағылысу қабілетін төмендетеді. Күн энергиясының көбі осы аймақтарда сіңіріліп, Арктика температурасының өзгеруіне ықпал етеді. Арктикалық күшеюі тұрақты тоңның еруіне де себеп болады, ол метанды және басқа газдарды атмосфераға шығарады. Климаттың өзгеруі ылғалды жерлерден, теңіз және тұщы су жүйелерінен метан шығаруға да әкелуі мүмкін. Жалпы алғанда, климаттық кері байланыстардың оң болуы күтілуде.

Табиғи өзгергіштік

2001 жылы IPCC үшінші бағалау есебінде «Соңғы екі, мүмкін соңғы төрт онжылдықта екі маңызды табиғи фактордың (күннің өзгеруі және жанартау аэрозольдерінің) радиациялық күшінің жиынтық өзгерісі теріс деп бағаланған» делінген. Күн сәулеленуі спутниктер арқылы тікелей өлшенді, ал 1600 жылдардың басынан бастап жанама өлшемдер де бар. Сол сияқты, жанартаулық белсенділік температураға ең үлкен табиғи әсер (күш түсіру) етеді, бірақ ол қазіргі адамның қызметінен туындаған CO2 эмиссиясының 1%-дан да аз мөлшеріне тең. Жалпы алғанда, Өнеркәсіптік революциядан бері жанартаулық белсенділік жаһандық температураның өзгеруіне мардымсыз әсер етті. 1750 жылдан 2007 жылға дейін күн радиациясы ең көп дегенде 0,12 Вт/м²-ге ұлғайған болуы мүмкін, ал таза антропогендік күш үшін бұл көрсеткіш 1,6 Вт/м²-ге тең. Осылайша, 1985 жылдан кейін байқалған жер бетіндегі орташа температураның жылдам өсуін күннің өзгеруімен байланыстыруға болмайды. Әрі, егер Күн Жерге көбірек энергия жіберсе, жоғарғы атмосфера (стратосфера) да жылынар еді, бірақ керісінше, ол салқындады. Бұл жылудың Жер атмосферасынан кетуіне кедергі келтіретін парниктік газдармен сәйкес келеді. Жарылысқан жанартаулар газдар, шаң және күлді бөліп шығарады, олар күн сәулесін ішінара тосып, температураны төмендетеді, немесе атмосфераға су буын жіберіп, парниктік газдардың мөлшерін арттырып, температураны көтереді. Су буы мен жанартау материалдарының атмосферада ұзақ сақталмауының салдарынан, тіпті ең ірі жарылыстар да бірнеше жыл ғана әсер етеді.

Бесінші бағалау есебі

. AR5 Климаттың өзгеруі 2013: Физикалық ғылым негіздері – IPCC