Пирогов Алексей Николаевич, старший преподаватель кафедры «Энергосбережение» УрФУ: Глобальное потепление: Часть 1-2

Проблема глобального потепление с каждым годом привлекает все большее внимания людей во всем мире. Но что в действительности происходит? И насколько это является следствием деятельности человека? Насколько возможно адаптироваться к изменениям климата? Что необходимо и что можно сделать, чтобы противостоять этому? Или возможно уже слишком поздно для того, чтобы действовать? На все эти вопросы мы постараемся ответить в этой статье.

Фраза «глобальное потепление» известна многим как одна из самых важных проблем нашего времени. По этому вопросу было уже высказано множество мнений от предсказывающих конец света до пренебрежительных. В своей статье я буду придерживаться только актуальных научных подходов к проблеме, поэтому вооружившись объективными фактами, мы сможем составить собственное мнение.

Исторические факты: глобальное потепление

Прежде чем говорить о прогнозе изменения климата разберемся с изменениями, происходившими в прошлом. Ежедневные изменения погоды происходят постоянно. Они являются неотъемлемой частью нашей жизни. Лето мы можем назвать дождливым или жарким, зиму умеренной или холодной. Каждое лето отличается от лета прошлых годов, и конечно, каждый сезон не похож ему предшествующий. Большинство этих климатических изменений мы принимаем с благодарностью, так как они придают разнообразие нашей жизни. Иные мы отмечаем как экстремальные ситуации и погодные катастрофы.

Рис.1

На рисунке 1 показаны наиболее значимые климатические аномалии и события, происходившие в 1998 г. и зафиксированные Climate Prediction Center of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), США.

Последние десятилетия 20 века и начало нашего века были необычно теплыми. Обобщая, можно утверждать, что последние 30 лет были самыми теплыми с момента начала точных наблюдений, которые начаты около 100 лет назад. Двенадцать из 13 лет с 1995 по 2007 входят в 13 самых теплых лет за весь период инструментальных измерений за температурой земной поверхности с 1850 г. 1998 и 2005 были самыми теплыми годами за всю историю наблюдений.

Межгосударственным комитетом по изменению климата (The Intergovernmental Panel on Climate Change) в 2007 году было сделано заключение, что «потепление климата является недвусмысленным и ясным, что подтверждается наблюдающимся повышением глобальных средних температур воздуха и температур океана, широким распределением таяния льдов и снега и растущим глобальным средним уровнем мирового океана.

Глобальное потепление – причина природных катаклизмов

Данный период так же отмечен значимыми по частоте и интенсивности экстремальными погодными климатическими явлениями. Экстремальная жара в центральной Европе отмечена летом 2003 г. и привела к преждевременной гибели свыше 20 000 тысяч человек. Период необычно сильных ветров был отмечен в Западной Европе. Утром 16 октября 1987 года свыше 15 миллионов деревьев были снесены на юго-востоке Англии и районе Лондона. Этот шторм так же поразил со свирепой интенсивностью северную Францию, Бельгию и Голландию, и стал самым ужасным штормом с 1703 г. Штормовые ветра аналогичной или даже большей интенсивности, но покрывающие большую часть западной Европы атаковали с 1987 года четырежды в 1990 году и трижды в декабре 1999 г. Но эти штормы в Европе были слабым подобием более опасных и более интенсивных штормов других частей мира.

Свыше 80 тайфунов и ураганов наблюдаются ежегодно в тропических морях. Они настолько заметны, что становятся достойны собственных имен. Ураган Гилберт (Gilbert) опустошивший острова Ямайки и побережья Мексики в 1988 г., Мириайль (Mireille) поразивший Японию в 1991 г., ураган Эндрю (Andrew) принесший ужасные разрушения побережью Флориды и других регионов юга США в 1992 г., ураган Митч (Mitch) в Гондурасе и других странах центральной Америки в 1998 г., Ураган Катрина в 2005 г. – наиболее заметные из последних. Высокая штормовая активность была отмечена страховыми компаниями. На рисунке 2 приведены общие экономические потери и величина страховых выплат в США, обусловленных погодными катаклизмами зафиксированных страховой компанией Munich Re за период с 1950 по 2004 г.г.

Рис.2

Ветровые штормы и ураганы являются не единственными погодными катаклизмами, которые угрожают человечеству катастрофами. Не менее опасными являются наводнения, обусловленные необычно интенсивными или продолжительными дождями, и засуха, причиной которой является малое количество или отсутствие дождей. Значимые природные катастрофы в виде наводнений наблюдались в 1998 году в Бангладеш, когда свыше 80% страны оказалось под действием стихии, в 1991, 1994, 1995 и 1998 годах в Китае, летом 2002 Европа испытала ужаснейшее наводнение.

Таким образом, народы мира, адаптировавшись в течение многих веков к специфическому климату их мест, становятся уязвимыми к имениям климата, и эта уязвимость быстро увеличивается с увеличением населения земли и потребностью в ресурсах.

Причины глобального потепления

Однако связано ли глобальное потепление с развитием промышленности в последние 200 лет? Для доказательства связи глобального потепления и темпов индустриального развития рассмотрим их основные тренды в течение одного и того же промежутка времени. Но прежде разберемся с тем, какие процессы обусловлены деятельностью человека. Разумеется, каждому известно, что в процессе деятельности человека, особенно при сжигании углеводородного топлива - угля, нефти и газа, совместно с повсеместным сокращением количества лесов происходит выделение газообразной двуокиси углерода (углекислого газа). Эмиссия углекислого газа в атмосферу происходит увеличивающимися темпами последние 200 лет, и особенно интенсивно последние 50. Ежегодно к уже имеющемуся в атмосфере углекислому газу добавляется 8000 миллионов тонн газа, которые останутся в атмосфере еще, по меньшей мере, 100 лет или более.

На рисунках 2.2. и 2.3 приведены графики изменения концентрации углекислого газа в атмосфере за ближайшие 10000 лет и темпы изменения концентрации углекислого года с 1959 года до наших дней соответственно.

Рис. 2.2

Рис.2.3

Мы видим, что тысячи лет до эпохи индустриализации начавшейся приблизительно в 1750 году концентрация углекислого газа в атмосфере оставалась практически постоянной. Индустриальная революция нарушила естественный баланс и с ее начала порядка 600 гигатонн углекислого газа было выброшено в атмосферу при сжигании углеводородного топлива, что привело к росту концентрации углекислого газа в атмосфере на 36% до уровня 380 ppm, что является максимальным значением, по крайней мере, за последние 650 000 лет.

Установить сколько ежегодно сжигается угля, нефти и газа по всему миру очень просто. Большая часть этой энергии требуется для обеспечения человеческих потребностей: для отопления и домашних нужд, для промышленности и транспорта.

Рис. 2.4

«Принцип действия» парникового эффекта

Каким же образом углекислый газ способствует глобальному потеплению? Углекислый газ, хорошо поглощая лучистое тепло, поступающее на поверхность Земли, выступает в роли теплого одеяла, сохраняя поступившее тепло. С увеличением температуры количество водяных паров в атмосфере увеличивается, обуславливая еще больший парниковый эффект. Количество газа метан так же увеличивается в процессе человеческой деятельности, например, при горных разработках из-за сельского хозяйства.

На рисунке 3 схематично показан «принцип работы» парникового эффекта.

Излучение солнца пронизывает чистую атмосферу (1), частично отражаясь от частиц атмосферы и земной поверхности (3), абсорбируется земной поверхностью и нагревает ее, затем излучается в длинноволновом инфракрасном диапазоне обратно в атмосферу, частично абсорбируясь атмосферой, нагревая ее и частично пере излучаясь обратно на землю, пронизывает атмосферу и рассеивается в космосе. Таким образом, при увеличении концентрации парниковых газов в атмосфере растет количество солнечной энергии «остающейся» на земле и в атмосфере.

Для тех, кто живет в холодном климате, потепление звучит привлекательно. Тем не менее, увеличение глобальной температуры приведет к глобальным изменениям климата. И если бы изменения климата были бы достаточно медленными, мы бы почти наверняка могли бы адаптироваться к нему. Однако учитывая быстрое развитие современного индустриального общества, не вероятно, чтобы изменения были малыми или медленными. Рост глобальной средней температуры ожидается около 0.3⁰С или более каждые 10 лет или 3-4 градуса в столетие.

Такая величина не кажется слишком большой, особенно в сравнении с нормальными вариациями температуры между днем и ночью или одним днем и следующим. Однако это не температура одного места, а усредненная температура в целом для планеты. Ожидаемое потепление на 3 градуса в 100 лет быстрее, чем изменения климата, происходившие за последние 10 000 лет. И поскольку разница глобальной температуры между самой холодной и самой теплой частью ледникового периода минимальна (рисунок 4)

Рис.4

мы можем видеть, что изменение глобальной температуры в несколько градусов означает большие изменения климата. И такие быстрые изменения станут для экосистемы и человеческого общества сложными для адаптации.

Кроме того, не все климатические изменения являются обратимыми. Пока одни части мира испытывают все более частые или более редкие засухи, наводнения или существенные изменения уровня океана, в других может повыситься урожайность вследствие удобряющего эффекта двуокиси углерода. Другие места, например, для примера, приполярные, могут стать более пригодными для обитания. Однако даже здесь такой темп изменения климата будет проблемой: серьезные повреждения зданий вследствие таяния вечной мерзлоты и гибель деревьев, так как деревья в приполярных лесах не будут иметь достаточно времени для адаптации к новым климатическим условиям.

Вывод

Таким образом, серьезность проблемы глобального эффекта и ее тесная связь с высоким уровнем потребления углеводородного топлива очевидна. Однако не будем отчаиваться раньше времени – во второй части статьи мы рассмотрим разработанные мировым сообществом сценарии развития ситуация, мероприятия, нацеленные на решение проблемы глобального потепление и возможные последствия.

 

Сценарии развития ситуации

IPCC в 1992 году разработаны возможные сценарии развития ситуации. За базу взят сценарий IS 92a, названный “business as usual”, что означает рост население и промышленного производства, а так же выбросов парниковых газов теме же темпами, как и сейчас. Прочие сценарии предполагают различные варианты роста населения и темпов производства и различную степень мер, принимаемых для защиты окружающей 

Рис. 5

Соответственно каждому сценарию развития событий учеными разработаны прогнозы роста глобальной температуры:

Рис. 6

 

Таким образом, человечество должно не допустить повышения средней глобальной температуры более чем на 2 градуса, чтобы избежать катастрофических последствий. Учитывая высокую инерционность процессов, происходящих в атмосфере, мы не имеем времени на «раскачку» - активно действовать необходимо прямо сейчас, поскольку при превышении допустимого порога глобальной температуры начнут происходить необратимые климатические явления.

 

Возможные последствия

Какие же последствия ожидают нас в этом случае? Рост глобальной температуры приведет к повышению уровня мирового океана, который в свою очередь станет причиной затопления целого ряда территорий. В зависимости от того или иного сценария развития ситуации будет зависеть величина повышения уровня мирового океана. Повышение уровня мирового океана при самом благоприятном сценарии составит не менее 2 м:

 

Рис.  7

Наиболее уязвимыми станут жители прибрежных территорий.

Рис. 8

 

На рисунке показано распределение относительной уязвимости территорий, рассчитанной по численности населения, ареал проживания которого будет заменен морем к 2050 году (extreme > 1 млн. чел., hight от 1 млн. до 50 тыс. чел., medium от 50 до 5 тыс. чел.) Изменение климата приведет к еще большему обострению ситуации. Например, в Бангладеш, в результате повышения уровня мирового океана будет затоплена большая часть территории на глубину более 1 метра. На рисунке показано затопление территорий Бангладеш на глубину 1, 2, 3 и 5 м соответственно.

 

 

Рис. 9

 

Однако затопление территорий станет одним из многих последствий глобального потепления. Другим не менее опасным следствием станет изменение количества пресной воды, пригодной для питья, сельскохозяйственных и промышленных нужд. Причиной таких изменений станет нарушение баланса воды в атмосфере.

 

“BE COOL” или как спасти планету

Что же необходимо делать для предотвращения столь нежелательных экологических для нас последствий? Основное решение лежит в плоскости рационального использования топливно-энергетических ресурсов. Это означает реализацию мероприятий нацеленных на снижение потребления углеводородного топлива на нужды отопления, приготовления горячей воды, промышленного производства и повышение эффективности транспорта. Другой категорией действенных мероприятий по защите окружающей среды и решению  проблемы глобального потепления является использование возобновляемых источников энергии (энергия солнца, ветра, воды, биотопливо и т.п.).

 

На рисунке показаны основные вехи реализации мероприятий по минимизации парникового эффекта:

 

 

Рис. 10

 

Отмечу, что рост темпа промышленного производства в купе с использованием материалоемкой, неэффективной продукции с малым сроком службы приводит к галопирующему росту выбросов углекислого газа в атмосферу. Снижение энергоемкости продукции, выпускаемой промышленными предприятиями, является важнейшим фактором в решении проблемы глобального потепления и решения задач улучшения экологической ситуации. Принимая решения по выбору того или иного технического решения нам необходимо учитывать как количество материалов и энергии, затрачиваемое на производство продукции, так и на ее надежность и срок службы, а так же возможность утилизации и повторного использования. Данный подход основан на принципах семейства стандартов ГОСТ Р ИСО 14000 «Система экологического менеджмента» и является в настоящее время наиболее современным.

 

Продолжение

Напоминаем, что статья "Глобальное потепление" является началом публикации цикла на научных работ, с целью определения серьезности данной проблемы. В ближайщее время мы опубликуем следующие статьи:

1. Углеродный след человека. Влияние образа жизни человека на экологию – связь потребления продуктов, товаров и услуг с энергопотреблением и выбросами парниковых газов, пути изменения человеческих привычек.
2. Принципы устойчивого развития. Сочетание экономики, экологии и социального аспекта при проектировании современных строительных объектов, выпуске продукции и оборудования. Сравнение эффективности выбираемых технических решений на основе сравнения энергоемкости и экологичности. 
3. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: экологический аспект. Обзор нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (фотоэлектрические панели, тепловые насосы, ветрогенераторы), их достоинства и недостатки, роль в обеспечении устойчивого развития человечества и сохранении природы.

Концепция КОРОБОВ

Компания КОРОБОВ реализовала экологическую концепцию "ВЕ COOL by KOROBOV", основой которой является предоставление кабельных металлоконструкций с минимальным воздействием на окружающую среду.

Уже сегодня Вы можете значительно снизить негативное влияние на окружающую среду за счет создания кабельных линий с меньшей металлоемкостью.

Снижение металлоемкости достигнуто путем возможности создания "строительных пролетов" длиной от 6 до 10 метров между колоннами, что сокращает стоимость материалов и строительно-монтажных работ.

Для рассчета эффективности компания КОРОБОВ в 2011 году инициировала два научных исследования, по результатам которых получены подтверждающие документы:

* - сертификат энергетической и экологической эффективности - посмотреть;
** - результат анализа экономической целесообразности - посмотреть.

---

Современные решения
КОРОБОВ