Регулирование концентрации парниковых газов в атмосфере в соответствии с уменьшением выбросов зависит от химических и физических процессов, которые удаляют эти газы из атмосферы. Концентрация некоторых парниковых газов снижается почти мгновенно в ответ на уменьшение выбросов, а концентрация других может продолжать расти в течение столетий даже при сокращении выбросов.
Концентрация парникового газа в атмосфере зависит от конкуренции между интенсивностью испускания газа в атмосферу и скоростью процессов, которые удаляют его из атмосферы. Например, обмен углекислым газом между атмосферой, океаном и сушей осуществляется посредством таких процессов, как атмосферно-океанический газообмен, химические (например, выветривание) и биологические (например, фотосинтез) процессы. Хотя более половины выброшенного CO2 сейчас удаляется из атмосферы в течение максимум столетия, некоторая часть (около 20%) выброшенного CO2 остается в атмосфере многие тысячелетия. Из-за медленной скорости процессов удаления концентрация CO2 в атмосфере в долгосрочной перспективе будет продолжать расти, даже если выбросы существенно сократятся по сравнению с нынешними уровнями. Метан (CH4) удаляется химическими процессами в атмосфере, а закись азота (N2O) и некоторые галоидоуглеводороды разрушаются в верхних слоях атмосферы солнечной радиацией. Все эти процессы идут в разных временных масштабах – от нескольких лет до тысячелетий. Мера этого показателя – время жизни газа в атмосфере, определяемое как время, необходимое для снижения уровня возмущения до 37% начального значения.
Если для CH4, N2O и других незначительных газовых помесей, таких как гидрохлорфторуглерод-22 (ГХФУ-22), охлаждающая жидкость, это время жизни можно обоснованно определить (для CH4 – около 12 лет, для N2O – около 110 лет, для ГХФУ-22 -около 12 лет), то время жизни CO2 определить невозможно.
Изменение концентрации любой незначительной газовой помеси частично зависит от динамики ее выбросов во времени. Если выбросы со временем растут, то концентрация в атмосфере тоже будет расти, независимо от времени жизни газа в атмосфере. Если же принять меры по сокращению выбросов, то концентрация такой помеси будет зависеть от относительных изменений не только в выбросах, но и в процессе удаления. Здесь мы показываем, как время жизни и процессы удаления разных газов диктуют динамику концентраций при сокращении выбросов.
Для иллюстрации на рис. 1 показаны контрольные примеры, показывающие, как концентрация трех газовых помесей реагировала бы на показательные изменения в объеме выбросов (эта реакция представлена здесь как ответ на принудительное импульсное изменение выбросов). Мы рассматриваем CO2, который не имеет конкретного времени жизни, незначительную газовую помесь с четко определенным длительным времени жизни, порядка столетия (например, N2O), а также незначительную газовую помесь с четко определенным коротким временем жизни, порядка десятилетия (например, CH4, ГХФУ-22 или другие галоидоуглеводороды). Для каждого газа представлены пять иллюстративных вариантов будущихвыбросов: стабилизация сегодняшних уровней и незамедлительное сокращение выбросов на 10%, 30%, 50% и 100%.
Поведение CO2 (рис. 1а) полностью отличается от поведения незначительных газовых помесей с четко определенным временем жизни. Стабилизация выбросов CO2 на нынешних уровнях привела бы к непрерывному повышению концентрации CO2 в атмосфере в ХХI веке и в последующие столетия, тогда как для газа со временем жизни порядка столетия (рис. 1b) или десятилетия (рис. 1с) стабилизация выбросов на нынешнем уровне привела бы к стабилизации концентрации на более высоком уровне, чем сегодня, за пару столетий или, соответственно, десятилетий. Фактически только в случае практически полного прекращения выбросов концентрацию углекислого газа в атмосфере можно стабилизировать на постоянном уровне. Во всех остальных случаях умеренного сокращения выбросов CO2 концентрация растет из-за характерных процессов обмена, связанных с углеродным циклом в климатической системе.
Говоря конкретнее, интенсивность выбросов CO2 сейчас значительно превышает скорость его удаления, а медленное и неполное удаление означает, что небольшое или умеренное сокращение выбросов не приведет к стабилизации концентрации CO2, а только уменьшит скорость ее роста в последующие десятилетия. Сокращение выбросов углекислого газа на 10% приведет к снижению темпов роста концентрации на 10%, сокращение на 30% - аналогичным образом даст снижение темпов роста концентрации на 30%. Сокращение выбросов на 50% стабилизировало бы концентрацию CO2, но только менее чем на десятилетие. После этого концентрация опять начала бы повышаться, так как поглотители на суше и в океане сокращаются из-за хорошо известных химических и биологических вмешательств. По оценкам, полное прекращение выбросов углекислого газа приведет к медленному снижению его концентрации в атмосфере за XXI век приблизительно на 40 ppm.
С незначительными газовыми помесями, имеющими четко определенное время жизни, ситуация абсолютно иная. Для иллюстративной помеси со временем жизни порядка столетия (например, N2O) стабилизация концентрации на уровне, близком к сегодняшнему, требует сокращения выбросов более чем на 50% (рис. 1b). Непрерывные выбросы приводят к стабилизации концентрации в течение несколько столетий.
В случае с иллюстративным газом с коротким временем жизни потеря на сегодняшний день составляет 70% выбросов. Сокращение выбросов менее чем на 30% все равно сохранит краткосрочное увеличение концентрации, однако, в отличие от CO2, приведет к стабилизации концентрации за пару десятилетий (рис. 1с). Уменьшение уровня, на котором стабилизировалась бы концентрация такого газа, прямо пропорционально сокращению выбросов. Таким образом, в данном иллюстративном примере для стабилизации концентрации на уровнях, значительно более низких, чем сегодня, потребовалось бы сокращение выбросов указанной незначительной газовой помеси более чем на 30%. Полное прекращение выбросов незначительной газовой помеси со временем жизни порядка десятилетия привело бы к возврату на доиндустриальный уровень концентрации менее чем за столетие.