Да, повышение содержания в атмосфере углекислого газа (CO2) и других парниковых газов в индустриальную эпоху вызвано деятельностью человека. По сути дела, наблюдаемое повышение концентраций CO2 в атмосфере не раскрывает весь масштаб выбросов, вызванных деятельностью человека, поскольку на него приходится всего лишь 55% CO2, выброшенного вследствие деятельности человека начиная с 1959 года. Остальное поглотили деревья на суше и океаны. Во всех случаях концентрации парниковых газов в атмосфере и их увеличение определяются балансом между источниками (выбросами газа вследствие деятельности человека и естественными системами) и поглотителями (удалением газа из атмосферы путем преобразования его в другое химическое соединение). Более 75% выбросов CO2 от деятельности человека приходится на сжигание ископаемых видов топлива (плюс несколько меньший вклад производства цемента). Остальная часть – результат изменений в землепользовании (главным образом обезлесения). Что касается метана, еще одного важного парникового газа, то его выбросы из-за деятельности человека за последние 25 лет превысили естественные выбросы. Выбросы закиси азота вследствие деятельности человека равны естественным выбросам в атмосферу. Большинство долгоживущих галогенсодержащих газов (таких как фреоны) производят люди, и до индустриальной эпохи их в атмосфере не было. В среднем содержание тропосферного озона сейчас повысилось на 38% по сравнению с доиндустриальными временами, причем оно является результатом атмосферных реакций нестойких загрязнителей, испускаемых вследствие деятельности человека. Концентрация CO2 сейчас составляет 379 частей на миллион (ppm), а метана – более 1774 частей на миллиард (ppb); весьма похоже, что обе эти цифры намного выше, чем в любой момент за минимум 650 тыс. лет (на протяжении которых CO2 оставался в пределах 180-300 ppm, а метан – 320-790 ppb). Такие темпы изменений – резкие и беспрецедентные; рост концентрации CO2 никогда не превышал 30 ppm за тысячу лет – а сейчас его концентрация выросла на 30 ppm всего лишь за последние 17 лет.
Углекислый газ
Выбросы CO2 (рис. 1a) при горении ископаемых видов топлива, а также при производстве цемента являются причиной более чем 75% роста концентрации CO2 в атмосфере с доиндустриальных времен. Остальная часть – результат изменений в землепользовании, главным образом обезлесения (и связанного с ним сжигания биомассы), а также изменений в методах ведения сельского хозяйства. Все это увеличение вызвано деятельностью человека. Естественный углеродный цикл не может объяснить наблюдаемое за последние 25 лет повышение содержания CO2 в атмосфере на 3,2-4,1 ГтС/год. (Одна ГтС равна 1015 г углерода, т.е. одному миллиарду тонн.)
Естественные процессы, такие как фотосинтез, дыхание, гниение и газообмен на морской поверхности, ведут к массовому обмену, источникам и поглотителям CO2 между землей и атмосферой, которые составляют, по оценкам, ~120 ГтС/год) и между океаном и атмосферой (по оценкам - ~90 ГтC/год; см. рис. 7.3). Естественные поглотители углерода обеспечивают незначительное чистое поглощение CO2, приблизительно 3,3 ГтС/год за последние 15 лет, частично компенсируя выбросы от деятельности человека. Если бы естественные поглотители не поглотили почти половину созданного человеком CO2 за последние 15 лет, то концентрации в атмосфере возросли бы еще значительнее.
Известно, что повышение концентрации CO2 вызвано деятельностью человека, потому что характер CO2 в атмосфере, в частности отношение между тяжелыми и легкими атомами углерода в нем, изменилось так, что это можно отнести на счет выбросов углерода из ископаемого топлива. Кроме того, соотношение между кислородом и азотом в атмосфере упало по мере повышения концентрации углекислого газа; это – ожидаемый результат, потому что кислород истощается, когда сжигаются ископаемые топлива. Тяжелая форма углерода, изотоп углерод-13, меньше присутствует в растительности и в ископаемых видах топлива, которые образовались из растительности, и больше присутствует в углероде в океанах, вулканических и геотермальных выбросах. Относительное содержание изотопа углерод-13 в атмосфере снижается, показывая, что дополнительные количества углерода поступают из ископаемых топлив и растительности. Углерод также имеет редкий радиоактивный изотоп, углерод-14, который присутствует в атмосферном CO2, но отсутствует в ископаемом топливе. До испытаний атомного оружия в атмосфере уменьшение относительного содержания углерода-14 показало, что в атмосферу поступает углерод из ископаемого топлива.
Галогенсодержащие газы
Деятельность человека – основная причина концентрации в атмосфере долгоживущих галогенсодержащих газов. До индустриализации было лишь несколько естественных галогенсодержащих газов, например, метилбромид и метилхлорид. Разработка новых методов химического синтеза привела в последние 50 лет ХХ века к распространению химически вырабатываемых галогенсодержащих газов. Выбросы основных галогенсодержащих газов, производимых людьми, показаны на рис. 1b.
Для хлорфторуглеродов (ХФУ), показанных здесь, время жизни в атмосфере колеблется от 45 до 100 лет, для гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) – 1-18 лет, для гидрофторуглеродов (ГФУ) – 1-270 лет. Перфторуглероды (ПФУ, на графике не показаны) находятся в атмосфере тысячи лет. Концентрации нескольких важных галогенсодержащих газов, в т.ч. фреонов, на поверхности Земли сейчас стабилизируются и уменьшаются в результате подписания Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и поправок к нему. Концентрации ГХФУ, производство которых должно быть прекращено к 2030 году, и газов ГФУ и ПФУ, оговоренных в Киотском протоколе, в настоящее время увеличиваются.
ЧЗВ 7.1, рис 1. Разбивка вкладов в изменения концентраций парниковых газов в атмосфере, на основании информации, детально изложенной в главах 4 и 7. В пп. (а)-(d) техногенные источники показаны оранжевым, а естественные источники и поглотители – зеленым. В п. (е) количество техногенного тропосферного озона показано оранжевым, а естественного – зеленым.
(а) Источники и поглотители CO2 (ГтС). Ежегодно CO2 выбрасывается в атмосферу вследствие деятельности человека, включая сжигание ископаемого топлива и изменения в землепользовании. Лишь 57-60% CO2, выброшенного вследствие деятельности человека, остается в атмосфере. Некоторая часть растворяется в океанах, а некоторая поглощается растениями в процессе роста. Связанные с землей потоки относятся к 1990-м годам; потоки, связанные с ископаемым топливом и цементом, а также чистое поглощение океаном даны за период 2000- 2005 гг. Все значения и области неопределенности взяты из табл. 7.1.
(b) Глобальные выбросы фреонов и других галогенсодержащих соединений за 1990 г. (светло-оранжевый) и 2002 г. (темно-оранжевый). Эти химикаты производятся исключительно человеком. Здесь ГХФУ включают ГХФУ-22, -141b, -142b ГФУ – ГФУ-23, -125, -134a, -152a. Один Гг = 109 г (1000 тонн). Большинство данных взято из отчетов, перечисленных в главе 2.
(с) Источники и поглотители CH4 за период 1983-2004 гг. Антропогенные источники CH4 включают производство энергии, свалки, выращивание жвачных животных (например, КРС и овец), рисоводство, сжигание биомассы. Один Тг = 1012 г (1 млн. тонн). Значения и погрешности – это средние и квадратичные отклонения содержания CH4 соответствующих совокупных значений из табл. 7.6.
(d) Источники и поглотители N2O. Антропогенные источники N2О включают превращение азота удобрений в N2O и ее последующие выбросы с сельскохозяйственных земель, сжигание биомассы, скотоводство и некоторые виды промышленной деятельности, в частности, производство нейлона. Значения и погрешности источников – это средние точки и пределы диапазона из табл. 7.7. Потери N2O взяты из главы 7.4.
(е) Тропосферный озон в XIX и начале XX века и за период 1990-2000 гг. Рост образования тропосферного озона вызван деятельностью человека, в частности, атмосферными химическими реакциями загрязнителей, выбрасываемых при сжигании ископаемых топлив или биотоплив. Доиндустриальное значение и область неопределенности взяты из табл. 4.9. Третьего доклада МГЭИК об оценках (ТДО), где они оценены по реконструированным наблюдениям. Итог на сегодняшний день и его область неопределенности – это среднее и квадратичное отклонения результатов модели, приведенных в табл. 7.9 этого отчета, кроме цифр, взятых из ТДО.
Метан
Выбросы метана (CH4) в атмосферу из источников, связанных с деятельностью человека, превышают его выбросы из естественных систем (рис. 1с). За 1960-1999 годы концентрации CH4 выросли в среднем минимум в шесть раз быстрее, чем за любой 40-летний период двух тысячелетий до 1800 года, несмотря на почти нулевой рост с 1980 года. Основной естественный источник выбросов CH4 в атмосферу – водно-болотные угодья. Среди других естественных источников – термиты, океаны, растительность и гидраты CH4. Виды человеческой деятельности, при которых вырабатывается CH4, включают производство энергии из угля и природного газа, захоронение отходов на свалках, выращивание жвачных животных (например, крупного рогатого скота и овец), рисоводство и сжигание биомассы. После выброса CH4 остается в атмосфере приблизительно 8,4 года, после чего удаляется, преимущественно путем химического окисления в тропосфере. Незначительные стоки CH4 – поглощение почвой и окончательное разрушение в стратосфере.
Закись азота
Объем выбросов закиси азота (N2O) в атмосферу вследствие деятельности человека приблизительно равен объему выбросов из естественных систем (рис. 1d). За 1960-1999 годы концентрации N2O возросли в среднем минимум в два раза. быстрее, чем за любой 40-летний период двух тысячелетий до 1800 года. Естественные источники N2O – океаны, химическое окисление аммиака в атмосфере и почвы. Особенно важный источник выбросов закиси азота в атмосферу – тропические почвы. Среди видов деятельности человека, приводящих к выбросам N2O, - переработка азота удобрений в N2O и ее последующий выброс с сельскохозяйственных земель, сжигание биомассы, скотоводство и некоторые виды промышленной деятельности, в т. ч. производство нейлона. После выброса N2O остается в атмосфере приблизительно 114 лет, а потом удаляется, главным образом путем разрушения в стратосфере.
Тропосферный озон
Тропосферный озон образуется в ходе фотохимических реакций в атмосфере с участием химикатов-прекурсоров, таких как окись углерода, CH4, летучие органические соединения и оксиды азота. Эти химикаты образуются в ходе естественных биологических процессов и в результате деятельности человека, в том числе из-за изменений в землепользовании и в ходе сгорания топлива. Поскольку тропосферный озон относительно короткоживущий (он сохраняется в атмосфере от нескольких дней до нескольких недель), то его распределение очень изменчивое и связано с содержанием соединений-прекурсоров, водяного пара и солнечным светом.
Концентрации тропосферного озона значительно выше в городском воздухе, по ветру в городских районах и в регионах сжигания биомассы. Рост тропосферного озона на 38% (20-50%) по сравнению с доиндустриальной эпохой (рис. 1е) вызван деятельностью человека.