TS.2.1.1 Изменения концентрации углекислого газа, метана и закиси азота в атмосфере

Нынешние концентрации CO₂ и CH₄ в атмосфере намного превышают доиндустриальные значения, определенные по кернам полярного льда возрастом более 650 тыс. лет. Многие доказательства подтверждают, что постиндустриальное повышение концентрации этих газов не является результатом действия естественных механизмов (см. рис. TS.1 и TS.2). {2.3, 6.3–6.5, ЧЗВ 7.1}

Данные кернов льда за ледниковый и межледниковый периоды

Рис. TS.1. Колебания содержания дейтерия (δD) в антарктическом льде, которое является косвенным показателем локальной температуры, и атмосферные концентрации парниковых газов – углекислого газа (CO₂), метана (CH₄) и закиси азота (N₂O) – в воздухе, попавшем внутрь кернов, а также данные последних атмосферных измерений. Данные охватывают 650000 лет; затененные полосы соответствуют нынешнему и предыдущим межледниковым теплым периодам {Адаптировано из рис.6.3}

Суммарное радиационное воздействие на климат Земли вследствие повышение концентраций ДЖПГ CO₂, CH₄ и N₂O и, вполне вероятно, темпы усиления суммарного воздействия из-за этих газов за период с 1750 года не имеют прецедентов за более чем 10000 лет (рис. TS.2). Весьма вероятно, что устойчивый темп усиления общего радиационного воздействия этих парниковых газов, около +1 Вт/кв.м, за последние четыре десятилетия по меньшей мере в шесть раз выше, чем в любой момент в течение двух тысячелетий до индустриальной эпохи – период, для которого данные ледовых кернов имеют необходимое временное разрешение. Радиационное воздействие из-за этих ДЖПГ имеет наивысшую степень достоверности среди всех воздействующих факторов. {2.3, 6.4}

Изменение концентрации парниковых газов по данным кернов льда и современным данным

Рис. TS.2. Концентрации и радиационное воздействие (а) углекислого газа (CO₂), (b) метана (CH₄), (c) закиси азота (N₂O) и (d) скорость изменения их совокупного радиационного воздействия за последние 20 тысяч лет, восстановленные из данных антарктического и гренландского льда, фирновых данных (символы) и непосредственных атмосферных измерений (панели a,b,c, красные линии). Серые столбики – реконструированные диапазоны естественной изменчивости за прошедшие 650 тыс. лет. Скорость изменения радиационного воздействия (панель d, черная линия) аппроксимирована с помощью сплайн-функций по данным о концентрации. Ширина возрастного разброса в ледовых данных изменяется от 20 лет для мест с высоким снегонакоплением, таких как Лоу-Доум в Антарктиде, до почти 200 лет для мест с низким снегонакоплением, таких как Доум-Си, Антарктида. Стрелка показывает пик скорости изменения радиационного воздействия, который возник бы, если бы антропогенные сигналы CO₂, CH₄ и N₂O были сглажены в соответствии с условиями в пункте низкого снегонакопления Доум-Си. Отрицательная скорость изменения воздействия около 1600 г., показанная во вставке в панели d, вызвана уменьшением концентрации CO₂ приблизительно на 10 ppm в данных, полученных в Лоу-Доум. {рис 6.4}

Концентрация CO₂ в атмосфере возросла с доиндустриального значения около 280 ppm до 379 ppm в 2005 году. Концентрация CO₂ за 8000 лет до индустриализации повысилась только на 20 ppm; внутривековые и вековые вариации были менее 10 ppm и вызваны были, вероятно, в основном естественными процессами. Однако с 1750 года концентрация CO₂ повысилась почти на 100 ppm. В последние десять лет годовые темпы роста CO₂ были выше (среднее за 1995–2005 гг. – 1,9 ppm/год), чем сразу после начала непрерывных прямых атмосферных измерений (среднее за 1960–2005 гг. – 1,4 ppm/год). {2.3, 6.4, 6.5}

Рост концентрации CO₂ в атмосфере с доиндустриальных времен стал причиной радиационного воздействия силой +1,66 ± 0,17 Вт/м²; этот вклад преобладает среди вкладов всех остальных составляющих радиационного воздействия, рассматриваемых в данном докладе. За десять лет с 1995 по 2005 г. темпы роста концентрации CO₂ в атмосфере привели к увеличению его радиационного воздействия на 20%. {2.3, 6.4, 6.5}

Выбросы CO₂ вследствие сжигания ископаемых видов топлива и из-за влияния изменений в землепользовании на углерод, содержащийся в растениях и почве, - главные источники повышения концентрации углекислого газа в атмосфере. С 1750 года, по оценкам, около двух третей антропогенных выбросов CO₂ стали результатом сжигания ископаемых видов топлива, а одна треть – изменений в землепользовании. Около 45% этого CO₂ осталось в атмосфере, около 30% поглотили океаны, а остальную часть – земная биосфера. Около половины выбросов CO₂ в атмосферу удаляется за 30 лет; еще 30% - за несколько столетий; остальные 20%, как правило, остаются в атмосфере многие тысячи лет. {7.3}

В последние десятилетия выбросы CO₂ продолжают расти (см. рис. TS.3). Глобальный годовой объем выбросов углекислого газа^[3] за счет сжигания ископаемых топлив возрос со среднего значения 6,4±0,4 ГтC/год в 1990-е годы до 7,2±0,3 ГтC/год в период 2000-2005 гг. Оценки выбросов CO₂ , связанных с изменением в землепользовании, усредненные за 1990-е годы, составили^[4] от 0,5 до 2,7 ГтC/год, с центральной оценкой 1,6 ГтС/год. В табл. TS.1 показаны оценки баланса CO₂ за последние десятилетия. {2.3, 6.4, 7.3, ЧЗВ 7.1}

Выбросы и рост концентрации co₂

Рис. TS.3. Годовые изменения в глобальной средней концентрации CO₂ (серые полосы) и их пятилетние средние по данным двух разных сетей измерений (красная и нижняя черная ступенчатые линии). Пятилетние средние сглаживают кратковременные возмущения, связанные с сильными эпизодами ЭНЮК в 1972, 1982, 1987 и 1997 гг. Неопределенности в пятилетних средних указаны разницей между красной и нижней черной линиями и составляют порядка 0,15 ppm. Верхняя ступенчатая линия показывает увеличения, которые имели бы место, если бы все выбросы ископаемых топлив оставались в атмосфере, а других выбросов не было. {Рис. 7.4}

С 1980-х годов естественные процессы поглощения углекислого газа земной биосферой (остаточное поглощение почвой в табл. TS.1) и океанами удалили около 50% антропогенных выбросов (выбросы ископаемого CO₂ и поток за счет изменений в землепользовании в табл. TS.1). На эти процессы удаления влияет концентрация CO₂ в атмосфере и изменения климата. Поглощение океанами и земной биосферой имеет один порядок величины, однако поглощение земной биосферой более изменчиво и в 1990-е годы было больше, чем в 1980-е, приблизительно на 1 ГтС/год. Наблюдения показывают, что концентрации растворенного CO₂ в поверхностных слоях океана растут почти повсеместно, приблизительно лед я за повышением его концентрации в атмосфере, но со значительными региональными и временными различиями. {5.4, 7.3}

Поглощение углерода и его хранение в земной биосфере являются следствием чистой разницы между поглощением при росте растительности, изменениях в лесовозобновлении и секвестрации и выбросами вследствие гетеротрофного дыхания, лесозаготовок, обезлесения, пожаров, ущерба от загрязнений и других факторов возмущения, воздействующих на биомассу и почву. Повышение и понижение частоты пожаров в разных регионах повлияло на общее поглощение углерода, а в бореальных областях выбросы вследствие пожаров за последние десятилетия возросли. Оценки чистых поверхностных потоков CO₂ из обратных исследований, использующих сети сбора атмосферных данных, демонстрируют значительное поглощение углекислого газа сушей в средних широтах северного полушария и почти нулевые потоки между сушей и атмосферой в тропиках, что означает, что тропическое обезлесение приблизительно уравновешивается подростом. {7.3}

Кратковременная (межгодовая) изменчивость, наблюдаемая в темпах роста концентрации углекислого газа в атмосфере, регулируется в основном изменениями в потоке CO₂ между атмосферой и земной биосферой, а меньшая, но все же значительная часть обусловлена изменчивостью океанических потоков (см. рис. TS.3). Изменчивость потока в земной биосфере диктуется климатическими колебаниями, которые влияют на поглощение CO₂ растениями и возврат CO₂ в атмосферу при гниении органических материалов вследствие гетеротропного дыхания и пожаров. Эпизоды Эль-Ниньо -Южного колебания (ЭНСО) – основной источник межгодовой изменчивости в темпах роста концентрации атмосферного CO₂, из-за их влияния на потоки через температуру поверхности суши и моря, осадки и частоту пожаров. {7.3}

Достоверно количественно оценить непосредственные последствия повышения концентрации атмосферного CO₂ для крупномасштабного земного поглощения углерода в настоящее время невозможно. Рост растений может стимулироваться повышением концентрации CO₂ в атмосфере и осаждением питательных веществ (эффекты обогащения). Однако большинство экспериментов и исследований показывают, что такие реакции относительно краткосрочны и сильно сопряжены с другими эффектами, такими как наличие воды и питательных веществ. Аналогичным образом, эксперименты и исследования влияния климата (температуры и влажности) на гетеротрофное дыхание лесной подстилки и почв двусмысленны. Отметим, что влияние изменения климата на поглощение углерода рассматривается отдельно в разделе TS.5.4. {7.3}

Содержание CH₄ в 2005 году, около 1774 ppb, более чем вдвое превышает его доиндустриальное значение. Концентрации метана в атмосфере за последние 10 тыс. лет медленно менялись от 580 до 730 ppb, а за последние два столетия возросли приблизительно на 1000 ppb, что стало самым быстрым изменением содержания этого газа по крайней мере за последние 80 тыс. лет. В конце 1970-х – начале 1980-х годов темпы роста концентрации метана демонстрировали максимумы выше уровня 1% в год, но с начала 1990-х годов они значительно уменьшились и в течение шестилетнего периода с 1999 по 2005 год были близкими к нулю. Рост содержания CH₄ имеет место там, где выбросы превышают объем удаления. Недавнее падение темпов роста подразумевает, что объем выбросов сейчас приблизительно равен объему удаления, что обусловлено, в первую очередь, окислением гидроксильной группой (ОН). После ТДО новые исследования с использованием двух независимых трасеров (метилхлороформа и ¹⁴CO) показывают, что в глобальном содержании ОН значительных долгосрочных изменений не наблюдается. Таким образом, замедление темпов роста концентрации метана в атмосфере где-то с 1993 года, вероятно, вызвано приближением атмосферы к равновесию в период почти постоянных общих объемов выбросов. {2.3, 7.4, ЧЗВ 7.1}

Повышение концентрации CH₄ в атмосфере с доиндустриальных времен вызвало усиление радиационного воздействия на 0,48 ± 0,05 Вт/м². Среди парниковых газов это воздействие остается по порядку величины вторым, уступая только CO₂.{2.3}

Текущие уровни атмосферного CH₄ обусловлены продолжающимися антропогенными выбросами CH₄, которые превышают естественные выбросы. Общий объем выбросов метана можно точно определить по наблюдаемым концентрациям и независимым оценкам скорости удаления. Выбросы отдельных источников метана не так четко определены количественно, как общий объем выбросов, но являются по большей части биогенными и включают выбросы с водно-болотных угодий, от жвачных животных, выбросы, связанные с возделыванием риса и сжиганием биомассы, а также, в меньших объемах, выбросы промышленных источников, в том числе связанные со сжиганием ископаемых видов топлива. Это знание источников метана, вкупе с узким естественным диапазоном его концентраций за последние 650 тыс. лет (рис. TS.1) и их динамичным ростом с 1750 года (рис. TS.2), позволяет сказать: весьма вероятно, что наблюдаемые долгосрочные изменения концентрации CH4 обусловлены антропогенной деятельностью. {2.3, 6.4, 7.4}

В дополнение к замедлению за последние 15 лет рост концентрации метана в атмосфере отличался высокой межгодовой изменчивостью, которая еще не полностью объяснена. Самый большой вклад в межгодовую изменчивость за период 1996-2001 годы, как представляется, внесли колебания выбросов с водно-болотных угодий и от сжигания биомассы. Некоторые исследования указывают, что выбросы CH₄ с водно-болотных угодий сильно чувствительны к температуре и зависят от гидрологических изменений. Все имеющиеся результаты моделирования демонстрируют увеличение выбросов с водно-болотных угодий вследствие будущего изменения климата, но сильно разнятся в порядке величины такого эффекта положительной обратной связи. {7.4}

Концентрация N₂O в 2005 г. равнялась 319 ppb, приблизительно на 18% выше доиндустриального значения. Содержание закиси азота за последние несколько десятилетий повышалось почти линейно, приблизительно на 0,8 ppb в год. Данные кернов льда показывают, что концентрация закиси азота в атмосфере изменилась менее чем на 10 ppb за 11500 лет, предшествовавших началу индустриальной эпохи. {2.3, 6.4, 6.5}

Повышение концентрации N₂O с доиндустриальных времен вызвало увеличение радиационного воздействия на 0,16±0,02 Вт/м² и обусловлено преимущественно деятельностью человека, особенно сельским хозяйством и связанными с ним изменениями в землепользовании. По текущим оценкам, около 40% общего объема выбросов N₂O носят антропогенный характер, однако оценки отдельных источников продолжают отличаться значительной неопределенностью. {2.3, 7.4}