CC BY
54
RUDN Journal of Ecology and Life Safety ISSN 2313-2310 (Print); ISSN 2408-8919 (Online)
2022 Vol. 30 No. 1 45-57
Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности http //journals rndn ru/ecology
DOI 10.223 63/2313-2310-2022-3 0-1-45-57 УДК 621.22
Научная статья / Research article Формула максимального глобального потепления
В.В. Тетельмин
Российский университет дружбы народов, Москва, Россия ЕЕ [email protected]
Аннотация. Выполнены расчеты динамики глобального потепления с учетом сокращения выбросов парниковых газов в соответствии с рекомендациями Парижского соглашения. На основании анализа термодинамических параметров климатической системы в последний ледниковый и доиндустриальный периоды истории Земли получены функции зависимости максимальной температуры глобального потепления от массы и объемной концентрации парниковых газов в атмосфере. Определена масса парникового насыщения атмосферы антропогенными парниковыми газами и соответствующая максимальная температура глобального потепления. При неограниченной эмиссии трех основных парниковых газов максимальная температура, которую они могут обеспечить, равна 9,2 °С. При снижении к 2060 г. ежегодных глобальных выбросов в два раза глобальное потепление будет продолжаться примерно до 2110 г. с увеличением глобальной температуры до 3,1 °С.
Ключевые слова: парниковые газы, ледниковый период, солнечная постоянная, масса насыщения атмосферы, максимальная температура, глобальное потепление
История статьи: поступила в редакцию 01.02.2022; принята к публикации 01.03.2022.
Для цитирования: Тетельмин В.В. Формула максимального глобального потепления // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2022. Т. 30. № 1. С. 45-57. http://doi.org/10.22363/2313-2310-2022-30-1-45-57
Maximum global warming potential formula
Vladimir V. Tetelmin
Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russia
Abstract. The calculations of the global warming dynamics were made taking into account the reduction of greenhouse gas emissions according to the recommendations of the Paris Agreement. Based on the analysis of thermodynamic parameters of the climatic system during the last glacial and pre-industrial periods of the Earth's history, the functions of the maximum global warming temperature dependence on the mass and volume concentration of greenhouse gases in the atmosphere were obtained. The mass of greenhouse saturation of the atmosphere
© TeTeiibMHH B.B., 2022
[¿S 0 I This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License https://creativecomn10ns.0rg/licenses/by/4.O/
by anthropogenic greenhouse gases and the corresponding maximum global warming temperature have been determined. With unrestricted emission of the three major greenhouse gases, the maximum temperature they can provide is 9.2 °C. With annual global emission reduction by 2060, global warming will continue until about 2108 with a global temperature increase up to 3.1 °C.
Keywords: greenhouse gases, glacial era, solar constant, atmospheric saturation mass, maximum temperature, global warming
Article history: received 01.02.2022; accepted 01.03.2022.
For citation: Tetelmin VV. Maximum global warming potential formula. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2022;30(1):45-57. (In Russ.) http://doi.org/10.22363/2313-2310-2022-30-1-45-57
Введение
В последние десятилетия обнаружилось, что человек, в погоне за производством возрастающего количества энергии, опасно нагревает все земное пространство. Тысячи дымовых труб и выхлопы миллиарда автомобилей расшатывают климатическую систему Земли. Современные годовые выбросы мировой экономикой основных парниковых газов следующие: СО2 около 40 млрд т; СН4 330 млн т, N20 8,2 млн т. Гипертрофированная зависимость мировой энергетики от ископаемого топлива привела к выбросу в атмосферу более 2 трлн т основного парникового газа СО2, из которых около половины усваивается мировой растительностью и Мировым океаном, а вторая половина антропогенных выбросов аккумулируется атмосферой.
За последние полтора века глобальная температура увеличилась почти на 1,2 °С. Такого темпа роста земной температуры не наблюдалось никогда. Климатологи всего мира пришли к заключению, что наблюдаемое необратимое «широкомасштабное, быстрое и усиливающееся изменение климата» -это следствие роста антропогенных парниковых газов в атмосфере [2].
На рис. 1 приводится рассчитанный график изменения содержания парниковых газов (ПГ) в атмосфере с начала ХХ в. с учетом сокращения глобальных выбросов в соответствии с рекомендациями Парижского соглашения и принимая во внимание период существования СО2 в атмосфере продолжительностью до 120 лет. Здесь и далее массовое и объемное содержание ПГ в атмосфере приводится к эквиваленту диоксида углерода и
В [1] приводится аналитико-эмпирическое решение задачи по определению темпа глобального потепления как функции содержания в атмосфере массы антропогенных парниковых газов (ПГ). В основу вывода «формулы глобального потепления» положен график реального роста аккумулированной климатической системой (КС) тепловой энергии за период 1970-2010 гг., который косвенно учитывает все особенности переноса и передачи тепловой энергии парниковых газов климатической системе Земли [3; 4]. За период с 1970 по 2010 г. климатическая система (КС) Земли аккумулировала 2,7*1023 Дж (75*1015 кВт-ч) тепловой энергии антропогенных парниковых газов, из которой примерно 94 % приходится на Мировой океан, 4,5 % -на сушу и 1,5 % - на атмосферу.
Рис. 1. Содержание антропогенных парниковых газов в атмосфере с учетом сокращения глобальных выбросов в соответствии с рекомендациями Парижского соглашения и с учетом продолжительности существования СО2 в атмосфере до 120 лет
Figure 1. Anthropogenic greenhouse gas content in the atmosphere, taking into account the global emission reduction according to the recommendations of the Paris Agreement and taking into account the period of CO2 presence in the atmosphere for 120 years
В основу предложенного решения положено следующее выражение, позволяющее определять повышение температуры атмосферы за любой 10-летний период времени [2; 5]:
ДТ = 16,5 х 10-14 х М, (1)
где ДТ - повышение температуры атмосферы, град./10 лет; М, - среднее значение массы ПГ в атмосфере в расчетном периоде в эквиваленте диоксида углерода, t-eq.
Расчеты выполняются с использованием метода последовательной смены стационарных состояний с шагом по времени в 10 лет. Повышение глобальной температуры за несколько расчетных периодов - определяется суммированием:
Т, = Е ДТ-. (2)
В табл. 1 приводятся результаты расчета глобального потепления с 1950 по 2120 г. при изменении содержания ПГ в атмосфере в соответствии с графиком рис. 1. Результаты расчетов практически совпадают с известными натурными и расчетными данными глобального потепления, что позволяет сделать вывод о пригодности предлагаемой формулы. При сокращении к 2060 г. ежегодных глобальных выбросов СО2 наполовину планета Земля продолжит нагреваться, и к 2100 г. средняя глобальная температура на планете повысится до 2,92 °С.
При климатическом прогнозировании важно знать предельное значение температуры Ттах, к которой стремится глобальное потепление и которое могут обеспечить антропогенные выбросы ПГ. Сила воздействия единицы массы ПГ на глобальное потепление зависит от их концентрации в атмо-
сфере. По мере насыщения атмосферы ПГ радиационная эффективность единицы их содержания в атмосфере снижается.
Таблица 1
Накопленные с нарастающим итогом показатели содержания антропогенных парниковых газов в атмосфере, парниковой тепловой энергии в климатической системе Земли и доля N парникового тепла в атмосфере от общего количества накопленного в КС парникового тепла
Накопленные Накопленные Накопленная Накопленный Доля парниковой
в атмосфере в атмосфере тепловая энергия рост среднегодовой тепловой энергии
Годы выбросы ПГ выбросы ПГ в климатической температуры в атмосфере
K, ppm-eq МХ109, t-eq системе Qx1015, кВт-ч атмосферы, °С N, %
1950 43 340 12,4 0,20 2,40
1960 52 410 19,0 0,25 1,94
1 970 63 500 27,5 0,32 1,72
1980 78 615 38,2 0,44 1,67
1 990 97 763 53,1 0,62 1,66
2000 117 914 72,0 0,80 1,61
2010 139 1085 100,4 0,98 1,42
2020 167 1304 135,2 1,16 1,25
2050 196 1525 268,7 1 ,78 1,00
2060 200 1563 312,5 2,01 0,98
2100 177 1381 482,5 2,92 0,90
2120 143 1116 557 3,28 0,89
Table 1
Accumulated indicators of greenhouse gases in the atmosphere, heat energy in the Earth's climate system, and the share N of greenhouse heat in the atmosphere of the total amount of accumulated greenhouse heat
Years
Accumulated Accumulated greenhouse gas greenhouse gas emissions in emissions in
Accumulated heat energy in the climate
the atmosphere the atmosphere system Qx 1015, kWh
K, ppm-eq Мх109, t-eq
1950 43 340 12.4
1960 52 410 19.0
1 970 63 500 27.5
1980 78 615 38.2
1 990 97 763 53.1
2000 117 914 72.0
2010 139 1085 100.4
2020 167 1304 135.2
2050 196 1525 268.7
2060 200 1563 312.5
2100 177 1381 482.5
2120 143 1116 557
Accumulated increase in average annual atmospheric temperature, °С
Share of greenhouse heat energy in the atmosphere
N, %
0.20 0.25 0.32 0.44 0.62 0.80 0.98 1.16 1.78 2.01 2.92 3.28
2.40 1.94 1.72 1.67 1.66 1.61 1.42 1.25 1.00 0.98 0.90 0.89
Например, поступление дополнительной массы диоксида углерода в атмосферу будет поглощать только ту часть длинного ИК-излучения, которая не была абсорбирована уже присутствующим в атмосфере газом. Добавление новых порций СО2 оказывает меньшее воздействие на потепление, потому что им приходится конкурировать с ранее поступившим в атмосферу газом за излучение в диапазонах длин волн 4-4,4 и 14-19 мкм. По этой при-
чине удвоение содержания СО2 в атмосфере не увеличит вдвое поглощение ИК-излучения.
Для нахождения предельной температуры потепления Ттах нужно знать функцию зависимости потенциала нагревания атмосферы от содержания парниковых газов, например от их объемной концентрации в атмосфере Пк = А(К) град./ррт^. Для определения потенциала глобального потепления антропогенных парниковых газов строятся математические модели, которые учитывают соотношение между физическими, химическими и биологическими свойствами климатической системы Земли, а также динамические процессы атмосферной и океанической циркуляции. Полученные решения дают большой разброс результатов. Например, из приведенных в [6] результатов расчетов семи климатических сценариев следует, что при концентрации антропогенных ПГ на уровне 550 ррт^ оценка соответствующей глобальной температуры Ттах составляет от 2 до 4,5 °С, а при К = 800 ррт^ разброс еще больше: от 3 до 7 °С. Подобную точность нельзя признать удовлетворительной.
Более точные прогнозы максимальной равновесной температуры для каждого значения концентрации ПГ в атмосфере можно получить, используя известные данные о палеоклимате. Функции зависимости предельного значения «нагревательного потенциала» единицы массы Пм или единицы объемной концентрации Пк от содержащихся в атмосфере ПГ можно получить, используя свойство тесной корреляции между глобальной квазистационарной температурой и концентрацией ПГ в палеоатмосфере Земли [7; 8].
Если представить, что искомая функция Пк = _ДК) град./ррт^ является линейной, то достаточно получить две экспериментальные точки этой прямой. Примерное постоянство содержания ПГ в атмосфере на протяжении последних 8 тыс. лет современного межледникового периода обеспечивало квазистационарное состояние климатической системы Земли. Эта особенность позволяет получить первую искомую точку графика линейной функции Пк = А(К) град./ррт^.
В доиндустриальный период средняя концентрация каждого из трех основных ПГ в атмосфере составляла: СО2 - 280 ррт, СН4 - 0,7 ррт, N20 -0,27 ррт. В переводе на единицы, эквивалентные потенциалу глобального потепления диоксида углерода GWP, общая доиндустриальная объемная концентрация этих ПГ составляла 370 ррт^, а их массовое содержание в атмосфере 2,86х1012 t-eq. Известно, что в доиндустриальном периоде доля основных ПГ (СО2, СН4 и N20) в общем парниковом эффекте на Земле равнялась 9,4 из 33,4 °С [9]. Отсюда находим свойственный для этого периода потенциал нагревания содержащихся в атмосфере ПГ в единицах объемной концентрации: Пк = 9,4 °С / 370 ррт^ = 25,4х10-3 град./ррт^, а также в единицах массы: Пм = 3,29х10-12 t-eq.
Вторую искомую точку графика линейной функции Пк = _ДК) можно найти, анализируя ход изменения глобальной температуры и концентрации ПГ в последний ледниковый период (рис. 2). В эту пору температура изменялась в диапазоне 5,8-16,4 °С, концентрация СО2 в диапазоне 190-290 ррт, СН4 в диапазоне 0,35-0,70 ррт, N20 в диапазоне 0,20-0,27 ррт. При этом
независимо от того, что было первичным - изменение температуры, вслед за которым изменялась концентрация ПГ в атмосфере, или наоборот, осред-ненные значения этих величин в последний ледниковый период изменялись согласованно. Примерно 18 тыс. лет назад началось глобальное потепление на 10 °С, продолжавшееся около 11 тыс. лет. При этом темп естественного нагревания атмосферы происходил примерно в 20 раз медленнее современного наблюдаемого глобального потепления.
120 80 40
Время, тысячи дет назад
Рис. 2. Ход изменения глобальной температуры и концентрации диоксида углерода за последние 160 тыс. лет [10]
120 80 40
Time, thousand years ago Figure 2. The course of changes in global temperature and carbon dioxide concentration over the last 160,000 years [10]
Изменение глобальной температуры на Земле в первую очередь происходит за счет изменения солнечной постоянной S, которая в настоящее время равна 1368 Вт/м2. Из трех известных циклов Миланковича [7; 8] ледниковые периоды обеспечиваются только одним - изменением эксцентриситета 8 = c/a эллиптической орбиты Земли. В приведенном отношении с - половина фокусного расстояния, a - большая полуось эллиптической орбиты. В последний ледниковый период произошла существенная корректировка орбиты Земли гравитационным воздействием планет Солнечной системы, которая изменила эксцентриситет орбиты от значения 0,042 в период 100 тыс. лет назад до 0,017 в период 20 тыс. лет назад.
В табл. 2 приводятся данные о современных параметрах орбиты и климатической системы Земли при 8 = 0,017, а также рассчитанные параметры орбиты и соответствующие термодинамические показатели состояния в начальной стадии ледникового периода (100-70 тыс. лет назад), когда орбита была наиболее вытянутой при 8 = 0,042. Расчеты выполнены с использованием закона Стефана - Больцмана для излучающего абсолютно черного тела [11-13].
Изменение эксцентриситета орбиты Земли на 0,025 изменило интенсивность лучистой энергии на внешней границе земной атмосферы - солнечной постоянной - на 4,6 %, что и ввергло нашу планету в ледниковый период. В начале ледникового периода температура атмосферы снизилась на 3,8 °С, из них 2 °С вызвано снижением солнечной постоянной, а 1,8 °С - сниже-
нием содержания в атмосфере ПГ. В последующие годы (100-20 тыс. лет) назад глобальная температура на Земле дополнительно снизилась на 4,8 °С, концентрация СО2 в палеоатмосфере - на 37 ррт, а концентрация ПГ -на 47 ррт^.
Таблица 2
Некоторые параметры эллиптической орбиты Земли и соответствующие термодинамические параметры климатической системы
Период, тыс. лет назад Эксцентриситет £ Длина большой полуоси а, млн км Вариация солнечной постоянной Smax/Smln, % Солнечная постоянная S, Вт/м2 Температура Земли без ПГ 70, К/оС Глобальная температура 7, оС Концентрация со2/еПГ К, ppm-eq
100 20 0,042 0,017 153.5 149.6 19,9 6,8 1300 1368 252/-21 254/-19 10,6 5,8 235/314 198/267
Some parameters of the Earth's elliptical orbit and the corresponding thermodynamic parameters of the climate system Table 2
Period, thousand years ago Eccentricity £ Major semiaxis length а, mln km Solar constant variation Smax/Smin, % Solar constant S, W/m2 Earth temperature without greenhouse gases Т>, К/оС Global temperature 7, оС Concentration of CO2/ZGHG К, ppm-eq
100 20 0.042 0.017 153.5 149.6 19.9 6.8 1300 1368 252/-21 254/-19 10.6 5.8 235/314 198/267
К концу ледникового периода (20-18 тыс. лет назад) эксцентриситет орбиты вернулся к уровню 0,017, после чего Земля вновь стала получать лучистую энергию в количестве £ = 1368 Вт/м2. В это время климатическая система Земли находилась в состоянии радиационного баланса, сопоставимом с доиндустриальным квазистационарным состоянием, которое можно использовать в качестве второй реперной точки для определения потенциала нагревания ПГ.
В табл. 3 приводятся фактические значения «нагревательного потенциала» трех основных ПГ. Годы 20 и 2 тыс. лет назад определяют две искомые точки линейной функции Пк = ДК). Именно эти точки отвечают современному значению солнечной постоянной £ = 1368 Вт/м2, в то время как годы 100 и 70 тыс. лет назад определяют две точки функции Пк = ДК), которая отвечает более холодному состоянию Земли при солнечной постоянной £ = 1300 Вт/м2 (рис. 3).
На рис. 3 приводятся графики изменения Пк от содержания ПГ в атмосфере для двух состояний КС Земли: при значении солнечной постоянной £ = 1300 Вт/м2 и £ = 1368 Вт/м2. В обоих случаях удельный потенциал нагревания атмосферы (КС) уменьшается с увеличением содержания ПГ в атмосфере. При относительно малых концентрациях «нагревательный потенциал» ПГ выше, чем потенциал при их более высоком содержании в атмосфере. Эта особенность объясняется тем, что дополнительные выбросы парниковых газов поглощают оставшуюся часть ИК-излучения, которая не была адсорбирована уже находящимися в атмосфере парниковыми газами. Увеличение содержания ПГ в атмосфере снижает парниковое действие каждой единицы массы.
Рис. 3. Зависимость потенциала нагревания атмосферы парниковыми газами от их содержания в атмосфере при разных значениях солнечной постоянной:
Figure 3. Dependence of the potential of atmospheric warming by greenhouse gases on their content in the atmosphere at different values of the solar constant: 1 - S = 1300 W/m2, E = 0.042; 2 - S = 1368 W/m2, e = 0.017
Таблица 3
Изменение общего потенциала нагревания атмосферы тремя основными парниковыми газами (СО2, СН4, М20) в зависимости от их общего содержания в атмосфере Земли в последний ледниковый период
Концентрация парниковых газов в атмосфере K, ppm-eq Концентрация парниковых газов в атмосфере Мх1012, t-eq Максимальное Потенциал Потенциал
Годы нагревание атмосферы Tmax, оС нагревания ПКх10-3, град./ppm-eq нагревания Пмх10-12, град./t-eq
100
тыс. лет 314 2,48 8,9 28,3 3,59
назад
70
тыс. лет 293 2,31 8,4 28,6 3,64
назад
20-18
тыс. лет 261 2,03 7,0 26,8 3,45
назад
8-2
тыс. лет 370 2,86 9,4 25,4 3,29
назад
Table 3
Change in the total atmospheric warming potential of the three major greenhouse gases (C02, CH4, N2O), depending on their total content in the Earth's atmosphere during the last glacial era
Years Concentration of greenhouse gases in the atmosphere K, ppm-eq Concentration of greenhouse gases in the atmosphere Mx1012, t-eq Maximum atmospheric warming Tmax, оС Warming potential Ркх10-3, degree/ppm-eq Warming potential Рмх10-12, degree/t-eq
100,000 years ago 314 2.48 8.9 28.3 3.59
70,000 years ago 293 2.31 8.4 28.6 3.64
20,000-
18,000 261 2.03 7.0 26.8 3.45
years ago
2,000 years ago 370 2.86 9.4 25.4 3.29
1 - S = 1300 Вт/м2, е = 0,042; 2 - S = 1368 Вт/м2, е = 0,017
Современному термодинамическому состоянию климатической системы Земли, отстоящей от Солнца в среднем на 149,6 млн км, отвечает график 2 (рис. 3). Зависимость современного «нагревательного потенциала» ПГ от их объемной концентрации К в атмосфере может быть представлена следующей функцией (град/ррт^):
Пк = 29,8х10-3 - 11,9х10-6хК.
(3)
Значение температуры (град.) максимального (равновесного) глобального потепления, вызванного общей концентрацией К (ррт^) парниковых газов, определяется следующим уравнением:
Ттах = ПкхК = 29,8х10-3хк - 11,9х10-6хК2
(4)
Видно, что максимальная температура Ттах, к которой через продолжительное время приходит земная атмосфера, определяется нелинейным уравнением параболического типа. Исследуя функцию (4) на экстремум, получаем максимальное значение концентрации ПГ, при котором наступает «парниковое насыщение» атмосферы: Кнас = 1250 ррт^. Этому значению концентрации соответствует температура максимального глобального потепления, которое могут обеспечить три основных антропогенных парниковых газа: Ттах(нас) = 18,6 °С.
На рис. 4 приводится график 1 нелинейной функции (4) в двух системах отсчета: в системе общей концентрации ПГ в атмосфере и в системе антропогенной концентрации ПГ. Точка начала антропогенной системы отсчета имеет координаты 370 ррт^ и 9,4 оС, соответствующие состоянию КС в начале индустриального периода. Отметим, что график функции (4) укладывается в широкий диапазон оценок Ттах, полученный математическим моделированием семи климатических сценариев [6].
Рис. 4. График функции максимального глобального потепления (1), соответствующего равновесному состоянию климатической системы: 2 - точка «парникового насыщения» КС; 3, 4 - полученные моделированием верхний и нижний пределы оценки Т™
20
S 18
и U
ОЙ V
I 1 16 8 s
и
II 12
s a io 3 a
О о „ hi 8
Тт„ 12- Ttnax (anthrop.)
10- Tmax (satur.) л i
„ 8-Ы К
'3 м
¡Ь-
а « < * 2-
/ 100 200 300 400 500 600 700 800
/ / / Anthropogenic greenhouse gas content, К ppm-eq _i_i___
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Total greenhouse gas concentration In the atmosphere, К ppm-eq
Figure 4. Graph of the maximum global warming function (1), corresponding to the equilibrium state of the climate system: 2 - point of "greenhouse saturation" of the climate system;
3, 4- obtained by simulation the upper and lower limits of the 7m,« estimation
Используя данные табл. 3, можно определить функцию зависимости «нагревательного потенциала» (град./t-eq) от массы M (t-eq) ПГ в атмосфере:
Пм = 3,8х10-12 - 0,195х10-24хМ (5)
Значение температуры максимального глобального потепления (град.), вызванного массой М (t-eq) содержащихся в атмосфере ПГ, определяется произведением
Ттах = ПмХ-М = 3,8х10-12хМ - 0,195х10-24хМ2. (6)
Исследуя функцию (6) на экстремум, находим массу Мнас, при которой происходит «парниковое насыщение» атмосферы: Мнас = 9,7х1012 t-eq. При таком содержании массы ПГ в атмосфере их «парниковые возможности» себя исчерпают, и в случае дальнейшего увеличения М > Мнас температура атмосферы повышаться не будет.
Полученное значение максимальной температуры Ттах(нас) — 18,6 °С определяет собой абсолютный вклад основных ПГ в глобальное потепление. Максимальное участие антропогенных выбросов ПГ в глобальном потеплении вычисляется разностью Ттах(нас,антр) — 18,6 - 9,4 — 9,2 °С. Таким образом, неограниченные выбросы и неограниченное участие человека в глобальном потеплении способны добавить к глобальной доиндустриальной температуре примерно 9,2 °С, то есть к наблюдаемому современному антропогенному потеплению на 1,2 °С может быть добавлено еще 8,0 °С.
На рис. 5 приводится расчетная кривая роста глобальной температуры, построенная по данным табл. 1, а также кривая изменения предельной температуры Ттах, которая менялась в соответствии с графиком изменения содержания ПГ в атмосфере (рис. 1). Точка пересечения (3) этих кривых определяет собой время наступления термодинамического равновесия в системе
«Земля - Космос». К этому состоянию радиационного баланса Земля подойдет примерно в 2110 г., а максимальная температура глобального потепления к этому времени достигнет значения 3,1 °С.
Рис. 5. Динамика изменения глобальной температуры во времени (кривая 1) и график изменения во времени максимальной температуры в соответствии с изменением содержания ПГ в атмосфере (кривая 2)
Figure 5. Global temperature trend
over time (curve 1) and graph of maximum temperature change over time according to greenhouse gas content change in the atmosphere (curve 2)
Если представить, что в 2060 г. содержание ПГ в атмосфере стабилизируется, то состояние термодинамического равновесия будет определяться точкой пересечения (4). В таком случае радиационный баланс наступит позже - в 2130 г., а глобальное потепление составит 3,8 °С.
Заключение
Рассмотрение и использование параметров квазистационарного состояния КС Земли в доиндустриальный и ледниковый периоды позволило получить:
- функции (3) и (5), определяющие зависимость «удельного нагревательного потенциала» парниковых газов от их содержания в атмосфере;
- функции (4) и (6), определяющие зависимость максимальной температуры Ттах глобального потепления от содержания ПГ в атмосфере.
Исследование нелинейных функций (4) и (6) на экстремум позволяет определить:
- приведенную концентрацию Кнас = 1250 ррт^ и приведенную массу Мнас = 9,7*1012 t-eq антропогенных ПГ, при достижении которых наступает «парниковое насыщение» атмосферы, из них на антропогенные ПГ приходится 880 ррт^ и 6,84*1012 t-eq соответственно;
- максимальную температуру глобального потепления, отвечающую равновесному состоянию «парникового насыщения» атмосферы антропогенными ПГ - Ттах(антр) = 9,2 °С.
Совместное использование функций (2) и (6) позволяет при любом сценарии выбросов ПГ рассчитать темп глобального потепления и момент достижения атмосферой предельного значения температуры, при которой устанавливается радиационный баланс в системе «Земля - Космос».
Через несколько тысяч лет Земля войдет в очередной ледниковый период, когда на ее поверхности впервые будет присутствовать технологически и технически вооруженный человек. Сегодняшний человек понимает, что происходит с климатом, предвидит последствия его изменения, осознает причины и особенности изменения солнечной постоянной S и сумеет подготовиться к длительному глобальному похолоданию.
Список литературы
[1] Tеmельмuн В.В. Антропогенные выбросы парниковых газов и формула глобального потепления // Экология промышленного производства. 2021. № 4. С. 46-52. http://doi.org/10.52190/2073-2589_2021_4_46
[2] Изменение климата, 2014 г.: обобщающий доклад / под ред. Р. Пачаури, Л. Mейер. Женева: ШЭИК, 2015. C. 44.
[3] Мumрова T., Хохлов А., Мельников Ю. Пердеро А. Мельникова М., Залюбовский Е. Глобальная климатическая угроза и экономика России в поисках особого пути. M.: Центр энергетики Mосковской школы управления СКОЛКОВО, 2020. URL: https://energy.skolkovo.ru/downloads/dokuments/SEneC/Research/SKOLKOVO_Ene C_Climate_Primer_RU.pdf (дата обращения: 14.01.2022).
[4] Climate Change 2014: impacts, adaptation and vulnerability. Part A. Global and sectoral aspects. Contribution of working group II to the Intergovernmental Panel on Climate Change / ed. by C.B. Field, V.R. Barros, D.J. Dokken. Cambridge - New York: Cambridge University Press, 2014. 1132 p.
[5] Тетельмин В.В. Планета Земля и человек: единая экосистема. M.: ЛЕНАНД, 2022. 480 с.
[6] Силвер Дж. Глобальное потепление без тайн. M.: Эксмо, 2009. 336 с.
[7] Бялко А.В. Палеоклимат: дополнение к теории Mиланковича // Природа. 2009. № 12. С.18-28.
[8] Мельников В.П., Смульский В.И. Астрономическая теория ледниковых периодов: новые приближения. Решенные и нерешенные проблемы. Новосибирск: ГЕО, 2009. 98 с.
[9] Бажин Н.Б. Mетан в окружающей среде. Новосибирск: СО РАН, 2010. 56 с.
[10] Джирард Дж.Е. Основы химии окружающей среды. M.: ФИЗMATЛИT, 2008. 640 с.
[11] Бринкман Э. Физические проблемы экологии. Долгопрудный: Интеллект, 2012. 288 с.
[12] Тетельмин В.В. Физика и проблемы изменения климата // Вестник РАЕН. 2019. № 4. С. 29-35.
[13] Тетельмин В.В., Пимашков П.И. Биосфера и человек. Глобальное потепление. M.: ЛЕНАНД, 2021. 336 с.
References
[1] Tetelmin VV. Anthropogenic greenhouse gas emissions and the global warming formula. Ecology of Industrial Production. 2021;(4):46-52. (In Russ.) http://doi.org/10.52190/2073-2589_2021_4_46
[2] Pachauri RK, Meyer LA. (eds.) Climate Change 2014: Synthesis Report. Geneva: IPCC; 2015. p. 44.
[3] Mitrova T, Hohlov A, Melnikov Y, Perdero A, Melnikova M, Salybovskiy E. The global climate threat and Russia's economy in search of a special path. Moscow: Center for Energy at the Moscow School of Management SKOLKOVO, 2020. (In Russ.) Available from:
https://energy.skolkovo.ru/downloads/dokuments/SEneC/Research/SKOLKOVO_Ene C_aimate_Primer_RU.pdf (accessed: 14.01.2022).
[4] Field CB, Barros VR, Dokken DJ. (eds.) Climate Change 2014: impacts, adaptation and vulnerability. Part A. Global and sectoral aspects. Contribution of working group II to the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, New York: Cambridge University Press; 2014.
[5] Tetelmin VV. Planet Earth and man: one ecosystem. Moscow: LENAND Publ.; 2022. (In Russ.)
[6] Silver D. Global warming without secrets. Moscow: Eksmo Publ.; 2009. (In Russ.)
[7] Balko AV. Paleoclimate: a supplement to Milankovitch's theory. Nature. 2009;(12):18-28. (In Russ.)
[8] Melnikov VP. Astronomical theory of ice ages: new approximations. Solved and unsolved problems. Novosibirsk: GEO Publ.; 2009. (In Russ.)
[9] Bazhin NB. Methane in the environment. Novosibirsk: SO RAN Publ.; 2010. (In Russ.)
[10] Dzhirard D. Basics of environmental chemistry. Moscow: FIZMATLIT Publ.; 2008. (In Russ.)
[11] Brinkman E. Physical problems of ecology. Moscow: Intellekt Publ.; 2012. (In Russ.)
[12] Tetelmin VV. Physics and climate change. VestnikRAEN. 2019;(4):29 -35. (In Russ.)
[13] Tetelmin VV, Pimachkov PI. The biosphere and man. Global warming. Moscow: LENAND Publ.; 2021. (In Russ.)
Сведения об авторе:
Тетельмин Владимир Владимирович, академик РАЕН, член Общественного совета при Минэнерго РФ, доктор технических наук, профессор, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6. E-mail: [email protected]
Bio note:
Vladimir V. Tetelmin, Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, member of the Social Council at the Ministry of Energy of the Russian Federation, D.Sc. in Engineering, Professor, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation. E-mail: [email protected]
