Глобальное затемнение — уменьшение количества солнечного света, достигающего поверхности Земли. Оно вызвано атмосферными частицами, преимущественно сульфатными аэрозолями, которые являются компонентами загрязнения воздуха. Глобальное затемнение было замечено вскоре после того, как в 1950-х годах начались первые систематические измерения солнечной радиации. До 1980-х годов видимый солнечный свет ослабевал на 4–5 % за десятилетие. В эти годы из-за послевоенной индустриализации усилилось загрязнение воздуха. Солнечная активность в этот период не превышала обычных показателей.
Аэрозоли оказывают охлаждающее воздействие на атмосферу Земли, а глобальное затемнение маскирует масштабы глобального потепления, наблюдаемого на сегодняшний день. В наиболее загрязненных регионах в 1970-х годах даже наблюдалось похолодание. Противоположное воздействие на глобальное потепление, по-видимому, благоприятно сказывается на окружающей среде.SHARMA, AMIT KUMAR, and ANAM FATMA. "Global Dimming: Causes, Effects and Possible Solutions." J. Appl. Soc. Sci 10.3&4: 307-312. Глобальное затемнение влияет на круговорот воды, снижая испарение, и, вероятно, приводит к уменьшению количества осадков в некоторых регионах. Это могло ослабить южноазиатский муссон и привести к смещению всего пояса тропических дождей на юг в период с 1950 по 1985 год, с последующим ограниченным восстановлением. Рекордный уровень загрязнения твёрдыми частицами в Северном полушарии стал причиной или, по крайней мере, усугубил проблему с муссонами, которая привела к голоду в Эфиопии в 1984 году.
С 1980-х годов снижение уровня загрязнения воздуха привело к частичному обращению вспять тенденции к уменьшению яркости, которую иногда называют глобальным усилением яркости. Эти изменения способствовали ускорению глобального потепления, которое началось в 1990-х годах.Согласно климатическим моделям, по состоянию на 2021 год эффект затемнения от аэрозолей, скорее всего, компенсирует потепление примерно на 0,5 °C.IPCC, 2021: Summary for Policymakers . In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3–32, .По мере того как страны принимают меры по снижению негативного влияния загрязнения воздуха на здоровье граждан, ожидается, что маскирующий эффект глобального потепления будет ослабевать. Сценарии борьбы с изменением климата, необходимые для достижения целевых показателей в 1,5 °C и 2 °C, учитывают прогнозируемое снижение уровня аэрозолей. Однако моделирование влияния аэрозолей на погодные системы остается неопределенным.
Процессы, лежащие в основе глобального затемнения, аналогичны впрыскиванию стратосферных аэрозолей. Это предлагаемое солнечное геоинженерное вмешательство, направленное на борьбу с глобальным потеплением путём намеренного выброса отражающих аэрозолей. Впрыскивание стратосферных аэрозолей может быть очень эффективным для остановки или обращения вспять процесса потепления, но оно также окажет существенное влияние на глобальный круговорот воды, региональную погоду и экосистемы. Кроме того, его придётся проводить на протяжении столетий, чтобы предотвратить быстрое и резкое возобновление потепления.
История
В 1970-х годах многочисленные исследования показали, что атмосферные аэрозоли могут влиять на распространение солнечного света в атмосфере. Этот показатель также известен как прямая солнечная радиация. Одно из исследований показало, что на высоте 1,7 км над Лос-Анджелесом проникает меньше солнечного света, даже в те дни, когда не было видимого смога. Другой учёный предположил, что сульфатное загрязнение или извержение вулкана могли спровоцировать наступление ледникового периода. 1980-х годах Ацуму Омура, исследователь-географ из Швейцарского федерального технологического института, обнаружил, что солнечная радиация, падающая на поверхность Земли, снизилась более чем на 10% за три предыдущих десятилетия, несмотря на то, что глобальная температура в целом повышалась с 1970-х годов. В 1990-х годах за этим последовали статьи, описывающие многолетнее снижение в Эстонии, Германии, Израеле и по всему бывшему СССР.
Последующие исследования показали, что в период с конца 1950-х по 1980-е годы количество солнечного света, достигающего поверхности Земли, сокращалось в среднем на 4–5 % за десятилетие, а с учётом 1990-х годов — на 2–3 % за десятилетие. Примечательно, что за всё это время интенсивность солнечного излучения в верхних слоях атмосферы изменилась не более чем на 0,1–0,3 %, что убедительно свидетельствует о том, что причины ослабления света были на Земле. Кроме того, ослабление коснулось только видимого света и инфракрасного излучения, а не ультрафиолетовой части спектра. Кроме того, затемнение происходило даже в ясную погоду и было даже сильнее, чем в пасмурные дни, что доказывает, что оно было вызвано не только изменением облачного покрова.
Причины
Антропогенные сульфаты
Глобальное затемнение в первую очередь вызвано наличием сульфатных частиц, которые находятся в атмосфере Земли в виде аэрозолей. Эти аэрозоли напрямую влияют на затемнение, поскольку отражают солнечный свет, как крошечные зеркала. Они также оказывают косвенное влияние в качестве ядер конденсации, то есть капли воды в облаках сливаются вокруг частиц. Повышенное загрязнение приводит к увеличению количества твёрдых частиц и, как следствие, к образованию облаков, состоящих из большего количества мелких капель (то есть одно и то же количество воды распределяется по большему количеству капель). Мелкие капли делают облака более отражающими, так что большая часть падающего солнечного света отражается обратно в космос и меньше достигает поверхности Земли. Согласно моделям, эти мелкие капли также уменьшают количество осадков.
До промышленной революции основным источником сульфатных аэрозолей был диметилсульфид, вырабатываемый некоторыми видами океанического планктона. Вторым по величине источником были выбросы в результате вулканической активности, хотя крупные извержения вулканов, такие как извержение вулкана Пинатубо в 1991 году, происходят нечасто. В 1990 году в первом оценочном докладе МГЭИК было указано, что выбросы диметилсульфида составляют 40 миллионов тонн в год, а выбросы вулканов — 10 миллионов тонн. Эти годовые показатели в течение длительного времени оставались практически неизменными. С другой стороны, глобальные антропогенные выбросы серы в атмосферу увеличились с менее чем 3 миллионов тонн в год в 1860 году до 15 миллионов тонн в 1900 году, 40 миллионов тонн в 1940 году и около 80 миллионов тонн в 1980 году. Это означало, что к 1980 году антропогенные выбросы от сжигания серы-содержащего топлива (в основном угля и бункерного топлива) стали как минимум такими же большими, как все естественные выбросы серосодержащих соединений. В докладе также делается вывод о том, что «в промышленно развитых регионах Европы и Северной Америки антропогенные выбросы примерно в десять раз или даже больше превышают естественные выбросы».IPCC, 1990: Chapter 1: Greenhouse Gases and Aerosols [R.T. Watson, H. Rodhe, H. Oeschger and U. Siegenthaler]. In: Climate Change: The IPCC Scientific Assessment [J.T.Houghton, G.J.Jenkins and J.J.Ephraums (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 31–34,
Чёрный углерод
Другим важным видом аэрозолей является сажистый углерод, в просторечии известный как сажа. Он образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива, а также древесины и других растительных материалов. В глобальном масштабе крупнейшим источником сажистого углерода являются пастбища и лесные пожары, в том числе лесные пожары и преднамеренные поджоги. Однако на использование угля приходится большая часть (от 60 до 80 %) выбросов сажи в Азии и Африке, в то время как при сгорании дизельного топлива в Европе и Северной и Южной Америке образуется 70 % сажи.
Чёрный углерод в нижних слоях атмосферы является основной причиной 7 миллионов преждевременных смертей, вызванных загрязнением воздуха, ежегодно.Его присутствие особенно заметно в виде так называемых «коричневых облаков», которые появляются в сильно загрязнённых районах. На самом деле именно в 1970-х годах в ходе исследования Денвера было обнаружено, что частицы чёрного углерода поглощают солнечную энергию и тем самым могут влиять на количество видимого солнечного света. Более поздние исследования показали, что чёрный углерод в 190 раз эффективнее поглощает солнечный свет в облаках, чем обычная пыль из почвенных частиц. В худшем случае все облака в атмосферном слое толщиной 3–5 км заметно темнеют, а шлейф может достигать трансконтинентальных масштабов (например, азиатское коричневое облако.) Несмотря на это, общее затемнение от сажи намного ниже, чем от частиц сульфата.
Разворот
После 1990 года глобальная тенденция к снижению яркости сменилась глобальным повышением яркости. Этому способствовали меры по борьбе с загрязнением воздуха, принятые развитыми странами, как правило, с помощью обессеривания дымовых газов на тепловых электростанциях, таких как мокрые скрубберы или сжигание в кипящем слое. В Соединённых Штатах количество сульфатных аэрозолей значительно сократилось с 1970 года, когда был принят Закон о чистом воздухе, который был ужесточён в 1977 и 1990 годах. По данным Агентства по охране окружающей среды США, с 1970 по 2005 год общий объём выбросов шести основных загрязнителей воздуха, включая сульфаты, в США сократился на 53 %. К 2010 году сокращение выбросов сульфатов привело к экономии средств на здравоохранение в размере 50 миллиардов долларов в год. Аналогичные меры были приняты в Европе, например, Хельсинкский протокол 1985 года о сокращении выбросов серы в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния и с аналогичными улучшениями.
С другой стороны, исследование 2009 года показало, что в Китае после стабилизации в 1990-х годах продолжился рост яркости, а в Индии он усилился, что согласуется с продолжающейся индустриализацией этих стран, в то время как в США, Европе и Южной Корее яркость продолжала расти. Данные из Зимбабве, Чили и Венесуэлы также указывают на рост яркости в этот период, хотя и с более низким уровнем достоверности из-за меньшего количества наблюдений. Более поздние исследования показали, что над Китаем тенденция к снижению яркости продолжалась более медленными темпами после 1990 года, и не начала меняться примерно до 2005 года. Из-за этих контрастных тенденций статистически значимых изменений в глобальном масштабе с 2001 по 2012 год не произошло. Наблюдения после 2010 года показывают, что глобальное снижение концентрации аэрозолей и глобальное снижение яркости продолжались, при этом контроль за загрязнением в мировой судоходной отрасли играет важную роль. значительную роль в последние годы. Поскольку почти 90 % населения Земли проживает в Северном полушарии, облака там гораздо сильнее подвержены воздействию аэрозолей, чем в Южное полушарие, но за два десятилетия, прошедшие с 2000 года, эти различия сократились вдвое, что является ещё одним доказательством продолжающегося глобального потепления.
Влияние на климатические изменения
Охлаждение с помощью сульфатных аэрозолей
Аэрозоли обладают охлаждающим эффектом, который на сегодняшний день маскирует масштабы глобального потепления.