Концентрация СО2

По-видимому, основными факторами антропогенного воздействия на климат являются увеличение концентрации парниковых газов, а также увеличение выбросов аэрозолей в атмосферу. Основные парниковые газы - это водяной пар (Н₂О), углекислый газ (СО₂), метан (СН₄), окись азота (N₂O), озон (О₃) и, в меньшей степени, ряд хлорфторуглеводородных соединений [18]. Увеличение концентрации этих газов приводит к увеличению поглощения излучения от Земли, которое имеет место в инфракрасной области спектра, (максимум излучения в области 8 - 13 мк). Это вызывает подогрев атмосферы и, следовательно, в свою очередь, поверхности Земли.

Рассмотрим влияние главных парниковых газов: водяного пара и углекислого газа, с одной стороны, являющихся главным условием существования жизни на Земле, а с другой стороны, на долю которых приходится более 95 % всего парникового эффекта, подогревающего атмосферу на 33 ^оС. Между ними есть принципиальная разница. Водяной пар в атмосфере является наименьшей по массе частью свободной воды, находящейся в гидросфере и криосфере в основном в жидкой и твердой форме. Масса водяного пара определяется притоком солнечной радиации и температурой воздуха и не может существенно изменяться при постоянстве этих факторов. Так как в геологическом прошлом происходили заметные изменения климата, количество водяного пара в атмосфере также изменялось в соответствии с колебаниями глобальной температуры. Однако эти изменения массы водяного пара были следствием, а не причиной изменения климата. Вследствие положительной обратной связи водяной пар при каждом очередном похолодании или потеплении климата лишь усиливал этот процесс. Точно так же, водяной пар является следствием, а не причиной существования морей и океанов. Его прямое влияние на биосферу несущественно по сравнению с его косвенным влиянием как источника воды, выпадающей в виде осадков.

Углекислый газ, как в климатических условиях геологического прошлого, так и в условиях современного климата может существовать только в газообразном состоянии. При этом его концентрация в атмосфере может меняться в широких пределах вне зависимости от внешней температуры. Наоборот, рост концентрации СО₂ вследствие парникового эффекта неизбежно должен приводить к повышению глобальной температуры Земли. Наличие углекислого газа является необходимым условием существования жизни на Земле. Почти все живое вещество, создаваемое в биосфере, возникает из углекислого газа и воды в результате процесса фотосинтеза. Еще большее, чем в атмосфере (2,6 × 10¹⁸ г), количество СО₂ содержится в водоемах, где масса этого газа достигает 130 × 10¹⁸ г. Углекислый газ гидросферы используется в ходе фотосинтеза водных растений. Основная часть углекислого газа, израсходованного автотрофными растениями, возвращается в атмосферу и гидросферу в ходе процессов деструкции органического вещества, которые происходят при участии бактерий и других гетеротрофных организмов. Сравнительно небольшая часть органического углерода, полученного в результате фотосинтеза, сохраняется длительное время в составе почвенного гумуса, сапропеля, торфа и других органических веществ, масса которых частично расходуется в ходе окисления, но частично сохраняется и захороняется в литосфере в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического углерода. Еще больший расход углекислого газа атмосферы и гидросферы связан с образованием карбонатных отложений. Процесс формирования карбонатов наиболее активно происходит в мелких водоемах, куда потоки воды выносят с поверхности континентов продукты эрозии, включающие различные соединения углерода. Из этих продуктов образуются отложения известняка, мела, доломита и других минералов, содержащих углерод. Большую роль в процессе карбонатообразования играют водные организмы, скелеты которых создаются из содержащихся в воде соединений углерода. На активное участие живых организмов, выступающих в качестве геологических факторов эволюции земной коры и тропосферы, впервые обратил внимание академик Вернадский [19]. Открытая Вернадским роль биоты как геологической силы была обобщена Перельманом [20] в виде закона Вернадского: суммарный эффект деятельности живого вещества за всю геологическую историю огромен, т.к. живые организмы определили геохимические особенности верхней части земной коры.

Очевидно, что без постоянного притока СО₂ из глубоких слоев Земли сохранение более или менее стабильной концентрации атмосферного углекислого газа в течение интервала времени, сравнимого с геологическими эпохами, невозможно. Углекислый газ поступает в атмосферу из глубоких слоев Земли в результате дегазации верхней мантии, а также более высоких слоев земной коры. Значительная часть СО₂, получаемого атмосферой, выбрасывается при вулканических извержениях. Наряду с СО₂вулканические газы обычно содержат некоторое количество окиси углерода (СО), которая в относительно короткое время окисляется и превращается в углекислый газ. Из сказанного выше следует, что скорость прихода углекислого газа как для длительных, так и для сравнительно коротких интервалов времени может изменяться в широких пределах главным образом из-за колебаний уровня вулканической активности. Планета Земля стареет, и наряду с ритмическими колебаниями имеется общая тенденция к уменьшению вулканической активности, что должно вызвать, соответственно, снижение количества СО₂.