Причины глобального потепления

К числу внешних воздействий на климатическую систему относятся природные явления, такие как извержения вулканов и колебания солнечной активности, а также деятельность человека. С начала промышленной революции в 1750 году концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась, что привело к положительному внешнему воздействию. В среднем по всей поверхности Земли оно составило около 1,66 ватта на квадратный метр (сокращённо W m⁻²)^[9][10][11].

В климатической системе также существует множество механизмов обратной связи, которые могут как усиливать (положительная обратная связь), так и ослаблять (отрицательная обратная связь) последствия изменений климата^[12].

Климатическая система реагирует на изменения внешних воздействий и при этом сама подвержена внутренним изменениям, которые проявляется как при наличии, так и в отсутствие внешних факторов. Подобная внутренняя изменчивость является результатом сложных взаимодействий между различными компонентами климатической системы, такими как атмосфера и океан. Примером внутренней изменчивости является явление Эль-Ниньо^[13][14].

Причины, которые оказывают воздействие на климат Земли, можно разделить на три категории: внешние воздействия, обратные связи реакции и внутренние изменения^[12]. Существует четыре основных аргумента, которые подтверждают, что именно деятельность человека играет ключевую роль в современных климатических изменениях^[15][16]:

• Понимание климатических процессов. Наблюдаемый рост концентрации парниковых газов в атмосфере напрямую связан с человеческой деятельностью. Парниковые газы препятствуют естественному обмену энергией и приводят к увеличению наземной температуры.
• Уникальность изменений. Исторические данные о прошлых изменениях климата свидетельствуют о том, что современные темпы роста глобальной температуры и концентрации CO₂ являются беспрецедентными.
• Моделирование климата. Современные климатические модели могут воспроизвести наблюдаемое потепление только при учёте антропогенных выбросов парниковых газов.
• Опровержение альтернативных гипотез. Данные наблюдений за основными природными факторами — солнечной и вулканической активностью — свидетельствуют о том, что их вклад в наблюдаемое потепление незначителен. Решающим аргументом является вертикальная структура нагрева атмосферы: солнечная активность привела бы к равномерному прогреву всей атмосферной толщи, в то время как фактически фиксируется потепление нижних слоёв (тропосферы) и одновременное охлаждение стратосферы.

В 2023 году данные, полученные из космоса, свидетельствовали том, что энергетический дисбаланс Земли — разница между количеством энергии, которую Земля получает от Солнца, и количеством энергии, которое она излучает обратно в космическое пространство — достиг уровня, вдвое превышающего самые благоприятные прогнозы, сделанные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК)^[17].

Парниковые газы пропускают солнечный свет, позволяя ему нагревать поверхность Земли. Земля, в свою очередь, излучает тепло, часть которого поглощается парниковыми газами. Это замедляет процесс охлаждения планеты и способствует удержанию тепла в атмосфере, что приводит к постепенному повышению температуры поверхности Земли.

Газы, такие как углекислый газ (CO₂), метан (CH₄), закись азота (N₂O) и хлорфторуглероды (CFC), являются внешними факторами воздействия. Их концентрация в атмосфере практически не зависит от текущей температуры и определяется в первую очередь антропогенными выбросами (сжигание топлива, промышленность, сельское хозяйство). Они служат первопричиной, изменяя энергетический баланс планеты^[19][20][21].

С момента промышленной революции, начавшейся около 1750 года, деятельность человека, главным образом связанная с добычей и сжиганием ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ, привела к увеличению количества парниковых газов в атмосфере, что, в свою очередь, вызвало нарушение радиационного баланса на планете. К 2020-м годам количество выбросов парниковых газов в атмосферу значительно увеличилось. Концентрация углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄) в атмосфере выросла примерно на 48 % и 160 % соответственно по сравнению с уровнем 1750 года^[22][23]. В результате этого средняя температура на планете повысилась, что привело к глобальному потеплению^[23].

Выбросы углекислого газа (CO₂) в основном происходят в результате сжигания ископаемого топлива для получения энергии, которая используется в различных сферах деятельности: транспорт, производство, отопление и электроснабжение^[24]. Также CO₂ выбрасывается в атмосферу при вырубке лесов и в промышленных процессах, включая химические реакции при производстве цемента, стали, алюминия и удобрений^[25].

CO₂ естественным образом поглощается и выделяется в результате различных процессов, таких как дыхание живых организмов, извержения вулканов и обмен между океаном и атмосферой. Однако деятельность человека, включая сжигание ископаемого топлива и изменение методов землепользования, приводит к увеличению выбросов углекислого газа в атмосферу, что, в свою очередь, способствует повышению концентрации CO₂ в атмосфере^[26][27].

В 1958 году Чарльз Дэвид Килинг начал проводить высокоточные измерения концентрации углекислого газа в атмосфере. Они легли в основу временной серии данных, которая документирует изменение состава атмосферы. Эти данные, известные как «график Килинга», стали ключевым элементом в науке об изменении климата, поскольку они наглядно демонстрируют влияние человеческой деятельности на химический состав глобальной атмосферы^[28].

В 1958 году концентрация углекислого газа в атмосфере составляла 313 частей на миллион по объёму. В мае 2019 года концентрация достигла 415 частей на миллион по объёму. Без антропогенного вмешательства уровень CO₂ в атмосфере составлял бы примерно 280 частей на миллион по объёму^[29].

В 2022—2024 годах, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, концентрация CO₂ в атмосфере возрастало с беспрецедентной скоростью. Это было вызвано как непрерывным ростом выбросов, так и влиянием феномена Эль-Ниньо^[30].

В ноябре 2025 года эксперты Глобального углеродного бюджета опубликовали прогноз, согласно которому объём выбросов углекислого газа от сжигания угля, нефти и газа в 2025 году достигнет рекордных 38,1 миллиарда тонн, что на 1,1 % больше, чем в предыдущем году^[31].

Метан выделяется в атмосферу в результате деятельности животных, переработки отходов, выращивания риса, работы свалок, очистки сточных вод и добычи угля, а также при добыче нефти и газа. Источником выбросов закиси азота служат микробиологические процессы, связанные с разложением удобрений^[32][33].

Метан и закись азота также являются основными факторами, способствующими парниковому эффекту. Они упоминаются в Киотском протоколе наряду с гидрофторуглеродами (ГФУ), перфторуглеродами (ПФУ) и гексафторидом серы (SF₆), которые представляют собой полностью синтетические газы и усиливают радиационное воздействие на атмосферу. На приведённой ниже диаграмме показано, как антропогенные выбросы парниковых газов распределяются по восьми ключевым секторам экономики. Наибольший объём таких выбросов приходится на электростанции, многие из которых работают на угле или других видах ископаемого топлива. Также значительный вклад вносят промышленные процессы, транспорт, который обычно работает на ископаемом топливе, и побочные продукты сельского хозяйства, такие как метан, выделяющийся при ферментации в кишечнике животных, и закись азота, образующаяся при использовании удобрений^[34][35].

Аэрозоли, которые находятся в воздухе в виде мельчайших частиц, оказывают существенное воздействие на климат^[37][38]. Они рассеивают и поглощают солнечное излучение. В период с 1961 по 1990 год наблюдалось постепенное сокращение количества солнечного света, достигающего поверхности Земли. Это явление, известное как глобальное затемнение, было обусловлено главным образом сульфатными аэрозолями, образующимися при сжигании ископаемого топлива с высоким содержанием серы, включая, например, уголь^[39]. Меньший вклад вносят чёрный углерод, органический углерод, образующийся при сжигании ископаемого топлива и биотоплива, а также антропогенная пыль. С 1990 года, благодаря усилиям по борьбе с загрязнением воздуха, количество аэрозолей в глобальном масштабе сокращается. Это означает, что они больше не способны маскировать потепление, вызванное парниковыми газами^{[40][41][42][43][44][45]}.

Аэрозоли также оказывают косвенное воздействие на энергетический баланс Земли. Сульфатные аэрозоли действуют как ядра конденсации облаков и приводят к образованию облаков с большим количеством мелких капель. Такие облака отражают солнечное излучение более эффективно, чем облака с меньшим количеством крупных капель. Они также замедляют рост капель дождя, в связи с чем облака сильнее отражают поступающий солнечный свет. Косвенное воздействие аэрозолей является одним из самых неопределённых факторов в радиационном воздействии^[47][48].

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, около 30 % площади суши Земли (ледники, пустыни и т. д.) непригодны для использования человеком. 26 % поверхности Земли занимают леса, 10 % — кустарниковые заросли, 34 % — сельскохозяйственные угодья^[49]. Вырубка лесов является основным фактором изменения землепользования, способствующим глобальному потеплению^[50]. Так, в период с 1750 по 2007 год около трети антропогенных выбросов CO₂ было связано с изменениями в землепользовании, в первую очередь с сокращением площади лесов и ростом площади сельскохозяйственных угодий^[51][52].

В период с 2001 по 2018 год причины обезлесения были связаны с расширением сельскохозяйственных угодий (27 %), подсечно-огневым земледелием (24 %), коммерческими лесозаготовками (26 %) и лесными пожарами (23 %). Восстановление деградированных территорий имеет стратегическое значение для климатической политики^[53].

Местный растительный покров влияет на отражательную способность поверхности, выраженную как доля входящего солнечного излучения, которое отражается этой поверхностью обратно в космос (альбедо), а также на потерю тепла в результате испарения. Например, если тёмный лесной массив заменить на луг, поверхность станет светлее и будет отражать больше солнечного света. Вырубка лесов также может привести к изменению химического состава атмосферы, что, в свою очередь, влияет на формирование облаков и направление ветров^[54][53].

Животноводство и связанные с ним процессы, такие как вырубка лесов и использование всё более энергоёмких методов ведения сельского хозяйства, являются причиной более 18 % антропогенных выбросов парниковых газов. К числу ключевых факторов, влияющих на животноводческий сектор, относятся^[56]:

• 9 % глобальных антропогенных выбросов углекислого газа;
• 35-40 % глобальных антропогенных выбросов метана, главным образом из-за процессов ферментации в кишечнике и образования навоза;
• 64 % глобальных антропогенных выбросов закиси азота, что в основном связано с использованием удобрений^[56].
  

  Среди всех сельскохозяйственных товаров мясо крупного рогатого скота и овец отличается самой высокой интенсивностью выбросов

Поверхность Земли играет ключевую роль в поглощении углекислого газа CO₂ в рамках углеродного цикла. Несмотря на то, что вырубка лесов способствует увеличению выбросов парниковых газов, земная поверхность, особенно лесные массивы, остаются значительным поглотителем CO₂. Различные процессы, такие как фиксация углерода в почве и фотосинтез, позволяют удалить около 29 % от общего объёма выбросов CO₂ в год. Океан также играет важную роль в поглощении углерода. Данный процесс происходит в два этапа. Сначала CO₂ растворяется в поверхностных водах, а затем циркуляция океана переносит его в глубины океана, где он накапливается в рамках углеродного цикла^[57][58][59].

Реакция климатической системы на первоначальное воздействие меняется под воздействием обратных связей, которые могут либо усиливать («самоусиливающаяся» или «положительная» обратная связь), либо ослаблять («уравновешивающая» или «отрицательная» обратная связь) эффекты изменения климатического воздействия. Например, по мере потепления климата Земли из-за растущих концентраций парниковых газов снег и лёд начинают таять, в результате чего обнажаются более тёмные земные и водные поверхности. Они поглощают больше тепла Земли, что приводит к дальнейшему потеплению, которое, в свою очередь, способствует большему таянию, и так далее. Такой контур обратной связи, известный как «обратная связь между льдом и альбедо», усиливает первоначальное потепление, вызванное повышением уровней концентрации парниковых газов^{[61][62][63][64]}.

Неопределённость в отношении обратных связей, в частности облачного покрова, является основной причиной расхождения в прогнозах различных климатических моделей относительно потепления при одинаковом уровне выбросов. Когда воздух нагревается, он способен удерживать больше влаги. Водяной пар, являясь мощным парниковым газом, удерживает тепло в атмосфере. Если количество облаков увеличивается, то больше солнечного света отражается обратно в космос, что способствует охлаждению планеты. Однако, когда облака становятся выше и тоньше, они действуют как изолятор, отражая тепло снизу вверх, что приводит к нагреванию планеты^[65][66][67].

Другим важным фактором обратной связи является сокращение снежного покрова и морского льда в Арктике, что снижает отражательную способность поверхности Земли. В результате, в этих регионах поглощается больше солнечной энергии, что способствует усилению температурных изменений в Арктике^[69]. Ускорение климатических изменений в Арктике также приводит к таянию вечной мерзлоты, что в свою очередь вызывает выделение метана и углекислого газа в атмосферу. Кроме того, изменение климата может провоцировать выделение метана из водно-болотных угодий, морских и пресноводных систем. В целом, ожидается, что климатические обратные связи будут становиться все более положительными^{[70][71][72][73]}.