В XIX в. палеоклиматические изменения объясняли изменением состава атмосферы, в частности, с изменением содержания в атмосфере углекислоты.
Как известно, в земной атмосфере содержится углекислого газа около 0,03% (по объему). Этой концентрации достаточно, чтобы «согревать» атмосферу, увеличивая «оранжерейный эффект». Повышение концентрации углекислого газ может оказывать влияние на климат, в частности на температуру.
На Земле в течение длительного времени поддерживается средняя годовая температура 14 оС с колебаниями ±5 оС.
Расчеты показывают, что если бы углекислый газ в атмосфере отсутствовал, то температура воздуха на Земле была бы на 21 оС ниже современной и равнялась бы -7 оС.
Увеличение содержания углекислоты вдвое, по отношению к современному состоянию, вызвало бы рост средней годовой температуры
до +18 оС.
Таким образом, теплые периоды в геологической истории Земли можно связывать с высоким содержанием углекислоты в атмосфере, а холодные - с низким ее содержанием.
Оледенение, которое было, предположительно, после каменноугольного периода могло быть вызвано бурно развивающейся в этот период растительность, которая значительно уменьшила содержание углекислого газа в атмосфере.
Вместе с тем, если биологические или химические процессы не в состоянии поглотить поступающий поток (Углекислый газ может поступать как из природных источников (деятельность вулканов, пожары и т.п.), так и при сжигания топлива в результате антропогенной деятельности) углекислого газа, то концентрация его увеличивается, это может привести к повышению температуры атмосферы.
Считается, что за последние 100 лет в результате сжигания органического топлива общепланетарная температура повысилась на 0,5о. Дальнейшее увеличение концентрации углекислоты в атмосфере может явиться одной из возможных причин потепления климата XXI века.
Что же будет, если произойдет удвоение концентрации СО2?
В северных среднеширотных регионах летние засухи могут сократить продуктивный потенциал на 10-30%, что повлечет за собой повышение средней цены мировой сельхозпродукции не менее чем на 10%.В ряде районов существенно возрастет продолжительность теплого периода года. Это может привести к росту продуктивности вследствие адаптации с/х при внедрении позднеспелых и, как правило, более урожайных сортов.Предполагается, что в некоторых частях мира климатические границы сельского хозяйственной зоны будут сдвигаться на 200-300 км при потеплении на один градус.Может произойти значительное смещение основных лесных зон, при этом смещение границ лесов в северном полушарии может составить несколько сотен километров в направлении севера.Полярные пустыни, тундра и бореальные леса, как ожидается, сократится приблизительно на 20%. В северных районах среднеазиатской части России зональная граница передвинется на север на 500-600 км. Зона тундры, может, вообще исчезнуть на севере Европы.Повышение температуры воздуха на 1-2 оС, сопровождающееся одновременным сокращением количества осадков на 10%, может вызвать сокращение среднегодового речного стока на 40-70%.Повышение температуры воздуха вызывает увеличение стока за счет таяния снега от 16 до 81%. Вместе с тем летний сток уменьшается на 30-68% и одновременно понижается влажность почвы на 14-36%.
Изменение количества осадков и температуры воздуха может радикальным образом изменить распространение вирусных заболеваний, переместив границу их распространения к высоким широтам.
Льды Гренландии могут полностью исчезнуть в ближайшую тысячу лет, что приведет к подъему среднего уровня Мирового Океана на шесть-семь м. К такому выводу пришли британские ученые из Редингского университета, проведя моделирование глобальных изменений климата.Гренландский ледник является вторым по величине после антарктического - его толщина составляет около 3 тыс. м (2.85 млн. куб. км замерзшей воды). До настоящего момента объем льдов в данном районе оставался практически неизменным: растаявшие массы и отколовшиеся айсберги компенсировались выпадающим снегом.Если средняя температура в районе Гренландии повысится всего на три градуса Цельсия, начнется интенсивный процесс таяния вековых льдов. Более того, по оценкам экспертов NASA, Гренландия уже теряет порядка 50 куб. км замерзшей воды в год.
Ожидать начала таяния гренландского ледника, как показали результаты моделирования, можно уже в 2035 году.
А в том случае, если температура в данном районе поднимется на 8 градусов Цельсия, льды полностью исчезнут в течение тысячи лет.
Понятно, что повышение среднего уровня Мирового Океана приведет к тому, что многие острова окажутся под толщей воды. Подобная участь, в частности, ожидает Бангладеш и отдельные районы Флориды. Решить проблему, можно будет только при условии резкого сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу.
Глобальное потепление приведет к интенсивному таянию льдов (Гренландия, Антарктика, Арктика) и к 2050 г. повышению уровня мирового океана на 30-50 см, а к 2100 г. до 1 м. При этом возможно повышение температуры поверхностных вод на 0,2-0,5оС что приведет к изменению практически всех компонентов теплового баланса.
В связи с потеплением климата площадь продуктивных зон Мирового океана сократится примерно на 7%. При этом первичная продукция Мирового океана в целом может уменьшиться на 5-10%.
Таяние ледников в архипелагах в российском секторе Арктики может привести к их исчезновению через 150-250 лет.
Глобальное потепление на 2 оС сдвинет южную границу климатической зоны, связанной в настоящее время с вечной мерзлотой, на большей части Сибири к северо-востоку, по крайней мере, на 500-700 км.
Все это приведет к глобальным перестройкам мирового хозяйства и социальным потрясениям. Несмотря на то, что сценарий увеличения CO2 в два раза маловероятен, рассматривать его нужно.
Приведенные выше прогнозы, показывают, что использование природных ресурсов должно ориентироваться, с одной стороны, на уменьшение расхода органического топлива, а с другой на повышение продуктивности растительного покрова (увеличение поглощения CO2). Для повышения продуктивности естественного растительного покрова необходимо бережное отношение к лесам и болотам, а для повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий комплексная мелиорация.
«Оранжерейный» или «тепличный» эффект атмосферы, может быть вызван также и изменением содержания в воздухе водяного пара. При увеличении влагосодержания температура увеличивается, а при уменьшении - понижается.
Таким образом, изменение параметров атмосферы может привести и к похолоданию. Например, уменьшение влагосодержания воздуха вдвое может понизить среднюю температуру земной поверхности примерно на 5о.
Похолодание может быть вызвано не только этими причинами, но и в результате изменения прозрачности атмосферы вследствиевыброса вулканической пыли и пепла, ядерных взрывов, лесных пожаров и т.п.
Так, например, засорение атмосферы продуктами вулканизма увеличивает альбедо (отражательная способность) Земли как планеты и уменьшает поступление солнечной радиации на земную поверхность и это приводит к похолоданиям.
Вулканы являются источниками огромных масс пыли и пепла. Например, подсчитано, что в результате извержения вулкана Кракатау (Индонезия) в 1883 г. было выброшено в воздух 18 км3 рыхлого материала, а вулкан Катмаи (Аляска) в 1912 г. дал атмосфере около 21 км3 пыли и пепла.
По Гемфризу мелкие фракции пыли могут оставаться в атмосфере многие годы. Обилие твердых взвесей, выбрасываемых в атмосферу, быстрое их распространение по всему земному шару и продолжительное их сохранение во взвешенном состоянии уменьшает приход солнечной коротковолновой радиации на земную поверхность. При этом сокращается продолжительность солнечного сияния.
После извержения Катмаи в 1912 г., даже в Алжире интенсивность радиации была ослаблена на 20%. В г. Павловске, под Петербургом, коэффициент прозрачности атмосферы после извержения этого вулкана вместо нормальной величины 0,765 уменьшился до 0,588, а в августе — до 0,560. В отдельные дни напряжение солнечной радиации составляло только 20% от нормального значения. В Москве число часов солнечного сияния в 1912 г. равнялось лишь 75% наблюдавшегося в смежные годы. [Алисов Б.П., Полтараус Б.П. 1974]
Интересные данные об ослаблении солнечной радиации твердыми примесями в атмосфере сообщаются В. Б. Шостаковичем. Он сообщает, что в засушливое уровня лето 1915 г. лесные пожары охватили в Сибири площадь в 1,6 млн. км2, а задымленность наблюдалась на площади в. 6 млн. км2. Эта площадь равна по величине площади Европы.Солнечная радиация при этом уменьшилась в. августе 1915 года до 65%. Пожары продолжались около 50 дней и вызвали: запоздание в созревании злаков на 10 — 15 дней.
Аналогичное влияние огромных лесных пожаров в 1950, описывает Векслер. Он сообщает, что из-за дыма дневная сумма интенсивности солнечной радиации в безоблачные дни в Вашингтоне составляла 52% нормы для безоблачного дня. Аналогичную ситуацию можно было наблюдать в 1972 и 2002 годах в России.
Рис 5.5 Изменение солнечной радиации после извержения вулкана Катмаи.
Сторонником влияния помутнения атмосферы на климат является Брукс. По его данным все холодные годы, начиная с 1700 г., следовали за крупными извержениями вулканов. Холодные 1784— 1786 гг.— за извержением вулкана Асама (Япония) в 1783 году. Холодный 1816 г. («год без лета») — за извержением Томборо (о. Сумбава) в 1815 году. Холодные 1884 — 1886 гг.— за извержением Кракатау в 1883 году. Холодные 1912 — 1913 гг. — за извержением Катмаи (Аляска) в 1912 году (см. рис 5.5).
Активным сторонником гипотезы вулканической причинности, объясняющей колебания и изменения климата, является один из крупнейших климатологов России - М. И. Будыко. Он показал, что после вулканического извержения, при среднем уменьшении прямой радиации на 10%, средняя годовая температура Северного полушария уменьшается примерно на 2 - 3 оС.
Расчеты М. И. Будыко, кроме того, доказывают, что в результате загрязнения атмосферы вулканической пылью суммарная радиация более существенно ослабляется в полярной области и мало — в тропических широтах. При этом снижение температуры должно быть более значительным в высоких широтах и сравнительно небольшим в низких.
За последние полвека на Земле стало существенно темнее. К такому выводу пришли ученые Годдардского института космических исследований при NASA. Как показывают глобальные измерения, с конца 50-х до начала 90-х годов прошлого столетия количество солнечного света, достигающего земной поверхности, уменьшилось на 10%. В некоторых регионах, таких как Азия, Соединенные Штаты и Европа света стало еще меньше. В Сянгане (Гонконге), например, "потемнело" на 37%. Исследователи связывают это с загрязнением окружающей среды, хотя динамика "глобального затемнения" до конца не ясна. Ученым давно известно, что частицы веществ, загрязняющих атмосферу, в какой-то мере отражают солнечный свет, не пуская его на землю. Процесс идет давно и не представляет собой неожиданность, подчеркнул доктор Хэнсен, однако "его последствия огромны". Эксперты не предсказывают скорого наступления вечной ночи. Более того, некоторые настроены оптимистично, указывая, что в результате борьбы с загрязнением окружающей среды воздух над некоторыми районами планеты стал чище. И все же феномен "глобального затемнения" нуждается в глубоком изучении.
Из приведенных фактов следует, что механические примеси, выбрасываемые в атмосферу вулканами и образованные в результате антропогенной деятельности, могут оказывать существенное влияние на климат.
Для возникновения полного оледенения земного шара достаточно уменьшение притока суммарной солнечной радиации
всего на 2%.
Гипотеза влияния загрязнение атмосферы на климат была принята при моделировании последствий ядерной войны, которое было выполнено учеными Вычислительного Центра РАН под руководством акад. Н.Н. Моисеева.Ими было показано, в результате ядерных взрывов образуются пылевые облака, ослабляющие интенсивность потока солнечных лучей. Это приводит к существенному похолоданию на всей территории планеты и к гибели биосферы в процессе «ядерной зимы».
Необходимость большой точности поддержания природных условий на Земле и недопустимости их изменения свидетельствуют высказывания многих ученых.
Так, например, бывший президент Нью-Йоркской Академии Наук Кресси Моррисон в своей книге "Человек не одинок" говорит, что люди находятся сейчас на заре научной эры, и каждое новое открытие проявляет тот факт, что «вселенная была задумана и создана великим конструктивным Разумом. Наличие живых организмов на нашей планете предполагает такое неимоверное количество всяких условий их существования, что совпадение всех этих условий не может быть делом случая. Земля отдалена от солнца точно на такое расстояние, при котором лучи солнца, обогревают нас достаточно, но не слишком. Земля имеет наклон по эллипсу в двадцать три градуса, что вызывает различные времена года; без этого наклона водяные пары, испаряющиеся с поверхности океана, перемещались бы по линии север - юг, нагромождая лед на наших континентах.
Будь луна всего в пятидесяти тысяч миль от нас, вместо того, чтобы отстоять приблизительно на двести сорок тысяч миль, наши океанические приливы были бы столь огромны, что затопляли бы нашу землю два раза в день...
Если бы наша атмосфера была бы более разреженной, горящие метеориты (которые сгорают миллионами в пространстве), ежедневно ударяли бы в нашу землю с разных сторон, производя пожары...
Эти примеры и множество других показывают, что нет ни одной возможности на миллион, чтобы жизнь на нашей планете была случайностью» (цитируется по материалам А.Д Шаховского).
Выводы:
- Климатические условия являются определяющими для многих процессов, от которых зависит существование биосферы на Земле.
- Изменение климата в результате антропогенной деятельности опасно, если оно происходит в глобальных масштабах.
- Существенное изменение климатических условий возможно при увеличении содержания «оранжерейных» газов в атмосфере (углекислый газ, водяные пары и т.п.)
- Для компенсации парникового эффекта необходимо увеличение продуктивности естественных и искусственных ценозов.
- Существенное изменение климатических условий возможно и при загрязнении атмосферы механическими примесями.
- Использование природных ресурсов должно ориентироваться, с одной стороны, на уменьшение расхода органического топлива, а с другой на повышение продуктивности растительного покрова (увеличение поглощения CO2).
Рекомендации по дальнейшему изучения материалов:
12. Дополните материал раздела новыми данными (цифровой и фактический материал).
13. Найдите новые для вас слова, которые не были определены в тексте и определите их используя словари и энциклопедии.
14. Составьте структурную схему влияния антропогенной деятельности на климат Земли.
15. Составьте список природных ресурсов, нерациональное использование которых может существенно изменить климат земли.
16. Составьте список литературы, в которой подробно описаны вопросы, рассмотренные в данном разделе. Расставьте ссылки в соответствующие места.
