Климат — весьма сложная система, функционирование которой зависит от множества факторов: термоядерных процессов на Солнце, орбитальных вариаций Земли, геологических процессов в земных недрах, тепло и влагообмена между атмосферой, океаном и сушей и др. (рис. 3.8). Поэтому наука о климате включает в себя практически все современные знания о Земле, и только взгляд на климатическую систему в масштабах всей планеты наиболее адекватен для понимания этой весьма сложной системы.
Рис. 3.8. Климат и гидрологическая система Изменения климата на протяжении истории человечества оказывали огромное влияние на жизнь людей, на зарождение, существование, гибель культур и цивилизаций. Глобальные похолодания климата (известные как ледниковые периоды) происходили так же регулярно, как и глобальные потепления, принося как пользу, так и нанося огромный вред человеку и другим живым организмам. Многие антропологи считают, что изменение климата способствовало эволюции человека — на смену лесам пришли саванны, и человекообразные приматы были вынуждены спуститься на землю и встать на задние конечности. Чередующиеся понижения и повышения температуры на Земном шаре (максимально проявлявшиеся в высоких широтах) сопровождались эволюцией криолитозоны и соответствующими вариациями уровня Мирового океана, поскольку вода, оседающая в холодные стадии на континентах в виде наземного и подземного оледенения, изымалась из Мирового океана. Как правило, климат меняется во временном промежутке, превышающем жизнь одного человека — в течение веков, тысячелетий или миллионов лет, и в то же время он меняется постоянно, даже в такие короткие промежутки времени, как десятилетие или столетие. На практике принято считать климатом средние показатели различных погодно-климатических переменных за 30 лет. В отличие от климата погода меняется час за часом, день за днем и т.д. Существует большое количество климатических циклов. В 1625 г. Фрэнсис Бэкон обратил внимание на то, что кроме суточных и сезонных изменений метеорологических элементов, имеются еще многочисленные многолетние циклы их изменения. В 1957 г. Дж. К. Чарлсуэрт уже насчитывал около 150 циклов колебаний климата различной продолжительности. А.С, Монин и Ю.А. Шишков выделяют миллиардолетние циклы, циклы продолжительностью в сотни и десятки миллионов лет и более мелкие (в историко-геоло-гическом понимании) колебания с периодом от десятков тысяч до десятков лет. Хорошо известны короткопериодные метеорологические колебания: 9-14-летние, 5-6-летние и др. Один из ярко выраженных климатических циклов чередования похолоданий и потеплений хорошо объясняет гипотеза Миланковича, утверждающая, что периоды потеплений вызваны регулярными колебаниями и отклонениями в оси вращения Земли и растяжениями в ее орбите. На изменении орбитальных характеристик основана палеоклиматическая модель, разработанная Джоном Кутцбахом совместно с коллегами из Висконсинского университета (Мэдисон, США). Они объяснили, почему самый теплый период, так называемый «климатический оптимум», возник в недавнем прошлом, приблизительно 5-9 тыс. лет назад. В это время летние континентальные температуры в северном полушарии были на несколько градусов выше, чем в наши дни, а муссонные дожди в Африке и Азии были более интенсивными. Дж. Кутцбах пришел к выводу, что климатический оптимум связан с тем, что наклон земной оси в ту эпоху был немного больше, чем теперь. Кроме того, орбита была такова, что Земля находилась ближе всего к Солнцу (т. е. в перигелии в июне, а не в январе, как теперь). Эти отклонения земной орбиты не влияют существенным образом на количество солнечного излучения, попадающего на Землю, но значительно изменяют разницу между зимними и летними сезонами. На большей части северного полушария 9 тыс. лет назад количество солнечного тепла было на 5 % больше летом и соответственно меньше зимой (по сравнению с настоящим временем). Такой эффект был достаточным для среднеконтинентального потепления в летние месяцы, что привело к увеличению количества муссонных осадков и стока рек в Азии и Африке. Другой характерный цикл погодно-климатических вариаций получил название ЭНСО (сокращение от Эль-Ниньо Садерн Осилейшн). Эти вариации порождены взаимодействием между океаном и атмосферой и происходят с интервалом 3-10 лет. Вариации ЭНСО частично вызваны чередованием теплых и холодных температур на поверхности Тихого океана в восточных и центральных тропиках, которые, в свою очередь, определяются изменениями в восходящих океанических течениях. Этот цикл влияет на температуру и картину распределения осадков на значительной части земного шара. При этом существует обратная связь между атмосферой и океаном. Изменения в погоде и в атмосферных циркуляциях влекут за собой трансформации в океанических течениях. Таким образом, на первый взгляд, беспричинные колебания на температурном графике Земли не случайны. Все разнопериодные циклы изменения климата и погоды накладываются друг на друга и создают сложный интегральный ход изменения метеорологических элементов. В последние десятилетия на естественные климатические циклы все заметнее стали накладываться изменения, связанные с техногенезом. Все это имеет непосредственное отношение к вопросу о том, становится ли климат Земли теплее из-за антропогенного воздействия. Не зная, в каких пределах может колебаться естественная температура планеты, ученые не могут уверенно ответить на вопрос, насколько изменилась температура вследствие человеческой деятельности. В настоящий момент амплитуда температурных колебаний, вызванных человеческой деятельностью, как считают специалисты, пока сравнима с амплитудой естественных фоновых колебаний. Именно поэтому роль так называемого «парникового фактора», за который во многом ответствен углекислый газ, сегодня очень трудно определить. Тем не менее за время с 1860-х и до середины 1990-х гг, среднегодовая температура в приземном слое воздуха в масштабе всей планеты поднялась на 0,3-0,6°С, в том числе после 1940-х — на 0,2-0,3°С. Есть и более значительная оценка. Так, по данным НАСА, в период 1880-1939 гг. стало теплее на 0,6°С, затем с 1939 по 1965 г. похолодало на 0,2°С и с 1965 по 1995 г. снова потеплело на 0,4°С. Таким образом, суммарное потепление за последние 115 лет составляет +0,8°С. Средняя величина, на которую повысилась температура Земли у ее поверхности с начала XIX в., составляет 0,45°С ± 0,15°С. По данным Центра исследований и прогнозов климата Великобритании, глобальное потепление в XX в. достигло первого максимума в конце 1930-х — начале 1940-х гг. и составило 0,6°С. Затем до середины 1960-х гг. отмечалось похолодание со снижением температуры примерно 0,3°С, которое сменилось нынешним потеплением. Потепление обладает неравномерным характером (в высоких широтах изменения температуры почти в 3,5 раза больше, чем у экватора) и ярче выражено зимой. В северном полушарии средний рост температуры на 0,3°С больше, чем в южном, над континентами он достигает 1,6°С, а над океаном — 0,8°С. В итоге во многих районах Земли климат стал нестабильным, кое-где даже похолодало. У теплого сезонного поверхностного течения Эль-Ниньо (восточная часть Тихого океана, у берегов Эквадора и Перу), влияющего на процессы в атмосфере всей планеты, заметно изменились характеристики: период активности (с 11 до 4-5 лет) и масштабы (в 1977-1998 гг. его протяженность достигала 7 000 км при ширине 1 200 км) и разброс температур (от 1° до 9°С). Процесс потепления развивался неравномерно и стал особенно заметен после 1980 г. Оценки измерений температуры, проводившиеся одновременно во всем мире с 1860 г., указывают на то, что с тех пор произошло глобальное потепление на 0,5-0,7°С, и примерно половина этого роста произошла после 1965 г. Температурные данные указывают на то, что шесть самых теплых лет приходятся на предпоследнее десятилетие XX в. в нисходящем порядке— 1988, 1987, 1983, 1981, 1989 и 1980 г. Максимума рост температур достиг в 1998 году. А начало XXI в. ознаменовалось двумя самыми теплыми годами (2002 и 2005) за весь период наблюдений. Необъяснимое пока похолодание в период с 1940 по 1965 г. показывает, что изменения в земном климате не обязательно следуют за проявлениями парникового эффекта. Резкое потепление глобального климата в бореальных областях земного шара сказалось уменьшением количества и продолжительности морозных зим. Таким образом, средняя температура приземного слоя воздуха только за последние 25 лет возросла на 0,7°С. В экваториальной зоне она не изменилась, но чем ближе к полюсам, тем потепление сказывается все более значительно. Так, температура подледной воды в районе Северного полюса возросла почти на 2°С, вследствие чего началось подтаивание льда снизу. Не исключено, что потепление частично имеет естественный (природный) характер. Ведь и А.И. Воейков и В.И. Вернадский подчеркивали, что мы живем в конце последней ледниковой эпохи и только еще выходим из нее. Однако современная скорость потепления заставляет признать существенной роль антропогенного фактора в этом явлении. Еще в 1927 г. В.И. Вернадский писал о том, что сжигание больших количеств каменного угля должно привести к изменению химического состава атмосферы и климата. В настоящее время человечество ежегодно сжигает 4,5 млрд т угля, 3,2 млрд т нефти и нефтепродуктов, а кроме того, в значительных количества природный газ, торф, горючие сланцы и дрова. Все это превращается в углекислый газ, а анализ климатических изменений прошлых эпох позволил установить корреляцию содержания двуокиси углерода в атмосфере с температурой. В 1992 г. выброс СО2 в атмосферу в мире достиг 26,4 млрд т в год, а за последние 20 лет выбросы промышленных газов увеличились на 38%. В результате содержание СОг в атмосфере возросло с 0,031 до 0,035% только с 1956 по 1992 г. и продолжает возрастать. Сейчас уровень СОгв атмосфере повышается со скоростью 0,4% в год и составляет 353 частицы на млн (ррт). Это уровень, который никогда не достигался ранее за все время существования человека на планете. Наиболее высокой концентрация СОг была в межледниковые периоды — в среднем 280 ррт. Минимальные значения в ледниковые периоды составляли в среднем 210 ррт, а в отдельные периоды падали до 180 ррт. Повышение уровня двуокиси углерода на 25 %, зарегистрированное с начала индустриальной эпохи, и антропогенные выбросы с 1950 г. таких химических веществ, как фреоны (ответственных также за истощение стратосферного озона), добавляют по 2 Вт энергии инфракрасного излучения на каждый квадратный метр земной поверхности. Рис. 3.9 иллюстрирует потепление от очень умеренного повышения температуры на 0,5°С до катастрофического потепления на 5°С и выше еще до конца XXI в. Последнее соответствует уровню потепления, имевшему место между 15 тыс. и 5 тыс. лет назад и ознаменовавшему собой переход от последнего Ледникового периода к современной межледниковой эпохе. Тогда биосфере потребовалось 5-10 тыс. лет для полного перехода к эпохе потепления, и этот переход сопровождался подъемом уровня моря на высоту около 100 м,
Рис. з.Ч. Сценарии изменения температуры к 21UU г., допускаемые комоинация-ми концентраций газовых примесей и моделирования климатического отклика на их наличие. Средняя и верхняя кривые соответствуют климатическим изменениям в 10-100 раз более быстрым, чем типичная долговременная средняя скорость глобального изменения миграцией различных видов растений на тысячи километров, радикальным изменением среды обитания животных и растений, вымиранием одних видов живых организмов и эволюцией других, а также другими значительными изменениями в окружающей среде. Если мы будем продолжать сжигать ископаемое топливо имеющимися темпами, то содержание СОг удвоится уже к 2060 г. Согласно Межправительственной комиссии по изменению климата (МКИК), удвоение содержания СОг в атмосфере способно вызвать рост среднеглобальной температуры от 1,5°С до 4,5°С и соответственно повышение уровня Мирового океана от 15 до 95 см (в зависимости от степени чувствительности климата к содержанию СОг в атмосфере). Если климат Земли окажется менее чувствительным к СО2, то значения роста температуры будут ближе к нижним значениям этого интервала. Если климат окажется более чувствительным, то к верхней границе. Для того чтобы не превысить установленные рабочей группой ООН критические пределы, необходимо существенно снизить имеющийся уровень выбросов СО2 (табл. 3.15). Таблица 3.15 Величины сокращения выбросов, необходимого для стабилизации парниковых газов на уровнях, существующих в атмосфере Парниковый газ Сокращение по оценкам ГРСС, (%) Сокращение по оценкам ЕРА, % (Агентство по охране окружающей среды, США) Углекислый газ >60 50-80 Метан 15-20 10-20 Окись азота 70-80 80-85 ХФУ-11 70-75 75-100 ХФУ-12 75-85 70-100 ХФУ-22 40-50 - Необходимо отметить, что изменение климата в масштабах всей Земли происходит не сразу, а с запозданием из-за медленного нагревания океанской водной массы. Между попаданием СОг в атмосферу, последующим потеплением и повышением уровня Мирового океана проходит достаточно много времени. Поэтому то глобальное потепление, свидетелями которого мы являемся в настоящее время, это лишь часть результата выбросов Ср2 в атмосферу за последние 200 лет. Большую долю его влияния на климат нам еще предстоит наблюдать. Поэтому, даже если содержание СОг в атмосфере стабилизируется, то потребуется несколько десятилетий, а то и целое столетие, прежде чем стабилизируется температура. И может оказаться так, что Земля будет обречена на повышение температуры еще по крайней мере на 1°С. Несмотря на объективность данных о значительном увеличении средне-планетарной температуры Земли за последнюю сотню лет (рис. 3.10), мнения ученых о причинах такого угрожающего изменения разделились. Многие полагают, что мы всего лишь наблюдаем очередной геологический эпизод в жизни Земли, в истории которой уже не раз случались повышения и понижения температуры. В настоящее время пока невозможно точно определить, кто прав в этом споре, но никто не возьмется утверждать, что выбросы промышленности и транспорта не оказывают влияние на состояние атмосферы планеты. Население Земли постоянно растет, и потребности в пище и промышленных товарах увеличиваются, что влечет за собой развитие промышленности, сельского хозяйства и транспорта, а это, в свою очередь, добавляет выбросы в атмосферу парниковых газов, которые и «разогревают» нашу планету. Таким образом, человечество постоянно расшатывает климатическую систему Земли. Вопрос лишь в том, когда и на какой стадии этот вклад сможет стать катастрофическим для биосферы планеты и человечества в том числе.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Изменение климата Земли и антропогенез» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
