Влияние изменения климата на биосферу и природопользование
Глобальное потепление, вызванное деятельностью человека, в свою очередь, через обратные связи существенно повлияет на биосферу и природопользование. В связи с этим можно выделить несколько негативных аспектов: увеличение площади ландшафтов с недостаточным увлажнением, смещение климатических и растительных зон, таяние льдов, ледников и вечной мерзлоты, подъем уровня Мирового океана, изменение циркуляции вод в Мировом океане и гидрологического цикла в целом и др. Одним из следствий глобального потепления является увеличение количества осадков в масштабе всей планеты. Это могло оказаться положительным компенсирующим фактором. Но наибольший прирост осадков характерен для приокеанических склонов континентов и особенно над островами, в то время как во внутриконтинентальных районах они могут сокращаться вследствие уменьшения меридиональных градиентов температур и снижения поступления влаги в центральные районы суши. В последние десятилетия это уже проявляется в сокращении внутриконтинентального стока (более чем на 20%). В стоке островов выявилась обратная тенденция — среднее увеличение почти на 12%. Кроме того, некоторые климатические модели предсказывают, что увеличение количества испаряющейся влаги на континентальной части средних широт превзойдет прирост количества осадков в этом регионе. Это приведет к уменьшению влажности почвы и может повредить растениям или нарушить баланс между количеством испаряющейся влаги и выпадающими осадками. Фактически на большей части этих территорий уже сегодня, при нормальном климате наблюдается летняя засуха. Таким образом, усиление засушливости при дальнейшем потеплении выглядит вполне реальным сценарием. Потепление в центральных областях будет увеличивать засушливые зоны и по мере уменьшения лесных площадей. Количественно этот процесс трудно оценить, но увеличение температуры на 1 °С за сто лет в северном полушарии могло бы сдвинуть границу между лесной и степной зонами на 60-100 км к северу и таким образом заместить площадь в 100-200 млн га, покрытую лесом, на травяное покрытие. Общее потепление, которое может вызвать среднее изменение в температуре Земли на 0,1-1°С за десятилетний период, превышает в 100-1000 и даже более раз адаптационные способности природных сообществ, например, способность лесов к миграции. Этот эффект приведет к быстрой гибели лесов, пожарам еще до их перемещения в новые регионы. Отдельные виды животных также погибнут, если естественные для них условия обитания и климат сместятся в новые области. Но будут погибать не только отдельные виды, а и целые генотипы, т.е. специфические комбинации генов, образовавшиеся в каждой определенной местности в ходе естественного отбора на протяжении многих поколений. При таких условиях лесные зоны обычно заменяются зонами кустарника, травяными зонами или саванной. Для проверки такого варианта был подробно исследован характер истощения флоры и фауны для ряда экосистем в разных точках земного шара. Установлено, что эффект таких перемещений географических зон приводит к сокращению территорий, пригодных для жизни животных, а также людей. Эта редукция означает не просто уменьшение жизненного потенциала на Земле, но и обеднение земной фауны. Одновременно такие переходные периоды вызывают появление новых видов, для которых эти условия являются благоприятными. При этом эволюционный процесс идет в сторону уменьшения размеров особей, которые обладают более высокой репродуктивностью и захватывают большие ареалы. Среди растений это широко распространенные сорняки, которые растут в садах, на других возделываемых землях; среди животных сюда относятся вредители и паразиты садов и жилищ. Заметный рост количества осадков, согласно большинству климатических моделей, будет отмечаться в тропиках и в северных широтах в течение всего года, а в умеренных широтах — преимущественно в зимнее время (когда они не нужны). Незначительные изменения ожидаются в сухих субтропических регионах, однако даже они могут иметь серьезные последствия в этих областях в связи с неизбежным увеличением площади пустынь. Показания климатических моделей заметно различаются в том, как изменения климата скажутся на субконтинентальных широтах. Тем не менее большинство этих моделей предсказывают увеличение количества сезонных осадков в Юго-Западной Азии, где и без того не наблюдается дефицита влаги большую часть года. Нагревание биосферы будет приводить к значительному увеличению скорости суммарного дыхания биосферы. Тогда будет иметь место увеличение выбросов углерода в виде углекислого газа и метана из лесов и почв, в особенности на высоких широтах. В целом потепление климата приводит к интенсификации процессов водообмена. В настоящее время испарение с океанической поверхности возросло приблизительно на 4%, что привело к изменению динамики тепло-влагообмена между океаном, атмосферой и континентами. Рост испарения (как с морской поверхности, так и с территории суши), вызывающий рост облачности, приводит к повышению атмосферных осадков и над акваторией океана, где их выпадает около 80%, и над территорией суши. Современное увеличение осадков составляет в среднем около 3-4%. Материалы спутниковых наблюдений показывают, что в атмосфере происходит постепенный рост облачности (рис. 3.13) как над океанами, так и над континентами, и к настоящему времени он составляет почти 10%. В целом для Евразии в 1901-1995 гг. имела место тенденция уменьшения годовых сумм осадков (12 мм в 10 лет), особенно в летнее время года. Однако для Российской Федерации и прилегающих к ней государств в этот период, выраженный тренд в годовых суммах осадков отсутствовал. Потепление климата на Земле вследствие «парникового эффекта» станет особенно заметным к 2025 г. Суммарные последствия этого будут для человечества весьма негативными. Продуктивность основных житниц планеты — великих степей Евразии, стран Средиземноморья и Сахеля, кукурузного пояса Северной Америки — в 2050 г. может сократиться на 20-25 %. Примерно на столько же процентов увеличатся размеры пустынь и полупустынь. Под-
тверждением этому являются катастрофические засухи в Африке, в Сахель-ской зоне в 70-х и начале 80-х гг., в США и Канаде — в 1988 г. Прогнозируемое повышение температуры воздуха и изменение количества атмосферных осадков могут привести к заметным изменениям стока вод и, следовательно, к засухам и наводнениям в ряде регионов России. В лесостепной зоне и на юге лесной зоны европейской территории, а также в Западной Сибири сокращение годового стока малых и средних рек составит 10-20 % нормы. При этом уменьшится влажность метрового слоя почвы в летний период (5-15 %). В более южных степных районах годовой сток рек может увеличиться на 10-20 % (за счет таяния снегов и ледников Кавказа), а на севере европейской территории России и в Сибири — на 10-15 %. Наиболее важные следствия потепления климата для России: оттаивание «вечной» мерзлоты и освобождение газов (особенно метана), захороненных в мерзлоте, и их дополнительное поступление в атмосферу. Скованные льдом горные породы развиты на севере Европейской России, Урала, Западной Сибири (примерно до широтного отрезка Оби), на большей части Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Фактически «вечная» мерзлота занимает около 60 % площади России. Отрицательные температуры проникают в земную кору до глубины 1 300—1 500 м, их минимальные среднегодовые значения достигают -15. ..-16°С. Вечномерзлый покров литосферы в плане напоминает изрядно потертое одеяло: вдоль верхнего (северного) края карты России он почти сплошной, с редкими дырами и прорезями в виде таликов под крупными озерами и реками, мощность мерзлоты здесь максимальна, а температуры минимальны. К югу таликовых прорех становится все больше, толща мерзлоты уменьшается, температура ее повышается и у нижнего, южного края области вечной мерзлоты от сплошного покрова остаются одни лоскутки — острова мерзлых пород мощностью в несколько метров или десятков метров с температурой, близкой к нулю. Хозяйственное значение области «вечной» мерзлоты, или криолитозо-ны, как ее называют мерзлотоведы, трудно переоценить. Это стратегический тыл экономики России, ее топливно-энергетическая база и валютный цех. Северный край страны населен крайне скудно. На огромных просторах арктических холодных пустынь, тундры, лесотундры, тайги и горных степей, на равнинах, плоскогорьях и в горах на 1 км2 приходится менее одного человека. В Ямало-Ненецком национальном округе этот показатель равен 0,6 чел. на 1 км2, в Корякин и на Чукотке— 0,1-0,2, а в Эвенкии и на Таймыре и вовсе 0,03-0,06 чел. Тем не менее нельзя забывать, что в пределах криолитозоны России сосредоточено более 30% разведанных запасов всей нефти страны, около 60% природного газа, крупные залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть этих природных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, магистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, построены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На «вечной» мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Надым, Воркута, даже в границах Читы имеются острова вечной мерзлоты. Быстрое оттаивание мерзлых пород может обернуться катастрофическими последствиями. Дело в том, что верхние горизонты вечномерзлых пород мощностью от 2-5 до 30-50 м и более содержат лед в виде мелких линзочек и жилок, а также крупных залежей в виде клиновидной решетки (полигональной в плане) или пластовых залежей мощностью до 30-40 м. На некоторых участках северных равнин лед составляет до 90% объема мерзлых пород. Запасы подземных льдов криолитозоны России сейчас оцениваются в 19 тыс. км3, что дает право иногда называть «вечную» мерзлоту подземным оледенением. Анализ наблюдений и геотермических исследований свидетельствует о деградации верхних горизонтов криолитозоны (повышение температуры вечномерзлых пород, уменьшение их площади, возрастание глубины сезонного протаивания) за последние 15-25 лет. Через 50 лет температура поверхности грунтов может повыситься на 0,9-2,3°С, а глубина сезонного протаивания увеличится на 15-33%. В результате этого южная граница криолитозоны на равнинах и плоскогорьях отступит к северу и северо-востоку на 50-600 км. Если к зонам полного оттаивания вечномерзлых пород добавить зону частичного их таяния, то в целом образуется полоса деградации «вечной» мерзлоты, ширина которой на севере европейской части России достигнет 50-200 км, в Западной Сибири — 800 км и в Восточной Сибири — 1500 км. Сильно сократятся, но полностью не исчезнут острова и массивы вечномерзлых пород в горах Забайкалья, юга Дальнего Востока и на Камчатке. Оттаивание льдонасыщенных пород будет сопровождаться просадками земной поверхности, и целые регионы с низкими абсолютными отметками поверхности окажутся затопленными морями. Возникнет угроза разрушения зданий и инженерных сооружений, возведенных с сохранением мерзлого основания. Усилятся процессы разрушения береговых уступов арктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат для обеспечения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооружений. Такие последствия потепления климата станут разорительными для страны. Непринятие своевременных защитных мер может обернуться катастрофой. Любое продолжительное климатическое потепление приводит к росту уровня Мирового океана. В этот процесс вносят вклад два фактора: таяние ледников и расширение океанической воды при нагреве. В недалекой истории Земли уровень океанов неоднократно возрастал и падал. С момента последнего ледникового периода уровень океана возрос, возможно, больше, чем на 91 м. По мнению Стефана Шнайдера, автора книги «Совместная эволюция климата и жизни», рост уровня океана замедлился после того, как растаяли великие континентальные ледники и стабилизировался климат в современный межледниковый период. В последние столетия рост составлял от 0,5 до 3 мм/г. Определенный вклад в этот процесс вносит тепловое расширение морской воды, величина которого может составить около 10%. За период с 1860 до 1996 г. повышение уровня Мирового океана составило около 20 см. В течение 1800-1900 гг. подъем уровня моря составлял около 1 мм/г. С 1900 г. подъем уровня моря увеличился до 1,5 мм/г. Максимальный подъем морского уровня наблюдался в период с 1930 до 1960г., когда он достиг 2,4 мм/ г. Затем наметилась некоторая стабилизация уровня океана вплоть до 1970 г., когда начала проявляться тенденция к дальнейшему его повышению. В случае, если динамика останется на прежнем уровне и техногенное воздействие, вносящее вклад в глобальное потепление, не уменьшится, то к 2070 г. уровень Мирового океана возрастет приблизительно на 44 см. Возможно, что к 2100 г. человечество должно ожидать роста уровня Мирового океана не меньше, чем на 21 см, и не больше, чем на 71 см. В случае, если ледяной щит Западной Антарктиды будет разрушен, уровень моря поднимется более, чем на 5 м. Прогнозируемое приращение уровня моря будет происходить со скоростью, превышающей в 2 или даже в 10 раз ту скорость, с которой происходило повышение уровня моря в XIX столетии (10-15 см за 100 лет). Повышение уровня моря на 1 м привело бы к перемещению многочисленных человеческих поселений, разрушению инфраструктуры городов, лежащих в низменностях, затопило бы арабские страны, загрязнило бы воду в системах водоснабжения и у берегов. При повышении уровня моря всего на 1 м море зальет 15% площади Египта и 14% урожайной земли Бангладеш, юго-восточные штаты США, существенно пострадавшие в 2005 г. от нагона воды крупнейшим в истории США ураганом «КатарИна». Кроме того, в юго-восточной части США, например, более половины видов промысловых рыб использует засоленные болотистые районы в качестве нерестилищ и, следо-нательно, тоже пострадают. Прямое воздействие подобного явления — это перемещение береговой линии и влажных земель районов прилива и вторжение фронта соленых вод в устья рек, а также засоление пресноводных прибрежных акваторий. Построение взаимной корреляционной функции между уровнем Мирового океана и аномалиями температуры воздуха показало, что наиболее близкая связь между ними наблюдается при сдвиге 19 лет. При этом уровень океана запаздывает относительно хода температуры. Связь между этими характеристиками довольно тесная (коэффициент корреляции равен 0,94). Поэтому следствия современного потепления нам предстоит ощутить позже. Кроме того, современная трансгрессия океана приводит к усилению приливных явлений. Так, высокие приливы в районе Куксхавене с 1874 по 1993 г. повысились практически на 30 см, а средняя скорость увеличения высоких приливов составила около 2,4 мм/г (рис. 3.14). Высота морских приливов и подъем уровня Мирового океана играют важную роль в усилении современного разрушения морских берегов и особенно устьевых областей, таких как дельта Нила, устья Ганга, Инда, Миссисипи и др.
Глобальные изменения тепловлагообмена приводят к изменению водного режима всего Мирового океана, что особенно четко проявляется в характере Эль-Ниньо — теплого сезонного течения поверхностных вод в восточной части Тихого океана. В отдельные годы происходит усиление этого течения, достигающего берегов Эквадора. Теплые воды течения препятствуют проникновению вглубь кислорода и губительно влияют на планктон и рыб, одновременно вызьшая обильные дожди с катастрофическими наводнениями на обычно засушливом побережье Южной Америки. Глобальное потепление способствует учащению и увеличению масштабов негативных последствий. Парадоксальным следствием глобального повышения температуры Земли может стать наступление нового «ледникового периода» на севере Европы и Америки в самом недалеком будущем. Погода большей части Европы зависит от западных, юго-западных и северо-западных ветров, образующихся благодаря Гольфстриму над Атлантическим океаном. Эти ветры приносят сюда летом влажный и охлажденный воздух, а зимой влажный и теплый. Влияние воздушных течений достигает Швейцарии, Тироля, Венгрии и отчасти Западной России. Принимая во внимание, что Гольфстрим переносит к северу 18 млн м3 воды в секунду и что это морское течение зимою достигает наибольшей скорости в 54 морских мили (100 км) в день, можно получить представление о том громадном влиянии, которое имеют эти массы воды на Атлантический океан, а также на прибрежные страны. Становится понятным то, что Гренландия (Gronland или Grunland — Зеленая страна), которая еще во времена Карла Великого была покрыта зеленеющими лугами, за 1000 лет могла так охладиться, что сегодня почву покрывает слой льда в 300 м. Дело в том, что Гольфстрим, волны которого некогда омывали Гренландию, на выходе из Мексиканского залива изменил свое направление, и теперь его теплые воды касаются берегов Европы. Причиной этого служит изменение плотности воды и все более выступающий и постоянно увеличивающийся коралловый полуостров Флорида. Благодаря этому Исландия (Island — Ледяная страна) и Гренландия поменялись ролями. Картина течений в Северной Атлантике определяется соотношением плотностей вод Лабрадорского течения и течения Гольфстрим. Если холодные, но при этом более пресные воды Лабрадорского течения оказываются плотнее более теплых и соленых вод Гольфстрима, то формируется картина течений, характерная для межледниковья. Лабрадорское течение как бы подныривает под Гольфстрим (рис. 3.15,а), а Гольфстрим (Северо-Атлантическое течение) несет свои воды в Ледовитый океан, «обогревая» северные районы Евразии и Америки.
Рис. 3.15. Изменение течений при переходе от межледниковья (а) к периоду оледенения (б): 1 —- теплое течение Гольфстрим; 2 — теплое северное пассатное течение; 3 — теплое южное пассатное течение; 4 — холодное Лабрадорское течение; 5 — холодное Канарское течение; б — Уральский хребет; 7— ледяная дамба; 8 — Евразийский океан; 9, 10, 11 — реки Обь, Енисей, Лена. СП — Северный полюс Распреснение Ледовитого океана в результате таяния гренландского ледника и общего увлажнения климата при повышении среднепланетарной температуры Земли может привести к еще большему распреснению вод Лабрадорского течения и снижению их плотности. Если плотность вод Лабрадорского течения станет ниже плотности вод Гольфстрима, то Лабрадорское течение поднимется на поверхность, перекрывая путь Гольфстриму на север (рис. 3.15). Сформируется картина течений, характерная для ледниковых периодов. В результате подобной перестройки течений нарушается меридиональный перенос тепла между тропическими и полярными областями. На севере Евразии и Америки температура понизится, а в экваториальной зоне возрастет. Такое изменение климата может произойти довольно быстро (в течение 2-5 лет) и будет иметь катастрофические последствия для мировой экономики и даже цивилизации. В зоне оледенения окажутся многие промышленно развитые страны Северной Европы и Америки, резко сократятся посевные площади под сельскохозяйственными культурами, возрастут расходы на отопление жилищ, а в некоторых районах возникнет необходимость эвакуации населения (десятки, а возможно, и сотни миллионов человек). В тропической зоне из-за увеличения среднегодовых температур не исключено расширение существующих и образование новых засушливых территорий. Оценка времени наступления этого момента должна учитывать не только снижение плотности вод Лабрадорского течения в результате распресне-ния, но и снижение плотности вод Гольфстрима из-за повышения среднепланетарной температуры. Наиболее вероятным наступление «новейшего ледникового периода» представляется в момент массированного таяния Гренландского ледника (через 25-100 лет), однако есть данные, что «новейший ледниковый период» в северном полушарии может наступить и в более близком будущем. Одним из следствий наступления «новейшего ледникового периода» будет резкий рост сжигания угля, нефти и газа для отопления жилищ, что может только ускорить начало терминальной стадии парниковой катастрофы на всем земном шаре. В 1990 г. рабочая группа ООН по проблемам парниковых газов определила предельно допустимые уровни повышения температуры приземного воздуха и уровня Мирового океана, при которых возможно сохранение в исходном виде как самой планеты, так и человечества в целом. Эксперты пришли к заключению, что резкое повышение температуры более, чем на 1,0°С за 100 лет может вызвать быструю, необратимую реакцию, которая приведет к широкомасштабным нарушениям экосистемы всей планеты. Максимально допустимая скорость изменения температуры не должна превышать 0,1 °С в десятилетие. Это соответствует росту уровня океана не более 20 мм за 10 лет, что даст возможность большинству уязвимых экосистем (пониженные участки суши, коралловые рифы) приспособиться к изменяющимся условиям. При превышении данной скорости таким экосистемам будет нанесен значительный урон. Однако за последние 100 лет средний планетарный уровень моря уже повысился на 10-25 см, что, вероятно, связано с ростом средней глобальной температуры (0,3-0,6°С за тот же период). Следовательно, при расчете по максимальному значению уровень Мирового океана повышается со скоростью 25 мм в десятилетие. Даже при соблюдении допустимой скорости изменения климата (прежде всего по температуре) у нас в резерве не менее 100 лет. В работе [4] были выделены следующие периоды развития парниковой катастрофы: 1. «Латентный период парниковой катастрофы» характеризуется слабой выраженностью климатических изменений, что обусловлено тепловой инерцией Мирового океана, а также существованием механизмов антропогенного влияния на климат Земли, которые приводят к понижению ее среднепланетарной температуры (например, аэрозольное загрязнение верхних слоев атмосферы). В этот период существуют хорошие возможности для поиска путей и принятия мер для предотвращения парниковой катастрофы. 2. В «начальный период парниковой катастрофы» климатические изменения уже достаточно сильно выражены, однако не приобрели еще характера катастрофы. 3. «Катастрофический период парниковой катастрофы» характеризуется локальными климатическими катастрофами, включая возможное кратковременное наступление «новейшего ледникового периода» на севере Европы, Азии и Америки. В экваториальной и тропической зоне образуются территории, непригодные для проживания человека и ведения сельского хозяйства. В данный период будет происходить дальнейшее обострение социально-экономических противоречий в мире, усугубляемых продовольственным кризисом. В этот период парниковая катастрофа, возможно, еще обратима, однако для этого потребуются объединенные усилия всего человечества при условии мобилизации всех доступных ресурсов. 4. «Период необратимых изменений парниковой катастрофы» связан с активизацией процессов выделения СОг из природных источников (океан, карбонаты, метан-гидраты и т. д.), а также исчерпанием (недостаточностью) ресурсов человечества для противостояния климатическим изменениям. 5. «Терминальный период парниковой катастрофы» — это значительное сокращение земной поверхности, пригодной для жизни людей, дезинтеграция человеческой цивилизации.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Влияние изменения климата на биосферу и природопользование» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
