Концептуальная основа динамической геоэкологии

Критика усилилась еще и в связи с тем, что во многих водных объектах ухудшается качество вод за счет поступления органики в водоемы, и в результате вторичного загрязнения, а следователь и прогрессирующего эвтрофирования ( См. термин в «Словаре по прикладной экологии, рациональному природопользованию и природообустройству.») . Водные экосистемы стали "работать" в неустойчивом режиме, в связи с чем, их продуктивность упала.

Высокие сроки окупаемости связаны с низкой продуктивности водных и сопряженных с ними наземных экосистем. Это вызвано низкой культурой производства, которая обусловлена экономическими, экологическими, социальными и нравственными причинами.

Экономически это вызвано следующим. В целях уменьшения капитальных вложений водохозяйственные системы упрощались. Упрощение сводилось к тому, что, в основном, выполнялись работы, связанные с управлением количеством вод, но не их качеством.

При этом отсутствовал научный подход к обоснованию и территориальному распределению систем управления для различных видов водных экосистем. Кроме того, допускались серьезные ошибки в проектировании и строительстве гидросооружений водохозяйственных систем. Поэтому в результате осуществления крупномасштабных водохозяйственных программ в ряде регионов нарушалось экологическое равновесие.

В качестве примера можно привести развитие орошения в бассейне Аральского моря. Орошаемые земли проектировались без учета возможных экологических последствий, в результате чего, земли засолялись, реки истощались и загрязнялись, а Аральское море прекратило свое существование как целостный водный объект. Все это повлекло за собой тяжелейшие социальные последствия (исчезли многие поселения на берегу Аральского моря, существенно ухудшилось здоровье местного населения, орошаемые земли не дают запланированной продукции).

К сожалению, это происходило не только в Аральском регионе. Значительный ущерб развитию водного хозяйства нанесла несостоятельная концепция развития АПК в целом и в том числе на мелиорируемых землях. Достаточно произвольно в проектах производился подбор культур и сортов и размещение их на мелиорируемых землях. Не давалась оценка экологической опасности направлений интенсификации земледелия, не определялась роль и место сухих и водных мелиораций и их рационального сочетания. Не учитывался разрыв между производством, хранением и переработкой продукции с мелиорируемых земель, не уделялось должного внимания вопросам ресурсосбережения, и, прежде всего водосбережения на мелиорируемых землях, в том числе за счет введения платы за землю и воду.

До сих пор отсутствует эффективный экономический механизм взаимодействия землепользователей с водохозяйственными организациями. Все это приводит к перерасходу водных ресурсов и ухудшению их качества.

В аридной зоне (Аридная, субаридная и гумидная географические зоны - соответственно: сухая, полусухая и влажная. ) Волжского бассейна при нерациональном орошении не только интенсивно росли площади вторично засоленных и заболачиваемых земель, но и загрязнялись водоемы высокоминерализованными и токсичными дренажными стоками.

В субаридной и гумидной зонах на водосборах разрушалась структура почвы, усиливалась эрозия, что повышало загрязненность водных объектов. Сейчас можно констатировать, что нежелательные экологические изменения наземных экосистем всегда отрицательно сказываются и на водных экосистемах.

Объективной причиной негативных явлений является то, что новые водохозяйственные объекты, как правило, находятся в более сложных природных условиях (климатических и геоморфологических), чем существующие. Поэтому механический перенос имеющегося положительного опыта создания водохозяйственных систем в одних зонах приводит к нежелательным экологическим последствиям в зонах с другими природными условиями, а, следовательно, и с другими экосистемами, которые могут быть менее устойчивы при проведении водохозяйственных мероприятий. Казалось, что в этих условиях нужно было бы обратить особое внимание на обоснованность принятия решений, на проработку различных альтернатив коренного улучшения природных условий.

Однако проектные институты разрабатывали зачастую безальтернативные концепции, прогнозы и планы развития водного хозяйства в стране, в первую очередь учитывающие интересы саморазвития ведомств.

При этом используемые модели развития водного хозяйства и мелиоративного земледелия привели к отрыву целей хозяйства от целей развития общества и улучшения качества жизни человека.

В них недостаточно учитывалось динамическое единство лимитирующих природных ресурсов (водных, земельных и др.), не уделялось должного внимания функционированию природных комплексов, не проводилась оптимизация условий жизни биоты и человека.

Таким образом, можно сделать вывод, что причина неудовлетворительного положения дел с водными ресурсами в стране заключается в следующем:

? отрыв водного хозяйства от основной социально - экономической и экологической задачи: управления качеством жизни человека и сохранения природного биотического сообщества;

? отсутствие региональных экологических концепций рационального природопользования, в том числе и при природообустройстве, например, при мелиорации земель;

? использование моделей планирования водного хозяйства, не позволяющих принимать решения в условиях быстро меняющейся природной, демографической и экологической ситуации.

В связи с тем, что развитие человечества остановить невозможно, поэтому неизбежно будут возникать зоны экологического неблагополучия. Для выживания человечества необходимо организовать систему управления условиями внешней среды, которая может стать основой для системы управления качеством жизни человека.

Именно ресурсы создают определенные условия. Тепловые ресурсы Солнца создают определенные температурные условия на Земле. Водные ресурсы биосферы, создают определенные условия влажности почвы и воздуха и т.д.

Связи, учитывающие взаимовлияние элементов показаны, различной структурой линий. Сплошная линия - положительное влияние; пунктирная линия - частично положительное, частично отрицательное взаимовлияние элементов; штрихпунктирная линия и пунктирная - отрицательное влияние.

Основной задачей системы управления условиями внешней среды, на каком - любо обособленном природном объекте, например, на водосборе является управление круговоротом воды и питательных веществ (зольных элементов).

Систему управления в простейшем случае можно представить в виде взаимодействующих «резервуаров» и «потоков» энергии и вещества. Потоки обычно замкнуты (круговорот энергии и вещества). Движение потоков энергии и вещества создает определенные условия, которые непосредственно влияют на живые существа. Более того, живые существа активно участвуют в «организации» потоков энергии и вещества. Ряд природных объектов вообще не могли бы возникнуть, если бы не было живого вещества. Например, почва. Роль живого вещества на Земле еще заключается и в том, что благодаря нему удается длительно задержать (накопить, аккумулировать) энергию Солнца.

Управление процессами перевода должно осуществляется в направлении перевода воды и зольных элементов из геологического круговорота в биологический круговорот. Это, кстати, может повысить и экологическую устойчивость.

Перевести зольные элементы в биологический круговорот можно, накопив их в биомассе, а это делается только под влиянием солнечной энергии. Таким образом, управляя круговоротом вещества можно управлять круговоротом энергии

Представляется, что дальнейшее развитие рационального природопользования, в общем, и использования водных ресурсов, в частности, должно соответствовать целям создания ноосферы, элементами которой являются технико-природные комплексы, например водохозяйственные системы.

Только на основе идеи создания ноосферы с учетом всех ее компонентов можно осуществлять коренную экологизацию всего хозяйства и в первую очередь водного. Это может дать возможность перейти к оптимальному управлению геологическим и биологическим круговоротами веществ на водосборах.

Несомненно, что уже сейчас необходимо широко внедрять методы комплексного управления количеством и качеством водных ресурсов. Для этого необходимо, в частности, оптимизировать режимы водопользования и в первую очередь орошения в целях экономии водных ресурсов, а при проектировании учитывать стоимость воды.

В связи с тем, что наиболее водоемкой отраслью является мелиорация, в каждом проекте, схеме Комплексного использования водных ресурсов или в Целевой программе должна быть обоснована природная необходимость природообустроительных мероприятий и доказана их экономическая и социальная эффективность, рассчитана экологическая безопасность и нравственная допустимость.

Однако в рамках существующих проектов гарантировать улучшение качества жизни нельзя. В связи с этим целесообразно совместно со схемой комплексного использования природного ресурса разрабатывать систему имитационного моделирования природных, демографических и хозяйственных процессов.

Поскольку эта система должна объединить все поресурсные схемы управления и должна быть ориентирована на коренное улучшение жизни жителей региона, ее можно назвать "Системой управления качеством жизни" (СУКЖ).

Система может быть ориентирована на следующие цели:

1. Усиление конвергенции (схождения) интересов пользователей различными ресурсами.

2. Сохранение и восстановление природной среды.

3. Сохранение генофонда человека и биоты экосистем.

4. Обеспечение всего населения качественным питанием, водой, воздухом.

5. Гарантии прав человека (в частности, права на получение достоверной информации).

6. Доступность образования и ценностей культуры всему населению.

7. Создание условий для обеспечения всего населения жильем.

8. Создание условий для сокращения преступности, алкоголизма, наркомании.

11. Устранение разрывов в экономическом развитии отдельных частей рассматриваемого бассейна.

12. Перестройка внутрибассейновых экономических отношений.

13. Повышение роли бассейновых производственных объединений.

14. Замещение истощающихся ресурсов производства (источники энергии, минеральное сырье, вода и др.).

15. Доступность информации по вопросам, затрагивающим жизненные интересы человека (экология, хозяйственная деятельность на водосборе и др.)

Работа системы «Управления качеством жизни человека» в конечном счете сводится к долгосрочному и оперативному прогнозированию биосферных процессов и мыслится как выдача набора альтернатив, удовлетворяющих тем или иным критериям эколого - экономического развития.

Компоненты, определяющие качество жизни человека, могут быть разделены на три группы:

экологические - фауна, флора, почва, вода, воздух, пища;

социально-экономические, действующие на уровне общества - здравоохранение, работа, жилье;

социальные, действующие на уровне индивидуума - культура, образование, отдых.

Структура системы управления каждым компонентом аналогична структуре системы, показанной на рис.4.1.

Представляется, что аналогичную процедуру принятия решений можно осуществить и для других компонент.

Таким образом рационализируются масштабы и характер хозяйственной деятельности на водосборе, создаются благоприятные условия для человека и среды его обитания, решаются конкретные вопросы межнациональных отношений и реализуется ряд идей политического и социально-экономического характера (собственность на землю, плата за природные ресурсы и т.д.)

4.3.2 Основные положения системы перманентного планирования антропогенной деятельности на водосборе для устойчивого развития

Выше было показано, что система управления количеством и качеством вод должна быть построена таким образом, чтобы удовлетворять требования человека, биотического сообщества и социума. Требования эти по своей структуре, целям и способам их достижения различаются, в ряде случаев они вступают в противоречие.

Требования социума определяются, в основном, экономической системой и уровнем ее развития, требования человека к антропогенным условиям зависят, с одной стороны, от его принадлежности к той или иной социальной группе, а с другой от его этнической принадлежности

В связи с тем, что установить требования этноса к допустимой величине преобразования ландшафта (в том числе и к уровню загрязнения вод) в настоящее время представляется затруднительным, целесообразно при планировании водохозяйственной деятельности, иметь постоянную информационную связь с населением водосбора, которая позволила бы корректировать глубину антропогенных действий. Это особенно важно, так как в бассейнах больших рек проживает множество народов, интересы которых могут быть различными. Например, в бассейне Волги кроме русских проживают татары, мордва, чуваши, башкиры, калмыки и многие другие народы. Одни традиционно ловят рыбу, другие сплавляли лес, третьи занимались земледелием или скотоводством и у всех свои «требования» к состоянию и использованию водосбора и реки.

Требования природных биотических сообществ к условиям внешней среды адекватны условиям в местах происхождения этого сообщества. Это можно назвать генетической памятью об условиях среды в местах происхождения предков.

В случае несовпадения требуемых условий с условиями в местах продуцирования происходит угнетение, деградация, а потом и разрушение социума, человека и всего природного биотического сообщества.

Поддержание этой системы в состоянии устойчивого развития возможно в случае постоянного слежения за разбалансом(? ?R_i) требований и условий.

В связи со сложностью процессов и связей в этой системе непосредственное измерение такого разбаланса затруднено. В этой ситуации, для выработки управляющих воздействий целесообразно использовать обратные связи.

Основой для их формирования являются: биоразнообразие в природном биотическом сообществе и моральное состояние общества.

Требования социума выражаются в виде законодательства, нормативов и ограничений (иногда считается, что таким образом выражают интересы человека).

Требования человека лучше всего он выражает сам (процесс такого самовыражения интенсивно проходит во всем мире).

Требования природного биотического сообщества могут выразить люди, достаточно образованные в этой области и нравственно подготовленные к такому виду деятельности (рис. 4.3).

Здесь специально разделены требования человека и природного биотического сообщества, так как в последние 100 лет их интересы все более и более расходились. Человек стал считать, что все ресурсы необходимы только для него, а остальные живые существа могут пользоваться природными ресурсами по остаточному принципу. Не правильность такого суждения показал экологический кризис, который неизбежно привел к кризису экономическому и социальному. В настоящее время в Мире ширится движение в защиту природного биотического сообщества, которое, в конечном счете, защищает человека от самого себя.

Процесс использования информации о потребностях различных элементов системы человек - социум - природа реализуется при перманентном (постоянно действующем) планировании антропогенной деятельности на водосборе.

Использование обратной связи между субъектами управления (человек - природа - социум) происходит при составлении плана, программы, мероприятий и при обсуждении результатов.

В связи с тем, что человек на каждом этапе фактически проводит экспертную оценку ситуации, перманентное планирование можно понимать как интерактивную экспертизу намерений, планов и проектов.

Реализация обратных связей (участие жителей водосбора) в системе управления количеством и качеством водных ресурсов может быть осуществлена посредством современных телекоммуникаций, например Intеrnеt.

Одной из основных задач при использовании природных ресурсов является задача оптимального (справедливого, т.е. нравственного) разделения ресурсов между человеком, обществом и природными биотическими объектами. Если это распределение делать на основе экономических критериев, то в выигрыше оказывается человек, а проигрыше биотическое сообщество, если учитывать потребности биоты, то «выигрывает» не только биота, но и человек.

4.3.3 Соотношение в системе природа - человек - социум при различных условиях социально-экономического развития

Соотношение в триаде природа - человек - социум начали рассматривать, в полном объеме, совсем недавно. Хотя может показаться, что эта проблема решалась всегда. Но до недавнего времени, да и во многом сейчас, в центре рассмотрения находится человек, именно его интересы ставятся на первое место.

Это либо обеспечивалось экономической системой (в так называемых «демократических странах»), либо декларировалось в условиях жесткого государственного управления. Природа, как равноправный член триады, стала рассматриваться в связи с развитием концепции устойчивого развития Мира.

В условиях жесткого государственного управления, как природе, так и человеку оставалась незначительная часть ресурса (около 10%) (Экспертная оценка автора ) , основное расходовалось на поддержание системы управления. Это приводило к тому, что «система управления» была не в состоянии «освоить» даже те незначительные капиталовложения, которые выделялись на охрану природы. Биотическое природное сообщество постепенно деградировало.

В условиях, так называемых, развитых стран, особенно в Европе и Америке, возникло «общество потребления» и природные ресурсы используются, в основном, человеком (хотя их распределение до сих пор остается неравномерным). Природным биотическим сообществам от такого распределения оставалось не более, чем в странах с жесткой системой планирования. В результате, несмотря на то, что уровень финансирования природоохранной деятельности в развитых странах был достаточно высок (3 - 7% от расходной части бюджета), существенного улучшения условий существования природной биотической части не произошло.

Рассмотренные выше обстоятельства привели к необходимости выработки другой концепции, которая в документах Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), была сформулирована как последовательный переход к устойчивому развитию. Она должна обеспечить решение социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно - ресурсного потенциала в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений людей.

Представляется, что Концепция устойчивого развития Мира должна быть основана не только на учете интересов одного биологического вида (человека), но и на признании приоритета природных биотических сообществ, или хотя бы их равноправия, по отношению ко всем другим участникам использования природных ресурсов. К сожалению и этого в полной мере не произошло, что следует из «Концепции перехода к Российской Федерации к устойчивому развитию», утвержденной указом президента Российской Федерации от 1 апреля 1996 г. № 440. Однако, значительные шаги в этом направлении сделаны и, можно полагать, что дальнейшее развитие Мира заставит их продолжить. В концепции отмечается, что «улучшение качества жизни людей должно обеспечиваться в тех пределах хозяйственной емкости биосферы, превышение которых приводит к разрушению естественного биологического механизма регуляции окружающей среды и ее глобальным изменениям. Лишь выполнение этих условий гарантирует сохранение нормальной окружающей среды и возможность существования будущих поколений людей. ... Переход к устойчивому развитию предполагает постепенное восстановление естественных экосистем до уровня, гарантирующего стабильность окружающей среды. ... Однако переход к устойчивому развитию осуществить нельзя, сохраняя нынешние стереотипы мышления, пренебрегающие возможностями биосферы и порождающие безответственное отношение граждан и юридических лиц к окружающей среде и обеспечению экологической безопасности».

Исходя из сказанного выше, можно полагать (по мнению автора ) , что для устойчивого состояния и достаточного развития Мира на долю биотической части экосистемы должно приходиться не менее 80 % всех ресурсов. На потребление человеком 10% и на поддержание устойчивой системы социум - природа еще 10%.

Несомненно, что необходимо дальнейшее уточнение «хозяйственной емкости биосферы», но в качестве первого приближения могут быть использованы значения, приведенные выше.

Итак, мировым сообществом принято, что «роль России в решении планетарных экологических проблем определяется обладанием большими по площади территориями, практически не затронутыми хозяйственной деятельностью и являющимися резервом устойчивости всей биосферы в целом» (около 8 млн.кв.км.). Однако при этом не учитывается, что по этим территориям протекают загрязненные реки, приносящие загрязняющие вещества из районов с разрушенными хозяйственной деятельностью экосистемами. Загрязненные в верхнем течении воды отрицательно влияют на экосистемы водосборов в нижнем течении, поэтому роль России как резерва экологической устойчивости всей планеты может быть реализована только при восстановлении природного качества вод в бассейне каждой реки.



Выводы к четвертой главе

Существуют два пути рационального природопользования:

первый путь - это разумное сокращение потребления в антропогенных экосистемах и селекция животных и растений для получения видов с широким диапазоном саморегулирования, т.е. экономно использующих природный ресурс.

второй путь - увеличение того или иного ресурса путем природообустройства, придания нового качества ресурсу.

Существующие методы управления природопользованием не позволили человечеству избежать многих неприятностей и катастроф, поэтому при принятии решений в природопользовании, и природообустройстве кроме экономической составляющей, необходимо вводить нравственную составляющую.

Для выживания человечества необходимо организовать систему управления условиями внешней среды, которая может стать основой для системы управления качеством жизни человека.

Для устойчивого состояния и достаточного развития Мира на долю биотической части экосистемы должно приходиться не менее 80 % всех ресурсов. На потребление человеком 10% и на поддержание устойчивой системы социум - природа еще 10%



Рекомендации по дальнейшему изучения материала 4 главы

1. Дополните материал раздела новыми данными (цифровой и фактический материал).

2. Найдите новые для вас слова, которые не были определены в тексте и определите их используя словари и энциклопедии.

3. Составьте подробную структурную схему государственного управления природопользованием.

4. Составьте список природных ресурсов, для которых могут быть использованы приведенные в тексте схемы.

5. Составьте список литературы, в которой подробно описаны вопросы, рассмотренные в данном разделе. Расставьте ссылки в соответствующие места.



Глава 5. Климатические ресурсы

5.1 Основные понятия и определения

Климатические ресурсы являются важнейшими в обеспечении жизни на Земле. Это видно из рисунка 4.2. Приток солнечной энергии и энергия недр Земли поддерживает круговорот вещества, сохраняющий биосферу.

Тот факт, что климат, в основном, зависит от деятельности Солнца, люди отметили еще в древности. И поэтому слово климат происходит от греческого слова - klima, что буквально означает наклон земной поверхности к солнечным лучам.

На более поздних этапах развития естествознания под климатом стали понимать многолетний режим погоды в том или ином регионе Земли.

Климат является результатом процессов притока тепловой, кинетической и других видов энергии к границе атмосферы. В результате притока солнечной энергии происходят испарение и конденсация, образуются ветры, происходит перенос влаги в атмосфере, формируются морские течения, поддерживается течение рек.

При изменении потоков солнечной энергии, за счет внутренних процессов на Солнце или извержения вулканов возможно похолодание, интенсивное накопление льда или потепление за счет противоположных процессов. К счастью для всего живого на земле поток излучения от Солнца изменяется весьма незначительно - не более 0.1% за десятилетие.

В бытовом смысле под климатом понимают многолетний режим погодных факторов, присущий данной местности (климат данной местности).

Погода - совокупность процессов, происходящих в атмосфере данного района в определенный момент времени. Характеризуется температурой и влажностью воздуха, осадками и другими мгновенными характеристиками воздушных масс.

Климат данной местности - характерный для определенной местности многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ними циркуляции

Изучением климата занимается климатология. Климатология - наука о закономерностях метеорологических процессов, определяемых комплексом физико-географических условий, и выражающаяся в многолетнем режиме погоды данной местности.

Данные климатологии используются для многих областей человеческой деятельности, например, для расчетов ресурсов тепла, ресурсов влаги, элементов баланса подземных вод, режима их питания, кругооборота воды в природе, количественной оценки биологической продуктивности и много другого.

В задачи климатологии входит:

? выяснение генезиса климата (климатообразования), в результате климатообразующих процессов и под влиянием географических факторов климата;

? описание климатов различных областей земного шара, их классификация и изучение их распределения;

? изучение климатов исторического и геологического прошлого (палеоклиматология);

? прогноза изменений климата.

Выяснение влияний климата на растительный и животный мир, на человеческий организм является задачей прикладных отраслей климатологии, таких, как биоклиматология, сельскохозяйственная климатология, медицинская климатология.

Будучи тесно связана с физической наукой об атмосфере - метеорологией, климатология в то же время является географической наукой (иногда говорят - географическим разделом метеорологии).

Метеорология - наука об атмосфере, о ее строении, свойствах и протекающих в ней физических процессов. Таких процессов, как теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности, влагооборот в атмосфере и в почве, атмосферные движения - общая циркуляция и многих других процессов.

Образование определенных климатических условий на Земле в целом или в определенных ее районах в результате тех атмосферных процессов, которые называются климатообразующими и, протекают при воздействии определенных географических факторов климата.

Ареной развертывания этих процессов является атмосфера Земли.

Атмосфера земли (от греч. atmos -- пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли и вращающаяся вместе с нею. Масса атмосферы около 5,15·10¹⁵ т. Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ (0.003%), водород, гелий, неон и другие газы. В нижних слоях атмосферы (до 20 км) содержится водный пар. В тропиках у поверхности земли его -- 3%, а в Антарктиде - 2·10^-5 %. Количество паров воды с высотой быстро убывает. На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород. На этих высотах часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (рис 5.1). Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли.

Атмосфера принимает участие в суточном и годовом вращении Земли вокруг Солнца. В воздушной оболочке постоянно происходят разнообразные физические процессы, непрерывно меняющие ее состояние (вихри, циклоны и т.п.).

Для их характеристики используют ряд метеорологических величин: температура воздуха, атмосферное давление, плотность и влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество, высота и толщина облаков, интенсивность осадков и т.д. Кроме метеорологических величин выделяют ещё такие атмосферные явления как туман, гроза, гололед, изморозь, роса, шквал, смерч, полярные сияния и т.д.

Поверхность Земли нагревается неравномерно. Поток солнечной радиации зависит от высоты Солнца над горизонтом. Чем выше оно поднимается над горизонтом, тем больший поток радиации падает на Землю. Кроме того, Земля покрыта горами, лесами, равнинами, реками, озерами и морями, которые различно поглощают солнечные лучи. Поглощающая способность зависит от отражающих свойств поверхности, которая измеряется в долях отраженной радиации и называется альбедо.

Альбедо - безразмерная величина, характеризующая отражательную способность тела. А. - отношение интенсивности отраженной радиации к интенсивности падающей (прямой) радиации.

Чем меньше величина альбедо, тем большее количество тепла расходуется на нагревание поверхности.

Сильнее и быстрее нагревается сухая, темная, открытая почва и расположенный над ней воздух. Значительно медленнее прогревается поверхность воды, но зато вода дольше остывает из-за большей, по сравнению с воздухом, теплоемкости и теплопроводности.

Отражение и поглощение солнечного излучения различными подстилающими поверхностями можно оценить по таблице 5.1. Здесь видно, что чем больше величина альбедо, тем меньше тепла накапливается.

Таблица 5.1 Альбедо естественных поверхностей суши.

Вид поверхности	Альбедо
1. Устойчивый снежный покров в высоких широтах (более 600).	0.80
2. Устойчивый снежный покров в умеренных широтах (менее 600).	0.70
3. Лес при устойчивом снежном покрове.	0.45
4. Лес при неустойчивом снежном покрове весной.	0.25
5. Лес при неустойчивом снежном покрове осенью	0.30
6. Неустойчивый снежный покров весной	0.38
7. Неустойчивый снежный покров осенью	0.50
8. Степь и лес в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С.	0.13
9. Тундра в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С.	0.18
10. Тундра, луг, степь и лиственный лес в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С весной до появления снежного покрова осенью.	0.18
11. Хвойный лес в период от перехода средней суточной температуры через 100С весной до появления снежного покрова осенью..	0.14
12. Леса, сбрасывающие листву, саванны, полупустыни в сухой время года.	0.24
13. Леса, сбрасывающие листву, саванны, полупустыни во влажное время года.	0.18
14. Пустыня	0.28
15. Влажные тропические леса	0.12
16.Влажная почва	0.05 -0.1
17Чернозем	0.15
18Сухая глинистая почва	0.30
19 Светлый песок	0.35- 0.4
20Полевые культуры	0.1 - 0.25
21 Травяной покров	0.2 -- 0.25
22 Лес	0.5 -- 0.20
23Верхняя поверхность облаков.	0.5 -- 0.65

Накопление тепла (энергии) или отражение ее в атмосферу способствует тому, что между нагревающимся телом и атмосферой происходит непрерывный обмен влагой. Испаряясь из океанов и морей, водяной пар восходящими движениями воздуха поднимается вверх. Там, благодаря низким температурам он конденсируется в капли, образуя облака.

Облака переносятся ветром на континент, где из них выпадают осадки, которые частично впитываются в почву, улавливаются корнями растений, частично испаряются (Испарение может происходить либо с поверхности воды, почвы (грунта) или с поверхности растительности. Тогда это называется транспирацией. ) или стекают в реки, а оттуда в море.

Происходит известный круговорот воды в природе, непрерывный процесс перемещения воды в атмосфере, гидросфере и земной коре.

Итак, накопление энергии Солнца на Земле существенным образом зависит от климата, а так как энергия долгосрочно может запасаться только живым веществом, то и от биоты.

Солнечная энергия для биосферы является основным источником движения. Передача этой энергии осуществляется процессами, происходящими сначала в атмосфере, потом в гидросфере, а в конечном итоге в биосфере. Таким образом, Солнце влияет на климат, климата на водообмен, а водообмен на процессы, происходящие в биосфере.

На основании сказанного выше можно полагать, что климат существенным образом влияет на все и от его стабильности зависит продуктивность биологических процессов на Земле. Изменение климата может привести к существенным нарушениям биотических процессов и, в конечном счете, повлиять на существование человека на Земле.

5.2 Изменение климата

Изменения климата человек «ощущает» через изменения погоды.

Различают периодические и непериодические изменения погоды. Первые связаны с движением Земли вокруг Солнца и своей оси. Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.

При изменении средних многолетних величин метеорологических элементов, можно говорить об изменении климата.

В литературе, «изменением климата» называют прогрессивно направленные изменения метеорологических элементов, вместе с тем так же называют и колебания, имеющие определенную ритмичность.

Колебания отдельных метеорологических элементов и климата в целом различаются продолжительностью периодов и величиной амплитуды.

Если ритмы атмосферных процессов сходны по интенсивности, но отделены друг от друга многолетними промежутками времени, то такие колебания, наиболее часто свойственные климату, называют циклическими.

Объективными показателем изменчивости и колебаний климата являются результаты инструментальных: наблюдений метеорологических станций.

Регулярные наблюдения в отдельных пунктах систематически ведутся с XVIII в. Поэтому использование прямых измерений для восстановления климатов прошлого ограничено имеющимися рядами наблюдений.

Однако сведения о погоде и климате, можно почерпнуть и из других источников.

Косвенные признаки изменения климатического режима могут содержаться в информации об осадочных породах (ископаемые останки животных и растений) или плотности расположения «годовых колец» на срезах деревьев, а также характере изменения почвенного профиля.

Одним из достоверных источников информации об изменении климата являются летописи и исторические «хроники».

5.3 Гипотезы, объясняющие изменение климатов в прошлом

Гипотезы, объясняющие изменение климатов в прошлом, обычно объединяют в три группы.

Первая группа включает астрономические гипотезы, которые, связывают изменение климата с изменениями элементов земной орбиты (ее формы, положения в пространстве) и с перемещениями оси вращения Земли.

Вторая группа состоит из физических гипотез, объясняющих смену климатов Земли изменением количества и спектрального состава солнечной радиации, поступающей на земную поверхность как в результате развития физических процессов на Солнце, так и из-за изменения оптических свойств земной атмосферы и процессов, в ней происходящих.

Третья группа -- гипотезы геолого-географические, в соответствии с которыми причины изменения климата связываются с тектоническими процессами: с образованием крупных поднятий земной коры, изменениями площади суши и моря (их расположения и очертаний), с изменениями направления и мощности морских течений.

Начиная с 1970 года, появляется новая причина изменения климата - человеческая деятельность, поэтому для объяснения существующих климатических изменений необходимы гипотезы, учитывающие и этот фактор.

Рассмотрим каждую группу более подробно.

5.3.1 Астрономические гипотезы

Считается, что положение Земли относительно Солнца может изменяться в результате воздействия планет солнечной системы и влияния других космических объектов.

Вообще параметры орбит планет солнечной системы поддерживаются с удивительной точностью, так как «незначительные» изменения в положении Земли и других планет привело бы к изменению температуры на Земле и гибели биосферы.

Физически задача поддержания жизни на Земле может быть сформулирована следующим образом: для сохранения существующей биосферы в течение длительного времени необходимо поддержать практически постоянный температурный режим в тонком слое (слой атмосферы 25 км.), на границе которого температура около минус 100 ^оС.

При этом нужно учесть, что климат Земли может меняться при изменении эксцентриситета (вытянутости) земной орбиты, ее наклона по отношению к эклиптике (изменение наклона земной оси) и изменение ориентирования земной оси в пространстве.

Предполагается, что такие изменения происходят периодически со следующими периодами: эксцентриситет меняется с периодом 90 тысяч лет, наклон земной оси с периодом 40 тысяч лет, а ориентирования земной оси в пространстве с периодом 21 тыс. лет.

Климат в разные периоды «жизни» Земли могут быть более или менее стабильны.

Если момент нестабильности астрономических показателей совпадет с моментом «внутренней нестабильности», то процесс может усилиться, и существенные изменения климата неизбежны. К такому выводу пришел российский ученый М.И. Будыко.

Он доказал, что малые колебания поступающего от Солнца потока радиации (в условиях современной большой неустойчивости термического режима высоких широт при наличии ледяных полярных покровов) способны вызвать большие изменения климата.

Выше было показано, что энергетический поток от Солнца очень стабилен, меняется не более чем на 0.1 % за десятилетие, поэтому «включение» этого механизма зависит от деятельности человека. В основном за счет нерационального природопользования.

К астрономическим гипотезам изменения климата можно отнести изменение притока солнечной радиации при различной активности Солнца. Эти гипотезы объясняют изменение климата циклическими колебаниями деятельности Солнца. Считается, что энергетическая мощность солнечной радиации практически постоянна (радиация изменяется в пределах 10%). Изменяются, в основном, потоки ультрафиолетовой и корпускулярной радиации.

Впервые мнение о влиянии солнечной активности на палеоклиматические изменения появились в литературе после того, как были установлены вековые и предположительно многовековые циклы ее изменений.

Число Вольфа - относительное количество пятен на Солнце W, вычисляемое по формуле

W=k (10n+f)

где k - множитель зависящий от условий наблюдений и инструмента, n - число наблюденных групп и отдельных пятен, f - общее число всех пятен в группах и отдельных пятен. Числа Вольфа измеряются около 200 лет

В 50 годы 20 века П. П. Предтеченский выдвинул гипотезу о влиянии солнечной активности на изменение климата.

Изменение климата он объяснял изменениями общей циркуляции атмосферы под влиянием активности Солнца.

При усилении солнечной активности интенсифицируется циркуляция атмосферы, в ней начинают преобладать адвективные процессы, что ведет к сглаживанию температурных контрастов зима -- лето.

Наоборот, при ослаблении солнечной активности доля адвекции уменьшается, и преобладающими становятся процессы стационарного типа.

Таким образом, континентальность климата при усилении солнечной активности уменьшается, а при спокойном солнце континентальность возрастает. [Алисов Б.П., Полтараус Б.П. 1974]

Возможно, что солнечная активность, воздействуя на конденсационные процессы в атмосфере, оказывает влияние на основные механизмы общей циркуляции атмосферы. Например, западно-восточный перенос и меридиональные вторжения воздушных масс.

При максимуме солнечной активности, преобладает меридиональная циркуляция разница температур между экватором и полюсом достигает наименьшего значения.

Зона умеренных широт исчезает, а другие зоны достигают максимального расширения.

Климат во всех зонах становится более влажным, отличается однообразием на больших пространствах и обилием осадков. Площади пустынь сокращаются.

При минимуме солнечной деятельности абсолютно преобладает западно-восточный перенос. Зоны умеренных широт занимают максимальную площадь, а все другие зоны предельно сокращены. Это эпоха максимальной разобщенности зон и предельной континентальности климата.

Местные особенности формирования климата в таких условиях проявляются в полной мере. Пустыни достигают наибольшего развития.

При переходе от максимума активности к минимуму и, следовательно, от одного преобладающего механизма циркуляции к другому происходят изменения климата и климатической зональности.

Так, при ослаблении солнечной активности на Земле могут сложиться условия, когда меридиональная циркуляция и западно-восточный перенос будут равноценны. Это эпоха предельной неустойчивости циркуляции и изменчивости климата. Зоны умеренных широт продолжают расширяться, температура снижается, особенно летом, но осадков выпадает еще много.

Это благоприятствует накоплению снега и льда, установлению ледниковой эпохи. (Ледниковые эпохи закладываются и развиваются при неупорядоченности атмосферной циркуляции, а с переходом к преобладанию меридионального или западно-восточного переноса они деградируют).

Множественность ледниковых и межледниковых эпох, исходя из этой гипотезы, можно объяснить совокупным влиянием на циркуляцию атмосферы различных по продолжительности и амплитуде циклов солнечной активности, которые накладываются один на другой.

Многие ученые пытались сроить гипотезы для объяснения климатических изменений деятельностью Солнца. Среди них известна гипотеза Симпсона

Основные положения гипотезы Симпсона заключаются в том, что при увеличении излучающей способности Солнца растет интенсивность солнечной радиации и, следовательно, температура земной поверхности, причем низкие широты нагреваются больше, чем высокие.Вследствие этого возрастает температурный градиент экватор -- полюс и усиливается атмосферная циркуляция. В свою очередь рост скорости ветра и температуры способствуют испарению и увеличению влагосодержания воздуха. Последнее при усилении циклоничности благоприятствует облако образованию и выпадению большего количества осадков.Возросшая облачность, с одной стороны, увеличивает альбедо, Земли, в особенности в высоких широтах, где угол падения солнечных лучей невелик, а с другой -- в большой мере предохраняет Землю от потери длинноволновой радиации. Все это сглаживает температурные контрасты между днем и ночью, между летом и зимой.

Изменение солнечной радиации имеет различные последствия для климатов низких и высоких широт. В низких широтах изменения солнечной радиации вызовут соответствующие изменения облачности и осадков, колебания температуры при этом будут сглажены, а в засушливых областях (пустынях) при увеличении радиации температура из-за большей облачности может даже понизиться.

Таким образом, в местах, не подверженных оледенению, во время максимума солнечной радиации климат становится более влажным и дождливым, а во время минимума -- более континентальным и сухим.

Иначе складываются климатические условия в полярных областях и на возвышенностях, подверженных оледенению, где летняя температура не поднимается выше 0^о. Увеличение солнечной радиации приведет к росту средней годовой температуры и к увеличению осадков, которые первоначально выпадают преимущественно в виде снега. Это способствует росту ледников, таяние которых в течение облачного и потому прохладного лета незначительно. Однако при дальнейшем росте интенсивности солнечной радиации и температуры возрастут доля дождевых осадков, испарение, а с переходом температуры через 0 ^оС -- таяние снега и льда. Все это вместе обусловит деградацию ледников и установление теплого межледникового периода.

В результате последующего уменьшения радиации и понижения температуры произойдет повторение процессов в обратном порядке: сначала возобновится накопление снега и льда, т.е. начнется новое оледенение. Но скоро вследствие уменьшения количества осадков исчезнут ледники, и наступит холодная и сухая межледниковая эпоха. Эта гипотеза дает качественное представление об изменении климата в связи с колебаниями солнечной радиации.

К сожалению ни одна из гипотез не может объяснить все факты изменения климата, кроме того, в них не учитывается антропогенное влияние. Сочетание изменения солнечной активности с мощным антропогенным воздействием, особенно при высокой солнечной активности, может привести усилению нестационарных процессов в атмосферной циркуляции.

Отсюда можно заключить, что нерациональная антропогенная деятельность в зонах неустойчивого равновесия (например, в северных районах России) может привести к существенным изменениям климатических условий на Земле.

В этом смысле мировое сообщество должно быть заинтересовано в сохранении и очень бережном использовании природных ресурсов в районах крайнего севера.

5.3.2 Физические гипотезы

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 0,5^о. 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 0,2-0,5^оС 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.

...