Глобальные изменения климата

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РЕФЕРАТ

Влияние природных процессов и антропогенной деятельности на глобальные изменения климата на планете

Выполнила:

студентка 1 курса

Басалыга Анастасия Андреевна

Преподаватель

Нилова О. В.

ПИНСК 2016

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос об изменениях климата привлекал внимание многих исследователей, работы которых были посвящены главным образом сбору и изучению данных о климатических условиях различных эпох. Исследования этого направления содержат обширные материалы о климатах прошлого.

Меньше результатов было получено при изучении причин изменений климата, хотя эти причины уже давно интересовали специалистов, работающих в данной области. Из-за отсутствия точной теории климата и недостатка, необходимых для этой цели материалов специальных наблюдений при выяснении причин изменений климата возникли большие трудности, не преодоленные до последнего времени. Сейчас не существует общепринятого мнения о причинах изменений и колебаний климата, как для современной эпохи, так и для геологического прошлого.

Между тем вопрос о механизме изменений климата приобретает в настоящее время большое практическое значение, которое он еще недавно не имел. Установлено, что хозяйственная деятельность человека начала оказывать влияние глобальные климатические условия, причем это влияние быстро возрастает. Поэтому возникает необходимость в разработке методов прогноза изменений климата для того, чтобы предотвратить опасное для человека ухудшение природных условий.

Очевидно, что такие прогнозы нельзя обосновать только эмпирическими материалами об изменениях климата в прошлом. Эти материалы могут быть использованы для оценки климатических условий будущего путем экстраполяции наблюдаемых сейчас изменений климата. Но этот метод прогноза пригоден лишь для очень ограниченных интервалов времени из-за нестабильности факторов, влияющих на климат.

Для разработки надежного метода прогноза климата будущего в условиях возрастающего влияния хозяйственной деятельности человека на атмосферные процессы необходимо использование физической теории изменений климата. Между тем, имеющиеся численные модели метеорологического режима являются приближенными и их обоснования содержат существенные ограничения.

Очевидно, что эмпирические материалы об изменениях климата имеют очень большое значение, как для построения, так и для проверки приближенных теорий изменений климата. Аналогичное положение имеет место в изучении последствий воздействий на глобальный климат, осуществление которых, по-видимому, возможно в ближайшем будущем.

Целью настоящей работы является анализ климатов прошлого, современного и будущего, а также проблем регулирования климата.

Для выполнения поставленной цели нами сформулированы следующие задачи: климат антропогенный природный

Изучить по литературным источникам климаты прошлых эпох;

Ознакомиться с методами изучения и оценки современного климата и климата будущего;

Рассмотреть прогнозы и перспективы климата в будущем и проблемы его регулирования.

Материалами для выполнения работы послужили монографии и другие публикации современных отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме.

Быстрое изменение физико-географического положения может быть обусловлено только природными катаклизмами или деятельностью самого человека.

К опасным природным явлениям относятся все те, которые отклоняют состояние природной среды от диапазона, оптимального для жизни человека и для ведущегося им хозяйства. К катастрофическим природным катаклизмам можно отнести те, которые изменяют облик земли.

Это катастрофические процессы эндогенного и экзогенного происхождения: землетрясения, извержения вулканов, цунами, наводнения, лавины и сели, оползни, оседания грунтов, внезапное наступление моря, глобальное изменение климата на Земле и т.п.

В настоящей работе мы рассмотрим физико-географические изменения, произошедшие когда-либо или происходящие в наше время под влиянием природных катаклизмов.

1. ХРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ КАТАКЛИЗМОВ

Землетрясения

Основным источником физико-географических изменений являются землетрясения.

Землетрясением называется сотрясение земной коры, подземные удары и колебания поверхности земли, вызванные главным образом тектоническими процессами. Они проявляются в виде подземных толчков, часто сопровождаются подземным гулом, волнообразными колебаниями почвы, образованием трещин, разрушением зданий, дорог и, что самое печальное, человеческими жертвами. Землетрясения играют заметную роль в жизни планеты. Ежегодно на Земле регистрируется свыше 1 млн. подземных толчков, что составляет в среднем около 120 толчков в час или два толчка в минуту. Можно сказать, что земля находится в состоянии постоянного содрогания. К счастью, немногие из них бывают разрушительными и катастрофическими. В год происходит в среднем одно катастрофическое землетрясение и 100 разрушительных.

Землетрясения происходят в результате пульсационно-колебательного развития литосферы - сжатия ее в одних регионах и расширения в других. При этом наблюдаются тектонические разрывы, смещения и поднятия.

В настоящее время на земном шаре выделены зоны землетрясений разной активности. К зонам сильных землетрясений относят территории Тихоокеанского и Средиземноморского поясов. В нашей стране более 20% территории подвержены землетрясениям.

Катастрофические землетрясения (9 баллов и более) охватывают районы Камчатки, Курильских островов, Памира, Забайкалья, Закавказья и ряда других горных районов.

Сильные (от 7 до 9 баллов) землетрясения бывают на территории, простирающейся широкой полосой от Камчатки до Карпат, включая Сахалин, Прибайкалье, Саяны, Крым, Молдавию и др.

В результате катастрофических землетрясений в земной коре возникают крупные дизъюнктивные дислокации. Так, при катастрофическом землетрясении 4 декабря 1957 г. в Монгольском Алтае возник разлом Богдо длиной около 270 км, а общая длина образовавшихся разломов достигла 850 км.

Землетрясения вызываются внезапными, быстрыми смещениями крыльев существующих или вновь образующихся тектонических разломов; напряжения, которые при этом возникают, способны передаваться на большие расстояния. Возникновение землетрясений на крупных разломах происходит при длительном смещении в противоположные стороны тектонических блоков или плит, контактирующих по разлому. При этом силы сцепления удерживают крылья разлома от проскальзывания, и зона разлома испытывает постепенно возрастающую сдвиговую деформацию. При достижении ею некоторого предела происходит «вспарывание» разлома и смещение его крыльев. Землетрясения на вновь образующихся разломах рассматриваются как результат закономерного развития систем взаимодействующих трещин, объединяющихся в зону повышенной концентрации разрывов, в которой формируется магистральный разрыв, сопровождающийся землетрясением. Объем среды, где снимается часть тектонических напряжений и высвобождается некоторая доля накопленной потенциальной энергии деформации, называется очагом землетрясения. Количество энергии, выделяющееся при одном землетрясении, зависит главным образом от размеров сдвинувшейся поверхности разлома. Максимально известная длина разломов, вспарывающихся при землетрясении, находится в диапазоне 500-1000 км (Камчатское - 1952 г., Чилийское - 1960 г. и др.), крылья разломов смещались при этом в стороны до 10 м. Пространственная ориентация разлома и направление смещения его крыльев получили название механизма очага землетрясения.

Землетрясениями способными изменять облик Земли, являются катастрофические землетрясения силой Х-ХII баллов. Геологические последствия землетрясений, приводящие к физико-географическим изменениям:

· на грунте появляются трещины, иногда зияющие;

· возникают воздушные, водяные, грязевые или песчаные фонтаны, при этом образуются скопления глины или груды песка;

· прекращают или изменяют свое действие некоторые родники и гейзеры, возникают новые;

· грунтовые воды становятся мутными (взбаламучиваются);

· возникают оползни, грязевые и селевые потоки, обвалы;

· происходит разжижение почвы и песчано-глинистых пород;

· происходит подводное оползание, и образуются мутьевые (турбидитные) потоки;

· обрушиваются береговые утесы, берега рек, насыпные участки;

· возникают сейсмические морские волны (цунами);

· срываются снежные лавины;

· от шельфовых ледников отрываются айсберги;

· образуются зоны нарушений рифтового характера с внутренними грядами и подпруженными озерами;

· грунт становится неровным с участками просадки и вспучивания;

· на озерах возникают сейши (стоячие волны и взбалтывание волн у берегов);

· нарушается режим приливов и отливов;

· активизируется вулканическая и гидротермальная деятельность.

Вулканы, цунами и метеориты

Вулканизм - это совокупность процессов и явлений, связанных с движением магмы в верхней мантии, земной коре и на поверхности земли. В результате извержения вулканов образуются вулканические горы, вулканические лавовые плато и равнины, кратерные и запрудные озера, грязевые потоки, вулканические туфы, шлаки, брекчии, бомбы, пепел, в атмосферу выбрасываются вулканическая пыль и газы.

Вулканы располагаются в сейсмоактивных поясах, особенно в Тихоокеанском. В Индонезии, Японии, Центральной Америке насчитывается по несколько десятков активных вулканов - всего на суше от 450 до 600 действующих и около 1000 «спящих» вулканов. В опасной близости от активных вулканов находится около 7% населения Земли. На срединно-океанических хребтах имеются, по меньшей мере, несколько десятков крупных подводных вулканов.

В России опасности вулканических извержений и цунами подвергаются Камчатка, Курильские острова, Сахалин. Потухшие вулканы есть на Кавказе и Закавказье.

Наиболее активные вулканы извергаются в среднем раз в несколько лет, все активные ныне - в среднем 1 раз в 10-15 лет. В деятельности каждого вулкана имеются, видимо, периоды относительного понижения и повышения активности, измеряемые тысячами лет.

При извержениях островных и подводных вулканов часто возникают цунами. Цунами - японский термин, обозначающий необычно крупную морскую волну. Это волны большой высоты и разрушительной силы, возникающие в зонах землетрясений и вулканической активности океанического дна. Скорость продвижения такой волны может колебаться от 50 до 1000 км/ч, высота в области возникновения от 0,1 до 5 м, а у побережья - от 10 до 50 м и более. Цунами часто вызывают разрушения на побережье - в ряде случаев катастрофические: приводят к размыву берегов, образованию мутьевых потоков. Еще одной причиной океанских цунами являются подводные оползни, и лавины, срывающиеся в море.

В последние 50 лет отмечено около 70 сейсмогенных цунами опасных размеров, из них 4% в Средиземном море, 8% в Атлантике, остальные в Тихом океане. Наиболее цунамиопасны берега Японии, Гавайских и Алеутских островов, Камчатки, Курил, Аляски, Канады, Соломоновых островов, Филиппин, Индонезии, Чили, Перу, Новой Зеландии, Эгейского, Адриатического и Ионического морей. На Гавайских островах цунами интенсивностью 3-4 балла бывают в среднем 1 раз в 4 года, на тихоокеанском побережье Южной Америки - раз в 10 лет.

Наводнение - это значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или море. Наводнения вызываются обильным выпадением ливневых дождей, таянием снега, льда, ураганами и штормами, которые способствуют разрушению насыпных сооружений, плотин, дамб. Наводнения могут быть речными (пойменными), нагонными (на побережьях морей), плоскостными (затопление обширных территорий водосбора) и др. Крупные катастрофические наводнения сопровождаются быстрым и высоким поднятием уровня воды, резким увеличением скорости потоков, их разрушительной силой. Разрушительные наводнения происходят практически ежегодно в различных регионах земли. В России они наиболее часты на юге Дальнего Востока.

Немаловажное значение имеют катастрофы космического происхождения. Землю постоянно бомбардируют космические тела с размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Чем больше размер тела, тем реже оно падает на планету. Тела, диаметр которых больше 10 м, как правило, вторгаются в атмосферу Земли, лишь слабо взаимодействуя с последней. Основная масса вещества достигает планеты. Скорость космических тел - огромная: примерно от 10 до 70 км/с. Их столкновение с планетой приводит к сильнейшим землетрясениям, взрыву тела. При этом масса разрушенного вещества планеты в сотни раз превышает массу упавшего тела. В атмосферу поднимаются огромные массы пыли, экранирующие планету от солнечного излучения. Земля охлаждается. Наступает так называемая «астероидная» или «кометная» зима.

По одной из гипотез, одно из таких тел упавшее в районе Карибского бассейна сотни миллионов лет назад, привело к значительным физико-географическим изменениям в этом районе, образованию новых островов и водоёмов, а попутно и к вымиранию большей части населявших Землю животных, в частности динозавров.

Некоторые космические тела могли упасть в море в исторические времена (5-10 тыс. лет назад). По одной из версий всемирный потоп, изложенный в легендах разных народов, мог быть вызван цунами в результате падения в море (океан) космического тела. Тело могло упасть и в Средиземное, и в Черное море. Их побережья традиционно заселялись народами.

К нашему счастью, столкновения Земли с крупными космическими телами происходят очень редко.

2. ПРИРОДНЫЕ КАТАКЛИЗМЫ НАШЕГО ВРЕМЕНИ

Сейчас уже не вызывает сомнений, что ушедший век ознаменовался быстрым ростом числа природных катастроф и объема связанных с ними материальных потерь и физико-географических изменений территорий. Менее чем за полвека число природных бедствий увеличилось втрое. Рост числа катастроф происходит преимущественно за счет атмосферно-гидросферных опасностей, к которым относятся наводнения, ураганы, смерчи, штормы и т.п. Среднее число цунами остается практически неизменным - около 30 в год. По-видимому, эти события связаны с целым рядом объективных причин: ростом численности населения, ростом производства энергии и ее выделения, изменениями окружающей среды, погоды и климата. Доказано, что температура воздуха за последние несколько десятков лет увеличилась примерно на 0,5 градуса по Цельсию. Это привело к увеличению внутренней энергии атмосферы примерно на 2,6·10²¹ Дж, что в десятки и сотни раз превышает энергию самых сильных циклонов, ураганов, извержений вулканов и в тысячи и сотни тысяч раз энергию землетрясений и их следствий - цунами. Не исключено, что прирост внутренней энергии атмосферы дестабилизирует метастабильную систему океан - суша - атмосфера (ОСА), ответственную за погоду и климат на планете. Если это так, то вполне возможно многие природные катастрофы связаны между собой.

Идея о том, что нарастание природных аномалий порождается комплексным антропогенным воздействием на биосферу, была выдвинута в первой половине ХХ века русским исследователем Владимиром Вернадским. Он считал, что физико-географические условия на Земле в общем плане неизменны и обязаны функционированию живого. Однако хозяйственная деятельность человека нарушает равновесие биосферы. В результате вырубки лесов, распашки территорий, осушения болот, урбанизации меняется поверхность Земли, ее отражательная способность, загрязняется природная среда. Это ведет к изменению траекторий переноса тепла и влаги в биосфере и в конечном итоге - к появлению нежелательных природных аномалий. Такая комплексная деградация природной среды и является причиной природных катаклизмов, приводящих к глобальным геофизическим изменениям.

Исторический генезис земной цивилизации органически вплетен в глобальный контекст эволюции природы, которая имеет циклический характер. Установлено, что имеющие место на планете географические, исторические и общественные явления наступают, не спорадически и произвольно, они находятся в органическом единстве с определенными физическими явлениями окружающего мира.

С метафизической точки зрения характер и содержание эволюции всего живого на Земле определяется регулярной сменой историко-метрических циклов пятнообразовательной деятельности Солнца. При этом смена цикла сопровождается всевозможными катаклизмами - геофизическими, биологическими, социальными и другими.

Таким образом, метафизическое измерение фундаментальных качеств пространства и времени позволяет отслеживать и выявлять самые серьезные угрозы и опасности для существования земной цивилизации в различные периоды развития мировой истории. Исходя из того, что безопасные пути эволюции земной цивилизации органически связаны с устойчивостью биосферы планеты в целом и взаимной обусловленностью существования в ней всех биологических видов, важно не только понимать природу природно-климатиче ских аномалий и катаклизмов, но и видеть пути спасения и выживания человечества.

Согласно существующим прогнозам, уже в обозримом будущем произойдет очередная смена глобального историко-метрического цикла. В результате человечество столкнется с кардинальными геофизическими изменениями на планете Земля. По оценкам специалистов, природно-климатические катаклизмы приведут к изменению географической конфигурации отдельных стран, подвижкам в состоянии среды обитания и этнокормящих ландшафтов. Обычными явлениями станут затопления обширных территорий, увеличение площади морских акваторий, эрозия почв, рост числа безжизненных пространств (пустынь и т.п.). Изменение условий среды обитания, в частности продолжительности светового дня, характеристик осадков, состояния этнокормящего ландшафта и др., будут активно влиять на особенности биохимического обмена, формирование подсознания и менталитета людей.

Анализ вероятных физико-географических причин мощных наводнений в Европе в последние годы (в Германии, а также в Швейцарии, Австрии и Румынии) проведенный рядом ученых, показывает - первопричиной разрушительных катаклизмов является, скорее всего, освобождение ото льдов Северного Ледовитого океана. Иными словами, в связи с происходящим резким потеплением климата, вполне возможно, наводнения только начинаются. Увеличилось количество открытой синей воды в проливах между арктическими островами Великого Канадского архипелага. Появились гигантские полыньи даже между самыми северными из них - островом Элсмира и Гренландией.

Освобождение от многолетних, тяжелых припайных льдов, которыми раньше буквально были забиты вышеупомянутые проливы меж этими островами, может привести к резкому усилению так называемого Западного стока в Атлантику холодной арктической воды (с температурой минус 1,8 градусов по Цельсию) с западной стороны Гренландии. А это, в свою очередь, резко снизит остужение этой водой, вытекающей пока что в массе с восточной стороны Гренландии, идущего ей навстречу Гольфстрима. Гольфстрим в перспективе может охладиться этим стоком на 8 градусов по Цельсию. В то же время американские ученые спрогнозировали катастрофу, если температура воды в Арктике поднимется хотя бы на один градус Цельсия. Ну а если она поднимется на несколько градусов - то льды, покрывающие океан, растают не через 70-80 лет, как прогнозируют американские ученые, а, менее чем через десять.

По оценкам экспертов, уже в обозримом будущем в уязвимом положении окажутся прибрежные страны, территории которых непосредственно прилегают к акваториям Тихого, Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Члены межправительственной группы экспертов по изменению климата считают, что из-за активного таяния ледников Антарктиды и Гренландии уровень Мирового океана может повыситься на 60 см, что приведет к затоплению некоторых островных государств и прибрежных городов. Речь, прежде всего, идет о территориях Северной и Латинской Америки, Западной Европы, Юго-Восточной Азии.

Такого рода оценки содержатся не только в открытых научных статьях, но и закрытых исследованиях специальных государственных структур США и Великобритании. В частности, по оценкам Пентагона, если в ближайшее 20 лет возникнут проблемы с температурным режимом Гольфстрима в Атлантике, это неизбежно изменит физико-географическое положение континентов, наступит глобальный кризис мировой экономики, что приведет к новым войнам и конфликтам в мире.

Согласно проведенным исследованиям, на планете наибольшую устойчивость к природным катаклизмам и аномалиям, благодаря своим физико-географическим данным, по-прежнему будет сохранять континент Евразии, постсоветское пространство и, прежде всего современная территория Российской Федерации.

Речь здесь идет о происходящем, по мнению ученых, перемещении энергетического центра Солнца на «большую физико-географическую зону» от Карпат до Урала. В географическом плане она совпадает с землями «исторической России», к которым принято относить современные территории Белоруссии и Украины, Европейской части России. Действие такого рода явлений космического происхождения означает точечную концентрацию солнечной и другой энергии на фауне и флоре «большой физико-географической зоны». В метафизическом контексте возникает ситуация, при которой ареалу расселения народов этой территории будет принадлежать важнейшая роль в мировых общественных процессах.

При этом согласно существующим геологическим оценкам, физико-географическое положение России, не в пример многим другим странам, в меньшей степени пострадает от катастрофических последствий природных изменений на Земле. Ожидается, что общее потепление климата будет способствовать регенерации природно-климатической среды обитания, увеличению многообразия фауны и флоры на отдельных территориях России. Глобальные изменения благотворно скажутся на плодородии земель Урала и Сибири. Вместе с тем, эксперты предполагают, что территория России вряд ли избежит больших и малых затоплений, роста степных зон и полупустынь.

3. АНТРОПОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

В последние десятилетия появляется все больше свидетельств и доказательств возникновения и усиления роли антропогенного фактора в результатах функционирования климатической системы и, в первую очередь, в глобальном изменении климата, причем эта роль оказывается чреватой негативными эффектами (усиление парникового эффекта и сопряженные с этим природно (экологические эффекты), представляющими угрозу устойчивости развития человечества (о климатической системе и глобальном изменении климата. Это требует выработки и принятия мер по адаптации к этим изменениям и смягчению их последствий. По сравнению с другими глобальными экологическими проблемами климатическую проблему отличает особенно сложный комплексный многокомпонентный характер. Для обеспечения эколого(экономической эффективности разрабатываемых мер по адаптации к климатическим изменениям и смягчению их последствий полезно, в частности, провести их рассмотрение и анализ в рамках экономики природопользования.

Со времени проведения Конференции ООН по вопросам окружающей среды, состоявшейся в 1972г. в Стокгольме, представления об изменениях, происходящих в окружающей среде, претерпели кардинальные изменения. От понятия о непосредственном ущербе, наносимом благосостоянию человека, был сделан шаг к пониманию природной среды как «естественного» капитала, от которого зависит удовлетворение человеком своих потребностей. Отсюда следовало, что «капитал» должен использоваться рационально, на основе эффективных технологий, при увязке потребностей человека и потенциальных возможностей природы. В соответствии с этими пределами развития проводился расчет истощения таких природных ресурсов, как нефть, металлы и т. п. В области охраны окружающей среды все чаще стали использовать превентивные, а не исправительные меры.

И все же пройденный почти за три десятилетия после Стокгольмской конференции путь показал, что основные тенденции быстрого ухудшения глобальных и региональных экологических условий не изменились, хотя за эти годы в природоохранные мероприятия были вложены сотни миллиардов долларов. Несмотря на заметные успехи развитых стран в области охраны природной среды и совершенствовании энерго- и ресурсосберегающих и природоохранных технологий, в глобальных масштабах продолжается деградация всех природных систем жизнеобеспечения.

Ныне становится ясно, что природа -- это не капитал человечества, а его естественное окружение, где человек лишь один из множества элементов. Вся же природная система поддерживает стабильные условия окружающей среды, благоприятные для жизни в целом и жизни человека в частности. Следовательно, пределы развития человечества определяются степенью экологических нарушений, а не простым потреблением ресурсов. Стало очевидным, что вмешательство человека в естественные природные процессы зашло уже так далеко, что связанные с этим изменения окружающей среды могут оказаться необратимыми, а разрушительные последствия не могут быть преодолены лишь природоохранными мероприятиями.

Многочисленные программы охраны окружающей среды, принимавшиеся после Стокгольмской конференции на глобальном, региональном и местном уровнях, оказались недостаточными и неэффективными. Однако это не означает, что они были плохими. Просто исходили они из неверных посылок и оценок реальной экологической ситуации. Очевидно, в природе действует более универсальный механизм, ведущий к разрушению биосферы и экосистем, поэтому принимаемые меры в условиях действия этого механизма всегда оказываются недостаточными. Этот механизм теперь становится все понятнее: рост населения и его потребностей, удовлетворить которые возможно только на базе расширяющегося потребления с использованием опережающего развития энергетики и разрушения бионты.

За последние 20-30 лет отрицательные тенденции изменений окружающей среды и условий жизни человека не только не уменьшились, но, скорее, увеличились, и в перспективе можно ожидать их усиления, или, в лучшем случае, сохранения.

Изменяется газовый состав атмосферы (усиливается воздействие парниковых газов на климат), на тысячи километров от источников загрязнений переносятся кислотные осадки. Несмотря на провозглашенную ООН задачу обеспечить всех жителей Земли чистой питьевой водой, около трети человечества, включая значительную часть населения Азии (и, увы, России), не имеет к ней доступа.

Все это требует понимания механизма планетарных изменений и выделения тех главных его составляющих, которые управляют глобальными законами, определяющими состояние окружающей среды и его изменения со временем. Именно на это направлена Международная геосферно-биосферная программа, исследования по которой ведутся уже более десяти лет. Вместе с тем следует подчеркнуть, что сложные процессы в природе не могут быть просто сведены к небольшому числу фундаментальных законов, они должны учитывать локальные модификации, а региональные особенности, в свою очередь, оказывают решающее влияние на перераспределение потоков тепла в рамках общего баланса, обусловленного меняющимся положением Земли относительно Солнца.

Важную роль в природных процессах играет углеродный цикл, в частности, эмиссия парниковых газов в атмосферу, обусловленная разностью между первичной их продукцией и поглощением. Степень влияния на климат углеродного цикла определяется тенденциями, охватывающими, как минимум, несколько десятилетий, причем баланс углерода в экосистемах далек от нуля даже за длительный промежуток времени. Например, болота, в которых накапливается торф, имеют значительный положительный баланс углерода.

В настоящее время углеродный цикл наземных экосистем находится в приблизительном глобальном равновесии по отношению к поглощению и эмиссии углекислоты. Однако в XXI в. наземная атмосфера может заметно обогатиться углекислым газом. Этому способствует быстрый рост человечества, что приводит к стремительному расширению посевных площадей (как правило, за счет сведения лесов) в Азии и Африке и, как следствие, к избыточному выделению углекислоты. Существуют серьезные опасения, что сокращение площади лесов в этих регионах может превысить возможное увеличение их площади в Европе и Северной Америке. Кроме того, за последние 30 лет в северных широтах значительно потеплело, а поэтому здесь гораздо чаще случаются засухи и пожары, что ведет к увеличению выбросов углекислоты в атмосферу. Биоразнообразие и функционирование экосистем, т. е. накопление биомассы или органического углерода, не связаны между собой прямо пропорциональной зависимостью. Эта связь гораздо сложнее. Разнообразная экосистема не всегда продуктивнее. Однако с увеличением антропогенного давления биоразнообразие имеет тенденцию к уменьшению, а это, в свою очередь, ухудшает функционирование экосистем.

Впрочем, каковы бы ни были антропогенные изменения климата, они накладываются на его естественные вариации, масштаб которых все еще сильно превосходит влияния, обусловленные изменением облика поверхности Земли и эмиссией парниковых газов. Детальные исследования керна из глубоких скважин, пробуренных на ледниковых покровах Антарктиды (прежде всего на российской станции Восток) и Гренландии, позволяют сделать важные заключения.

Во-первых, понимание и предсказание последствий роста концентрации парниковых газов в атмосфере (так называемое глобальное потепление вследствие парникового эффекта) требует понимания естественной изменчивости природных процессов, на которые накладывается антропогенное влияние.

Во-вторых, концентрация парниковых газов и глобальная температура в прошлом изменялись параллельно, как это следует из анализа ледяных кернов, но содержание газов резко возросло за последние 100 лет, тогда как изменения температуры не выходят за рамки ее естественных флуктуаций. В-третьих, ряд данных свидетельствует о том, что климат в прошлом менялся гораздо сильнее, чем в период регулярных инструментальных наблюдений, т. е. за последние 150 лет. В климатах прошлого отмечены значительные колебания уровня озер, режима рек, экстремальные засухи и наводнения.

Если события такого масштаба повторятся в будущем, они могут иметь настолько серьезные социально-экономические последствия, что к ним могут и не адаптироваться социальные и экономические системы. Если десять и более лет назад главным фактором изменения климата считали увеличение выбросов парниковых газов, что повлекло за собой политические решения о квотах на выбросы, то сейчас позиция большинства ученых претерпела серьезные изменения. Главный вывод заключается в том, что неожиданные изменения климата в прошлом, очевидно, связаны с нелинейными процессами, в частности теми, которые влияют на формирование глубоких вод в Атлантике. Неустойчивость теплого климата может значительно расширить свои границы. В кернах сохранились следы быстрого потепления: подъем температуры на 5°С мог происходить за немногие десятилетия.

Если глобальный тепловой баланс Земли серьезно зависит от парникового эффекта, накладывающегося на космические закономерности поступления энергии от Солнца с присущими им изменениями (а именно таков главный вывод анализа керна из скважины на станции Восток), то региональные особенности климата определяются прежде всего колебаниями циркуляции вод океана в масштабах десятилетий. В оценке глобальных изменений циркуляции и их связи с климатом интерес сейчас в значительной мере смещается от циркуляции в атмосфере к циркуляции в океане. Океан играет важную роль в меридиональном переносе тепла к полюсам, меняя глобальный климат. Неверным оказалось предположение, что изменения в океане происходят очень медленно. Например, по Атлантическому океану к западу от Англии прокатываются тепловые волны с периодом 10 лет и амплитудой 0,05°C.

Из анализа циркуляции воды в океане следует, что в нескольких критических зонах небольшие колебания плотности воды, обусловленные образованием или таянием льда, могут существенно влиять на движение воды и, соответственно, на перенос тепла и климат. В частности, выяснилось, что критической для климата европейской части России оказывается глобальная циркуляция вод океана.

Таким образом, исследования последних лет показывают, что климатическая система -- одна из сложнейших на Земле, требующая взаимосвязанного изучения глобальных изменений в океане, атмосфере, криосфере, почве, лесах и других системах. Невозможно вычленить из нее выбросы парниковых газов и сконцентрироваться только на квотах, как нельзя допускать чрезмерной политизации этой далекой еще от решения научной проблемы.

4. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

В основу развития человечества должна быть положена стратегия адаптации к природе и, в частности, к меняющемуся климату. В числе ключевых проблем должны быть: использование земель и изменение растительного и почвенного покрова, доступность воды, здоровье человечества, «устойчивое развитие» природы и общества .

По-видимому, основными факторами антропогенного воздействия на климат являются увеличение концентрации парниковых газов, а также увеличение выбросов аэрозолей в атмосферу. Основные парниковые газы - это водяной пар (Н2О), углекислый газ (СО2), метан (СН4), окись азота (N2O), озон (О3) и, в меньшей степени, ряд хлорфторуглеводородных соединений. Увеличение концентрации этих газов приводит к увеличению поглощения излучения от Земли, которое имеет место в инфракрасной области спектра, (максимум излучения в области 8 - 13 мк). Это вызывает подогрев атмосферы и, следовательно, в свою очередь, поверхности Земли.

Влияние главных парниковых газов: водяного пара и углекислого газа, с одной стороны, являющихся главным условием существования жизни на Земле, а с другой стороны, на долю которых приходится более 95 % всего парникового эффекта, подогревающего атмосферу на 33 о С. Между ними есть принципиальная разница. Водяной пар в атмосфере является наименьшей по массе частью свободной воды, находящейся в гидросфере и криосфере в основном в жидкой и твердой форме. Масса водяного пара определяется притоком солнечной радиации и температурой воздуха и не может существенно изменяться при постоянстве этих факторов. Так как в геологическом прошлом происходили заметные изменения климата, количество водяного пара в атмосфере также изменялось в соответствии с колебаниями глобальной температуры. Однако эти изменения массы водяного пара были следствием, а не причиной изменения климата. Вследствие положительной обратной связи водяной пар при каждом очередном похолодании или потеплении климата лишь усиливал этот процесс. Точно так же, водяной пар является следствием, а не причиной существования морей и океанов. Его прямое влияние на биосферу несущественно по сравнению с его косвенным влиянием как источника воды, выпадающей в виде осадков.

Углекислый газ, как в климатических условиях геологического прошлого, так и в условиях современного климата может существовать только в газообразном состоянии. При этом его концентрация в атмосфере может меняться в широких пределах вне зависимости от внешней температуры. Наоборот, рост концентрации СО2 вследствие парникового эффекта неизбежно должен приводить к повышению глобальной температуры Земли. Наличие углекислого газа является необходимым условием существования жизни на Земле. Почти все живое вещество, создаваемое в биосфере, возникает из углекислого газа и воды в результате процесса фотосинтеза. Еще большее, чем в атмосфере (2,6 Ч 1018 г), количество СО2 содержится в водоемах, где масса этого газа достигает 130 Ч 1018г. Углекислый газ гидросферы используется в ходе фотосинтеза водных растений. Основная часть углекислого газа, израсходованного автотрофными растениями, возвращается в атмосферу и гидросферу в ходе процессов деструкции органического вещества, которые происходят при участии бактерий и других гетеротрофных организмов. Сравнительно небольшая часть органического углерода, полученного в результате фотосинтеза, сохраняется длительное время в составе почвенного гумуса, сапропеля, торфа и других органических веществ, масса которых частично расходуется в ходе окисления, но частично сохраняется и захороняется в литосфере в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического углерода.

Еще больший расход углекислого газа атмосферы и гидросферы связан с образованием карбонатных отложений. Процесс формирования карбонатов наиболее активно происходит в мелких водоемах, куда потоки воды выносят с поверхности континентов продукты эрозии, включающие различные соединения углерода. Из этих продуктов образуются отложения известняка, мела, доломита и других минералов, содержащих углерод. Большую роль в процессе карбонатообразования играют водные организмы, скелеты которых создаются из содержащихся в воде соединений углерода. На активное участие живых организмов, выступающих в качестве геологических факторов эволюции земной коры и тропосферы, впервые обратил внимание академик Вернадский. Открытая Вернадским роль биоты как геологической силы была обобщена Перельманом в виде закона Вернадского: суммарный эффект деятельности живого вещества за всю геологическую историю огромен, т.к. живые организмы определили геохимические особенности верхней части земной коры.

Очевидно, что без постоянного притока СО2 из глубоких слоев Земли сохранение более или менее стабильной концентрации атмосферного углекислого газа в течение интервала времени, сравнимого с геологическими эпохами, невозможно. Углекислый газ поступает в атмосферу из глубоких слоев Земли в результате дегазации верхней мантии, а также более высоких слоев земной коры. Значительная часть СО2, получаемого атмосферой, выбрасывается при вулканических извержениях. Наряду с СО2 вулканические газы обычно содержат некоторое количество окиси углерода (СО), которая в относительно короткое время окисляется и превращается в углекислый газ. Из сказанного выше следует, что скорость прихода углекислого газа как для длительных, так и для сравнительно коротких интервалов времени может изменяться в широких пределах главным образом из-за колебаний уровня вулканической активности. Планета Земля стареет, и наряду с ритмическими колебаниями имеется общая тенденция к уменьшению вулканической активности, что должно вызвать, соответственно, снижение количества СО2 .

В настоящее время является общепризнанным, что возрастание парниковых газов на протяжении ХХ века является следствием человеческом активности. Однако нет четкой корреляции между изменением температуры Земли и возрастанием концентрации парниковых газов в ХХ веке. Так, как видно из рис.1, глобальная температура между 1945г. и 1979г. немного понизилась. В то же время это был период быстрого роста мировой экономики. В докладе IРСС, 1996 это несоответствие объясняется эффектом охлаждения за счет отражения части солнечной радиации, вызванной сульфатными аэрозолями при горения угля и другого топлива. Однако это объяснение не может рассматриваться как удовлетворительное. Влияние аэрозолей - фактор очень неопределенный и недостаточный в данном случае. Температура особенно быстро возрастала в два последние десятилетия. Однако, количество СО2 увеличивалось монотонно, а концентрация метана вообще стабилизировалась.

Истощение стратосферного озона, наблюдаемое в последние два десятилетия ХХI века, вызваны, по-видимому, не антропогенным эффектом, а объясняется циклическими процессами в атмосфере. По данным последних измерений, общее содержание озона, как и предсказывалось, начало возрастать. И к 2040 - 2050г.г. глобальный озон снова достигнет своего максимума, а озоновая «дыра» над Антарктидой, соответственно, сократится до минимума .

Естественно, что локальное влияние на климат антропогенной и техногенной деятельности человека (создание искусственных водохранилищ, плотин на реках, вырубка лесов и др.) может быть существенно большим. Однако и здесь не стоит переоценивать человеческие возможности по сравнению с природными факторами, такими, как извержение вулканов, землетрясения, колебания уровня воды морей и внутренних водоемов (озер) и т.д.

Предельный случай самого мощного антропогенного воздействия на климат, которое бы произошло в случае тотального ядерного конфликта. За годы холодной войны в мире было накоплено 50 000 единиц ядерного оружия, мощность которых оценивается в 1,3 Ч104 Мгт тротила. При этом с 1945 по 1980 гг. было проведено 541 атмосферных взрывов с общим эквивалентом 440 Мгт. Обсуждение возможных последствий ядерной войны были предметом широкой дискуссии в СССР и США в 70-е - 80-е годы. Были рассчитаны модели, согласно которым в случае ядерного конфликта гигантские облака аэрозолей (сажа, пыль и др.) на многие месяцы должны закрыть обширные районы Земли от Солнца. Произойдет резкое снижение температуры. Согласно расчетам при взрыве ядерных зарядов суммарной мощностью 104 Мгт так называемая "ядерная зима " в средних широтах северного полушария будет длиться полтора месяца. Причем температура у поверхности Земли снизится до - 15 о С ё - 25 о С и даже, согласно до - 23 оё -53 о С. Однако есть серьезное основание сомневаться в правильности этих модельных расчетов. Дело в том, что в прошлом Земли уже были неоднократно естественные катастрофы, по масштабам сопоставимые с ядерной войной. Только за последние сто с небольшим лет таких катастроф было три: взрыв вулкана Кракатау (август 1883 г.), падение Тунгусского метеорита (июнь 1908) и взрыв вулкана Катмай на Аляске (июнь 1912 г.). Энергия, выделившаяся при взрыве Тунгусского метеорита, оценивается в 1016 - 1017 джоулей, что соответствует 10 - 100 Мгт тротила.

Однако после падения Тунгусского метеорита никаких заметных аномалий в климате северного полушария Земли не было зарегистрировано. Взрыв вулкана Кракатау характеризовался гигантским выбросом в атмосферу вулканической породы, пепла и др. продуктов (» 19 км 3 ). Это соответствует энергии взрыва порядка 10 3 - 104 Мгт. Пыль, попавшая в высокие слои атмосферы (до 80 км), распространилась по всему земному шару, вызывая необычные оптические эффекты. Однако ни после взрыва Кракатау, ни после сравнимого по силе взрыва вулкана Катмай существенных отклонений в глобальной температуре Земли также отмечено не было. Несоответствие между теоретическими моделями и реальными последствиямикрупных природных катастроф заставили теоретиков быть более осторожными в прогнозах. Так, в более поздней работе было получено, что взрыв мощностью 10 5 - 10 6 Мгт (что, в принципе, невозможно сделать искусственным способом) вызовет понижение глобальной температуры Земли только на несколько градусов.

5. ГЛОБАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

Глобальное изменение климата за последнее десятилетие заняло прочное место в ряду главных глобальных экологических проблем, представляющих серьезную угрозу будущему благополучию и даже, возможно, выживанию человечества. Признание актуальности проблемы глобального изменения климата и необходимости безотлагательно начать коллективные действия по предотвращению или хотя бы смягчению последствий этих изменений было подтверждено принятием в 1992 году Рамочной конвенции Организации объединенных наций об изменении климата (РКИК ООН).

Важнейшим шагом на пути практической реализации действий, предусмотренных Конвенцией, стало принятие и вступление в силу Киотского протокола. Существенную роль в обеспечении успешного достижения целей Конвенции и Киотского протокола играет вовлечение широких слоев общества в деятельность, связанную с климатической проблемой, путем «просвещения, подготовки кадров и информирования общественности по проблемам изменения климата и его последствий»

Эволюция глобального климата

Климат на Земле никогда не был неизменным. Он подвержен колебаниям во всех временных масштабах - от десятилетий до миллионов лет. К числу наиболее заметных колебаний относится цикл порядка ста тысяч лет - ледниковые периоды, когда климат Земли был в основном холоднее по сравнению с настоящим, и межледниковые периоды, когда климат был теплее. Эти циклы вызывались естественными причинами. По мнению ряда ученых и сейчас мы находимся в “движении” от одного ледникового периода к другому, но скорость изменений очень мала - порядка 0,020 С за 100 лет. Другое дело, что с начала промышленной революции изменение климата происходит ускоренными темпами (по порядку величины в 100 раз быстрее, чем движение к ледниковому периоду) и во многом в результате деятельности человека, выбрасывающего в атмосферу парниковые газы при сжигании ископаемого топлива, а также уничтожившего большую часть лесов планеты.

Изменение климата -- это важный межсекторальный и междисциплинарный вопрос на повестке дня, затрагивающий как экономико-социальные аспекты, так и проблемы здравоохранения. Сегодня не подлежит сомнению, что при отсутствии своевременного реагирования на ситуацию со стороны мирового сообщества, человечество получит шанс воочию убедиться в том, какие последствия будет иметь глобальное потепление.

Вместе с тем существует альтернативная точка зрения на изменение климата, согласно которой основными причинами глобального потепления являются природные, а не антропогенные (увеличение выброса парниковых газов) факторы. Ее сторонники апеллируют к тому, что климат изменялся задолго до того, как на него стала оказывать влияние деятельность человека. Среди природных факторов, как уже указывалось выше, выделяют вулканическую активность, изменения океанических течений, вариабельность солнечного излучения.

6. ГЛОБАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА ЗЕМЛИ

В последнее время мировое сообщество выражает все большее беспокойство по поводу прогнозируемого на XXI в. изменения климата Земли. Главное в этом изменении - уже начавшееся повышение средней температуры как в атмосфере, так и в приземном слое, которое может оказать неблагоприятное воздействие на природные экосистемы и на человека. Можно сказать без преувеличения, что проблема глобального потепления в наши дни приобретает характер одной из важных проблем выживания человечества.

Неудивительно, что эта проблема постоянно обсуждается на разного рода международных форумах, глубоко исследуют ее и специализированные международные организации. Главная из них - функционирующая с 1988 г. под эгидой ЮНЕП и Всемирной организации здравоохранения авторитетная Международная комиссия по изменению климата (МКИК), оценивающая все данные по этой проблематике, определяющая вероятные последствия климатических изменений и намечающая стратегию реагирования на них. В ее состав входят сотни известных ученых. Можно вспомнить, что на конференции в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята специальная Конвенция по изменению климата.

Большое внимание этой проблеме уделяется и на национальном уровне. Исследования по теории климата и выяснению физического механизма глобального потепления давно уже ведутся в США, Японии, других странах Запада. В СССР систематическое изучение этой проблемы было организовано Государственным комитетом по гидрометеорологии еще в начале 1960-х гг.

В результате проведенных учеными многих стран исследований сложилось более или менее единое мнение о том, что главной причиной уже начавшегося и угрожающего планете в будущем потепления следует считать скопление в атмосфере парниковых газов, которые вызывают так называемый парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект.

Прежде всего был изучен сам механизм действия парникового эффекта. Было доказано, что он возникает в результате способности содержащихся в атмосфере водяного пара и некоторых газов пропускать коротковолновую солнечную радиацию и, напротив, поглощать и переизлучать длинноволновую земную радиацию. Было доказано, что главную роль в образовании парникового эффекта играет водяной пар, с которым связано формирование облачных систем: планетарное альбедо на 70 % определяется облаками. Но многое зависит и от содержания парниковых газов - углекислого газа, метана, озона, закиси азота, хлорфторуглеродов.

Далее ученые-климатологи и палеогеографы обратились к изучению прошлых климатов Земли. Они установили, что на протяжении геологической истории нашей планеты не раз происходило чередование периодов потепления и похолодания. В качестве трех главных теплых эпох прошлого обычно выделяют климатические оптимумы плиоцена (3-4 млн лет назад), последнего межледникового периода (125 тыс. лет назад) и голоцена (5-6 тыс. лет назад). Все они могут служить подтверждением того, что даже сравнительно небольшие амплитуды среднегодовых температур могли оказывать очень большое воздействие на биосферу Земли.

В отличие от столь давних эпох климат последнего тысячелетия считается относительно стабильным, хотя и в нем наблюдались свои нюансы. Ученые определили их, используя археологические раскопки, исторические хроники, изучение древесных колец, радиоуглеродный и пыльцевой анализ, а в Японии, например, и даты цветения сакуры, точно фиксируемые уже на протяжении более тысячи лет.

Все эти материалы позволили установить, что в X-XII в. климат Земли был теплее, чем в более позднее время. В средних широтах Северного полушария температура воздуха была по крайней мере на 1 °C выше, а в высоких широтах максимальное повышение температуры доходило до 5 °C. Кстати, по-видимому, именно это потепление помогло викингам колонизовать «зеленую страну»- Гренландию- и достичь берегов Северной Америки. Но затем снова наступило похолодание, получившее наименование малого ледникового периода. Оно началось в XIII-XIV вв., достигло максимума в XV-XVII вв., а далее с небольшими перерывами продолжалось до XIX в. Это время отличалось распространением ледников, увеличением области дрейфующих морских льдов, снижением снеговой линии в горах, замерзанием рек и прибрежных морских акваторий на юге Европы. Средняя глобальная температура в этот период по сравнению с современной понижалась на 1-2 °C но тем не менее это привело к значительному смещению границ природных зон.

Интерес представляет рассмотрение климатических оптимумов и минимумов, имевших место на протяжении примерно полутора последних столетий - в период, когда велись уже систематические наблюдения за глобальной температурой воздуха. По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), эти изменения также оказались довольно значительными. Анализ рисунка 2 позволяет сделать вывод о том, что вся вторая половина XIX в. и начало XX в. оказались относительно более холодными. Затем началось постепенное потепление, достигшее своего максимума в 1930--1940-е гг. Это потепление коснулось всех природных зон, вызвав повышение средней температуры, увеличение облачности и осадков, повсеместное отступление горных ледников. Но особенно сильным это потепление было в высоких (северных) широтах - в Арктическом бассейне, в Канаде, на Аляске, в Гренландии, на российском Севере. В российском секторе Арктики площадь морских льдов сократилась наполовину, что улучшило условия навигации по Северному морскому пути. К северу сместилась зона вечной мерзлоты, изменились ареалы распространения флоры и фауны.