WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«252 Editorial Board: Dr. Igor Buksha (Ukraine) Dr. Roman Corobov (Moldova) Acad. Petro Gozhik (Ukraine) Dr. Pavel Groisman (USA) Acad. Valeryi Eremeev (Ukraine) Acad. Vitalyi Ivanov ...»

-- [ Страница 1 ] --

252

Editorial Board:

Dr. Igor Buksha (Ukraine)

Dr. Roman Corobov (Moldova)

Acad. Petro Gozhik (Ukraine)

Dr. Pavel Groisman (USA)

Acad. Valeryi Eremeev (Ukraine) Acad. Vitalyi Ivanov (Ukraine) Prof. Gennady Korotaev (Ukraine) Dr. Yuriy Kostyuchenko (Ukraine) Prof. Vadym Lyalko (Ukraine) – Chief Editor Acad. Leonid Rudenko (Ukraine) Dr. Igor Shkolnik (Russia) Acad. Vyacheslav Shestopalov (Ukraine) Prof. Anatoly Shvidenko (Russia-Austria) Acad. Yaroslav Yatskiv (Ukraine) Изменения земных систем в Восточной Европе. КИЇВ НАУКОВА ДУМКА 2010.

Earth systems change over eastern Europe УДК 553.98(477+575.18+571.66):558.8. ISBN: 978-966-95419- Монография описывает современное состояние и перспективы исследований в области изучения текущих и прогнозных климатических изменений, изменений экосистем и связанных с ними угроз стабильному развитию общества. В отличие от большинства изданий по этому направлению, в предложенной монографии основное внимание уделено анализу моделей и интерпретации результатов наблюдений на региональном, а не на глобальном уровне, что позволяет использовать приведенные данные как научную базу принятия решений в сфере государственного управления, в частности, управления природными ресурсами, долгосрочного планирования аграрной политики, управления рисками, внедрения стратегий адаптации к глобальным изменениям и т.п.

Научная ценность работы состоит в аргументированном изложении отдельных составляющих, обозначающих изменения окружающей среды: водного баланса поверхности, количественных и качественных изменений растительного покрова, особенностей определения углеродного баланса, регионально адаптированных моделей атмосферных процессов, анализа чрезвычайных ситуаций, применению новейших методов наблюдений и т.п.

Территория исследований включает зону умеренного климата Европы, что делает предложенную работу исключительно актуальной как для Украины, так и для других стран Восточной Европы, входящих в эту зону (Болгария, Румыния, Венгрия, Молдова, Польша, Белоруссия, страны Прибалтики и Европейская часть России).

Решение поставленной задачи является настолько сложным, что требует привлечения ресурса не только нескольких национальных научных учреждений, но и нескольких стран и международных исследовательских центров. Поэтому в состав авторского коллектива и редакционной коллегии входят ведущие специалисты ключевых исследовательских учреждений Украины и стран Центральной и Восточной Европы. Особого внимания заслуживает возможность привлечения к анализу приведенных результатов опыта международных агентств и научных сообществ, в частности, Международного института прикладного системного анализа (IIASA) и Международной научной программы «Партнерская инициатива в области наук о Земле по изучению Северной Евразии (NEESPI)».

Для геологов, географов, экологов и других специалистов, аспирантов и студентов, которые интересуются вопросами глобальных и региональных изменений природных условий на Земле.

Рецензенты:

член-корреспондент НАН Украины А.Д. Федоровский, член-коррeспондент НАН Украины О.Ю. Митропольский Утверждено к печати ученым советом Научного центра аэрокосмических исследований Земли Института геологических наук НАН Украины и Бюро отделения наук о Земле НАН Украины Издание осуществлено по государственному контракту на выпуск научной печатной продукции Редакция медико-биологической, химической и геологической литературы Редакторы: © А.А. Апостолов, В.Н. Белокопытов, А.С. Богуславский, С.В. Бойченко, Н.Е. Борщевский, А.П. Видьмаченко, Г.Е. Годенко, П.Ф. Гожик, П.Я. Гройсман, И.Н. Дворецкая, В.Г. Дубин, Я.К.

Еловичева, В.Н. Еремеев, Б.В. Ефимов, Г.М. Жолобак, А.Б. Климчук, С.К. Коновалов, Г.К. Коротаев, Ю.В. Костюченко, Е.И. Левчик, Е.М. Лемешко, Л. Линднер, Н.С. Лобода, М.М. Лычак, В. И. Лялько, Л. Маркс, Б. Марциняк, Д.М. Мовчан, А.В. Мороженко, Т. Огуз, В.П. Палиенко, О.Н. Петренко, М.А.

Попов, В.П. Разов, А.И. Сахацкий, Э.И. Серга, О.Н. Сибирцева, Р.А. Спица, С.В. Сябряй, А.В.

Фесенко, Л.Н. Шевченко, Ю.Р. Шеляг-Сосонко, В.М. Шестопалов, Б.П. Школьник, З.М. Шпортюк, А.В. Яцик, Я.С. Яцкив.

Видьмаченко А.П., Мороженко А.В., Яцкив Я.С.

2.2.4. Глобальные изменения климата Земли (с. 254-306).

Vidmachenko A. P.; Morozhenko A. V.; Yatskiv Y. S.

2.2.4. Global changes in the Earth's climate Содержание Введение 1. История изменения климата на Земле 2. Погода и климат.

3. Природные и антропогенные причины изменений климата 3.1. Тектоника литосферных плит 3.2. Виновник климатических изменений – океан.

3.3. Изменение светимости Солнца. Солнечная активность 3.4. Изменение угла оси вращения Земли и её орбиты 3.5. Аэрозоли. Вулканическая активность.

3.6. Неизвестные взаимодействия между Солнцем и планетами Солнечной системы.

3.7. Антропогенное влияние 3.8. Влияние озона на изменение климата.

3.9. Факторы, ускоряющие и замедляющие глобальное потепление 4. Возможные сценарии и последствия глобального потепления.

4.1. Глобальное потепление будет происходить постепенно.

4.2. Глобальное потепление будет происходить относительно быстро.

4.3. Глобальное потепление в некоторых частях Земли сменится кратковременным похолоданием 4.4. Глобальное потепление сменится глобальным похолоданием 4.5. Парниковая катастрофа 4.6. Экономические последствия изменения климата 5. Способы предотвращения глобального потепления.





Прогноз Выводы для Украины.

Заключение Колебания климата и его природная изменчивость всегда оказывали существенное влияние на развитие жизни на Земле, а в последние тысячелетия и на развитие цивилизации. Длительное время от капризов природы (засухи или чрезвычайные ливни) периодически страдали те или иные локальные регионы. Однако, к концу XX века изменения климата стали настолько масштабными, что влиянию стихий подвергаются ранее благополучные регионы, т.е., изменения приобрели планетарных масштабов. Во второй половине ХХ века стало очевидно, что за счет антропогенного воздействия общая климатическая ситуация меняется гораздо быстрее, чем в прежние времена. Повысилась температура воздуха у поверхности суши, потеплела вода в океанах, а вслед за тем начали усиленно исчезать ледовики, вследствие чего, с одной стороны из-за подъема уровня вод мирового океана начали уходить под воду не только береговые участки ряда районов, но и целые острова, а с другой стороны из-за изменения динамики атмосферы участились ураганы чрезвычайной мощности, наводнения и засухи. В дополнение к этому в начале 1970-х годов было зарегистрировано вначале над Антарктикой, а позже и над рядом промышленно развитых регионов значительное уменьшение мощности озонового слоя.

Поскольку это совпало со значительным увеличением обусловленного производственной деятельностью человека в первую очередь углекислого газа, то глобальные изменения климата и мощности озонового слоя было при писано именно производственной деятельности человека, что заставило ученых всего мира направить усилия на исследование природы климатических изменений и их воздействия на биосферу и общество.

В 1976 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) сделала первое заявление об угрозе глобальному климату, а в 1979 г. учредила Всемирную климатическую программу (ВКП). В 1979, а затем в 1990 г. под эгидой ВМО прошли две Всемирные климатические конференции, которые заложили основу для понимания происходящих климатических изменений и принятия мировым сообществом рамочной Конвенции ООН по изменению климата (РКИК) и Киотского протокола к ней (1992 г.) С этого времени начались активные исследования колебаний климата, появились модели, объясняющие данное явление не только естественными причинами, но и деятельностью человека. То есть, в конце второго тысячелетия появились первые симптомы возможной катастрофы для землян, а именно: уменьшение мощности озонового слоя и глобальное потепление. Практически сразу же безальтернативно были названы и виновники этих явлений: увеличение концентрации фреонов и так называемых тепличных газов. Однако это было сделано не столько на основании всесторонних научных исследований, сколько под влиянием деятельности отдельных организаций, ратующих за сохранение окружающей среды. Проблема изменения мощности озонового слоя сейчас несколько потеряла свою остроту. К сожалению, этого нельзя сказать относительно проблемы потепления, так как его следствия с каждым годом становятся все более угрожающими.

Именно поэтому были подписаны многочисленные международные соглашения о мероприятиях по борьбе с ними, что безусловно является положительным. Но остается вопрос о действенности этих мероприятий. Дело в том, что сейчас практически отсутствуют комплексные наблюдательные исследования физико-химических свойств Земли, по данным о которых было бы возможно строго моделировать процессы в глобальных масштабах и определить наиболее эффективные механизмы, которые служат причиной ослабления стратосферного озонового слоя, глобального потепления и расставить приоритеты в их влияниях.

Человечество в принципе может принять достаточно эффективные меры по сохранению существующего климата. Однако все такие меры весьма дорогостоящие и их применение может привести к большему экономическому ущербу, чем, собственно, от изменений климата. Кроме того, масштабные преобразования экономики для стабилизации климата требуют достаточно длительного периода времени, измеряемого десятилетиями и сравнимого со временем наступления возможного качественного изменения климата.

Для решения возникшей глобальной проблемы требуется координация усилий политических деятелей и специалистов из самых разных отраслей знаний: экономистов, математиков, физиков, медиков, социологов и др. Поэтому, при поддержке Программы ООН по окружающей среде и Всемирной Метеорологической организации в 1988 г. была создана авторитетная Международная комиссия по изменениям климата. Основные цели этой комиссии таковы: оценить доступную научную информацию по изменениям климата; оценить социально-экономические последствия климатических изменений и их воздействий на окружающую среду; сформулировать стратегию реагирования на эти изменения. За истекшее десятилетие эта комиссия проделала большую работу по накоплению и анализу информации и подготовила серию отчетов, содержащих рекомендации, уже послужившие основой для принятия ряда важнейших международных соглашений (Рамочная конвенция по изменениям климата,1992 г., Рио-де-Жанейро;

соглашения по ограничениям выбросов СО2, 1997 г., Япония). Они служат основой при разработке соответствующих межгосударственных соглашений по стабилизации климата.

Однако введение любых таких ограничений требует весьма существенных (а зачастую и весьма дорогостоящих) перестроек в экономике.

1. История изменения климата на Земле.

До начала XX века в мире господствовало представление, что климат со временем не меняется. Но сейчас понятно, что это неверная точка зрения и что климат испытывает значительные колебания. Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что климат Земли не был постоянным. Уже давно отметили, что в далеком прошлом Земля неоднократно испытывала катастрофические изменения климата (например, ледниковый период, всемирный потоп, гибель динозавров, мамонтов и другое). В тёплые периоды среднегодовая температура Арктических широт поднималась до 7-13°С, а температура самого холодного месяца составляла 4-6°С. На смену тёплым периодам рано или поздно приходили похолодания, во время которых льды достигали современных тропических широт.

Ледниковые эпохи связаны с солнечными пятнами: когда на Солнце их было мало, на Земле делалось холоднее. Точно так же ледниковые периоды связаны с морскими течениями, потому что те способны переносить большое количество энергии. Сегодня считается, что указания на начало и окончание оледенений следует искать именно в реорганизации океанических течений, в изменении земной орбиты и вариациях солнечной активности. Известно, что чем больше масса льда, тем выше пропорция изотопа кислорода-18 в морской воде и в разных осадочных породах. Таким образом можно узнать, какие климатические изменения испытывала наше планета. Причинами этого могут быть изменения состояния земной атмосферы, на реальность чего указывают результаты определения химического состава в маленьких пузырьках воздуха, например, в глубоких слоях снега и льда в Антарктике и температуры по изотопному составу этих пузырьков.

Так, в 1960-1998 гг. в Гренландии и Антарктиде СССР (затем Россия) [11-15] и США пробурили десяток скважин в ледниках. Они позволили получить материал для климатических выводов за последние 800 тыс лет: газовый и пылевой состав древних атмосфер, по изотопам кислорода и дейтерия возобновлены температуры и т.п. [19-23, 33, 34, 40]. Сопоставление данных с наблюдениями метеостанций в последнее столетие показали хорошую сходимость вычисленных по льду и наблюдаемых результатов.

Оказалось, что в течение последних 800 тыс лет имели место значительные изменения физических параметров и химического состава атмосферы (в том числе и конценетрации углекислого газа), которые сопровождались значительными изменениями температуры (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Изменение глобальной температуры Земли за последние 800 тыс лет.

Рассчитанные изменения инсоляции (Рис. 3) очень незначительны. По-видимому, эти изменения служат только инициаторами, которые запускают перестройку глобальной климатической системы (в частности – систему океанической циркуляции) – своеобразными спусковыми крючками. Но тогда должны существовать усиливающие механизмы, действие которых и приводит к регулярному изменению глобального похолодания на глобальное потепление и наоборот.

Рис. 2. Материал ледников из пробуренных скважин.

Как видно из Рис. 1, 3, характер изменений глобальной температуры Земли и изменений количества углекислого газа СО2 – практически совпадают. То есть, увеличение концентрации СО2 объязательно сопровождается увеличением температуры.

Из графиков следует, что резкое изменение температуры в пределах 8 °С является скорее нормой, а не феноменом. Причем, количество основного парникового газа СО увеличивается после потепления, возможно, освобождаясь при таянии льда [40, 41, 42]. И алгоритм изменения климатических циклов один и тот же:

1) планетарное пиковое увеличение сильно поглощающей солнечное излучение пыли (может быть из-за вулканизма) 2) вследствие этого наступает „большое потепление“ (на 6-10 °С);

3) усиленное таяние ледовиков, поднятие уровня мирового океана 4) „большое похолодание“ (на 4-8 °С), которое изменяется меньшим потеплением (на 2-4 °С) 5) ледниковый период, в который из-за уменьшения осадков, существенно увеличиваются пылевые бури переносимая ветрами пыль загрязняет снега и ледники 6) усиливается количество поглощенной солнечного излучения, вследствие чего наступает очередное потепление.

Как видно из Рис. 1, 3 и 4, сами климатические циклы длятся 100-150 тыс лет. При этом межледниковый период занимает 10-20 тыс лет, а ледниковый — 80-130 тыс лет. Во времена „больших потеплений“ уровень мирового океана повышается на 80-120 м, а во времена „больших похолоданий“ уровень Мирового океана снижается на те же 80-120 м.

В настоящий момент мы живем в межледниковую эпоху, которая, судя по возможным аналогиям, заканчивается, а поэтому в будущем должен наступить очередной ледниковый период.

Рис. 3. Динамика показателей климата Антарктиды за 800 тыс. лет: а - изменение инсоляции c широтой. b - относительное содержание дейтерия D во льду. c - содержание тяжелого изотопа кислорода 18O. При потеплении содержание 18O в океанической воде понижается; d — содержание пыли во льду. Пыль преимущественно откладывается в период оледенений. Пики на обеих линиях отвечают потеплением. Они хорошо объясняются изменениями орбиты Земли (эксцентриситет орбиты, прецессия и нутация) (циклы Миланковича).

Человечество также было свидетелем ряда климатических изменений. В начале второго тысячелетия (11-13 века) исторические хроники свидетельствуют о том, что большая площадь Гренландии не была покрыта льдами (возможно, именно поэтому норвежские мореплаватели её окрестили «зеленой землей»). Затем климат Земли стал суровей, и Гренландия практически полностью покрылась льдами. В 15-17 века суровые зимы достигли своего апогея. О суровости зим того времени свидетельствуют многие исторические летописи и художественные произведения.

Рис. 4. Характер изменений количества углекислого газа СО2 и изменений глобальной температуры Земли.

Так, в 17 веке можно было кататься на коньках по каналам Амстердама. Сейчас же каналы Голландии уже давным давно не замерзают, тогда как в средневековые зимы замерзала даже река Темза в Англии. В 18 веке было отмечено незначительное потепление, которое достигло своего максимума в 1770 г. 19 век снова ознаменовался очередным похолоданием, которое продолжалось вплоть до 1900 г.

С начала 20 века началось довольно быстрое потепление. Уже к 1940 году в Гренландском море количество льдов сократилось вдвое, в Баренцевом – почти на треть, в Советском (сейчас- русском) секторе Арктики площадь льдов в сумме сократилась почти на половину (1 млн. км2). В этот период времени даже обычные суда спокойно проплывали северным морским путём от западных до восточных окраин СССР. Именно тогда было зафиксировано значительное повышение температуры арктических морей, отмечено значительное отступание ледников в Альпах и на Кавказе. Общая площадь льда Кавказа снизилась на 10%, а толщина льда местами уменьшилась почти на 100 м.

Повышение температуры в Гренландии составило 5°С, а на Шпицбергене – даже 9°С.

Ничего подобного в течение последних двух тысяч лет не наблюдалось. К этому добавим, что потепление произошло в основном после 1976 г., т.е., за 33 года. Хотя, несмотря на то, что земной шар сейчас намного теплее, чем в 30–40-х гг. 20 века, Арктика все еще намного холоднее, чем в 30-х годах и ледовитость морей сейчас большая.

С 1901 по 2000 гг. средняя годовая глобальная температура возросла на 0,6±0,2 0С.

Однако во времени этот процесс протекал неравномерно (см. Рис. 5).

Рис. 5. Изменение глобального климата между 1880 и 2007 гг.

Хансен [5] классифицирует изменения глобального климата между 1900 и 2000 в трех сегментах времени: потепление 1907-1945 гг. (нагревание, которое может быть обусловлено как увеличением количества тепличных газов так и естественным изменением климата), небольшое относительное глобальное похолодание на 0.1°C в 1944гг. (которое объясняют увеличением аэрозоля в воздухе; это привело к увеличению облачности и к повышению “блокировки” поступающего излучения. Увеличение аэрозолей связывают с увеличением использования каменного угля) и интенсивное потепление, начавшееся в 1976 г. (вызвано нагреванием в восточном регионе Тихого океана системой «Эль Ниньйо», Индийского океана, Атлантики и Северного ледовитого океана). Как видно из Рис. 5, самым теплым десятилетием были 1990-е годы. Следует отметить, что потепление имеет место только в тропосфере, в пределах нескольких километров от поверхности Земли, а в верхних слоях атмосферы температура снижается.

Прежние климатические модели были основаны, как правило, на предпосылке постоянства климата. Исходя из этого представления выбирались климатические переменные и интервал времени для их оценки. Однако если полвека назад традиционный набор климатических переменных вполне устраивал метеорологов, то в условиях меняющегося климата их уже недостаточно. Меняющийся климат требует применения новых математических методов. В частности, для изучения климатических временных рядов больше подходят алгоритмы анализа нестационарных случайных процессов.

Текущее изменение климата характеризуют скользящие средние величины климатических переменных (например, за 10, 22, 110 лет и т.п.), а также значения трендов. Современные расчетные климатические модели учитывают не только температуру и осадки, но и множество дополнительных параметров, в том числе содержание в атмосфере углекислого газа, который образуется и при сгорании топлива и вызывает парниковый эффект.

На территории восточной Европы общая тенденция изменения климата во второй половине ХХ века такая же, что и на планете в целом: повышается средняя годовая температура приземного воздуха. Наиболее интенсивный положительный тренд отмечен в Прибайкалье – Забайкалье, а также в Приморье и в Средней Сибири (до 3,5оС за 100 лет).

Крупные положительные аномалии температуры сохранялись в этих регионах в течение последних 11-12 лет. Но изменение климата – процесс неоднородный. Так, в целом потепление более заметно зимой и весной (тренд составил соответственно 4,7 и 2,9оС за 100 лет), тогда как в теплое время года рост температуры слабее. Кроме того, по земной поверхности районы потепления чередуются с районами заметного похолодания. При этом, температура приземного воздуха – один из основных показателей происходящих изменений, а следующей по важности климатической переменной – являются атмосферные осадки. Исследователями отмечается, что в последние 50 лет на северовостоке Евразии проявляется тенденция к уменьшению годовых и сезонных сумм осадков;

тогда как на территории восточной Европы прослеживается слабая тенденция к их росту.

Как видно из Рис. 6 в 1976 г. начался устойчивый рост температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и резкое изменение темпов увеличения концентрации СО2.

Рис. 6. Изменение сонцентрации СО2 и ее корреляция со средней глобальной температурой за последние 127 лет.

Это вызвало очередное ускорение таяния льдов (Рис. 7-10) Арктики, Антарктики и повышение зимних температур в умеренных широтах. Так, за последние 50 лет, толщина арктических льдов уменьшилась на 40%, а на некоторых территориях Сибири крепкие морозы давно остались в прошлом [6]. Особенно наглядно о глобальных изменениях климата свидетельствуют старые фотографии ледников (все фото сделаны в одном и том же месяце), которые являются одними из самых чувствительных показателей изменения климата в настоящее время.

Рис. 7. Фотографии тающего ледника Pasterze в Австрии в 1875 г. (слева) и 2004 г.

(справа). Фотограф Gary Braasch.

Рис. 8. Фотографии ледника Agassiz в Национальном парке ледников (Канада) в 1913 и 2005 гг. Фотограф W.C. Alden.

Таким образом, в целом за последние 100 лет средняя глобальная температура земной атмосферы повысилась на 0,8°С; площадь снежного покрова в северном полушарии снизилась на 8%, а уровень океана поднялся в среднем на 10–20 см.

Остановится ли глобальное потепление, или дальнейший рост среднегодовой температуры на Земле продолжится, – ответ на этот вопрос появится только тогда, когда будут точно установлены причины происходящих климатических изменений.

Рис. 9. Фотографии ледника Grinnell в Национальном парке ледников (Канада) в 1938 и 2005 гг. Фотограф: Mt. Gould.

Рис. 10. Тот же ледник Grinnell с другого ракурса в 1940 и 2004 гг. Фотограф: K.

Holzer.

Изменение климата – процесс неоднородный. В целом потепление более заметно зимой и весной (напримерь, по северу Евразии тренд составил соответственно 4,5 и 2,7 оС за 100 лет). В теплое время года рост температуры существенно меньше.

Кроме того, районы потепления чередуются с районами заметного похолодания.

Температура приземного воздуха, несомненно, основной показатель происходящих изменений, но есть и другая, исключительно важная климатическая переменная – атмосферные осадки. С ними связаны наводнения, засухи, облачность, потоки скрытого тепла, приток пресной воды в океаны, формирование или разрушение ледовых щитов и горных ледников. Однако измерить осадки с высокой точностью трудно, особенно те, что выпадают на акватории океанов.

Отметим, что пока еще не удалось создать климатическую модель, которая хорошо описывала бы реальные изменения температуры и осадков. И связано это не только с несовершенством алгоритмов и подходов или недостаточностью данных, но и с тем, что все атмосферные процессы имеют вероятностный характер, а это вносит значительную долю неопределенности в любые расчеты. Тем не менее, общая тенденция пока остается неизменной: климат продолжает ставать более теплым и в Сибири и в мире. Именно поэтому необходимо и дальше проводить тщательный сопоставительный анализ модельных и эмпирических оценок изменений климата.

2. Погода и климат.

По определению погода — это ежедневное состояние атмосферы. Она является нелинейной и довольно хаотичной динамической системой. Погодные процессы без изменений могут существовать на протяжении не более 10 дней. Именно здесь исчерпываются пределы ее предсказуемости из-за наличия огромного количества стохастических компонент моделей. Тогда как климат — это усредненное состояние погоды и он должен быть значительно более стабильным и предсказуемым. Климат можно представить как наложение «индивидуальных погод», усредненных за определенное количество лет (часто больше 10). Он включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в определенном месте. Однако и на самой Земле происходят процессы, которые могут оказывать влияние на климат. Поэтому проблема климата Земли включает в себя набор таких понятий как температурный и ветровой режимы, а также погодные (смог, туман, дождь, снег и другое) условия. И основополагающим здесь есть тепловой режим земной атмосферы, потому что именно он в основной мере определяет динамические и погодные условия. То есть, предсказывать можно только те параметры, которые выделяются на фоне случайных факторов.

В общем случае климат Земли определяется сложными взаимодействиями между Солнцем, океанами, поверхностью суши и биосферой [28, 29, 32]. Главной энергетической силой для погоды и климата является Солнце. Неравномерное нагревание земной поверхности между экватором и полюсами является одной из главных причин ветров и океанических течений. Радиационные процессы играют центральную роль в атмосферном тепло-энергообмене и, следовательно, в формировании климата Земли, так как глобальные долговременные динамические процессы регулируются реальными притоками тепла, среди которых одним из главных является лучистый перенос [45]. К тому же климат крайне чувствителен даже к незначительным изменениям в механизме радиационных процессов. Так, по данным ряда исследований [2] уменьшение в прошлом солнечной энергии, приходящей на Землю всего на ~1% (в силу ряда астрономических факторов), могло провоцировать ледниковые периоды.

Решение уравнений, описывающих поведение климатической системы очень сложное, так как приходится иметь дело с системой нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Причем здесь присутствуют все три геосферы (атмосфера, гидросфера и литосфера). Можно записать правильные уравнения, но практически невозможно представить к ним корректные граничные условия, поскольку уже через очень короткий промежуток времени (сутки) эти граничные условия изменятся.

Поэтому климатическая система – это пример неустойчивой системы в математическом, физическом и инном смыслах. Здесь даже небольшие погрешности во входных данных приводят к очень существенным расхождениям в конечных результатах.

Однако, при всей ее сложности, климатическая система довольно хорошо воспроизводит себя в масштабах нескольких лет, десятков лет, столетий и даже тысячилетий. Сейчас установлено, что климатической системе свойственны несколько устойчивых циклов – 100, 41, 23 и 2,5 тыс лет, а также 200, 65, 22, 10–11, 7,5 лет и т.д.

Если использовать это обстоятельство и не требовать от длительного прогноза чрезмерной точности, то вполне можно получить полезные результаты [30, 31]. Расчетные климатические модели учитывают не только температуру и осадки, но и ряд других параметров, в том числе содержание в атмосфере углекислого газа – одного из наиболее важных компонентов, приводящего к проявлению парникового эффекта. Рост концентрации углекислого газа приведет не только к умеренному росту осадков, но к существенному изменению их характера: сильные ливни, обильные снегопады и т.п. И хотя прогностические модели климата все еще далеки от реальности, но общая тенденция пока остается неизменной: климат продолжает становится более теплым во всем мире.

Именно поэтому необходимо и дальше проводить тщательный сопоставительный анализ модельных и эмпирических оценок изменений климата.

Оценки показывают, что для объяснения глобального потепления в 20-ом столетии достаточно уменьшения эффективного излучения Земли в среднем на 0.1 – 0.2%.

Тепловой режим поверхностного слоя определяется балансом двух составляющих тепловой энергии. Одна из них – это тепловая энергия, которую получает Земля за счет поглощения ее поверхностным слоем и атмосферой от излучения Солнца, главным образом в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (0.3-2 мкм); она характеризуется так называемой эффективной температурой Те. Наиболлшей она будет безатмосферного небесного тела с сильно поглощающим поверхностным слоем.

Одновременно с накоплением тепловой энергии за счет поглощения солнечного излучения происходит ее излучение в открытый космос в так называемой тепловой области спектра (с длинами волн больше 3 мкм).

Для безатмосферного небесного тела характерными являются очень большие перепады температуры днем и ночью, а также при изменении высоты Солнца над горизонтом, особенно в направлении от экватора к полюсам. Характерным примером этого есть Луна, во время затемнения которой регистрируется снижение температуры больше чем на 100о. В результате вся накопленная днем тепловая энергия поверхности небесного тела может быть полностью потеряна ночью.

Ситуация значительно осложняется при наличии атмосферы. С одной стороны, она уменьшает мощность излучения Солнца, которое достигает поверхности планеты; в результате этого уменьшается количество получаемой от Солнца тепловой энергии и Те. С другой стороны, если атмосфера планеты сильно поглощает в тепловом участке спектра, то это приводит к ее значительному нагреванию. В результате будет происходить замедление процесса охлаждения, что приведет к накоплению тепловой энергии в системе «поверхность + атмосфера». При достижении равновесия между излучаемой в открытый космос и получаемой от Солнца энергиями планета будет характеризоваться так называемой равновесной температурой Тр.

То есть, тепловой режим нашей Земли, как и всех планет Солнечной системы, определяется количеством тепловой энергии В, которое получает земная поверхность при поглощении солнечного излучения (В1) и от внутренних источников (горячее ядро и т.п.) – В2, т.е. [38]:

Напомним, что в общем случае В1 = {[1-Аs()]Е0()]}/R2= Те4, для 3001200нм, где Аs() и Е0() – спектральные значения так называемого сферического альбедо Земли и солнечной энергии; R – расстояние между Землей и Солнцем, – постоянная Стефана-Больцмана, – мера «серости земной поверхности», которая определяет отличие собственно излучения земной поверхности и абсолютно черного тела, Т е – эффективная температура. В свою очередь, тепловая энергия планеты в тепловом участке спектра ( мкм) переизлучается в открытый космос. Таким образом, в зависимости от тепловой инерции поверхностного материала устанавливается соответствующее тепловое равновесие, которое как раз и характеризуется так называемой равновесной температурой Тр, которая для безатмосферных небесных тел всегда будет меньше Те.

Но ситуация изменяется, когда планета имеет атмосферу, в состав которой входят газы, для которых характерно наличие мощных полос поглощения в тепловом участке спектра [32]. Благодаря этому часть тепловой энергии поглощается атмосферой и остается в системе «твердая поверхность + атмосфера». Вследствие этого количество излучаемой земной поверхностью в открытый космос соответственно уменьшится:

В’= [B1() + B2()] exp[-()], где () – поглощающая составляющая оптической толщины земной атмосферы.

Вследствие этого реальная тепловая энергия системы «земная поверхность + атмосфера»

увеличится и будет равна При таких условиях Тр всегда будет больше эффективной температуры. Таким образом, атмосфера играет роль своеобразного одеяла, которое укрывает всю планету.

Этот эффект накопления тепловой энергии получил название тепличного (парникового) эффекта; а газы, характерным свойством которых является наличие мощных полос поглощения в тепловом участке спектра и именно благодаря которым происходит поглощение тепловой энергии в атмосфере, получили название тепличных газов.

Наиболее активными поглощающими газами в этом участке спектра есть водяной пар, газы СО2, метан, озон, оксиды азота и некоторые другие. Поскольку в 20-м веке, особенно в его второй половине, регистрировалось увеличение концентрации некоторых из этих газов, то именно тепличный эффект безальтернативно был признан виновником глобального потепления.

Для создания представления о действии атмосферных газов ниже приводим относительный спектр, пропущенной земной атмосферой тепловой энергии (Рис. 11).

Интервалы длин волн с практически стопроцентным поглощением отвечают полосам поглощения водяного пара, а значительно более слабые полосы поглощения двуокиси углерода и других компонент приходятся на промежутки между этими полосами, или их крылья.

Рис. 11. Относительный спектр, пропущенной земной атмосферой тепловой энергии.

Напомним, что в случае Земли равновесная температура приблизительно на больше эффективной; для Венеры, которая покрыта мощной атмосферой с давлением бар и преимущественно состоит из углекислого газа, равновесная температура достигает +4500С. Наличие тепличного эффекта уменьшает перепады температуры как в течение суток так и сезонные ее изменения. Например, для той же Венеры, температура поверхности практически одинакова на экваторе и полюсах планеты, а также в течение суток. Очевидно, что увеличение концентрации тепличных газов приведет к усилению тепличного эффекта и к увеличению равновесной температуры планеты. Чем это грозит для Земли? Оценки показывают, что если усредненная по всей Земле температура увеличится всего на 30С, то настанет необратимый процесс таяния вечных ледников на суше и в полярных районах, в результате чего уровень мирового океана может подняться приблизительно на 10 м.

Большая насыщенность атмосферы аэрозолем (капли и / или кристаллы воды и пыль) приводит к ослаблению мощности солнечной энергии, которая достигает поверхности. В результате этого уменьшается эффективная температура планеты, то есть, создает антитепличный эффект. Поразительным примером действия этого эффекта может служить Марс в периоды так называемых глобальных пылевых бурь, когда, например, изза значительного увеличения аэрозольной составляющей атмосферы в течение нескольких дней температура в октябре 1971 г. по всей планете снизилась на 65-700 и оставалась такой в течение нескольких месяцев. На Земле это проявлялось после извержения таких мощных вулканов, как Ель Чичон в 1982 г. и Пинатубо в 1991 г., когда приблизительно с годовым опозданием регистрировалось незначительное снижение средней для земного шара температуры. Если аэрозольные частицы еще и поглощают солнечное излучение в видимом диапазоне длин волн, то происходит даже нагревание атмосферы. Так, например, во время упомянутой выше глобальной пылевой бури на Марсе температура атмосферы увеличилась на 60-700 и сохранялась повышенной в течение приблизительно пяти месяцев. Таким образом, появление как тепличного так и антитепличного эффектов существенно изменяет активность и характер динамических процессов в атмосфере.

К сожалению, имеющиеся на данный момент долгосрочные метеорологические прогнозы (их обзор см. в работе Израэль, Анохин, 1998) не совершенны, и их оправдываемость невысока. В отмечаемом сегодня повышении температуры «виноваты»

как антропогенные факторы, так и естественные долговременные климатические тенденции [26]. Одной из моделей, способных дать прогноз на основе обширного материала об изменении антропогенных и естественных климатообразующих факторов, современных инструментальных и исторических климатических данных, является так называемая регрессионно-аналитическая трехслойная тепло-балансовая модель климата представленная в работе [31]. Эта модель была успешно опробована при прогнозировании климатических изменений крайнего севера Евразии и севера европейской части России.

Для нее учитывают взаимодействие верхнего (атмосфера и поверхность океана), среднего (интенсивная циркуляция мирового океана) и нижнего (слабая циркуляция океана) слоев атмосферы и гидросферы Земли. Брались основные уравнения гидродинамики, баланса тепла и его преобразования.

Параметры модели определяются по методу Монте-Карло, при условии достижения соответствия моделируемых величин известным значениям приземной глобальной температуры. При этом считается, что приземная температура является функцией эффективных температур верхнего Te и среднего слоя Tm и их производных.

Настройка модели проводилась по хорошо известным фактическим данным прошлого столетия. Как видно из Рис. 12, модель хорошо воспроизводит тренд потепления в 20 веке (коэффициент корреляции между моделью и фактическими данными 0,8) и достаточно хорошо объясняет основные климатические события в прошлом тысячелетии (потепление в 12–13 веках и малый ледниковый период в 16–18 веках. Сопоставление хода изменения глобальной среденегодовой температуры поверхности Земли при скользящем «окне сглаживания» 45 лет с вариациями солнечной активности показывает, что самые существенные колебания климата в масштабе тысячелетия можно объяснить естественным климато-образующим фактором – колебаниями солнечной активности и их влиянием на прозрачность атмосферы.

Рис. 12. Изменение глобальной среденегодовой температуры поверхности Земли при скользящем «окне сглаживания» 45 лет.

Правдивость модели подтверждена по моделированию эффектов “Ель Ниньйо” [17], среднегодовых температур Китая, Великобритании и некоторых других регионов [30, 31].

3. Природные и антропогенные причины изменения климата Считается, что до недавнего времени изменения климата Земли происходили естественно в результате действия ряда основных астрономических и геофизических факторов. Так климат планеты сохранится неизменным, если не изменится расстояние Земли от Солнца, орбита Земли вокруг Солнца, скорость ее движения и суточного вращения, угол наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики, размеры и взаимное расположение материков и океанов, прозрачность атмосферы и ее состав. Безусловно, правы те специалисты, которые апеллируют к сугубо эволюционным факторам, в первую очередь к обусловленным разными внешними причинами долгопериодических изменений температуры на Земле на протяжении десятков тысяч лет. То есть, климат меняется не только в результате антропогенного воздействия, но и в связи с космическими и геофизическими факторами: поведением Солнца, вулканов, океанической, атмосферной циркуляции, положением Юпитера, Сатурна и Луны по отношению к Земле. Ведь Юпитер и Сатурн – крупнейшие планеты Солнечной системы, в которых сосредоточено более 80% ее массы. В зависимости от их расположения относительно Солнца центр массы Солнечной системы внутри Солнца перемещается. Поскольку Солнце – это сгусток плазмы, то в зависимости от положения его центра тяжести движение плазмы также изменится. Это может привести к измению характеристик солнечной поверхности, величины светового и теплового потоков и его спектрального состава. Все это скажется и на климате.

Следует отметить, что потепление распределяется крайне неравномерно по поверхности земного шара. И хотя весь земной шар в целом теплеет, но существуют области, которые на общем фоне холодают. Так, сильно похолодало в Гренландии, в Китае, Тибете, Гималаях, Англии и восточном Средиземноморье. Сильные изменения климата были, вероятнее всего, результатом совместного действия многих факторов. При этом следует рассматривать как внешние, так и сугубо земные факторы. Среди первых рассматривались последствия столкновения Земли с большим метеоритом, изменение солнечной постоянной из-за вариаций активности Солнца, прохождение Солнечной системы через оптическую неоднородность межзвездного пространства, изменение орбиты Земли и т.п. К внутренним можно отнести причины, вызывающие изменения химичекого состава атмосферы и физических параметров ее составляющих. Ими могут быть движения континентальных плит, вулканическая деятельность, природные и антропогенные изменения отражательной способности поверхности планеты и т.п.

До сих пор учёные со 100% уверенностью не могут сказать, что вызывает климатические изменения. Климатическая система Земли испытывает воздействие ряда факторов как внешних, так и возникающих в самой системе. Из внешних факторов наиболее четко проявлялись колебания прозрачности атмосферы вулканогенного характера, а из вторых – взаимодействие океанов и льдов, а также разных частей океанов между собой. При этом указанные факторы налагаются один на другой, усиливаясь при совпадении фаз и ослабевая при их различии.

К внешним геофизическим факторам относятся масса и состав атмосферы, скорость вращения Земли, расположение материков и океанов на поверхности Земли, вулканические извержения и т.д. Скорость вращения Земли отчасти определяет интенсивность и характер циркуляции атмосферы, разные радиационные и теплоемкостные характеристики поверхности суши и океана, влияет на радиационный режим, теплообмен между атмосферой и подстилающей поверхностью, на муссонные эффекты. Очертания океанов определяют направление и характер течений, переносящих тепло из тропической зоны в высокие широты. Во время крупных взрывных вулканических извержений в стратосферу выбрасываются большие массы аэрозолей и газов, рассеивающих и поглощающих Солнца и ИК радиацию Земли и атмосферы. Внутренние естественные факторы возникают и действуют внутри какой-либо составляющей климатической системы или, зарождаясь в одной из составляющих, действуют на другую. К ним относятся излучение и поглощение энергии атмосферой и океаном, атмосферная циркуляция, криосфера (ледники и подземные льды вечной мерзлоты), биосфера, уменьшающая альбедо подстилающей поверхности и т.п. Можно назвать еще несколько антропогенных факторов, воздействующих на глобальный климат, таких как: антропогенное увеличение содержания в атмосфере газов, создающих в ней парниковый эффект (в первую очередь СО2), строва тепла в городах и промышленных зонах, хозяйственная деятельность человека (строительство водохранилищ, орошение земель, вырубка лесов и др.) [43]. В качестве причин глобального потепления выдвигается множество теорий и предположений. Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные процессы, влияющие на климат Земли в масштабе тысячелетий.

Перечислим основные, заслуживающие внимания гипотезы, а на некоторых из них остановимся детальнее.

3.1. Тектоника литосферных плит.

По некоторым данным на протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, создавая поверхность, на которой и образуется климат. Так, тектонические движения около 3 млн лет назад привели к столкновению северной и южной американской плит и образованию Панамского перешейка. Это закрыло прямое смешивание вод Атлантического и Тихого океанов и усугубило условия последнего ледникового периода.

3.2. Виновник климатических изменений – океан.

Мировой океан – огромный инерционный аккумулятор солнечной энергии. Он во многом определяет направление и скорость движения тёплых океанических и воздушных масс на Земле, которые в сильной степени влияют на климат планеты. В настоящий момент времени мало изучена природа циркуляции тепла в водной толщи океана. Так известно, что средняя температура вод океана составляет около 3,5°С, а поверхности суши 15°С, поэтому интенсивность теплообмена между океаном и приземным слоем атмосферы может приводить к значительным климатическим изменениям. Кроме того, в водах океана растворено большое количество СО2 (около 140 трлн тонн, что в 60 раз больше, чем в атмосфере) и ряда других парниковых газов, в результате определённых природных процессов эти газы могут поступать в атмосферу, существенным образом оказывая влияние на климат Земли.

3.3. Изменение светимости Солнца. Солнечная активность.

Солнце является основным источником тепла в климатической системе Земли.

Именно солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является главной составляющей, формирующей земной климат. На длительном промежутке времени при перемещении Солнца по главной последовательности оно становится несколько ярче, или слабее, выделяя больше, или меньше энергии. Это также влияло на земную атмосферу. То есть, происходящие климатические процессы на планете зависят от активности нашего светила – Солнца. Поэтому даже самые малые изменения активности Солнца непременно сказываются на погоде и климате Земли. Среди коротких временных отрезков выделяют 11-летние, 22-летние, вековые (Глайсберга), а также более длительные циклы солнечной активности. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. В то же время 22летний магнтиный цикл заметно проявляется в очередности наступления засух и дождливых периодов. Сейчас изменение солнечной активности считается важным фактором наступления предыдущих малых ледниковых периодов, а также некоторых потеплений, наблюдаемых между 1900 и 1950 гг. Вполне вероятно, что и наблюдаемое сейчас глобальное потепление связано с очередным ростом солнечной активности, которая в будущем может снова пойти на убыль.

Одним из важнейших звеньев в проблеме солнечно-атмосферных связей является стратосфера, которой отводится роль триггерного (спускового) элемента, обеспечивающего передачу возмущений в нижние слои атмосферы. В стратосфере происходит поглощение ультрафиолетовой радиации Солнца, и в периоды усиления солнечной активности тепловой баланс стратосферы существенно меняется:

увеличивается ее приходная часть, что сказывается на температурном режиме и ее циркуляции. Но по некоторым данным текущие изменения климата могут только на 15зависеть от солнечной активности.

Раньше Солнце являлось основным внешним источником, влиявшим на климатические изменения на Земле, наряду с извержениями вулканов, а также внутренними факторами, такими как океанские течения. Причем вероятность взаимосвязи между Солнцем и климатом на Земле вполне реальна, т.к. это основной источник энергии для всего, что происходит внутри земной атмосферы.

Учитывая суточное вращение в среднем земная поверхность поглощает 168 Вт/м солнечной энергии, и испускает 390 Вт/м2 в тепловом диапазоне спектра. Причём Вт/м2 акумулируется земной атмосферй из-за парникового эффекта. Без парникового эффекта была бы вообще невозможна жизнь на Земле (во всяком случае в привычных формах), так как средняя глобальная температура тогда бы равнялась всего -20 0С вместо наблюдающихся +15 0С [32].

Как видно из Рис., за один цикл изменение притока солнечной энергии в среднем составляет около 0,35 Вт/м2 при среднем значении притока к верхней атмосфере Вт/м2. Это может вызывать амплитуду вариаций глобальной температуры около 0.1°. Но как видно из того же Рис. 13, иногда вариации солнечной постоянной могут превышать Вт/м2, которые могут уже приводить к изменениям глобальной температуры на 1-2°C. При таких вариациях нагрева уже меняется внутреннее состояние Земли, в том числе ее тектоническая деятельность и распределение воздушных и водных масс.

Для сравнения отметим, что за 1976-2007 гг. влияние человеческой деятельности приводило к энергетической «добавке» 0.3 Вт/м2 каждые 10 лет. То есть, изменения светимости Cолца как будто и недостаточны для объяснений таких существенных колебаний климата, но, как видно из приведеного Рис. 14, существует тесная связь между солнечной активностью и средней температурой в Китае и центральной Англии. Потому, несмотря на широкую дискуссию о вреде глобального потепления, не все ученые разделяют, казалось бы, общепринятую точку зрения о том, что причиной парникового эффекта является деятельность человека.

Рис. 13. Изменение солнечной постоянной. Периодические изменения активности Солнца, выражающиеся изменением солнечных пятен с циклом изменения около 11 лет.

Рис. 14. Изменение средних чисел Вольфа (верхняя линия) и среднегодовой температуры в Китае (нижняя линия) и центральной Англии (средняя линия). Шаг скользящего сглаживания – 220 лет.

Главной причиной потепления могут быть и природные факторы, такие как солнечная активность, тектоническая деятельность недр, трансформация океанских течений и вулканические извержения. Причем на долю Солнца может приходиться более 80% от общего вклада в потепление климата. На парниковые же газы, выбрасываемые в атмосферу Земли, может приходиться не более 15%. По некоторым данным колебания энергии Солнца регулировали большую часть климатических изменений Земли. В качестве примера такого взаимодействия можно указать существование относительно тёплого периода в 11-13 веках, который совпал с периодом повышеной солнечной активности. То есть, влияние Солнца на изменения климата за последнюю тысячу лет очевидно: чем выше солнечная активность, тем больше излучение Солнца и любой природный процесс усиливается, вызывая потепление.

Напомним, что солнечная активность имеет свою периодичность (Рис. 15, 16). Так, начиная с 1787 г. стали выделять несколько циклов (11-летний, 22-летний и вековой циклы; некоторые исследователи отмечают существование периодичностей в 300 и даже 1500 лет). Сопоставление циклов активности Сонца с известными данными об изменении климата Земли на протяжении нескольких тысячелетий показали, что циклические колебания солнечной активности приводили к повышению или к понижению средней температуры на планете. При этом, всегда наблюдается соответствие потепления с возрастающей активностью Солнца, которую можно косвенно регистрировать по остаточной намагниченности поднятых из глубин Земли пород.

Рис. 15. Линейное увеличение в амплитуде циклов начиная с минимума Маундера.

В основе теории о циклических изменениях климата лежат утверждения о значительной роли Солнца в происходящих на Земле климатических процессах, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Поэтому основной причиной наблюдаемого сейчас потепления также может быть повышение интенсивности солнечной светимости практически в течение всего ХХ века [37].

Поскольку в настоящее время Солнце вступило в стадию относительного спокойствия, то Земля начнет постепенно охлаждаться. Пока это мало заметно, потому что планета накопила значительный запас тепла. Однако уже через несколько лет потепление может смениться похолоданием.

Рис. 16. Прогноз на последующие годы. Если изменение солнечной активности будут близки к предлагаемому сценарию, то в ближайшие годы температура начнет снижаться.

Для выделения из ряда данных векового цикла чаще всего используют метод сглаживания, впервые предложенный в 1944 г. Гляйсбергом [37, 39]. Он усреднил значения пяти соседних циклов по значениям в максимумах активности; причем центральных числа были взяты с весом 2, а два крайних с весом 1.

Так, сейчас идет на спад третий цикл Гляйсберга. Минимум первого цикла совпадал с достаточно глубоким минимумом Дальтона в начале 19 века, второй, не столь глубокий, был в начале 20 века, и сейчас, очевидно, мы входим в очередной минимум. То есть, такой ход позволяет предсказать со значительной вероятностью, что вековой цикл пойдет на спад.

Данные наблюдений 2007-2009 гг. показали, что спад активности на текущем цикле очень медленный и самый чистый за последние 50 лет. Такая картина очень похожа на начало 13 цикла более ста лет назад. Это все говорит о том (Рис. 17), что нас ждет цикл со скромной активностью, возможно наименьшей за последние 100 лет [1, 16].

Незаконченная кривая — это история солнечной активности за последние 500 лет, т.е. примерно за время наблюдений Солнца с помощью телескопов [44, 46]. Видно, что XX век характеризовался самим высоким уровнем активності на протяжении последних 500 лет. Согласно прогнозам, уже в ближайшее десятилетие нас может ожидать очень сильное уменьшение солнечной активности до масштабов, которые наблюдались в конце XVII века. Поэтому, возможно, что при отсутствии антропогенных факторов нас ожидает пик малого ледникового периода.

Рис. 17. Незаконченная кривая — это история солнечной активности за последние 500 лет. 20 век характеризовался наиболее высоким уровнем активности за последние лет. Вторая кривая – прогноз на следующие 200 лет.

Если изменения солнечной активности будут близки к принятому сценарию (Рис. ) то в ближайшие годы температура начнет снижаться. Удовлетворительные результаты моделирования климатических изменений в течение прошлого тысячелетия позволяют использовать эту модель для прогноза развития климата на 21 столетие. Эти данные показывают, что в Европе в течение ближайших 20-30 лет тренд повышения среднегодовой температуры может измениться трендом ее понижения. Прослеживается зависимость времени начала похолодания от широты и долготы. Причем изменение тренда среднегодовой температуры в некоторых регионах Европы может отставать от изменения тренда глобальной температуры. Это говорит о взможности существования уже сейчас географических регионов, где похолодание уже началось. Внимательное исследование указывает на то, что, например, в Верхоянске (Якутия) изменение тренда среднегодовой температуры в соответствии с фактическими данными и результатами моделирования уже состоялось в 1995 г.

3.4. Изменение угла оси вращения Земли и её орбиты.

Югославский астроном Миланкович предположил, что циклические изменения климата во многом связаны с изменением орбиты вращения Земли вокруг Солнца, а также изменением угла наклона оси вращения Земли, по отношению к Солнцу. Подобные орбитальные изменения положения и движения планеты вызывают изменение радиационного баланса Земли, а значит и её климата. Миланкович, руководствуясь своей теорией, рассчитал времена и протяжённость ледниковых периодов в прошлом нашей планеты. Климатические изменения, вызванные изменением орбиты Земли, происходят обычно в течение десятков, а то и сотен тысяч лет.

По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, ее спутника Луны и других планет. Так, изменения орбиты считаются главными причинами чередования так называемых гляциальных циклов последнего ледникового периода [10].

3.5. Аэрозоли. Вулканическая активность.

Считают, что производственная деятельность человечества, особенно в последние десятилетия, привела к увеличению не только концентрации тепличных газов в атмосфере, но и аэрозольных примесей. О масштабах таких событий говорит то, что, напримерь, все источники загрязнения в 1989 г. только в г. Кривой Рог выбросили в атмосферу 1234 тыс тонн (в том числе 188 тыс тонн твердых) вредных веществ, в Одессе – 202 тыс тонн.

По этой причине в настоящее время одновременно действуют факторы усиления тепличного и анти - тепличного эффектов. Эти два фактора в некоторой степени пока что уравновешивают друг друга и создают достаточно шаткое равновесие в глобальном климате, но в любой момент оно может нарушиться и наступит или обвальное потепление, или, напротив, похолодание. Целесообразно заметить, что особенно угрожающими являются стратосферные аэрозоли, которые, подобно тропосферниы аэрозхолям, не вымываются дождями. А поэтому мелкие частицы, радиусы которых не превышают 0.1 мкм, могут годами сохраняться и накапливаться в верхних слоях атмосферы.

Вулканическая активность является источником поступления в атмосферу Земли аэрозолей серной кислоты и большого количества углекислого газа, что также может значительным образом сказываться на климате Земли. Крупные извержения первоначально сопровождаются похолоданием вследствие поступления в атмосферу Земли аэрозолей серной кислоты и частиц сажи. Впоследствии, поступивший в ходе извержения CO2 вызывает рост среднегодовой температуры на Земле. Последующее долговременное снижение вулканической активности способствует увеличению прозрачности атмосферы, а значит и повышению температуры на планете.

Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

Одно сильное извержение вулкана также способно существенно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью в несколько лет. Напримерь, извержение вулкана Пинатубо 13.06.1991 (Рис. 18) существенно повлияло на климат.

Рис. 18. Извержение вулкана Пинатубо 13.06.91.

При извержении в стратосферу было выброшено много сульфатных аэрозолей, которые значительно “сожгли” озоновый слой. Это привело (Рис. 19, 20) к увеличению притока к земной поверхности так называемого ультрафиолета. Хотя гигантские извержения случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они могут влиять на климат в течение миллионов лет. В начале полагалось, что основной причиной похолодания является выброшенная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует приходу к поверхности Земли солнечного излучения. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхность Земли в течение 1-2 лет.

Кроме того, вулканы являются частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2.

Рис. 19. Изменение радиационного баланса для широт 40°S-40°N от 1990,0 до 1995,0 гг. По оси ординат цена деления составляет 2 Вт/м2.

Рис. 20. Относительное количество блокирующих Солнце аэрозолей в атмосфере стойко снизилась (линия), начиная с 1994 г. по окончании извержения вулкану Pinatubo (согласно спутниковым оценкам).

Однако этот вклад не сравним по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая по некоторым оценкам может в 100 раз превышать количество выброшенного вулканами СО2.

Отметим, что во время извержения вулканов прозрачность атмосферы значительно изменяется. Выбросы аэрозолей в атмосферу приводят к понижению температуры вследствие быстрого «затенения» поверхности Земли. Причем изменения температуры довольно хорошо увязываются с колебаниями вулканической активности, о чем можно судить по осаждению кислот во льдах Арктики а Атарктиды. В периоды похолоданий осаждение кислот повышается.

3.6. Неизвестные взаимодействия между Солнцем и планетами Солнечной системы.

Не исключено, что взаимное положение планет и Солнца может влиять на распределение и силу гравитационных полей, солнечной энергии, а также других видов энергии. Все связи и взаимодействия между Солнцем, планетами и Землёй пока ещё не изучены и не исключено, что они оказывают существенное влияние на процессы, происходящие в атмосфере и гидросфере Земли. Планета Земля настолько большая и сложная система с огромным количеством структурных элементов, что её глобальные климатические характеристики могут ощутимо изменяться без видимых воздействий.

3.7. Антропогенное влияние.

Приверженцы антропогенной гипотезы отводят ключевую роль в глобальном потеплении человеку, который кардинальным образом меняет состав атмосферы, способствуя росту парникового эффекта атмосферы Земли. Утверждения о том, что потепление связано с хозяйственной деятельностью человека имеют под собой очень серьезные основания, но ошибкой является представление о том, что только человек ответственен за то, что происходит. Климат на протяжении всего существования нашей планеты испытывал довольно заметные колебания, а это значит, что имеются и мощные естественные факторы. Возможно следует говорить о наложении обоих факторов:

естественных цикличных колебаний климата и деятельности человека. Высокая скорость климатических изменений, происходящих в последние десятилетия, действительно может быть объяснена всё возрастающей интенсификацией антропогенной деятельности, которая оказывает заметное влияние на химический состав атмосферы планеты в сторону увеличения содержанная в ней парниковых газов. Повышение средней температуры воздуха нижних слоёв атмосферы Земли почти на 0,8° за последние 100 лет – довольно высокое для естественных процессов; ранее в истории Земли такие изменения происходили в течение тысячелетий.

Изменение состава атмосферы способно существенно влиять на радиационный баланс Земли и, следовательно, изменять климат. Основным механизмом этого влияния может быть парниковый эффект. Приблизительно 30% приходящего солнечного излучения отражается от верхних слоев атмосферы и уходит назад в космос, но большая часть проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. Нагретая поверхность испускает инфракрасное излучение, которое частично поглощается упомянутыми выше так называемыми парниковосодействующими газами (их относительное количество около 0,1%), что способствует нагреванию атмосферы, т.е., образованию упомянутого парникового эффекта. Некоторые исследования показывают, что эти газы являются очень важной причиной глобального потепления и важны также для понимания климатической истории Земли. То есть, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является одним из ключевых процессов, регулирующих температуру Земли [9].

Парниковые газы присутствовали в атмосфере почти на всем протяжении истории Земли. Их баланс поддерживался за счет естественного круговорота в природе. В отсутствие парниковых газов температура воздуха у поверхности Земли была бы примерно на 30-33° ниже, чем сейчас. Если естественный парниковый эффект поддерживал атмосферу Земли в состоянии теплового баланса, благоприятного для существования животных и растений, то антропогенное увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере нарушает естественный тепловой баланс планеты за счет усиления парникового эффекта, и как следствие, вызывает глобальное потепление. То есть, парниковые газы способны потенциально вызвать глобальное потепление.

Парниковым газом номер один является водяной пар. Его вклад в существующий атмосферный парниковый эффект составляет 21°. На втором месте находится СО 2, его вклад составляет около 7°. Рост содержания в атмосфере Земли углекислого газа сейчас вызывает наибольшую озабоченность, так как растет активное использование углеводородов человечеством. За последние полтора века от начала индустриальной эры (около 1850 г.) содержание СО2 в атмосфере выросло приблизительно на 30%. На третьем месте парникового «рейтинга» находится озон. Его вклад в общее глобальное потепление составляет около 2,4°. В отличие от других парниковых газов, деятельность человека, возможно, вызывает уменьшение содержания озона в атмосфере Земли. Далее следует закись азота, вклад которой в парниковый эффект оценивается в 1,4°. Содержание закиси азота в атмосфере планеты имеет тенденцию к росту. За последние два с половиной века концентрация этого парникового газа в атмосфере выросла на 17%.

Большое количество закиси азота поступает в атмосферу Земли в результате сжигания различных отходов. Список основных парниковых газов завершает метан. Считается, что его вклад в суммарный парниковый эффект составляет 0,8°. Содержание метана в атмосфере за два с половиной столетия увеличилось в 2,5 раза. Основными источниками метана в атмосфере Земли являются разлагающиеся отходы, крупный рогатый скот, а также распад природных соединений, содержащих в своём составе метан. Особое опасение вызывает то, что способность поглощать инфракрасное излучение на единицу массы у метана в 21 раз выше, чем в углекислого газа. Таким образом, наибольшая роль в имеющем место глобальном потеплении отводиться водяному пару и углекислому газу.

На их долю приходится более 95% всего парникового эффекта. Именно благодаря этим двум газообразным веществам происходит разогрев атмосферы Земли почти на 30°.

Многими исследователями считается, что антропогенная деятельность оказывает наибольшее влияние на рост в атмосфере Земли концентрации углекислого газа. А содержание водяного пара в атмосфере растёт вслед за ростом температуры на планете, вследствие увеличения испаряемости. Напомним, что палеоклиматические исследования показывают, что в прошлом отмечались значительные корреляции между климатом и концентрацией СО2 в атмосфере [12, 19, 20]. На протяжении нескольких последних тысячелетий эта концентрация была довольно стабильной и составляла примерно ppmv ( 280 молекул СО2 на 1 миллион молекул воздуха). Однако с начала интенсивного развития промышленности (примерно с середины 20 столетия) эта концентрация начала экспоненциально расти и в 2007 г. уже составляла около 385 ppmv. Только с 1980 по год концентрация СО2 увеличилась на 17 ppmv (с 337 до 354 ppmv). Также резко возрастают концентрации и других парниковых газов, в первую очередь метана (за то же десятилетие с 1.57 до 1.72 ppmv) [5]. При сохранении таких темпов роста уже через 30 лет следует ожидать концентрацию парниковых газов в атмосфере, эквивалентную удвоению концентрации СО2 (почти до 450 ppmv). В прошлом, при такой концентрации парниковых газов (Cредний Плиоцен, 3-5 миллионов лет назад), климат существенно отличался от настоящего: среднеглобальная температура была на 4-50 выше, отсутствовало оледенение Антарктиды, уровень океана был выше на несколько метров и т.п. Установление такого климата за короткий промежуток времени в несколько десятилетий привело бы к глобальной климатической катастрофе.

В течение последних 600 млн лет концентрация диоксида углерода в атмосфере варьировалась от 200 (0,02 %) до более чем 5000 (0,5 %) частей на миллион – из-за воздействия геологических и биологических процессов. Однако в 1999 г. Вейзер и др.

показали, что на протяжении последних десятков миллионов лет практически отсутствует строгая корреляция между концентрацией парниковых газов и изменением климата и что более важная роль принадлежит тектоническому движению литосферных плит. Однако, есть несколько примеров быстрых изменений концентрации парниковых газов в земной атмосфере, имеющих строгую корреляцию с сильным потеплением. По некоторым данным, начиная с 1950 г. именно растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального потепления.

Чтобы предотвратить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи – хотя бы до 350 частей на миллион (0,035%). Сейчас она увеличивается на 2 миллионные доли (0,0002%) в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов.

По мнению некоторых исследователей период общего потепления начался с начала прошлого столетия. Но в то время влияние антропогенных факторов только начинало проявляться, поэтому повышение температуры тогда скорее всего носило естественный характер. Однако, с середины 70-х гг. естественное потепление усилилось влиянием деятельности человека и в итоге стало более значимым. По оценкам в период 1980-1989 гг. в природный углеродный цикл в атмосфере вовлечено примерно 750 млрд тонн углерода. При этом обмен атмосферы с сушей (растительность, почва) составляет около 60 млрд тонн/год и с океаном около 90 млрд тонн/год, то есть, обмен довольно интенсивный. Ежегодная антропогенная эмиссия в эти же годы составляла около 7.1±1. млрд тонн/год (причем, 5.5±0.5 млрд тонн/год из них – только за счет сжигания угля и нефти и производства цемента). При таком интенсивном обмене углерод мог бы быть легко поглощенным, например, океаном, где его уже содержится около 140000 млрд тонн.

Однако процесс обмена «атмосфера-суша» и «атмосфера-океан» весьма инерционен.

Поэтому соответствующие скорости поглощения СО2 могут изменяться довольно медленно (столетиями). Общее количество углекислого газа, которое связывает растительность Земли в результате фотосинтеза составляет 43 млрд т/год. Но почти всё это количество углерода в результате дыхания растений, пожаров, процессов разложения снова оказывается в атмосфере планеты и только 45 млн т/год углерода оказывается помещенными в тканях растений, болотах и глубинах океана. Эти цифры показывают, что деятельность человека потенциально может являться ощутимой причиной, влияющей на климат Земли. К сугубо антропогенному относится механизм, согласно которому наблюдаемое потепление отображает увеличение эффективной температуры, которое обусловлено увеличениям тепловой энергии В1 из-за уменьшениям отражательной способности земной поверхности, в первую очередь – мирового океана.

Кроме того, в отличие, например, от метана, озона и других газов, углекислый газ не вступает в химические реакции, эффективно выводящие его из атмосферы, что приводит к его накоплению в атмосфере. Наиболее действенням миеханизмом уменьшения атмосферного СО2 является фотосинтез растениями. Тем не менее считается, что с 1980 по 1989 гг. в атмосфере ежегодно накопычивалось дополнительно около 3. млрд. тонн углерода. Поэтому накопившийся в атмосфере СО2 должен привести к установлению концентрации углекислого газа на новом, более высоком уровне.

Снижаться он будет крайне медленно даже при полном прекращении антропогенной эмиссии. Отсюда можно сделать вывод о том, что возможность воздействия на ситуацию появляется только на стадии накопления СО2, а значит снижения его установившейся концентрации можно будет добиться только в случае срочного принятия мер по ограничению его выбросов в атмосферу.

Согласно некоторым данням, животные являются причиной почти пятой части выбросов парниковых газов, что включает в себя и изменения в землепользовании, и вырубку леса под пастбища. Например, в лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения.

3.8. Влияние озона на изменение климата.

В 1970 р. над Антарктикой впервые было зарегистрировано уменьшение мощности озоносферы, и несколько позже - над Европейским и Американским континентами.

Оказалось, что в действительности концентрация озона уменьшается (до 10%) лишь для высот больше 10 км, тогда как в нижней тропосфере имеет место приблизительно такое же от носительное увеличение [8, 24, 38]. Главным виновником за уменьшение концентрации озона в стратосфере были объявлены фреоны, а увеличение концентрации в нижних слоях приписано увеличению концентрации разнообразных соединений азота с кислородом. Мы убеждены в том, что роль фреонов значительно преувеличена. Более того, приближенным моделированием было показано, что наблюдательное уменьшение концентрации стратосферного озона на 10% может иметь место при наличии в стратосфере аэрозоля с оптической толщиной около 0.003 (при радиусе частиц 0.05мкм) или 0.03 (при радиусе частиц 0.1мкм) на длине волны 1 мкм [38]. Наличие такого аэрозоля подтвердили эксперименты на борту искусственного спутника Земли Нимбус-7 [5]. Кроме того, было получено, что значение оптической толщины еще в конце 70-х годов 20 века было достаточным, чтобы повлечь ощутимое уменьшение концентрации озона. В этом случае уменьшение концентрации озона вызывается не усиленным его разрушением, а уменьшением скорости его образования. Вместе с такой негативной ролью стратосферного загрязнения в судьбе озонового шара [4], оно играет и позитивную, ослабляя разрушительную роль фреонов.

Напомним процессы формирования озонового слоя.

В рамках фреонового механизма молекулы озона «сжигаются» атомами хлора и фтора, которые выделяются при диссоциации фреонов, в состав которых они входят.

Очевидно, что наиболее эффективным этот механизм будет в подсолнечной точке.

Механизм, согласно которому экспериментально установленные длиннопериодические изменения мощности солнечного излучения в далеком ультрафиолете (с длинами волн меньше 300 нм) влияют на скорости диссоциации молекул кислорода, который в свою очередь регулирует количество создаваемых молекул озона. Вследствие этого должны наблюдаться периодические (соответственно периодичности изменения солнечной активности) изменения мощности основного озонового слоя в пределах 3%. Действие этого механизма практически одинаково для всего земного шара. Упомянутый аэрозольный механизм наиболее эффективно действует в приполярных районах.

Кроме того, сейчас разрабатывается механизм непосредственного взаемодействия молекул озона с аэрозолем, который базируется на явлении захвата газовых молекул крапельками жидкости (см., например, [5]), которое в литературе встречается под названиями «гетерогенные реакции» или «сток озона на аэрозольных частицах». Этот механизм, которывй является результатом одновременного действия дяда процессов (диффузии к поверхности частицы, аккомодации молекул, диффузии и растворения в жидкости з учетом возможной диссоциации и других обратных реакций, химических взаемодействий в жидкой фазе та др.), может иметь место во всех слоях атмосферы.

Специфика взаемодействия газов с жидкостью определячется действием закона растворимости Генри, который ограничивает максимально возможное значение коэффициента захвата. И, наконец, динамические процессы в верхних слоях атмосферы, которые также могут быть причинами изменений мощности озонового слоя, но лишь в локальных масштабах.

Относительно тонкий озоновый слой (эквивалентный приблизительно 2.5 см-атм) практически полностью поглощает солнечное излучение в диапазоне длин волн 200- нм, а потому он, с одной стороны, ответственный за разогрев стратосферы, а из другой – защищает разные формы жизни от вредного действия жесткого ультрафиолетового излучения. Из-за этого проблема озона занимает особенное место не только в физике и динамике земной атмосферы, но и в биологии и физиологии. Наличие озона вызвано специфическими химическими свойствами атмосферы. Он образуется благодаря достаточно простым химическим и фотохимическим реакциям в атмосфере, основной из которых является реакция тройных столкновений при участии атомарного и молекулярного кислорода, а также какой-либо другой молекулы, которым предшествуют реакции образования атомарного кислорода. В верхних слоях атмосферы основным источником пополнения последнего является фотодиссоциация молекулярного кислорода или молекул, в состав которых он входит, в процессе поглощения солнечного излучения.

Из-за очень низкой концентрации всех других молекул, основной является реакция фотодиссоциации кислорода. В нижних слоях – реакции двойных, тройных и вышекратных столкновений молекул кислорода, или молекул, в состав которых он входит, с другими молекулами.

Что касается уничтожения молекул озона, то здесь также основными являются реакции фотодиссоциации, для чего необходимо взаимодействие с фотоном, энергия которого отвечает длинам волн короче 1.2 мкм, а также обычные химические реакции. В течение соответствующего времени между озоном и молекулярным кислородом устанавливается равновесие, которое пропорционально отношению соответствующих коэффициентов реакций диссоциации молекул, в состав которых входит кислород и озон.

Скорость процесса фотодиссоциации определяется такими параметрами:

1) Интенсивностью падающего на атмосферу солнечного излучения. Длительное время считалось, что эта величина практически не показывает изменений во времени. Но это отвечает действительности только для длин волн больше 0.3 мкм. В то же время, согласно позаатмосферним наблюдениям, для более коротких длин волн существуют периодические изменения (с периодом около 11 лет). Причем их амплитуда увеличивается с уменьшением длины волны и превышает 30% на длине волны около 0.2 мкм. Как показали модельные расчеты, эти изменения солнечной постоянной могут повлечь вариации концентрации стратосферного озона, которые не зависят от географического места, в пределах 3%.

2) Оптической толщиной верхних слоев атмосферы, которая входит в экспоненту со знаком минус. На мощность озоносферы будет влиять не только ее вариации, но и ее спектральный ход. Поскольку оптическая толщина газовой и аэрозольной (при размерах частиц меньше 0.1 мкм) составляющих очень сильно увеличивается с уменьшением длины волны, то их изменения сильнее всего будут проявляться на скорости реакции фотодиссоциации тех молекул, для диссоциации которых необходимо взаимодействие с более коротковолновым световым квантом. Более того, эти изменения более ощутимы на малых высотах Солнца над горизонтом (то есть, в околополярных районах).

3. Спектральными значениями монохроматических коэффициентов поглощения разных газов. Поскольку их величина, как правило, меняется с температурой, то изменение теплового режима атмосферы в верхних ее слоях также повлечет вариации мощности озонового слоя.

Факторы аэрозольного загрязнения могут быть природниими и антропогенными. К первым относится загрязнение верхних слоев атмосферы метеоритными частицами и продуктами извержения вулканов (мелкие частицы и газовые составляющие, которые способствуют образованию капелек серной кислоты). Ко вторым – продукты и производные продуктов сгорания топлива на предприятиях, в двигателях самолетов и носителей ракет, пожары, мусор от разрушения искусственных спутников Земли и столкновений метеорных тел с этими объектами и другое. Очевидно, что в настоящий момент нет оснований считать решенной проблему уменьшения мощности озонового слоя. Современное экологическое состояние настолько сложное, что безусловно требует жесткого контроля за всеми загрязнителями атмосферы.

3.9. Факторы, ускоряющие и замедляющие глобальное потепление.

Планета Земля настолько сложная система, что существует множество факторов, которые прямо или косвенно влияют на климат планеты, ускоряя или замедляя глобальное потепление. Так, к факторам, ускоряющим глобальное потепление относятся:

1) эмиссия CO2, метана, закиси азота в результате техногенной деятельности человека;

2) обусловленное повышением температуры разложение геохимических источников карбонатов с выделением СО2 (в земной коре содержится в связанном состоянии углекислого газа в 50000 раз больше, чем в атмосфере);

3) увеличение содержания в атмосфере Земли водяного пара, которое обусловлено повышением температуры, а значит и испаряемости воды океанов;

4) выделение CO2 мировым океаном вследствие его нагревания (растворимость газов при повышении температуры воды падает, а с ростом температуры воды на каждый градус растворимость в ней CO2 падает на 3%, а в Мировом океане содержится в 60 раз больше CO2, чем в атмосфере Земли -140 трл. тонн);

5) уменьшение альбедо Земли вследствие таяния ледников, загрязнения вод мирового океана, смены климатических зон и растительности (морская гладь отражает значительно меньше солнечных лучей, чем полярные ледники и снега планеты; горы лишённые ледников, также обладают меньшим альбедо, продвигающаяся на север древесная растительность обладает меньшим альбедо, чем растения тундр). По некоторым данным, за последние семь лет альбедо Земли уменьшилось почти на 3%;

6) выделение метана при таянии вечной мерзлоты;

7) разложение кристаллических льдистых соединений воды и метана, содержащихся в приполярных областях Земли.

К факторам, замедляющим глобальное потепление можно отнести следующие:

1) глобальное потепление вызывает замедление скорости океанических течений, замедление тёплого течения Гольфстрим вызовет снижение температуры в Арктике;

2) с увеличением температуры на Земле растёт испаряемость, а значит и облачность, которая является некоторой преградой на пути солнечных лучей. Площадь облачности растет приблизительно на 0,4% на каждый градус потепления;

3) с ростом испаряемости увеличивается количество выпадающих осадков, что способствует заболачиванию земель, а болота, как известно, являются одними из главных поставщиков CO2;

4) увеличение температуры будет способствовать расширению площади тёплых морей, а значит и расширению ареала моллюсков и коралловых рифов, которые принимают активное участие в поглощении CO2, используемого на постройку раковин;

5) увеличение концентрации CO2 в атмосфере стимулирует рост и развитие растений, которые являются активными потребителями этого парникового газа.

4. Возможные сценарии глобальных климатических изменений.

Глобальные климатические изменения очень сложные. Поэтому современная наука не может дать однозначного ответа на вопрос, что нас ожидает в ближайшем будущем.

Существует множество возможных сценариев развития ситуации. Остановимся на некоторых из них.

4.1. Глобальное потепление будет происходить постепенно.

Земля очень сложная система, состоящая из большого количества связанных между собой структурных компонентов. Движение воздушных масс в атмосфере перераспределяет тепловую энергию между разными широтами планеты. На Земле есть мировой океан, который является огромным аккумулятором тепловой энергии и газов: там накапливается в 1000 раз больше тепла, чем в атмосфере. Изменения в такой сложной системе не могут происходить быстро. Должны пройти многие столетия, прежде чем можно будет судить о сколько-нибудь ощутимом изменении климата.

4.2. Глобальное потепление будет происходить относительно быстро.

По оценкам за последние сто лет средняя температура на нашей планете увеличилась почти на 1°, концентрация СО2 возросла на 20-25 %, а метана – в 2 раза. В будущем эти процессы получат дальнейшее продолжение и к концу XXI века средняя температура поверхности Земли, по разным оценкам, может увеличиться от 1,5 до 6 °, по сравнению с 1990 г. Дальнейшее таяние Арктических и Антарктических льдов может ускорить процессы глобального потепления из-за изменения альбедо планеты. По некоторым оценкам, только ледяные шапки планеты (за счёт повышенного отражения солнечного излучения) охлаждают нашу Землю на 2°. Покрывающий поверхность океана лёд существенно замедляет процессы теплообмена между относительно теплыми океаническими водами и более холодным поверхностным слоем атмосферы. Кроме того, над ледяными шапками из-за вымороженности практически нет главного парникового газа – водяного пара. В то же время загрязнения поверхности океана (разливы нефти, мусор и т.п.) приводит к увеличению поглощения и росту поглощенной энергии Солнца.

Глобальное потепление будет сопровождаться подъёмом уровня мирового океана [3]. С 1995 по 2005 гг. уровень Мирового океана уже поднялся на 4 см, вместо прогнозируемых ранее 2 см. Если уровень Мирового океана в дальнейшем будет подниматься с такой же скоростью, то к концу XXI века суммарный подъём его уровня составит 30-50 см, что вызовет частичное затопление многих прибрежных территорий.

Кроме повышения уровня Мирового океана, глобальное потепление влияет на силу ветров и распределение осадков на планете. В результате на планете вырастет частота и масштабы различных природных катаклизмов (штормы, ураганы, засухи, наводнения). В настоящее время от засухи страдает около 2% всей суши, а по прогнозам некоторых учёных к 2050 г. засухой может быть охвачено уже до 10% всех земель материков [18].

Увеличение средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы будет сильнее ощущаться над материками, чем над океанами, что в будущем вызовет коренную перестройку природных зон материков. Смещение ряда зон в Арктические и Антарктические широты отмечается уже сейчас. Так, зона вечной мерзлоты уже сместилась к северу на сотни километров. Некоторые данные свидетельствуют о том, что вследствие быстрого таяния вечной мерзлоты и повышения уровня мирового океана, в последние годы Ледовитый океан наступает на сушу со средней скоростью 3-6 м за лето;

на арктических островах и мысах мерзлые породы разрушаются и поглощаются морем в теплый период года со скоростью до 20-30 м. При дальнейшем увеличении среднегодовой температуры приземного слоя атмосферы, тундра может практически полностью исчезнуть на Европейской части России и сохранится только на арктическом побережье Сибири. Зона тайги сместится к северу на 500-600 км и сократится по площади почти на треть; площадь лиственных лесов увеличится в 3-5 разы. Лесостепи и степи также существенно продвинутся на север. Глобальное потепление затронет и места обитания животных и рыб [25].

В целом, согласно большинству моделей, зимой ожидается рост осадков в высоких (выше 50° северной и южной широты) и в умеренных широтах [27]. В низких широтах ожидается снижение количества выпадающих осадков (до 20%), особенно, в летний период. Кроме того, изменится распределение количества осадков по сезонам.

Предполагается, что в Северной Европе и на западе США увеличится количество осадков и частота штормов, ураганы будут бушевать в 2-а раза чаще, чем в XX веке. Климат Центральной Европы станет переменчивым, зимы станут теплее, а лето дождливее.

Восточную и Южную Европу ждёт засуха и жара. По оценкам ООН, к середине XXI века в мире будет насчитываться до 200 миллионов климатических беженцев.

4.3. Глобальное потепление в некоторых частях Земли сменится кратковременным похолоданием Одним из факторов возникновения океанических течений является градиент температур между арктическими и тропическими водами. Таяние полярных льдов способствует повышению температуры Арктических вод и вызывает уменьшение различия температуры между тропическими и арктическими водами, что неминуемо в будущем приведёт к замедлению течений.

Одним из самых известных тёплых течений является Гольфстрим, благодаря которому во многих странах Северной Европы среднегодовая температура на 10 градусов выше, чем в других аналогичных климатических зонах Земли. Понятно, что остановка этого океанического конвейера тепла очень сильно повлияет на климат Земли. Уже сейчас течение Гольфстрим стало слабее на 30% по сравнению с 1957 г. Математическое моделирование показало, что для того, чтобы полностью остановить Гольфстрим, достаточно будет повышения температуры на 2-2,5 градуса. В настоящее время температура Северной Атлантики уже прогрелась на 0,2 градуса по сравнению с 1970-ми годами. В случае остановки Гольфстрима среднегодовая температура в Европе к 2010 г.

понизится на 1 градус, а после 2010 г. дальнейший рост среднегодовой температуры продолжится. Другие математические модели «сулят» более сильное похолодание в Европе. Согласно этим математическим расчётам полная остановка Гольфстрима произойдёт через 20-50 лет, в результате чего климат Северной Европы, Ирландии, Исландии и Великобритании может стать холоднее настоящего на 4-6 градусов, усилятся дожди и участятся шторма. Похолодание затронет также и Нидерланды, Бельгию, Скандинавию и север европейской части России. После 2020-2030 года потепление в Европе возобновится.

4.4. Глобальное потепление сменится глобальным похолоданием.

Одни исследователи считают, что мы приближаемся к глобальному потеплению, а другие уверяют, что для этого нет никаких оснований. Третьи заявляют о том, что мы входим в новое оледенение. Поэтому если глобальное потепление является антропогенным, то оледенение это явление, связанное с климатическими циклами. Ведь точно известно, что были и холодные ледниковые, и теплые межледниковые периоды, которые сменяли друг друга с определенной частотой. Некоторые такие периоды бывали сравнительно короткими: от 10 до 30 тыс лет. За последние 10 тыс лет мы перешли от эпохи холода в межледниковье (Рис. 21). Поэтому вполне вероятно, что сегодня мы близки к новому циклу оледенения. Наиболее высокая температура на Земле была около 5-6 тыс лет назад. Осталось только выяснить, когда же нагрянут холода. Эту дату предсказывают одни в 2300 г., другие – в течение ближайших 2 тыс лет. Решающим должно стать 21 столетие.



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«В.В. Тахтеев ОЧЕРКИ О БОКОПЛАВАХ ОЗЕРА БАЙКАЛ (Систематика, сравнительная экология, эволюция) Тахтеев В.В. Монография Очерки о бокоплавах озера Байкал (систематика, сравнительная экология, эволюция) Редактор Л.Н. Яковенко Компьютерный набор и верстка Г.Ф.Перязева ИБ №1258. Гос. лизенция ЛР 040250 от 13.08.97г. Сдано в набор 12.05.2000г. Подписано в печать 11.05.2000г. Формат 60 х 84 1/16. Печать трафаретная. Бумага белая писчая. Уч.-изд. л. 12.5. Усл. печ. 12.6. Усл.кр.отт.12.7. Тираж 500 экз....»

«Российская Академия Наук Институт философии И.А. Кацапова Философия права П.И.Новгородцева Москва 2005 1 УДК 14 ББК 87.3 К-30 В авторской редакции Рецензенты кандидат филос. наук М.Л.Клюзова доктор филос. наук А.Д.Сухов К-30 Кацапова И.А. Философия права П.И.Новгородцева. — М., 2005. — 188 с. Монография посвящена творчеству одного из видных русских теоретиков права к. ХIХ — н. ХХ вв. Павлу Ивановичу Новгородцеву. В работе раскрывается и обосновывается основной замысел философии права мыслителя,...»

«ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В.М. ФОКИН ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 2006 Т Т В Н В.М. ФОКИН ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 УДК 621. ББК 31. Ф Рецензент Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Теплоэнергетика Астраханского государственного технического университета, А.К. Ильин Фокин В.М. Ф75 Теплогенерирующие...»

«1 И.А. Гафаров, А.Н. Шихранов Городище Исследования по истории Юго-Западного региона РТ и села Городище УДК 94(47) ББК Т3 (2 Рос. Тат.) Рецензент: Ф.Ш. Хузин – доктор исторических наук, профессор. Гафаров И.А., Шихранов А.Н. Городище (Исследования по истории Юго-Западного региона РТ и села Городище). – Казань: Идел-Пресс, 2012. – 168 с. + ил. ISBN 978-5-85247-554-2 Монография посвящена истории Юго-Западного региона Республики Татарстан и, главным образом, села Городище. На основе...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Международный государственный экологический университет имени А. Д. Сахарова Н. А. Лысухо, Д. М. Ерошина ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ Минск 2011 УДК 551.79:504ю064(476) ББК 28.081 Л88 Рекомендовано к изданию научно-техническим советом Учреждения образования Междункародный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова (протокол № 9 от 16 ноября 2010 г.) А в то р ы : к. т. н.,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО Д. В. Михайлов, Г. М. Емельянов ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСНО-ОТВЕТНЫХ СИСТЕМ. СЕМАНТИЧЕСКАЯ ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ ТЕКСТОВ И МОДЕЛИ ИХ РАСПОЗНАВАНИЯ Монография ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД 2010 УДК 681.3.06 Печатается по решению ББК 32.973 РИС НовГУ М69 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, профессор В. В. Геппенер (Санкт-Петербургский электротехнический университет)...»

«Н. Л. ЗУЕВА СОЦИАЛЬНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСЕЛЕНИЯ: АДМИНИСТРАТИВНО-ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ Монография Издательство Воронежского государственного университета 2013 УДК 342.951:364(470) ББК 67.401 З93 Научный редактор– доктор юридических наук, профессор Ю. Н. Старилов Р е ц е н з е н т ы: доктор юридических наук, профессор А. С. Дугенец, кандидат юридических наук, доцент Д. В. Уткин Зуева, Н. Л. З93 Социальное обслуживание населения : административно-правовое регулирование : монография / Н. Л. Зуева ;...»

«И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА • ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ • МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКА И ПРАВО И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И. Л. Коневиченко СТАНИЦА ЧЕСМЕНСКАЯ Монография Санкт-Петербург 2011 УДК 621.396.67 ББК 32.845 К78 Рецензенты доктор исторических наук, кандидат юридических наук, профессор В. А. Журавлев (Санкт-Петербургский филиал Академии правосудия Минюста Российской...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ЭКОНОМИКИ, СТАТИСТИКИ И ИНФОРМАТИКИ (МЭСИ) КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ КОЛЛЕКТИВНАЯ МОНОГРАФИЯ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ Москва, 2012 1 УДК 65.014 ББК 65.290-2 И 665 ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ: коллективная монография / Под редакцией к.э.н. А.А. Корсаковой, д.с.н. Е.С. Яхонтовой. – М.: МЭСИ, 2012. – С. 230. В книге...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Е. С. Климов, М. В. Бузаева ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ И КОМПЛЕКСОНЫ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД Под общей редакцией д-ра хим. наук, профессора Е. С. Климова Ульяновск УлГТУ 2011 1 УДК 628.31 ББК 20.18 К 49 Рецензенты: Профессор, д-р хим. наук Шарутин В. В. Профессор, д-р техн. наук Бузулков В. И....»

«б 63(5К) А86 Г УН/' Ж. О. ЛртшШв ИСТОРИЯ КАЗАХСТАНА 30 бмрвевб а втбшвб Ж.О.АРТЫ КБАЕВ История Казахстана (90 вопросов и ответов) УДК 39(574) ББК63.5(5Каз) А82 Артыкбаев Ж.О. История Казахстана (90 вопросов и ответов) Астана, 2004г.-159с. ISBN 9965-9236-2-0 Книга представляет собой пособие по истории Казахстана для широкого круга читателей. В нее вошли наиболее выверенные, апробированные в научных монографиях автора материалы. Учащиеся колледжей в ней найдут интересные хрестоматийные тексты,...»

«ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА (Часть 1) ОТЕЧЕСТВО 2011 УДК 520/524 ББК 22.65 И 90 Печатается по рекомендации Ученого совета Астрономической обсерватории им. В.П. Энгельгардта Научный редактор – акад. АН РТ, д-р физ.-мат. наук, проф Н.А. Сахибуллин Рецензенты: д-р. физ.-мат. наук, проф. Н.Г. Ризванов, д-р физ.-мат. наук, проф. А.И. Нефедьева Коллектив авторов: Нефедьев Ю.А., д-р физ.-мат. наук, проф., Боровских В.С., канд. физ.-мат. наук, доц., Галеев А.И., канд. физ.-мат. наук, Камалеева...»

«Семченко В.В. Ерениев С.И. Степанов С.С. Дыгай А.М. Ощепков В.Г. Лебедев И.Н. РЕГЕНЕРАТИВНАЯ БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА Генные технологии и клонирование 1 Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации Омский государственный аграрный университет Институт ветеринарной медицины и биотехнологий Всероссийский научно-исследовательский институт бруцеллеза и туберкулеза животных Россельхозакадемии Российский национальный...»

«И. Н. Андреева ЭМОЦИОНАЛЬНЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ КАК ФЕНОМЕН СОВРЕМЕННОЙ ПСИХОЛОГИИ Новополоцк ПГУ 2011 УДК 159.95(035.3) ББК 88.352.1я03 А65 Рекомендовано к изданию советом учреждения образования Полоцкий государственный университет в качестве монографии (протокол от 30 сентября 2011 года) Рецензенты: доктор психологических наук, профессор заведующий кафедрой психологии факультета философии и социальных наук Белорусского государственного университета И.А. ФУРМАНОВ; доктор психологических наук, профессор...»

«И.А. САВИНА МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ЖКХ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ УДК 640.6 (4707571) ББК 65.441 С13 Рецензенты: Доктор экономических наук, профессор Б.И. Герасимов Доктор экономических наук, профессор В.А. Шайтанов Савина И.А. С13 Моделирование системы управления качеством в ЖКХ / Под науч. ред. д-ра экон. наук Б.И. Герасимова. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 88 с. Проводится анализ проблем современной теории и практики организации работ по обслуживанию...»

«Российская академия наук Дальневосточное отделение Институт водных и экологических проблем Биолого-почвенный институт Филиал ОАО РусГидро - Бурейская ГЭС ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ЗЕЙСКОГО ГИДРОУЗЛА Хабаровск 2010 2 Russian Academy of Sciences Far East Branch Institute of Water and Ecological Problems Institute of Biology and Soil Sciences JSC Rushydro HPP Branch HYDRO-ECOLOGICAL MONITORING IN ZEYA HYDRO-ELECTRIC POWER STATION ZONE INFLUENCES Khabarovsk УДК 574.5 (282.257.557)...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ    Уральский государственный экономический университет              Ф. Я. Леготин  ЭКОНОМИКО  КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА ЗАТРАТ                        Екатеринбург  2008  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Уральский государственный экономический университет Ф. Я. Леготин ЭКОНОМИКО-КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ЗАТРАТ Екатеринбург УДК ББК 65.290- Л Рецензенты: Кафедра финансов и бухгалтерского учета Уральского филиала...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВПО Российский государственный профессионально-педагогический университет О. В. Комарова, Т. А. Саламатова, Д. Е. Гаврилов ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ РЕМЕСЛЕННИЧЕСТВА, МАЛОГО И СРЕДНЕГО БИЗНЕСА И СРЕДНЕГО КЛАССА Монография Екатеринбург РГППУ 2012 УДК 334.7:338.222 ББК У290 К63 Авторский коллектив: О. В. Комарова (введение, гл. 1, 3, 5, заключение), Т. А. Саламатова (введение, п. 1.1., гл. 4), Д. Е. Гаврилов (гл. 2). Комарова, О. В. К63 Проблемы...»

«МОСКОВСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ИСТОРИИ Ю. А. Васильев, М. М. Мухамеджанов ИСТОРИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ КОМСОМОЛЬСКОЙ ШКОЛЫ ПРИ ЦК ВЛКСМ 1944–1969 Научное издание Монография Электронное издание Москва Московский гуманитарный университет 2011 УДК 376 В 19 Руководитель проекта А. А. Королёв, доктор исторических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ. Авторский коллектив: Ю. А. Васильев, доктор исторических наук, профессор, М. М. Мухамеджанов, доктор исторических наук, профессор. Под...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.