Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ekologija._Navchalnii_posibnik_G.D._Kovalenko_G...doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
1.99 Mб
Скачать

5.3.1. Климат и парниковый эффект

Во всём мире серьёзной экономической и социальной проблемой становится изменение климата вследствие поступления в атмосферу углекислого газа, оксидов азота и серы, а также избыток их соединений в компонентах окружающей среды.

Климат планеты зависит от огромного количества факторов. Температура океанских вод, ветры у поверхности Земли и мощные воздушные потоки в верхних слоях атмосферы, холодные и тёплые морские течения, области высокого и низкого давления, содержание в атмосфере газов, удерживающих тепло Земли, запылённость воздуха – все эти составляющие формируют погоду.

Следует различать климат и погоду. Погода представляет собой физическое состояние атмосферы над данной территорией и в данное время, характеризуемое определенным сочетанием метеорологических элементов. Важнейшими метеорологическими элементами являются солнечная радиация, температура, освещенность, влажность воздуха и почвы, осадки. Климатом данной местности называется характерный для неё многолетний режим погоды, обусловленный взаимодействием солнечной радиации, атмосферной циркуляции и процессов, происходящих на подстилающей поверхности, в том числе с участием биоты.

Климатическая система в целом формируется под действием внешних и внутренних факторов. Внутренние факторы – атмосфера, гидросфера (океан и вода суши), литосфера (суша континентов), биосфера и криосфера (лёд, снежный покров, вечная мерзлота). Внешние факторы – солнечное излучение и космическое пространство.

Климат формируется под влиянием солнечного излучения, круговорота воды и атмосферной циркуляции, рельефа местности, характера почвы и растительного покрова, деятельности человека.

Основным фактором, определяющим климат местности, является солнечная радиация. Количество солнечной энергии, приходящееся на единицу площади земной поверхности, зависит от географического положения конкретной местности. Притоком лучистой энергии определяются основные черты так называемого солярного климата.

Климатическая система на земном шаре носит зональный характер. Различают зоны: экваториальную, подэкваториальную, сухую тропическую, субтропическую, умеренную, субполярную и полярную. В каждой зоне формируется характерная для неё флора и фауна. Украина лежит в зоне умеренного климата, для которой характерной чертой является смена времён года, причём в разных частях страны они начинаются в разное время. Однако неравномерное распределение суши и воды, ландшафт, растительный покров и т.п. весьма существенно влияют на солярный климат. Поэтому в каждой из этих областей приходится различать материковый (континентальный) и морской климат, климат низменностей и возвышенностей. Помимо этого в климатологии различают несколько типов климата: макроклимат, местный климат (мезоклимат) и микроклимат.

Макроклиматом называется климат, формирующийся на большой территории, например, на территории природного района. Однако не существует абсолютно однородных природных условий в пределах одного района. Так, в любом районе могут быть выделены пойменный, тер расовый, водораздельный и другие типы местности. Каждому типу соответствуют частные особенности климата. Климат отдельных типов местности называется мезоклиматом или местным климатом.

Но и в каждом типе местности имеются небольшие участки, на которых под влиянием природных условий могут возникать особые проявления климата. Так, в пойменном типе местности всегда имеются площади, занимаемые лугом, лесом, озером, болотом, песками и т.д. На них создается характерный для данного объекта климат, называемый микроклиматом.

Разновидностью микроклимата является фитоклимат, то есть микроклимат среды обитания растений. Он формируется из микроклимата приземного слоя воздуха, в котором находится надземная часть растений, и микроклимата верхнего слоя почвы, где располагается корневая система. В биоценозах, по сравнению с местами, лишенными растительности, изменяются все метеорологические элементы, в одних в большей степени (леса), в других – в меньшей (степи, луга, сельскохозяйственные культуры и другие посевы типы травянистой растительности).

Влияние леса на климат состоит, прежде всего, в изменении интенсивности и состава солнечной радиации. Кроны растений в данном случае действуют на свет как многослойный фильтр, который отражает, поглощает и пропускает радиацию.

Количество энергии, отраженной верхним пологом леса, составляет 18 – 30 % суммарной радиации. Большая часть радиации, проникшей в кроны деревьев, поглощается листьями и меньшая пропускается в расположенные ниже пологи. Количество радиации, поглощенной пологом деревьев, зависит от плотности насаждения, сомкнутости крон, их ажурности. Так, в буковых лесах под полог древостоя проникает 2 – 6 % радиации, поэтому в них мало кустарников и трав, а сосновые и берёзовые леса пропускают 10 – 30 % от количества радиации, поступившего на поверхность древесного полога. Интенсивность радиации внутри лесного сообщества меняется в зависимости от времени года (зимой до почвы доходит больше излучения, чем летом).

Если рассматривать климат как компонент экосистемы, то можно выделить в первую очередь действие таких экологических факторов, как температура, влажность, содержание в воздухе парниковых газов. Рассмотрим влияние этих факторов в различных природных экосистемах.

В лесу средняя температура ниже, чем на соседних безлесных территориях. Летом температура воздуха в лесу ниже, чем в травянистых сообществах. Осенью и зимой в лесу температура выше, чем на открытых местах. В лесу содержание СО2 и относительная влажность в воздухе всегда несколько выше, чем в поле.

В целом в лесу, по сравнению с открытой местностью, складывается более умеренный климат: небольшая освещённость, более низкая средняя температура, повышенная влажность и небольшая циркуляция воздуха. Однако в зависимости от высоты над уровнем почвы температура и влажность в лесу довольно сильно варьируются.

Следует отметить, что климат полян, стволов деревьев и дупел отличается от климата собственно леса.

Также очень сильно преобразуют климат и травянистые сообщества. По степени изменения метеорологических элементов, и, прежде всего, уровня солнечной радиации, различают два типа травянистых фитоценозов: 1) злаковый тип (с узкими листьями, отходящими от стебля под острым углом); 2) двудольный тип (с горизонтально расположенными широкими листьями).

Температура и влажность в поле изменяются сравнительно слабо. Кроме того, травянистая растительность сильно снижает скорость ветра.

В целом микроклимат сельхозугодий и естественных травянистых фитоценозов характеризуется значительным ослаблением травостоем интенсивности солнечной радиации, несколько повышенной температурой днём и пониженной ночью, повышенной влажностью в нижних частях травостоя, снижением скорости ветра. Температура почвы в поле значительно выше, чем в лесу.

Климат водных экосистем значительно отличается от климата экосистем суши. Вода ослабляет радиацию гораздо сильнее, чем атмосфера. Длинноволновые тепловые лучи поглощаются уже в самых верхних миллиметрах воды, инфракрасная радиация – в верхних сантиметрах, ультрафиолетовые лучи проникают на глубину от нескольких дециметров до метра.

Световой режим водоёма зависит от ряда причин:

1) от условий освещения над поверхностью воды;

2) степени отражения и рассеивания света поверхностью воды, которая в свою очередь зависит от высоты стояния Солнца и состояния поверхности воды;

3) величины поглощения и рассеивания радиации при прохождении её через воду, что зависит от процессов поглощения и рассеивания радиации молекулами воды, растворённых веществ, взвешенных частиц, детрита, планктона. С глубиной интенсивность радиации убывает по экспоненте.

Вследствие поглощения радиации в самых верхних слоях воды, нагреваются только эти слои. Так как тёплая вода обладает меньшей плотностью, чем холодная, а вызываемые ветром течения выравнивают плотность только до определённой глубины, при интенсивном освещении в стоячих водоёмах возникает очень устойчивая стратификация плотности воды, обусловленная температурой. Таким образом, для температурного режима озера характерны сезонные изменения температуры воды. В морях сезонные колебания температуры наблюдаются лишь в самых верхних 15 – 40 метрах. В экваториальной и полярной зонах температура воды в открытом море остаётся постоянной в течение всего года. В океанах сильное влияние оказывают морские течения (Гольфстрим, Эль Ниньо, Ла Ниньо и т.д.).

Каждый тип климата характеризуется средними показателями лучистой энергии и света, температуры и влажности воздуха, количеством осадков, характером снежного покрова, атмосферного давления, состава воздуха, свойств ветров, атмосферного электричества и т.д.

Климатические факторы двояко воздействуют на организмы – непосредственно и косвенно. От климатических условий зависит развитие растительности, которая служит кормовой базой животных (фитофагов) и человека. На климат заметно оказывают влияние местные условия, например, растительность глубоко трансформирует климат. Под покровом лесов и травянистых растительных сообществ возникает совершенно особый микроклимат, резко отличающийся от климата, свойственного открытым пространствам.

Каждому комплексу природных факторов соответствует определённый состав и характер растительного и животного мира. От этого зависит разделение территории Земли на почвенно-климатические зоны (биомы).

Воздействие человеческого общества неизбежно влияет на климат. Так, при осушении болот уменьшается влажность, повышается температура. Водохранилища, наоборот, увеличивают количество воды в грунте и пара в тропосфере. Они аккумулируют теплоту, уменьшают среднегодовую и суточную температуру. Так же действует искусственное орошение. Интенсивная вырубка лесов в некоторых районах Земли привела к эрозии почв (исчезновению плодородного слоя). Загрязнение Мирового океана может в будущем повлиять на тепловой режим планеты. Искусственный подогрев планеты связан с энергией, расходуемой человеком в различных сферах его деятельности.

Физический климат Земли определяется её радиационным балансом. В этот баланс входит поступление на Землю излучения от Солнца, меняющееся с амплитудой 0,5 %. Излучение частично отражается в высоких слоях атмосферы вплоть до высоких облаков. Достигший поверхности Земли свет отражается в соответствии с альбедо поверхности. Наконец, отражённое тепловое излучение поглощается парами воды, низкими облаками и парниковыми газами. Вся эта система неустойчива, т.к. в ней много положительных обратных связей. Большинство из них зависит от атмосферного гидрологического цикла. Например, рост льдов увеличивает отражение света, это вызывает похолодание, которое влечёт за собой увеличение площади снегового покрова, которое… и т.д. Напротив, потепление вызывает увеличение испарения воды, которая задерживает отражённое излучение, что ведёт к дополнительному испарению, и т.д. Физический климат достаточно хорошо смоделирован, за исключением облачного покрова. Этот последний фактор вносит большую неопределённость в расчёты и, особенно в географическое распределение изменений. Радиационный баланс определяет и глобальную циркуляцию атмосферы. Необходимо учитывать, что меридиональный перенос из Северного полушария в Южное занимает около года, а перенос в широтном направлении – около недели.

Термин «химический климат» стал употребляться для обозначения состава атмосферы и происходящих в ней реакций сравнительно недавно, но он точно отражает суть явления и, по-видимому, станет общепризнанным. Сущность химического климата составляет система фотохимических реакций, обусловливающая более или менее постоянную концентрацию различных компонентов. Фотохимические реакции вызываются избирательным поглощением коротковолнового излучения определёнными видами молекул, возбуждением их и переводом в активное реакционное состояние. Поэтому ключевую роль играют газы, способные поглощать ультрафиолетовое излучение, например, оксиды азота. Именно с оксидов азота начинается сложная сеть реакций компонентов атмосферы между собой.

Суммарный результат фотохимических реакций – появление в атмосфере мощных окислителей, в основном озона О3 и гидроксогруппы ОН¯. Их называют “чистильщиками” атмосферы. При постоянном потоке газов концентрация их может меняться за счёт вариаций скорости фотохимического разложения, вызванных изменением потока какого-либо иного газа. Необходимо рассматривать всю систему в целом. Нельзя опираться и на средние величины, т.к. интенсивность солнечного освещения различна в высоких и низких широтах, кроме того, зависит от сезона. Таким образом, приходится учитывать не только поток газа от географически определённого источника, но и время его пребывания в определённом широтном поясе. С учётом этого иначе вырисовывается роль тропических лесов и сельскохозяйственной практики в тропическом поясе: это не только сток углекислого газа, но и изменение гидрологического цикла из-за колебаний испарения и транспирации (испарения воды листьями растений, что способствует поднятию влаги по сосудам стебля), изменения состава органических компонентов, выделяемых лесами, появление реакционноспособных газов при сжигании биомассы, появление аэрозолей.

Таким образом, судьба основных парниковых газов в атмосфере зависит не только от них самих, но и от продукции других газов, например, оксидов азота. Тем не менее, главное для углекислоты – её высокая растворимость, а для метана – способность к фотохимическим реакциям.

Определяющим процессом для атмосферы Земли является цикл «кислород – углекислый газ». Он обусловлен реакциями фотосинтеза (поставка кислорода) и дыхания (выработка углекислоты).

Накопление кислорода в атмосфере есть результат дисбаланса между фотосинтезом и дыханием. Большинство исследователей этого не осознают. Атмосферный кислород накапливается в количестве, эквивалентном органическому углероду, выведенному из круговорота (поскольку там, где углерод включён в цикл, вместо О2 мы и имеем СО2). Это означает, что продуцентом кислорода служат не те регионы, где идёт сильный фотосинтез, а те, где имеется значительный дисбаланс между фотосинтезом и дыханием. Температурный оптимум фотосинтеза лежит ниже оптимума для дыхания. Следовательно, повышение температуры уменьшает разницу между фотосинтезом и дыханием, и, соответственно, продукцию О2.

Эти рассуждения приводят к неожиданному выводу: «лёгкими планеты» на самом деле являются не тропические леса, а леса умеренного пояса с «вдохом» углекислоты во время вегетационного периода и «выдоха» зимой.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]