Глобальное изменение климата и его влияние на подземную воду
.docxГлобальное изменение климата и его влияние на подземную воду
В последние годы климат на Земле заметно меняется: одни страны страдают от аномальной жары, другие от слишком суровых и снежных зим, непривычных для этих мест.
Экологи говорят о глобальном изменении климата, включающем увеличение средней годовой температуры, вызывающей таяние ледников, и повышение уровня Мирового океана. Помимо потепления, происходит также разбалансировка всех природных систем, которая приводит к изменению режима выпадения осадков, температурным аномалиям и увеличению частоты экстремальных явлений, таких как ураганы, наводнения и засухи.
По данным ученых, за десять месяцев 2020 года средняя температура планеты оказалась на 1,02 °C выше той, которую фиксировали в XIX веке (когда началось наблюдение за изменениями глобальной температуры). Порог в один градус был превышен впервые в современной истории. Ученые сходятся во мнении, что именно деятельность человека - сжигание нефти, газа и угля - приводит к парниковому эффекту, который вызывает повышение средней температуры. Эксперты отмечают, что в период между 2000 и 2010 годами наблюдался самый мощный рост выбросов парниковых газов за последние 30 лет. По данным Всемирной метеорологической организации, в 2014 году их концентрация в атмосфере достигла рекордно высокого уровня.
Изменение климата на протяжении XXI века ведет к значительному сокращению возобновляемых источников поверхностных и подземных вод в большинстве засушливых субтропических регионов. Это приведет к обострению конкуренции за использование водных ресурсов в отраслях. Во многих регионах изменение осадков или таяние вечных снегов и льда приводят к изменению гидрологических систем, сказываясь на количестве и качестве водных ресурсов.
Влияние изменений климата на подземные воды являются крупнейшим источником пресной воды для 2 млрд людей.
Грунтовые воды тесно связаны с поверхностными и пополняются благодаря дождям.
Грунтовые воды имеют очень долговременную гидравлическую память, то есть очень медленно уравновешиваются с меняющимся режимом осадков.
Так, без учета засушливых регионов гидравлическая память длится 1,2 тыс. лет, и только 44% всех подземных вод достигают состояния равновесия меньше, чем за 100 лет.
Это означает, что подземные воды с малой «памятью» быстро истощаются во время засух, но могут быстро повышать свой уровень при обильных осадках.
При этом в засушливых регионах грунтовые воды слабо реагируют на осадки, но, чтобы восстановиться, им потребуется несколько тысячелетий.
По мере повышения температур вследствие изменения климата увеличивается и величина суммарного испарения. Соответственно, чем больше величина суммарного испарения, тем меньше воды остается на поверхности суши, и наоборот. Это, в свою очередь, влияет на весь годовой гидрологический цикл и может спровоцировать возникновение не поддающихся прогнозированию экстремальных условий, когда недостаток воды приводит к засухам, а ее переизбыток - к наводнениям.
От подобных изменений не застрахован ни один климатический регион. Так, например, они могут затрагивать климат такой страны, как Канада, где более 60% массива суши находится в условиях вечной мерзлоты - то есть замерзшего грунта - и где отчетливо выделяются четыре времени года, либо такой страны, как Эфиопия, где большая части территории находится в зоне тропического климата и на протяжении всего года держится более-менее постоянная температура.
Смещение сезонных осадков, усиление изменчивости климата, воздействие на доступность водных ресурсов и другие уже проявившие себя проблемы, вероятно, будут усугубляться в результате последствий изменения климата, включая повышение уровня моря и вероятность усиления экстремальных явлений, таких как наводнения и засухи. Это приведет к далеко идущим негативным последствиям с точки зрения производства продовольствия, здравоохранения, энергетики, городского и промышленного водоснабжения и биоразнообразия. Это также повлияет на жизнь людей, экосистемы и социально-экономическое развитие, что может нанести ущерб устойчивому развитию и усилиям по сокращению масштабов нищеты.
Повышение температуры воды и условия низкого стока в результате засухи, по прогнозам, приведут к ухудшению качества воды. Сокращение запасов подземных вод в прибрежных районах может привести к интрузии соленых вод в системы водоснабжения, основанные на подземных водах. Повышение уровня моря в прибрежных районах также влияет на подземные водоносные горизонты в связи с сокращением запасов пресной воды. Паводки могут активизировать речные отложения, содержащие токсичные материалы.
Результаты исследования, которые были представлены на конференции Американского геофизического союза в Сан-Франциско, показали, что при увеличении количества осадков на 20% уровень грунтовых вод вырос на 40%. Уменьшение осадков на 20% сокращает запасы подземных вод на 70%.
Снег и ледники представляют собой наиболее важный запас пресной воды в мире. Таяние снега и ледников приводит к резким изменениям в структуре наличия водных ресурсов, особенно на высоких горных хребтах. Только в регионе горного хребта Гималаев более 1 миллиарда человек страдает от изменений в запасах воды в виде снега и ледников. Учитывая, что почти 70 % мировых запасов пресной воды хранится в ледниках и льдах, в основном на полюсах и в Гренландии, более активное таяние в результате изменения климата приводит к повышению уровня моря с прямыми последствиями для многих прибрежных регионов мира. Таяние ледяных шапок, в частности на полюсах, как считается, также ускорит процесс изменения климата, так как их потенциал для отражения солнечного света уменьшится. Знания о том, как, когда и насколько быстро ледники и заснеженные районы тают, имеют важное значение для долгосрочной адаптации к изменению климата в глобальном масштабе, а также для сотен миллионов людей, которые зависят от высокогорных районов, являющихся их «водонапорными башнями». В рамках ряда инициатив по всему миру были разработаны инструменты, которые помогут оценивать будущие прогнозируемые воздействия изменения климата на ледники, таяние снега и сток и последующее воздействие на деятельность человека. Они поддерживаются сетью станций мониторинга балансов массы ледников, их накопления, а также характеристик таяния и динамики снежных полей, представляющих собой критически важную исходную информацию для моделирования изменений в снежных и ледниковых полях для симуляции воздействия на водные ресурсы и смежные области в зависимости от изменяющегося наличия водных ресурсов во времени и пространстве в результате таяния ледников и снега. Всемирная служба криосферы Всемирной Метеорологической Организации является одной из основных инициатив, которая поддерживает наблюдения за ледниками и снегом и мониторинг их состояния. Научные знания о процессах, происходящих в криосфере, включая балансы массы ледников, таяние снега и ледников, последствия для водных ресурсов (гидрологического цикла), и, что более важно, об изменениях в водных ресурсах лягут в основу мер по адаптации методов ведения сельского хозяйства к изменению потоков воды и позволят обеспечить надлежащую информацию для проектирования и эксплуатации гидроэлектростанций, а также предотвратить бедствия от паводков в связи с разливом ледниковых озер и оказать помощь сообществам, зависящим от снега и ледников в качестве запасов пресной воды.
Если государства не начнут всерьез заниматься проблемой охраны окружающей среды, к 2100 году температура на планете может подняться на 3,7-4,8 °С. Климатологи предупреждают: необратимые последствия для экологии наступят уже при потеплении более чем на 2 °С.
Климатические пояса сдвинутся, изменения погоды станут более резкими (сильные морозы, сменяющиеся внезапными оттепелями зимой, рост числа аномально жарких дней летом). Увеличится частота и сила аномальных явлений, таких как засухи и наводнения.
Некоторые страны из-за повышения влажности и высокой средней температуры к 2100 году могут стать непригодными для жизни. Согласно исследованию американских ученых, в группу риска попадают Катар, Саудовская Аравия, Бахрейн, ОАЭ и другие страны Ближнего Востока.
По расчетам климатологов, при текущем темпе роста выбросов парниковых газов уже к 2070 году средняя температура воздуха в странах Персидского залива может составить 74-77 °С. Это сделает территории непригодными для людей. Исключение могут составить крупные мегаполисы с развитой системой кондиционирования. Но и в них люди смогут выходить из дома лишь по ночам.
В настоящее время существуют три основных подхода к стабилизации глобальной приземной температуры на приемлемом уровне: сокращение антропогенных выбросов парниковых газов (в первую очередь, СО2), удаление из атмосферы накопленного избытка СО2 и компенсация парникового эффекта путем снижения потока приходящей солнечной радиации. Перед человечеством стоят две важнейшие проблемы глобального уровня: как накормить постоянно растущее население Земли и как избежать климатического кризиса.
Эти две проблемы неразрывно связаны между собой. Борьба с выбросами парниковых газов предполагает опережающее развитие биоэнергетики, которая требует земельных площадей для производства биотоплива. Это в свою очередь сокращает площади, пригодные для производства продуктов питания. Растущее население (в основном в странах третьего мира) стремится достичь уровня жизни развитых стран, что невозможно без использования относительно дешевого и пока легкодоступного ископаемого топлива. Сжигание этого топлива приводит к выбросам парниковых газов, в том числе углекислого газа. Возросшие антропогенные выбросы СО2 в свою очередь привели к беспрецедентному за исторический период росту его концентрации в атмосфере на глобальном уровне.