книги из ГПНТБ / Непреднамеренные воздействия на климат. Результаты исследования влияния человека на климат [коллектив. моногр

чение нескольких веков. С помощью моделей уже положено на­ чало изучению чувствительности арктических льдов к температур­ ным изменениям.

Мы рассмотрели возможные последствия высвобождения тепла в процессах превращения энергии, протекающих в резуль­ тате деятельности человека: «полезная», так же как и «выброшен­ ная», энергия в конце концов нагревает окружающее простран­ ство. Как следствие в недалеком будущем можно ожидать клима­ тически значимых изменений в региональном масштабе. В местном же масштабе это влияние уже сейчас весьма ощутимо. Эффекты регионального и местного масштаба поддаются изучению с по­ мощью существующих климатических моделей.

Наконец, мы рассмотрели использование человеком грунтовых и поверхностных вод суши. Всевозможные гидротехнические ме­ роприятия влияют на локальный климат. Так, например, ороша­ емые районы становятся холоднее. В глобальном масштабе эти мероприятия могут привести к изменениям альбедо и испарения. Мы предлагаем изучать с помощью существующих моделей влия­ ние на климат ирригации и других видов использования вод суши. Нам представляется, что влияние человека на климат через искус­ ственное изменение подстилающей поверхности изучено очень мало и большую часть работы в этом направлении предстоит еще сделать. В частности, совсем не изучены климатические последст­ вия ликвидации тропических лесов, которая должна привести к резкому снижению испарения и увеличению местного нагрева. Мы отмечаем, что «выкачивание» ископаемых грунтовых вод ве­ дет к истощению невозобновляемых источников, и считаем, что это выкачивание и непреднамеренное уменьшение запасов грунто­ вых вод могли быть причиной недавнего повышения уровня моря.

2.4.2.Рекомендации

1.Мы рекомендуем предусмотреть международное соглашение

опредотвращении крупномасштабных экспериментов (непосредст­ венно оказывающих влияние на площадь более 1 млн. км2) по постоянному или достаточно длительному воздействию на климат до тех пор, пока научная общественность не придет к единым вы­ водам в отношении последствий такого воздействия (см. п. 7.3.1).

2.Мы рекомендуем для выявления последствий изменения со­ отношения между прямым нагревом поверхности и испарением,

например, на окраинах полузасушливых районов проводить экс­ перименты на моделях (см. п. 7.4.7).

3. Мы рекомендуем вести учет климатических факторов, чтобы зарегистрировать такие чувствительные индикаторы со­ стояния климата, как арктические льды, ледники, уровень моря, а также интенсивность тех видов деятельности человека, которые, возможно, влияют на климат, т. е. интенсивность сжигания топ­ лива, ирригации и урбанизации (см. п. 7.5).

27

4. Мы рекомендуем предоставить в распоряжение исследов телей, изучающих колебания климата, данные о средних сезонных величинах соответствующих элементов, таких, как, например, осредненные по площади значения количества осадков (см. л. 7.1.2).

2.5. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТРОПОСФЕРУ

2.5.1. Состояние вопроса

Мы установили каким образом человек влияет на состав ниж­ ней части атмосферы, или тропосферы. Деятельность человека при­ водит к увеличению числа частиц в атмосфере. Частицы попадают в воздух непосредственно или в результате введения таких газов, как, например, SO2 , которые, вступая в реакцию, образуют аэро­ зольные частицы. Сжигая ископаемое топливо, человек повышает содержание СО2 в атмосфере. Мы также предполагаем, что чело­ век в процессе своей деятельности может изменять облачный покров, причем в значительных масштабах. Есть основания думать, что существуют местные облака, образующиеся не без помощи человека.

Исследования, особенно с использованием глобально осредненных климатических моделей, показывают, что аэрозольные частицы воздействуют на климат двояким образом: непосредственно влияют на перенос лучистой энергии в атмосфере и изменяют про­ цессы, приводящие к образованию дождя и снега. Изменение со­ держания С 02 также влияет на перенос лучистой энергии в атмо­ сфере; об этом речь пойдет ниже.

Из-за пробелов в наших знаниях о величине вызываемого че­ ловеком изменения состава атмосферы, о процессах введения при­ месей, их трансформации и удаления, регулирующих эту величину, и о физических и химических свойствах вводимых материалов мы еще не можем уверенно сказать, в какой степени уже произведен­ ные и возможные изменения ,в будущем повлияют на климат.

В атмосфере существует значительное количество естествен­ ных частиц, что затрудняет попытки оценить вклад человека. В со­ временных оценках общего содержания частиц в разных геогра­ фических районах и в оценке вкладов различных источников есть значительные расхождения и противоречия. Мы не в состоянии разрешить их.

Наши знания об оптических и химических свойствах частиц еще недостаточны, и это обстоятельство не позволяет полностью использовать даже диагностические, глобально осредненные мо­ дели климата. Отсутствие надежных наблюдений за радиацион­ ными свойствами загрязнителей атмосферы лишает нас возмож­ ности проверить теорию и результаты расчетов. Однако расчеты, основанные на разумных оценках коэффициента отражения и со­ держания частиц, говорят о том, что загрязнение нижних слоев будет вызывать общее похолодание. Наши рекомендации относи-

28

тельно исследований и измерений подобны рекомендациям отчета ИКПОС, но включают более широкий круг вопросов.

Теоретические исследования лучистого переноса в атмосфере показывают, что перистые облака могут существенно влиять на атмосферные процессы. Но нам очень мало известно о формиро­ вании перистых облаков, о процессах, поддерживающих их сущест­ вование, об оптических свойствах Сі. Пока мы не знаем, в ка­ кой степени на них мог бы повлиять человек, активно воздейст­ вуя на атмосферу.

Мы считаем, что влияние С 02 на климат изучено несколько лучше, чем влияние частиц. В отчете ИКПОС приводится более или менее надежное подтверждение того, что скорость накопления С 02 в атмосфере колеблется, хотя среднее увеличение продолжает составлять около 0,2% в год. Таким образом, эффективность естест­ венных процессов, регулирующих содержание искусственно вво­ димого С 02, должна варьировать от года к году. Мы согласны с заключением ИКПОС, что все эти вопросы подлежат изучению, но мы еще менее готовы, чем ИКПОС, рекомендовать какие-либо специфические измерения. По нашему мнению, прежде чем реко­ мендовать программу непрерывного измерения содержания С 02

вокеанических водах, необходимо более детально исследовать проблему перераспределения С 02 между океаном и атмосферой.

Вопрос о содержании кислорода в атмосфере мы рассмотрели

вовете материалов, опубликованных после появления отчета ИКПОС, но не нашли причины изменить вывод ИКПОС о том,

по исследованиям и наблюдениям для оценки влияния на кли­ мат аэрозольных частиц и газов, которые человек вводит в атмо­ сферу:

б) исследование трансформации газовых примесей в аэрозоль­

д) наблюдение за глобальным распределением и временными тенденциями частиц путем измерения мутности, общей концент­ рации частиц, ледяных и облачных ядер (см. п. 8.6.4).

29

2. ВЛИЯНИЕ ЧАСТИЦ НА ОБЛАКА

а) изучение изменений альбедо облаков вследствие загрязне­ ния атмосферы (см. и. 8.7.7);

б) всесторонние полевые исследования изменения облачного покрова, вида облаков и осадков вследствие загрязнения ат­

а) наблюдение за СОг на сети, состоящей приблизительно из

10 станций (см. п. 8.8.7);

б) наблюдение за НгО в верхней тропосфере и нижней стра­

тосфере (см. п. 8.8.7); в) изучение процесса формирования перистых облаков (см.

п. 8.9.4);

г) разработка методов наблюдения за тенденцией изменения количества перистых облаков (см. п. 8.9.4).

2.6. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРАТОСФЕРУ

2.6.1. Состояние вопроса

Стратосфера —- слой атмосферы, лежащий примерно на вы­ соте 15—50 км над поверхностью Земли; под ней располагается тропосфера. До недавнего времени человек не мог непосредст­ венно загрязнять стратосферу. Теперь же он прямо вводит за­ грязнения из выхлопных труб самолетов, летающих на больших высотах. Таким путем в стратосферу поступают водяной пар, окись азота и различные аэрозольные частицы.

Анализ климатических последствий этих загрязнений, прове­ денный в ИКПОС на основе данных о предполагаемых опера­ циях и численности флота сверхзвуковых самолетов, позволил сде­ лать следующие выводы:

1)в полярных районах зимой можно ожидать некоторого увеличения облачности в стратосфере, однако количественная сторона этого увеличения пока остается неизвестной; трудно что-либо сказать и о других климатических последствиях;

2)воздействие на лучистый перенос в атмосфере тех коли­ честв углекислого газа, угарного газа, водяного пара и окиси азота, которые вводятся высотной авиацией в определенных местах в стратосферу, вероятно, мало по сравнению с аналогич­

ным воздействием этих же продуктов, попавших в атмосферу из других искусственных источников;

3) из двуокиси серы, гидрокарбонатов и окиси азота могут образовываться частицы, которые способны повлиять на тепло-

30

вой баланс атмосферы. Так обычно и бывает при извержении вулканов, но, как это отражается на температуре воздуха у по­ верхности земли, пока неизвестно;

4) изменения содержания озона в стратосфере предпола­ гаются небольшими по сравнению с существующими ежеднев­ ными колебаниями и пространственной изменчивостью общего содержания озона. Мы полагаем, что этот факт не следует рас­ сматривать в связи с воздействием человека на климат.

Мы не располагали новой информацией по последнему воп­

обстоятельство, что уменьшение количества озона и как следст­ вие увеличение ультрафиолетовой радиации могут отрицательно повлиять на все живое, в том числе и на человека. Кроме того что озон защищает все живое на Земле от вредного воздействия ультрафиолетовой радиации, он еще в какой-то степени управ­ ляет температурой в стратосфере. Концентрация озона в этом слое определяется соотношением между несколькими «конкури­ рующими» химическими реакциями и процессами переноса в ат­ мосфере. Существует некая неопределенность в отношении неко­ торых из указанных реакций и в понимании процессов переноса. Мы также очень мало знаем о переносе тех примесей из тропо­ сферы, которые могли бы повлиять на концентрацию озона. Из­ мерения концентрации озона в последнее десятилетие в различ­ ных районах земного шара выявили тенденцию к ее увеличению. Полагают, что эта тенденция естественная, но мы не можем объяс­ нить ее причину. Мы даже не уверены, что перенос из тропо­ сферы введенных человеком примесей каким-то образом не ска­ зался на концентрации озона. Мы не считаем, что имеющиеся данные позволяют сделать определенный вывод о влиянии про­ дуктов выхлопа из моторов сверхзвуковых самолетов на кон­ центрацию озона в стратосфере. Мы думаем, что ответы на эти вопросы следует дать прежде, чем широко распространятся полеты

основой для понимания воздействия на климат изменений состава стратосферы вследствие естественных (например, вулканы) или искусственных (полеты высотной авиации) причин. В настоящее

31

Часть!!

ЧЕЛОВЕК И КЛИМАТ В БУДУЩЕМ

Г л а в а 3

ОСНОВЫ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

3.1. ЦЕЛИ ИВЧК

Атмосфера и океаны планеты Земля медленно эволюциони­ ровали в течение более 4 млрд. лет. Даже беглое сравнение

ние могла бы принять эволюция Земли при несколько иных об­ стоятельствах [5д]? Мы, конечно, не можем сказать, какое именно, но и не можем гарантировать стабильность существую­ щего баланса. В самом деле, история планеты, «записанная» в горных породах суши и осадочных породах океана, указывает, что в минувшие геологические эпохи баланс много раз менялся

и в течение последних немногих столетий человек изменил поверх­ ность суши, состав атмосферы и даже баланс биосферы. Не только индустриальная сторона нашей цивилизации привела ко всем этим изменениям. Рост численности населения и возрастаю­ щие потребности иногда заставляли человека вмешиваться в хрупкие биологические системы. Сельскохозяйственное произ­ водство истощило огромные площади Земли, сделав их почти пустынными, исчезли многие виды растений и животных. По­ скольку население мира продолжает расти и есть основание

полагать, что нынешние 3,6 миллиарда увеличатся вдвое к 2000 г., а способность человека превращать естественные ресурсы в по­ лезные продукты также возрастет, его требования к окружаю­ щей среде будут возрастать даже быстрее, чем само население.

Как далеко все это зайдет? Сколько мы можем нарушать рав­ новесие в природе, не опасаясь серьезных последствий? Существует целый ряд параметров, определяющих это равновесие, но в Ис­

стать причиной изменения того, что мы привыкли понимать под словом «климат» в широком смысле этого слова.

Кое-что уже ясно. Например, мы можем обнаружить в гло­ бальном масштабе или в масштабе полушария изменения в со­ держании углекислого газа или аэрозольных частиц в воздухе, обусловленные деятельностью человека. Кроме того, человек производит достаточно энергии, чтобы изменить на несколько процентов приток тепла в атмосферу над значительными терри­

в течение нескольких десятилетий. Будет ли это влиять на кли­ мат Земли? Разумеется, будет до известной степени, но неопре­ деленность заключается в том, что мы соревнуемся с мощными силами природы, которые также вызывают изменения климата, как это уже не раз случалось в прошлом. Мы должны проник­ нуть ,в суть природных сил настолько глубоко, чтобы суметь на­ править деятельность человечества в русло, соответствующее ходу естественных процессов. Вот наша цель.

Мы убеждены, что человечество может воздействовать на климат, особенно если оно будет продолжать ускорять современ­ ный темп жизни. Мы надеемся постичь суть процесса изменения

мы, может быть, будем бессильны подавить. К счастью, система атмосфера — океан достаточно «тяжеловесна» и обладает значи­ тельной инерцией. Так что у нас, вероятно, еще есть время для более глубокого познания этих процессов, до того как произой­ дут серьезные изменения. Вместе с тем мы обязаны сейчас при­ лагать больше усилий к решению стоящих задач, чем в прош­ лом. К сожалению, механизм, с помощью которого можно было бы принять действенные международные меры, также доста­ точно «тяжеловесен», и в ряде случаев мы еще только будем создавать такой механизм, а на это тоже уйдет какое-то время

ным, когда ему придется принимать решения, от которых будет зависеть обитаемость нашей планеты. Почти 200 лет назад Эма-

34

нуил Кант в своем труде «Критика чистого разума» резюмиро­ вал, что значит ;вести себя разумно: «Весь интерес разума, тео­ ретический и практический, сосредоточивается в следующих воп­ росах: 1. Что я могу знать? 2. Что я должен делать? 3. На что я могу надеяться?» При оценке воздействия человека на климат нам, к несчастью, нередко приходится отвечать сразу на второй вопрос, не ответив на первый.

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛИМАТА

Поскольку мы будем заниматься климатом и его измене­ ниями, важно прежде всего выяснить, что мы понимаем под сло­ вом «климат». Климат какого-либо места обычно определяется статистическими показателями, вычисленными на основании длинных рядов наблюдений метеорологических элементов, кото­ рые характеризуют режим погоды в данном месте, а именно: температуры, осадков, облачности, ветра и т. д. Метеорологи обычно представляют климат средними величинами и отклоне­ ниями от них и всегда настаивают на том, чтобы ряд, по кото­ рому вычисляются такие статистические характеристики, имел продолжительность не менее 30 лет. Можно говорить о климате какого-либо места (региональный климат) и климате планеты (глобальный климат). Характеристики последнего слагаются из средних взвешенных характеристик климата отдельных районов и территорий различного масштаба.

Более современный взгляд на климат, а иногда и более ин­ формативный, заключается в том, чтобы, разбив метеорологиче­ ские условия на ряд типов, рассматривать климат как совокуп­ ность сложных «типов погоды» (их можно описать различным образом), причем каждому из этих типов присуще характерное распределение повторяемости в течение периода осреднения. Та­ кое определение климата позволяет судить о взаимодействии ме­ теоэлементов и о крупномасштабной циркуляции, которая уп­ равляет климатом региона. Однако чаще для изучения климата пользуются статистическими методами.

3.3.КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КЛИМАТА

3.3.1.Климаты отдаленного прошлого (от 550 до 50 млн. лет назад)

Изучение палеоклимата Земли с геологической точки зрения следует начинать с эпохи расширения океанического ложа и с его последствий: дрейфа континентов и постепенного смещения оси вращения Земли и полюсов к их современному положению. Скорость всех этих смещений изменяется в пределах 1—5 см в год. Возрастающее количество палеомагнитных данных под­ тверждает эти концепции (по крайней мере, их существо). В рамках настоящего отчета невозможно даже пытаться описать дискуссию по данному вопросу.

Самая ранняя история Земли, со времени ее образования 5 -ІО9 лет назад примерно до 500 млн. лет назад, нам мало из­ вестна, и мы практически ничего не знаем о климатах того вре­ мени. Было несколько более или менее значительных оледене­ ний; самое старое и наиболее обширное оледенение произошло перед началом кембрия, 550 млн. лет назад. В то время быстро развивалась высокоорганизованная жизнь одновременно с ростом на несколько порядков содержания свободного кислорода в ат­ мосфере.

На протяжении более чем 9/ю геологической истории Земли (начиная с кембрия) полярные районы обоих полушарий, ве­ роятно, не были покрыты льдом [26]. Однако во время позднего палеозоя (300—250 млн. лет назад) произошло значительное оле­ денение, длившееся от 30 до 50 млн. лет. Оно захватило почти одновременно Южную Америку, Южную и Центральную Аф­ рику, Индию, Австралию и Антарктиду, которые в то івремя образо­ вывали один гигантский континент (Гондвана), занимавший площадь примерно 65* ІО6 км2 вокруг Южного полюса. Крупно­ масштабные оледенения, по-видимому, возможны только тогда и только там, где большие континенты занимают околополюсное положение в течение достаточно длинного периода времени [10].

Надежные палеотемпературные данные имеются лишь с ме­

ближенно считать, что субтропические пояса располагались на широте 50—60° [12], т. е. они были значительно ближе к по­ люсу, чем теперь, причем крупные ячейки циркуляции Гадлея простирались до средних широт; имели место сезонные колебания осадков, а также, вероятно, действовал простой полярный вихрь типа Ферреля.

Такая интерпретация представляется хорошо согласующейся со всеми имеющимися палеонтологическими данными.

3.3.2.Начало ледниковой эпохи плейстоцена

Вначале третичного периода (60 млн. лет назад) Северный полюс располагался на севере Восточной Сибири (около 78° с. ш., 152° в. д.), откуда он постепенно сместился в свое теперешнее

положение. В конце третичного периода, в течение последних 10 млн. лет, положение континентов и оси вращения было почти таким же, как и сейчас. Принципиальной климатической особен­ ностью третичного периода было постепенное понижение темпе­ ратуры в умеренных широтах (рис. 3.1) в противоположность полному отсутствию изменения температуры в тропиках. Указан­ ную особенность можно объяснить постепенным смещением Ант­ арктиды к ее современному положению. В результате на этом континенте очень медленно, но неуклонно вследствие сильных

36