Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
§ 5. АТМОСФЕРА И КЛИМАТ 51
режим погоды и называется климатом. Секрет климатической устойчивости состоит в стабильности факторов, определяю щих тепловой баланс Земли. Постоянна величина приходящей солнечной радиации и ее широтное среднегодовое распределе ние. Сохраняется среднегодовое альбедо Земли, величина зо нального переноса тепла и ряд других характеристик энерго обмена между различными компонентами биосферы (подсти лающая поверхность, атмосфера, океан). В конечном счете, устойчивость климата есть проявление относительной стаби льности геофизических, геохимических и биотических факто ров.
И все же устойчивость климата, как, впрочем, и стабиль ность упомянутых факторов, до известной степени обманчи вая. Нужно учитывать, что реальное время климатических из­менений сопоставимо с геологическими эпохами; в прошлом климат Земли менялся не один раз. Исследования палеогеогра­фами и геологами осадочных отложений земной коры показы­вают, что на протяжении сотен миллионов лет в минувшие геологические эпохи климат нашей планеты весьма сущест­венно отличался от нынешнего климата. Более выравненным было широтное распределение температур. В средних и высо­ких широтах температура была значительно выше, чем в наши дни. Об этом свидетельствуют, например, залежи каменного угля на Шпицбергене (Норвегия). Одна из важных причин та­кого положения заключается в ином размещении континентов и океанов, при котором теплые океанические течения могли проникать в высокие широты и смягчать здесь климатическую обстановку. Однако подъем суши в олигоцене, способствовав ший развитию горных систем в Америке и Европе, изменил схему теплового транспорта. Европа и Азия, прежде разделен ные морями, соединились в один континент, и приток тепла в северные широты уменьшился. В миоцене вечнозеленые рас тения постепенно исчезли из северных районов, уступив свое место деревьям с опадающей листвой. В конце плиоцена нача лось оледенение — одна из величайших ледниковых эпох в ис тории планеты. Расширились полярные ледяные покровы. В течение последних 1–2 млн лет в северном полушарии лед никовые зоны существовали в своеобразном регулярно-перио
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
52 ГЛАВА III. АТМОСФЕРА
дическом режиме: площадь ледников то увеличивалась, дости гая средних широт, то уменьшалась, и южная граница льдов вновь отступала к верхним широтам. Последнее наступление ледников завершилось около 10 тыс. лет назад.
Установлено, что в ледниковый период в Северной Аме рике южная граница льдов доходила до мест, где теперь нахо дятся города Сент-Луис (штат Миссури) и Луисвилл (штат Кентукки). В Европе, по долинам Днепра и Дона, ледник про двинулся южнее Киева, Харькова, Воронежа. Ледником была покрыта вся Сибирь. В короткие теплые промежутки между оледенениями («межледниковье») львы и слоны бродили го раздо севернее Лондона
1
.
Ученым пока в точности неизвестны причины этих коле баний ледникового покрова. Однако уже в простейших моде­лях климата, впервые построенных и изученных М. Будыко и В. Селлерсом в 1969 году, мы сталкиваемся со своеобразным нелинейным эффектом, обусловленным так называемой ледо­вой обратной связью. Суть явления в следующем: даже небо­льшое увеличение ледового покрова, повышая альбедо Земли (лед отражает подавляющую часть падающей на него солнеч­ной радиации), способствует резкому охлаждению территорий в зоне ледников и тем приводит к дальнейшему развитию ле­дового покрова. Расчеты показывают, что уменьшение солнеч­ной постоянной всего на несколько процентов привело бы к полному оледенению Земли. И наоборот, небольшое увели чение солнечной радиации, благодаря описанной выше поло жительной обратной связи, способно полностью освободить полярные области от ледового покрова.
Таким образом, климат Земли оказывается в действитель ности труднопредсказуем. Он способен резко реагировать на все факторы, затрагивающие условия поглощения Землей сол нечной радиации. Развитие растительного покрова или образо вание пустынь, изменение отражающей способности океана из-за нефтяного загрязнения и степени распространения фи топланктона способны привести к цепной реакции в измене нии температурного поля на поверхности Земли, что собствен но и определяет ее климат.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Хаксли Дж. Удивительный мир эволюции. — М., 1971. — С. 77.
§ 5. АТМОСФЕРА И КЛИМАТ 53
2. Парниковый эффект
В последнее время выявился еще один важный фактор, влияющий на климатическую обстановку, который непосред ственно связан с антропогенными нарушениями геохимиче ского цикла на Земле. Имеется в виду структурная перестрой ка газообмена в системе «Земля – атмосфера». Дело в том, что хозяйственная деятельность на Земле приводит к изменению газового состава атмосферы, влияя определенным образом на ее оптические характеристики. Изменения эти в целом незна чительны, но тенденция их довольно устойчива, и именно это обстоятельство вызывает беспокойство экологов.
Известно, например, что сжигание органического топлива (уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы, торф, дрова) сопровождается ежегодными выбросами в атмосферу более 15 млрд т углекислого газа и пыли. Конечно, это совсем не­много, если учесть, что масса газовой оболочки нашей плане­ты оценивается величиной 5 × 10
15
ò. Но углекислый газ даже
в мизерных количествах порождает так называемый пар­никовый эффект. Он задерживает тепловое излучение Зем­ли, что способствует общему потеплению климата
1
. Óâå-
личение в атмосфере пыли, напротив, способствует его по­холоданию, так как атмосферный аэрозоль приводит к сни­жению прозрачности воздуха. Вместе с тем, осаждение пыли
на поверхность Земли, особенно в зоне ледников, ведет к сни жению альбедо и может повлиять на климат в сторону его по тепления.
В настоящее время особенно много внимания уделяется парниковому эффекту. На Первой всемирной конференции по климату, проходившей в 1979 году в Женеве, была отмечена неизбежность климатических изменений в ближайшей перс пективе, которые грозят стать необратимыми. В принятой уча стниками конференции декларации указывалось, в частности,
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Если планета Земля лишится углекислого газа, создающего парнико вый эффект, то среднегодовая температура у ее поверхности понизится с нынешнего значения +15 до –18 °С. (См.: Никольский А. А. Охрана расти тельного и животного мира — стратегия выживания // Глобальные пробле мы биосферы. Вып. 1. — М., 2001. — С. 130.)
-
-
-
54 ГЛАВА III. АТМОСФЕРА
что за последние 100 лет содержание углекислоты в атмосфере возросло на 15 %.
На советско-американском совещании экспертов, прохо дившем в 1981 году в Ленинграде, были представлены матери алы наблюдений, из которых следовало, что содержание угле кислого газа в атмосфере повысилось до 0, 0335 %, тогда как в XIX веке оно составляло 0,029 % (по объему).
К настоящему времени содержание CO
в атмосфере оце
2
нивается приблизительно в 0,0394 %, и эта величина оказалась практически независимой от различных сценариев развития энергетики. При этом концентрация углекислоты должна воз расти на 30–40 % по сравнению с 1960 годом. Из модельных расчетов следует, что удвоение концентрации CO
влечет из
2
менение средней температуры на 2–3 градуса. По осторожным оценкам Национальной академии наук США, удвоение кон­центрации углекислого газа (по сравнению с нынешним уров­нем) произойдет к 2065 году, хотя ряд экспертов Академии считает, что с вероятностью 5 % это может случиться до 2035 года.
На конференции ООН по мировому климату в Женеве, проходившей в ноябре 1990 года, все участники (а их было бо­лее 600 человек) согласились с тем, что к 2100 году в любом случае не удастся избежать потепления в среднем на 3 градуса. Этот прогноз был зафиксирован в документах межправитель­ственной комиссии по изменению климата.
О фактической скорости глобального потепления можно судить по данным наблюдений. В литературе приводятся оценки, согласно которым общее повышение температуры на планете за последнее 125 лет составило величину 0,5 градуса. Подавляющая часть прироста приходится на последние 40 лет. С 1990 по 1995 год повышение температуры составило 0,05 градуса. Реальность потепления в настоящее время под тверждается наблюдениями за состоянием полярных шапок Земли. В частности, американские исследователи отмечают, что за последние 40 лет растаяло более 40 тыс. км
3
полярного
льда, главным образом, по-видимому, антарктического.
Между учеными, однако, ведутся споры по поводу того, в какой мере этот процесс может обусловливаться парниковым
-
-
-
-
-
-
-
§ 5. АТМОСФЕРА И КЛИМАТ 55
эффектом. В. Г. Горшков и К. Я. Кондратьев считают, напри мер, что роль углекислого газа в климатических изменениях переоценивается, так как этот газ будет поглощаться океаном Действительно, характеристики взаимодействия океана и ат мосферы, особенно с учетом динамики фитопланктонной мас сы, во многом неясны и в прогнозных моделях практически не используются. Однако заметим, что здесь опять-таки сущест вует положительная обратная связь, которая может резко по влиять на развитие парникового эффекта.
Дело в том, что при повышении температуры раствори мость CO
в океане уменьшается, и океан, в котором связано
2
огромное количество углекислоты, может превратиться в мощ ный источник поступающего в атмосферу углекислого газа. Это приведет к дальнейшему нарастанию парникового эффек­та и связанного с ним потепления.
Заметим, что, кроме CO
, существует также ряд других га-
2
зов, способных вызывать парниковый эффект. Это прежде все­го метан, хлорфторуглероды, озон, закись азота. Эффектив­ность поглощения тепловой радиации в расчете на одну моле­кулу метана выше, чем у CO
4
â10
раз2. Считается, что углекислый газ вносит в развитие
,в30раз,ауфреонов—даже
2
парникового эффекта около 50 %. Относительный вклад мета­на составляет 15 %. Вклад хлорфторуглеродов, входящих в группу фреонов, — 13 %. Затем следует озон (10 %) и закись азота (9 %). Образование метана связано главным образом с разложением почвенной органики, а также донной органики болот. Может оказаться, что в будущем роль метана станет бо лее значительной. Общее потепление безусловно ускорит про цессы разложения. Даже если в отдельных регионах Земли возникнут тенденции к развитию аридного климата, существу ют, например, в Сибири, обширные пространства вечномерз лых грунтов, которые со временем превратятся в столь же об ширные болота. Есть, кроме того, и другая тенденция — рас
-
1
.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Ñì.: Крючков В. В. Север на грани тысячелетий. — М., 1987. —
Ñ. 29–30.
2
Лисичкин В. А., Шелепин Л. А., Боев Б. В. Закат цивилизации или дви
жение к ноосфере (Экология с разных сторон). — М., 1997. — С. 109.
-
56 ГЛАВА III. АТМОСФЕРА
ширение масштабов использования органики на полях за счет применения отходов животноводческих комплексов, измене ния способов обработки почвы (безотвальная пахота) и т. д.
В целом же можно сказать, что хозяйственная деятель ность человека — это испытание климата Земли на прочность. Высказанная еще в 1896 году С. А. Аррениусом (1859–1927) мысль о глобальном потеплении климата вследствие антропо генной деятельности не утратила своей актуальности, а лишь находит все более веские подтверждения в современных ис следованиях. Вместе с тем приходится признать, что точная оценка вклада антропогенно обусловленного роста концентра ции газов в наблюдаемое потепление климата пока отсутству
1
ет в силу беспрецендентной сложности проблемы
. В 1957 го ду Р. Ревелл и Г. Э. Суесс из Скриппсовского океанографиче ского института (США) справедливо заметили, что человече­ство проводит «крупномасштабный геофизический экспери­мент» на собственной планете. Мы проводим этот экспери­мент, заранее не зная всех его последствий.
Изменение климата — серьезная проблема, требующая ре­шения; недопустимо оставить все на самотек. И не случайно в последние годы климатические прогнозы стали одной из центральных тем глобальных исследований. Даже если изме­нения видятся в относительно далекой перспективе, — через 80–100 лет — тоивэтомслучае человечеству нельзя успокаи­ваться. Ибо перестройка мирового хозяйства для адаптации к новым условиям потребует грандиозных усилий — с времен ным лагом, который вполне сопоставим с указанным сроком.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3. Прогнозы климатических изменений и их последствий
Первый явный эффект от глобального потепления клима та — подъем уровня Мирового океана. За последние 100 лет уровень океана уже поднялся на 15 см. В ближайшие 100 лет, в связи с потеплением, прогнозируется
2
дальнейший подъем
примерно на 70 см.
1
Кондратьев К. Я., Донченко В. К. Экодинамика и геополитика. Т. 1.
Глобальные проблемы (К. Я. Кондратьев). — СПб., 1999. — С. 896.
2
Саган К. Мир потеплеет? // Будущее науки. Международный ежегод
íèê. — 1987. — Âûï. 20. — Ñ. 208.
-
-
§ 5. АТМОСФЕРА И КЛИМАТ 57
Существует мнение, что подъем уровня может происхо дить на порядок быстрее, если освобождение Антарктиды от ледового щита приведет к ее «всплыванию» и механическому вытеснению океана. Ясно, что в любом случае прибрежные го рода и обширные пространства сельскохозяйственных земель окажутся затопленными, и природный потенциал производст венной деятельности людей будет существенно подорван. Од нако проблемы на этом не заканчиваются. Как отмечает Н. Н. Моисеев, изменится вся структура циркуляции земной
атмосферы с вероятным уменьшением зонального переноса влаги. Рост пустынь и полупустынь отберет у человека зна чительную часть плодородных земель и скорее всего как раз там, где размещена большая часть современной цивилиза ции — в области средних широт
1
.
Насколько точен этот прогноз? Нельзя ли его проверить, используя, например, палеографические данные? Да, инфор­мация на этот счет имеется. Недавние бурения двухкилометро­вых скважин сквозь толщу ледникового щита Антарктиды на станции «Восток» показали, что, образовавшись более 30 млн лет назад, этот щит выдержал несколько эпох потепления кли­мата Земли — более значительных, чем ожидаемое от парни­кового эффекта.
Академик А. Л. Яншин отмечает в этой связи, что около 20 млн лет назад концентрация углекислого газа в атмосфере достигала почти 0,1 %, а средняя температура воздуха на пла нете была на 5–6 градусов выше современной. Тем не менее, ситуация не выглядела катастрофичной. Поэтому, считает А. Л. Яншин, особых оснований для тревог нет. Антарктиче ский панцирь скорее всего сохранится и в будущем. Добавим к этому, что при теплых зимах в условиях общего потепления антарктический лед активно нарастает за счет обильных снего падов. Так было, вероятно,ивдалекомпрошлом. Таяние ледо вого щита могло в какой-то мере компенсироваться за счет за пасов атмосферной влаги. Сейчас нам трудно судить о том, как распределялся водный баланс на Земле в ту отдаленную пору.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Моисеев Н. Н. Математика ставит эксперимент. — М., 1979. — С. 218.
58 ГЛАВА III. АТМОСФЕРА
Кстати, и в прогнозах на будущее водный баланс и харак тер поведения атмосферной влаги составляют одно из «узких мест». В климатических моделях, например, не всегда удается найти подходящий прием для описания процессов формирова ния облачного покрова. Между тем, облака существенно меня ют всю структуру энергетических потоков. Величина облачно го покрытия влияет как на уходящую (отраженную), так и на поглощенную радиацию. При численном моделировании кли мата облачность учитывается в форме прямой зависимости степени облачного покрытия от средней температуры и влаж ности в ячейках модельной сеточной структуры. Коэффициент пропорциональности играет роль дополнительного параметра в модели, при помощи которого удается уловить, хотя бы и грубо, характер поведения атмосферной влаги.
Во многих случаях такая «параметризация» облачности недостаточна для прогнозирования климата. И вопрос перево­дится в другую плоскость: в модель дополнительно включает­ся некоторый гидрологический цикл, учитывающий характе­ристики общего водного баланса. Тогда появляется возмож­ность включить в рассмотрение не только среднюю величину облачного покрытия, но и его характер, например, яркость и высоту облаков, их пространственное размещение. Более точ­но отражается механизм обратной связи, обусловленный об­лачностью. Но при этом в модели появляется еще один источ­ник нелинейности, и вся процедура расчетов резко усложняет
1
ñÿ
. А если к этому добавить факторы, связанные с перестрой кой циркуляции атмосферной влаги, что, несомненно, прои зойдет в меняющемся климате, то объем вычислений грозит стать необозримым, хотя именно в этом случае мы могли бы
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1 В 1996 году О. Г. Сорохтин и С. А. Ушаков построили модель, в ко торой увеличение количества CO ры на Земле. Причина состоит в следующем. Атмосфера с повышенным со держанием CO влечет увеличение теплопотерь (см. об этом: Ковалев В. А. Парниковый эф фект. Анализ сценариев развития // I Вавиловские чтения постоянно дейст вующей междисциплинарной научной конференции «Диалог наук на рубе же XX–XXI вв. и глобальные проблемы современности». — Йошкар-Ола,
1996. — Ñ. 305–307).
снижает свою теплоемкость и увеличивает плотность, что
2
в атмосфере влечет снижение температу
2
-
-
-
-
-
-
§ 5. АТМОСФЕРА И КЛИМАТ 59
делать уже и региональные прогнозы. В конце концов, нам важно знать не просто средний климат, а региональное распре деление климатических изменений. Ведь даже приблизитель ные расчеты показывают, что в полярных районах при дву кратном увеличении CO
потепление произойдет на 8–10 гра
2
дусов. При всех климатических колебаниях перекачка тепла в полярные районы носит характер устойчивой закономерно сти. Это подтверждается и эмпирическими данными. Так, на пример, общее планетарное потепление на несколько долей градуса, наблюдаемое в 1920–40-x годах, вызвало повышение температуры в высоких широтах более чем на 2–4 градуса. Это отмечалось многими видными климатологами: В. Ю. Визе, Л. Г. Полозовой, С. П. Хромовым и др. Здесь работает все та же положительная обратная связь, обусловленная зависимо­стью альбедо от характера ледовой обстановки.
Анализ материалов, полученных со спутников и характе-
ризующих ледовую обстановку в северном полушарии, свиде­тельствует об общем отступлении льда в направлении к полю­су. Известный исследователь Арктики В. В. Крючков отмеча­ет, что в период 1973–1980 годов площадь паковых льдов в Се­верном Ледовитом океане сократилась за летние месяцы на 2,5 млн км
2
, что составляло около 35 % ее средней величины1.
В последние годы появился еще один фактор, который
способствует снижению альбедо арктических областей. Речь идет о возрастающих темпах нефтяного загрязнения рек, впа дающих в Северный Ледовитый океан. Известно, что в услови ях Крайнего Севера механизмы самоочищения вод резко ослаблены. Это связано с хроническим дефицитом растворен ного в воде кислорода и с пониженной активностью бакте рий-редуцентов из-за низких температур. Разложение нефтя ных пятен длится 100–150 дней, то есть порядка 3–5 месяцев.
В связи с освоением нефтяных месторождений тюменско
го Севера резко возросло общее нефтяное загрязнение Обь­Иртышского бассейна. Попадающая в реки нефть распростра няется на значительные расстояния вниз по течению. Даже тя желые фракции нефти доходят до устья Оби. По данным отде
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Крючков В. В. Север на грани тысячелетий. — М., 1987. — С. 29.
60 ГЛАВА III. АТМОСФЕРА
ла токсикологии СибНИИРХ, проводившего в начале 1980-х годов обследование зимовальных ям ценных пород рыб в Об ской губе, на каждые 100 весовых частей донного грунта при ходится 10 частей тяжелых фракций нефти. Легкие фракции в огромном количестве попадают в океан.
Перспектива нефтяного загрязнения океана выглядит еще
более мрачной, если учесть предстоящую добычу нефти на океаническом шельфе, а также намечающееся крупномасштаб ное хозяйственное освоение Енисейско-Ленской нефтегазо носной провинции.
Включенная в состав льда нефть может сохраняться неоп
ределенно долго. Причем лед способен сорбировать нефть до 25 % от своего веса. Резкое уменьшение альбедо загрязненных льдов неизбежно повлечет за собой увеличение поглощения солнечной радиации. По некоторым оценкам, это увеличение может составить 30 %. Если к тому же принять во внимание характерное для Арктики влияние ледового дрейфа, то можно думать, что зона с пониженным альбедо будет достаточно об­ширной. Это приведет к значительным региональным клима­тическим изменениям. Изменения затронут как температур­ный режим северных территорий, так и режим осадков. Как повлияют данные перемены на экосистемы Сибири, отличаю­щиеся крайней неустойчивостью, сказать трудно. Но имеет смысл напомнить, что прежние потепления арктического бас­сейна приводили к уменьшению осадков в зерновых районах страны. Это же подтверждают и расчеты: возможное потепле ние Севера ведет к снижению общей величины осадков в сред ней полосе
1
. Причем компенсации недобора урожаев за счет продвижения сельскохозяйственных культур на Север в резу льтате потепления ожидать трудно. Нужно иметь в виду, что сибирский Север практически целиком находится в зоне веч номерзлых грунтов. Реакция этих грунтов на потепление, осо бенно в условиях хозяйственного освоения территорий, может
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
В низких широтах количество осадков, напротив, резко возрастет, поскольку, как показывают расчеты, количество осадков в среднем по пла нете должно расти на 10 % при повышении температуры на 1 градус.
-