смирнов геоэкология

Рис. 8.4 - Линейные тренды изменений среднегодовой температуры воздуха на станциях о. Врангеля (а), Коппермайн (б), Клайд (в), Упернавик (г).

231

Следствием «глобального потепления» должно быть уменьше­ ние ледовитости Полярных областей. Однако данные, приведенные в табл. 8.3, свидетельствуют о том, что анализ многолетних измене­ ний ледовитости Северного Ледовитого океана не дает оснований говорить о повсеместном "глобальном потеплении".

Таблица 8.3

Величины линейных трендов и стандартные отклонения (5) изменений ледовитости морей Северного Ледовитого океана в августе за 50 лет

(1946-1995 гг.)

Это положение подтверждается и результатами обработки спут­ никовой информации. Согласно оценкам площадей распространения однолетнего и многолетнего льда в зимние периоды 1983-1988 и 1994-1999 гг. площадь многолетнего льда в секторе, ограниченном 40-105° в.д., оказалась в 90-е годы на 10 % больше, чем в 80-е.

Длинные ряды наблюдений за ледовитостью морей у побере­ жья Антарктиды отсутствуют. Но даже результаты анализа корот­ ких рядов ( 2 2 года), которые были в нашем распоряжении, не пока­

зывают тенденции к уменьшению ледовитости на максимуме ее развития в октябре (табл. 8.4).

Таблица 8.4

Величины линейных трендов и стандартные отклонения ( 8 ) изменений ледовитости отдельных районов Южного океана в октябре за период

1973-1994 гг.

232

Палеоклиматические реконструкции, выполненные по мате­ риалам исследований глубоких шурфов в районе ст. Восток в Ан­ тарктиде, также свидетельствуют об относительной стабильности климатических условий в Центральной Антарктиде на протяжении двух последних столетий. Исследования баланса влаги в Восточной Антарктиде (74-146°в.д.), выполненные академиком В.М. Котляко­ вым и другими, показали, что он положителен за весь период на­ блюдений (1956-2000 гг.), и это также противоречит утверждению о «глобальном потеплении» климата.

Можно привести целый ряд и других доказательств отсутствия в Арктических регионах планеты сколько-нибудь заметных прояв­ лений «глобального потепления».

Исследования других авторов также подтверждают отсутствие заметных проявлений «глобального потепления» как в приземной температуре и ледовитости в Полярных районах, так и в изменени­ ях осадков и стока рек, которые должны были бы увеличиваться. Так, например, исследования элементов пресноводного баланса мо­ рей Сибирского шельфа и их изменчивости показали, что приток пресных вод в шельфовую зону Сибири и вынос их в Арктический бассейн сокращались, а не увеличивались. Одновременно происхо­ дило осолонение в поверхностном слое вод Арктического бассейна, что также противоречит утверждению о «глобальном потеплении».

Конечно, нельзя игнорировать наблюдавшиеся в отдельных об­ ластях земного шара эффекты и явления, такие, как увеличение среднегодовой температуры воздуха, уменьшение ледникового щи­ та в южной части Гренландии, сокращение ледяного покрова в за­ падном районе Арктики, интенсификации ледяного стока в районе ледника Ларсена в западной Антарктиде и др. Эти явления действи­ тельно имеют место, и их возникновение требует научного объяс­ нения. Это, безусловно, является актуальной проблемой. Однако, как показали исследования во всем мире, эти явления не имеют гло­ бального масштаба, и более того, наряду с эффектами, подтвер­ ждающими наличие потепления, наблюдаются и явления, обратные по знаку (понижение температуры в отдельных районах Арктики и почти повсеместное в Антарктиде, рост ледовитости в восточном районе Арктики и т.д.), что ни в коем случае не подтверждает гло­ бальность наблюдаемого потепления.

233

Большинство выводов о глобальном потеплении и катастрофи­ ческих его последствиях делается на основе модельных расчетов. Сейчас существует около 30 моделей общей циркуляции атмосфе­ ры, которые и используются для прогноза климата. Однако в этой связи хочется вслед за К.Я. Кондратьевым привести слова извест­

ного американского специалиста В.Грея, который отметил, что «глобальные модели не способны ни прогнозировать, ни даже вос­ производить годовой ход температуры, ввиду очень большой слож­ ности климатической системы. Модели превосходны, когда речь идет о расчетах на срок до 5-10 суток, но результаты численного моделирования климата?оказываются не адекватными из-за слиш­ ком большой сложности климатической системы».

Хорошей иллюстрацией этому служит приведенный в Третьем итоговом докладе МГЭИК вывод о том, что «прогнозы, рассчитан­ ные на основе сценариев выбросов, ... в соответствии с целым ря­ дом моделей изменения климата свидетельствуют о повышении средней температуры поверхности Земли в глобальном масштабе в пределах от 1,4 до 5,8 °С в период с 1990 по 2100 г.». Пределы от 1,4 до 5,8° - такова на сегодня мера неопределенности моделей, по рас­ четам которых и прогнозируется «глобальное потепление». Но моде­ ли настроены на изменение только одного параметра - углекислого газа - и не могут привести ни к какому другому результату.

Палеоклиматология, которая исследует колебания климата во временных масштабах от тысяч до миллионов лет, и исторические письменные источники последних двух тысяч лет свидетельствуют о том, что климат в различных регионах Земли и в целом на Земле никогда не оставался постоянным. Изменения климата были очень значительны и были обусловлены естественными причинами, свя­ занными с развитием и эволюцией Земли, астрономическими, гео­ физическими факторами, процессами взаимодействия океана и ат­ мосферы и другими причинами, никак не связанными с деятельно­ стью человека.

В настоящее время имеются убедительные доказательства су­ ществования в изменениях атмосферной циркуляции циклов в 2-4 года, 6 - 8 , 10-12, 20, 50-60 лет и более длинных, обусловленных

указанными выше факторами. Поэтому рост или падение темпера­ туры воздуха в течение 10-20 и даже 30 лет на достаточно больших

234

территориях в средних и высоких широтах, находящихся под влия­ нием западного переноса воздушных масс, не дают оснований трак­ товать это явление в качестве глобального изменения и использо­ вать его для прогноза будущего состояния климата планеты. Про­ гноз климата, по нашему мнению, должен разрабатываться с уче­ том естественных климатообразующих факторов (в современных моделях это делается с их далеко не полным набором) и реальной оценки антропогенного воздействия.

Многие из наблюдаемых аномальных явлений в погоде на Зем­ ле действительно могут быть связаны с деятельностью человека, но совсем другого рода. Например, вырубка лесов и осушение болот - одна из основных причин катастрофических наводнений. С этим, а также с деградацией почв, опустыниванием, распашкой больших площадей под производство сельскохозяйственных культур может быть связано и повышение температуры воздуха в отдельных круп­ ных регионах.

Основная глобальная экологическая проблема, стоящая перед человечеством, - это сохранение биоты Земли. Если мы не будем ее уничтожать, вырубая леса, уничтожая болота, загрязняя водоемы, моря и шельфовые зоны океанов, уничтожая почвенный покров Земли, то биота сама поможет нам решить многие из проблем, ко­ торые мы создали, в том числе и проблему выбросов в атмосферу Земли больших количеств углекислого газа.

8.2. Проблема сохранения озонового слоя на Земле

Озоновый слой, образовавшийся в атмосфере Земли около 400 млн. лет тому назад сыграл решающую роль в эволюции био­ сферы, поскольку позволил жизни выйти на сушу, защитив ее от воздействия жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Максимальная концентрация озона сосредоточена в стратосфе­ ре на высотах 15 - 30 км (Рис. 8.5). Его масса невелика и при нор­ мальном атмосферном давлении весь атмосферный озон образовал бы слой всего 3 мм толщиной. В полярных областях Земли озоно­ вый слой толще и ближе расположен к поверхности земли, чем на экваторе.

235

О, MKt/M3 400 В

Рис. 8.5. Вертикальное строение атмосферы (по Г. Делленбергу, 1997).

Молекула озона состоит из трех атомов кислорода ( О з ) . Обра­

зование озона связано с фотохимическим разложением молекуляр­ ного кислорода (0 2) под действием коротковолнового ультрафиоле­

тового излучения Солнца с длинами волн менее 242 нм:

0 2 — > 0 + 0 .

Далее, образовавшиеся атомы кислорода с помощью какоголибо вещества М (наиболее часто - азота), уносящего энергию и остающегося неизменным, вступают в соединение с молекулярным кислородом и дают молекулу озона:

О + М + Ог —*Оз + М.

Поскольку в атмосфере Земли полностью преобладает кисло­ род, понятно, что существуют процессы реконвертирующие боль­ шую часть Оз снова в О2 :

X + Оз -* ХО + 0 2,

Оз —►О + О2 ,

О + ХО -> X + о 2.

Здесь X и ХО - это атомы и молекулы, катализирующие пре­ вращение озона в кислород. В обычных условиях такими катализа­ торами являются оксиды азота (N 0 и N 02).

236

В последнее время накоплены данные по общему содержанию озона (ОСО) за несколько последних десятилетий. В результате этих наблюдений было установлено, что толщина озонового слоя отличается значительной изменчивостью как во времени, так и по пространству. Был замечен и глобальный спад ОСО в последние десятилетия XX столетия. Наконец, были зарегистрированы перио­ дическое возникновение «озоновой дыры» в Антарктике рис. 8 . 6 и

кратковременные, заметные спады ОСО в высоких широтах Север­ ного полушария. В «озоновых дырах», обычно наблюдающихся весной Южного полушария, содержание озона падает часто на 40 % относительно среднего содержания. А это в свою очередь должно приводить к увеличению ультрафиолетовой радиации, достигаю­ щей земной поверхности, приблизительно в десять раз.

Рис. 8.6. Распределение концентрации озона в атмосфере над Антарктидой в «нормальных» условиях (в августе) и при развитой «озоновой дыре» (по Г.Н. Голубеву, 1999).

Эти факты очень насторожили человечество. Спад ОСО поро­ ждает усиление биологически активной ультрафиолетовой радиа­ ции, что обусловливает различные воздействия на экосистемы и человека. Данных о том, как влияют изменения ультрафиолетовой

237

радиации на экосистемы в естественных условиях, очень мало. Больше данных, полученных в опытах. Но известно, что, как прави­ ло, в полевых условиях чувствительность растений к изменениям ультрафиолетовой радиации оказывается более слабой.

Внастоящее время установлено, что при росте интенсивности ультрафиолетовой радиации происходит уменьшение биомассы и ослабление процессов фотосинтеза. При этом обнаружено, что уси­ ление ультрафиолетовой радиации наиболее заметно угнетает раз­ витие сосны. Установлено также, что растения, развивающиеся в условиях дефицита влаги, реагируют на усиление ультрафиолето­ вой радиации слабее, чем хорошо обеспеченные влагой. Такой же эффект наблюдается и при дефиците фосфора. Обнаружено разру­ шительное воздействие усиления ультрафиолетовой радиации на первичную продуктивность в Антарктике, при этом нарушается ре­ зистентность фитопланктона.

Вцелом установлено подавление фотосинтетической деятель­ ности на планете за последние 15 лет и уменьшение первичной про­ дукции. Однако, насколько последнее связано именно с увеличени­ ем ультрафиолетовой радиации, далеко не ясно.

Усиление ультрафиолетовой радиации может приводить не только к подавлению фотосинтетической активности, но и к интен­ сификации разложения неживого органического вещества. Данные наблюдений свидетельствуют, что усиление ультрафиолетовой ра­ диации благоприятствует распаду водных гумусовых веществ, а это, в свою очередь, влияет на динамику круговорота биогенов.

Учеловека с воздействием жесткой ультрафиолетовой радиа­ ции связаны различные формы рака кожи, болезни глаз, нарушения

иммунной системы.

В настоящее время одной из основных задач в области экологии является необходимость изучения влияния изменений в интенсивно­ сти ультрафиолетовой радиации на целостные экосистемы (экосисте­ мы суши, водные экосистемы, биохимические круговороты).

Какие факторы влияют на столь заметные колебания концентра­ ции озона в озоносфере Земли? Прежде всего, необходимо обратить внимание на естественные факторы. Первое - это колебания солнеч­ ной радиации, связанные с изменениями солнечной активности, из­ менениями расстояния Земли от Солнца вследствие движения по ор­

238

бите и вращения всей солнечной системы вокруг общего центра тя­ жести. Второе - это влияние на процессы, происходящие в озоновом слое, атмосферной циркуляции. Строгой оценки роли влияния этих факторов на ОСО нет до настоящего времени, но вполне возможно, что их роль в изменчивости ОСО может бьггь определяющей.

Тем не менее еще в середине 70-х годов прошлого столетия американскими геохимиками Ш. Роуландом и М. Молина было вы­ сказано предположение, что возрастающее производство и приме­ нение хлорфторуглеродов, ранее не существовавших в естествен­ ной природе, может привести к деградации озонового слоя. Семей­ ство хлорфтор(бром)углеродов насчитывает достаточно большое число синтезированных веществ, ряд из которых нашел применение как хладоносители (фреоны - CFC11, CFC12, CHC1F2 и др.) в холо­ дильниках и кондиционерах, а также в производстве аэрозолей. Их достаточно широкое распространение связано с их малой химиче­ ской активностью.

Что же послужило основой думать, что да, именно фреоны яв­ ляются причиной деградации озонового слоя и образования «озоно­ вых дыр»? В 1987 г., во время проведения самолетного эксперимен­ та по изучению озонового слоя в Антарктике, было обнаружено на­ личие высокой концентрации моноксида хлора (СЮ) как раз в об­ ласти озонового слоя. Тогда же был зафиксирован и очень сильный и продолжительный спад содержания озона в атмосфере Антаркти­ ды в весенний период.

Хлорфторуглероды чрезвычайно устойчивы в тропосфере. Од­ нако на высоте около 25 км под влиянием ультрафиолетового излу­ чения происходит их разрушение с выделением атомов хлора (С1) и молекул моноксида хлора (СЮ), которые являются более сильными катализаторами разрушения молекул озона, чем оксиды азота:,

С1 + 0 3 -*• СЮ + 0 2,

СЮ + О -* С1 + о 2.

При этом процессе один атом хлора может разрушить громад­ ное число молекул озона.

После проведенного эксперимента и были сделаны выводы об ожидаемом в будущем дальнейшем сокращении озонового слоя, ми­ нимум содержания которого должен наблюдаться в начале XXI в.

239

Было также принято решение Мировым сообществом (Монреальский договор 1988 г.) о прекращении использования фреонов в холодиль­ ной промышленности полностью во всем мире к 2 0 2 0 г., а в странах

ЕС уже к 2010 г. Восстановление озонового слоя прогнозировалось только на середину XXI в., поскольку, как уже указывалось, хлорфторуглероды химически малоактивны и их предыдущее накопление за многие годы будет сказываться достаточно долго.

Однако прогноз во многом не оправдался. Уже к концу 90-х годов практически произошло в среднем восстановление озонового слоя, хотя и наблюдались колебания в его концентрации год от го­ да. Это заставило многих ученых усомниться в том, что именно фреоны были главной причиной колебаний толщины озонового слоя как в Антарктике, так и в Северном полушарии. Есть основа­ ния полагать, что естественные причины колебаний содержания озона в атмосфере Земли могут играть более существенную роль по сравнению с антропогенным воздействием.

Взаключение следует отметить, что глобальная экологическая проблема, связанная с сохранением озонового слоя на Земле, оста­ ется. Необходимы дальнейшие исследования причин обусловли­ вающих заметные колебания толщины озонового слоя и реальной оценки роли антропогенного фактора в формировании этих колеба­ ний. Пока однозначного ответа на эти вопросы у нас нет.

8.3.Проблема кислотных осадков

Вестественных условиях атмосферные осадки нейтральны или имеют слабую кислую реакцию. Обычно дождевая вода имеет pH, равный 5,6. Данные исследований ледников Гренландии свидетель­ ствуют, что 150 000-200 000 лет назад pH осадков находился в пре­ делах 6,0-7, 6 . Однако в последние 100 лет осадки стали значитель­

но более кислыми. Точные измерения доли антропогенных кислот­ ных загрязнений атмосферы стали проводиться только с середины XX столетия. В 60-70 -е годы во многих странах Европы и США на­ блюдались осадки, pH которых обычно была ниже 5,0 и часто дости­ гала значений 4,0, 3,0 и менее. Так в ФРГ среднее значение pH осад­ ков в 1980 г. составило 3,97. В Баварии фиксировались дожди с pH

3,5. В Шотландии и других районах Великобритании в 1973-1974 гг. наблюдались осадки с pH = 2,4 (pH уксуса). На западном побережье

240