Рис. 5.14, б. Отклонения температур в Северном полушарии после извержений всех вулканов (слева) и только после извержения Пинатубо (справа)

регулярной сетки с шагом 5° по широте и 15° по долготе за пе- риод 1899–1978 гг. Выбраны следующие фоновые периоды перед извержениями: 1899–1901, 1909–1911, 1960–1962 и 1972–1974 гг. и следующие периоды после извержений для оценки их влияния: 1903–1904, 1913–1914, 1964–1966, 1952–1976 гг., а также сами извержения: апрель 1902 г. – Мон-Пеле, июнь 1912 г. – Катмай, март 1963 г. – Агунг и октябрь 1974 г. – Фуэто. Анализ (табл. 5.5) пока- зал, что для всех сезонов характерно повышение давления после вулканических извержений в субтропических широтах (20– 40°). В высоких широтах (60–70°) зимой и весной давление после извер- жений понижается, а летом и осенью повышается, наиболее за- метные изменения давления характерны для зимнего и весеннего сезонов. Дополнительное понижение давления в высоких широтах и повышение в субтропических усиливает градиент давления суб- тропики – полюс и, как следствие, рост зональных типов циркуля- ции. Усиление зональной циркуляции, особенно зимой, приводит к выносу теплого и влажного воздуха с океана, что приводит к фор- мированию теплых зим после извержений. Летом и осенью измене- ние давления незначительно.

Втабл. 5.6 приведены среднеширотные разности давления до

ипосле вулканических извержений также по сезонам. Из анализа данных табл. 5.5 и 5.6 можно сделать следующие общие выводы по изменению давления и циркуляции атмосферы после извер- жений:

–зимой и весной усиливается зональная циркуляция;

–происходит ослабление муссонной циркуляции, что приво- дит зимой к затокам теплого воздуха в Европу и западные районы США, а летом – к ослаблению зональной циркуляции;

–исландский и алеутский минимумы зимой усиливаются и смещаются на юго-восток;

–сибирский центр действия ослаблен, что должно приводить к теплым зимам в Сибири.

В связи с тем, что количество потенциальных ядер конденса- ции в атмосфере после вулканических извержений увеличивается, то это должно влиять на увеличение осадков. Анализ среднеши- ротных разностей сумм осадков (табл. 5.7) показал, что для всех сезонов года характерно увеличение осадков в высоких широтах. Зимой и весной в средних и низких широтах происходит уменьше- ние осадков. Летом осадков выпадает больше практически во всех широтных зонах, а осенью их количество уменьшается лишь в зоне 25–35° с. ш.

как главного фактора изменения уровня воды в море. Период по- тепления в центральных районах Англии приходится на X–XII вв., а похолодания – на XIV–XVIII вв. В XIV–XV вв. было потепление в русской Арктике, и на этот период приходится низкая вулкани- ческая деятельность. Три последних вековых потепления, разде- ленные интервалами около 100 лет (1730–1740 гг., 1840–1860 гг. и 1930–1940 гг.), подтверждаются палеотемпературами Гренландии и уменьшением количества льдов у Исландии. Аналогичные поте- пления 1530–1540 и 1650–1660 гг. приходятся также на годы повы- шенной прозрачности атмосферы.

5.4. Влияние на климат природных катастроф

Наша планета существует уже 4,5 млрд лет. За этот огромный ин- тервал времени на ее поверхности постоянно происходили сложные физико-химические процессы, возникла жизнь, сформировалась ат- мосфера, содержащая кислород, развились сложно организованные животные и растения. Все эти изменения происходили очень медлен- но, растягиваясь на сотни миллионов лет. Но на фоне постепенных (эволюционных) процессов случались и явления катастрофического характера, вызванные силами, таившимися в глубинах Земли или действовавшими из космоса. Игнорировать сам факт существования и роль таких событий в истории Земли было бы в наше время вели- чайшей ошибкой. Следы катастроф тем труднее установить, чем они древнее. С течением времени «залечиваются» раны на теле Земли, появившиеся в результате гигантских землетрясений, стираются сле- ды упавших метеоритов. Поэтому большинство катастроф в истории Земли, в частности гибель Атлантиды, остаются гипотетическими. О том, что в истории человечества уже была, по крайней мере, одна великая катастрофа, повествуют легенды и мифы чуть ли не всех живущих на Земле народов [6]. Одна из таких упоминаемых в разных частях света катастроф – это всемирный потоп, которому есть не только описание в Библии, но и подтверждение археологи- ческими факторами. Так, в горах Курдистана есть пещера Шанидар, расположенная на высоте 750 м над уровнем моря. Ее культурные слои имеют возраст около 100 000 лет. Они последовательно сме- няют друг друга до рубежа 10 000 лет до н.э., но на этом уровне следы людей исчезают – вместо культурных слоев появляются мор- ские отложения, перемешанные с камнями. Еще одним примером катастроф является известная

точка древнеиндейского лунно-солнечного календаря, состоящего из циклов по 2850 лет, приходится на 11 652 г. до н.э. Календарь майя состоял из циклов по 2760 лет каждый. Если откладывать ци- клы в прошлое, приходим к дате 11 653 г. до н.э., то есть дате, кото- рая у многих народов связана с началом нашей цивилизации.

Примером современной возможной катастрофы является раз- работанная климатологами математическая модель так называемой ядерной зимы – возможных последствий ядерного конфликта. В со- ответствии с этой моделью ядерный конфликт приведет не к ло- кальному похолоданию и мраку под пологом отдельных облаков, а к глобальной ядерной ночи, «ядерной зиме», которая продлится около года. Расчеты по модели показали, что Землю окутает тьма. Сотни миллионов тонн грунта, поднятого в атмосферу, дымы кон- тинентальных пожаров, зола и сажа горящих городов и лесов сде- лают наше небо непроницаемым для солнечного света. В результате произойдет резкое похолодание, а в дальнейшем полная перестрой- ка атмосферной циркуляции. Примерно через полгода произойдут мощнейшие наводнения континентальных масштабов.

В истории Земли было по крайней мере три большие катастро- фы [14]. Первая произошла примерно 3,9 млрд лет назад на рубе- же катархея и архея и привела к возникновению жизни. Вторая ка- тастрофа была 251,2 млн лет назад (± 3,4 млн). Третья произошла 65 млн лет назад на рубеже мела и палеогена. В каждую из этих катастроф исчезло от 75 до 90 % всех существовавших видов жи- вотных и растений.

Согласно наиболее разработанной в наше время гипотезе акаде- мика А.И. Опарина, выдвинутой впервые в 1924 г., жизнь возникла в определенный момент эволюции Земли как планеты. Гипотеза ака- демика А.И. Опарина, как и большинство других, предполагает дли- тельное эволюционное развитие органического вещества, прежде чем оно приобрело особенности живой материи. Существует и иная гипотеза, которая связывает возникновение жизни на Земле с гигант- ской катастрофой. Эта гипотеза принадлежит одному из величайших ученых современности – Владимиру Ивановичу Вернадскому.

Согласно гипотезе В.И. Вернадского, жизнь на Земле могла за- родиться лишь при соблюдении следующих основных условий [3].

1. При образовании биосферы на земной коре происходили физико-химические явления и процессы, которые сейчас в ней от- сутствуют, но которые были необходимы для самопроизвольного возникновения жизни. Однако к ним не могут относиться обычные

физические, химические и геохимические процессы.

2.Жизнь не могла возникнуть и длительно существовать как один какой-либо вид организмов, из которого в дальнейшем обыч- ным эволюционным путем появились все остальные. Имеющиеся данные о постоянстве биогеохимических функций живого веще- ства в биосфере заставляют предполагать одновременное или почти одновременное образование группы простейших одноклеточных организмов. Эти простейшие организмы могли выполнять различ- ные биогеохимические функции и сформировали биосферу. Из них впоследствии путем эволюции возникли все остальные организмы, существовавшие в дальнейшем только в пределах биосферы.

3.В соответствии с выводами, сделанными Пастером, и прин- ципом Кюри этот необычный процесс, не укладывающийся в рам- ки обычных физико-химических явлений, должен обладать правой диссимметрией.

Последние данные палеонтологии указывают на необычайную древность зарождения жизни – более 3 млрд лет назад. Следова- тельно, время возникновения жизни и окончания формирования Земли как планеты (4,5–3,5 млрд лет) примерно совпадает.

Вторая катастрофа, как следует по геологическим данным, обу- словлена космическим воздействием, связанным со столкновением с Землей кометы или астероида. Немецкий ученый О. Шиндевольф считает, что катастрофическое вымирание значительных групп ор- ганизмов произошло в конце пермского периода (230–250 млн лет назад). В то время исчезло около 24 групп (отрядов) различных представителей фауны, и в дальнейшем на протяжении 10 млн лет имело место значительное ее обеднение. Последствия этой ката- строфы могли быть следующими:

–.существенное похолодание и аридизация климата; –.существование бескислородных условий; –.угасание жизни, вымирание растений и животных в тече-

ние менее 1 млн лет или даже за более короткий период от 10 до 150 тыс. лет;

–. вулканизм, кислотные дожди, подъем ровня моря. Причиной третьей катастрофы могло быть также столкновение

с астероидом или вспышка вулканизма. При этом еще больше измени- лись фауна и флора, и вымирание охватило не только морские группы, но и господствовавшую группу наземных четвероногих – динозавров. Вот уже в течение многих десятков лет исследователи самых разных специальностей – геологи, палеонтологи, биологи, астроно- мы – ищут причины гибели

назад. Вымирание ряда групп животных по времени приходится на ларамийскую органическую фазу, совпавшую с обширной регрес- сией моря, что должно было чрезвычайно сильно изменить рельеф поверхности земной коры. Академик А.П. Павлов считал, что две великие эпохи вымирания живых организмов (одна в конце палео- зойской эры – 200 млн лет назад и другая в конце мезозойской эры 70–80 млн лет назад) хронологически соответствуют двум

следующем:

–значительное похолодание в течение последующих 1000 лет, затем резкое потепление (по данным А.Б. Вейнмара, температу- ра Мангышлакского моря сначала упала на 4 °С, затем возросла на 7 °С);

–значительное уменьшение кислорода, сокращение и даже прекращение фотосинтеза;

–избирательное вымирание теплолюбивых форм беспозво- ночных и растений в течение 50–100 тыс. лет;

–массовый выброс вулканического пепла и аэрозолей, кислот- ные дожди, опускание суши.

В итоге общий сценарий природных катастроф аналогичен сце- нарию «ядерной зимы» и включает последовательность следующих событий.

1)При столкновении астероида с Землей (или ядерного кон- фликта, вспышки вулканизма и т.п.) происходит выброс в атмосфе- ру обломков и пыли горных пород, переносимых затем воздушными течениями.

2)Выделившаяся энергия приводит к возгоранию, к образо- ванию разломов земной коры и верхней мантии, землетрясениям, вулканизму, извержениям лавы и пожарам, задымлению атмосферы и насыщению ее водяными парами и углекислым газом.

3)Через некоторое время облака из пыли, вулканического пеп- ла, сажи обволакивают всю Землю и закрывают ее от солнечных лу- чей. Густой мрак может продолжаться несколько тысяч или десятков тысяч лет, что приведет к вымиранию растительности и

животных.

4)Наступает резкое похолодание (понижение температуры в

отдельных районах до –100 °С) и вымирание организмов, не спо-

5)Значительный подъем уровня моря за счет продолжитель- ных осадков и гигантские цунами.

6)Продолжительные кислотные дожди, насыщающие кислота- ми реки, озера, поверхностный слой морей делают водную среду непригодной для жизни.

Литература

1.Вегенер А. Возникновение материков и океанов. – М.: ГИЗ, 1925. – 145 с.

2.Вегенер А. Происхождение материков и океанов / пер. с нем. П.Г. Каминского; под ред. П.Н. Кропоткина. – Л.: Наука, 1984. – 285 с.

3.Вернадский В.И. Об условиях возникновения жизни на Земле // Изв. АН СССР.

1931. № 5. – С. 643.

4.Влодавец В.И. Вулканы Земли. – М.: Наука, 1973. – 168 с.

5.Кокорин А.О. Изменение климата: обзор Пятого оценочного доклада МГЭИК.

–М., 2015.

6.Всемирный фонд дикой природы (WWF). – 2014. – 80 с.

7.Кокс А., Харт Р. Тектоника плит. – М.: Мир, 1989. – 427 с.

8.Кондратьев К.Я., Никольский Г.А. Вариации солнечной постоянной по аэро- статным исследованиям в 1962–1968 гг. // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмос- феры и океана. Т. 6. № 3. – С. 227–237.

9.Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ясаманов Н.А. Историческая геология: учебник.

–М.: Изд-во «Академия», 2006.

10.Лобковский Л.И., Никишин А.М., Хаин В.Е. Современные проблемы геотекто- ники и геодинамики. – М.: Научный мир, 2004. – 612 c.

11.Логинов В.Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и след- ствия. – Минск: «ТетраСистемс», 2008. – 495 с.

12.Монин А.С. Краткий очерк истории Земли. – Л.: Наука, 1970. – 44 с.

13.Новая глобальная тектоника (тектоника плит). – М.: Мир, 1974. – 471 с.

14.Резанов И.А. Великие катастрофы в истории Земли. – М.: Наука, 1984. – 176 с., ил. – (Сер. «Человек и окружающая среда»).

15.Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – 506 с.

16.Тугаринов А.И., Воиткевич Г.В. Докембрийская геохронология материков. – М.: Недра, 1968. – 432 с.

17.Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. – М.: Научный Мир, 2003.

18.Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. – М: МГУ, 2006.

–582 с.

19.Foster J.H. Paleoclimate, Paleomagnetism and eccentricity of the Earth orbit. Geophys. Res. Lett. 1977, Vol. 4, № 7, p. 267–270.

20.Schneider K. Die Vulkanischen Erscheinugen der Erde. – Berlin, 1911.

Лекция 6. Влияние химического состава атмосферы на динамику климата

6.1. Газовый состав атмосферы

Основные химические соединения, формирующие состав ат- мосферы, можно разделить по своему происхождению на есте- ственные и антропогенные, а также, по отношению к атмосфере, на внутренние химические соединения и загрязнители атмосферы, которые поступают в нее извне.

К естественным, или природным, источникам загрязнения от- носятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень загрязнения, который дают природные источники, называ- ется фоновым, и он мало изменяется.

Антропогенные источники загрязнения формируют эмиссию (от лат. еmissio – выпуск) продуктов жизнедеятельности человече- ской цивилизации за счет следующих процессов:

–сжигания горючих ископаемых, сопровождающееся выбро- сом углекислого газа;

–сжигания высокосернистых углей при работе тепловых элек- тростанций с выделением сернистого газа и мазута, образующих кислотные дожди;

–выхлопов турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя;

– производственной деятельности;

–загрязнения взвешенными частицами при измельчении, фа- совке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора;

– выбросов предприятиями различных газов;

–сжигания топлива в факельных печах с образованием моно- оксида углерода;

–сжигания топлива в котлах и двигателях транспортных средств с образованием оксидов азота, вызывающих смог;

– вентиляционных выбросов через шахтные стволы.

–вентиляционных выбросов с чрезмерной концентрацией озо- на из помещений с установками высоких энергий (ускорителей, уль- трафиолетовых источников и атомных реакторов).