–океаны сглаживают внутригодовые и многолетние колебания температуры;

– океаны запасают и растворяют углекислый газ;

–сток пресных вод в океан изменяет солевой состав и цирку- ляцию океана.

Все перечисленные воздействия океана на климат группируют- ся в два основные вида: тепловое и химическое. Очевидно, что теп- ловое воздействие океана на климат является определяющим. Но также большое значение имеет и обмен газами: кислородом, угле- кислым газом, азотом и др. Растворенным кислородом насыщена вся толща воды Мирового океана, кроме глубоководных слоев внутрима- териковых морей, например Черного. Всего в Мировом океане рас- творено 7480 млрд т кислорода. За год океан вбирает из атмосферы 54,85 млрд т, а выделяет 61,35 млрд т. Следовательно, в атмосферу ежегодно приходит из океана 6,5 млрд т кислорода, в основном в тро- пических широтах. Кроме того, в океане растворено углекислого газа в 6 раз больше, чем в атмосфере, откуда он приходит. Наибольшая кон- центрация углекислого газа – в высоких широтах и в придонных гори- зонтах холодных вод, где он лучше

панцирей. Скелетные остатки зоопланктона образуют преиму- щественно твердые известняковые отложения, наиболее распростра- ненные в экваториально-тропических широтах. Именно этот процесс потребления и выпадения карбонатов на дно поддерживает динами- ческое равновесие углекислоты в системе «океан – атмосфера».

В результате можно сделать вывод, что циркуляция океана, движимая ветром и плотностными контрастами, обусловленными градиентами солености и температуры (термоклинная циркуляция), много более медленная, чем атмосферная, является источником естественной климатической изменчивости долгопериодных мас- штабов в десятки и сотни лет.

Следующая значимая для изменения климата подсистема – это криосфера, которая является сферой льда и холода и представляет собой прерывистую оболочку Земли неправильной формы в обла- сти теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосфе-

–территории с неустойчивым снежным покровом в Западной и Центральной Европе, Средней Азии, в южной части США;

–территории с отсутствием снежного покрова (Африка, Юж- ная Америка, юг Азии, Австралия за исключением горных областей;

–снежный покров на постоянных и сезонных морских льдах (в Арктике и около Антарктиды).

Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой темпе- ратурой, при которой вода, содержащаяся в парообразном, свобод- ном или химически и физически связанном с другими компонен- тами виде, может существовать в твердой фазе (лед, снег, иней и другие). Температура 0 °C определяет равновесие между химически чистыми льдом и водой. В естественных условиях различные при- меси и растворенные вещества, а также поверхностные силы и дав- ление понижают точку замерзания воды, в результате чего в грани- цы криолитозоны попадает и жидкая фаза воды во временно или устойчиво охлажденном ниже 0 °C состоянии: соленые морские и подземные воды, не замерзшие связанные воды, высоконапорные пресные воды под ледниковыми покровами, переохлажденные кап- ли воды в облаках и туманах. Криолитозона включает также безвод- ные толщи горных пород и

путями могут создаваться условия для конденсации воды, а тем самым и сформирования ее твердой фазы.

Из всего объема воды, имеющейся на планете, на криосферу при- ходится всего около 2 %, но ее роль в формировании климата Земли и его изменениях очень велика. Криосфера прежде всего

теплооборота Земли расходуется на фа- зовые превращения льда. Если сравнить, то влажные экваториальные джунгли, знойные пустыни, поля, плантации и сады, растительные и животные сообщества, Мировой океан – вся природа Земли требует тепла всего вдвое больше, чем уходит его на таяние снега и льда или выделяется при замерзании воды. Теплота кристаллизации, которая высвобождается при формировании атмосферного льда, и теплота таяния, которая поглощается при падении льда к поверхности Земли и его переносе в более низкие широты, – это мощнейшие факторы пе- рераспределения тепла на Земле. Стоит добавить, что затраты тепла на ежегодное таяние накопленного за год снега и льда

достигают при- близительно 0,2 % всего потока солнечной

На земном шаре действует колоссальная природная маши- на, главные части которой – атмосфера, океан, суша и оледене- ние. Взаимодействие отдельных частей этой машины формирует климат Земли и оледенение, а также вызывает их колебания [6]. Энергетическими источниками работы служат изменения солнеч- ной радиации на внешней границе атмосферы, корпускулярные и метеорные потоки из околоземного космического пространства, тектонические движения земной коры, выбросы продуктов вулка- нической деятельности. Если посмотреть на работу этой «машины» в масштабе времени 10–100 тыс. лет, то видно, что вся планетарная система находится в термическом неравновесии. Она испытывает крупные автоколебания с большой инерцией, чему способствуют океан и материковые ледники. Увидеть такие длительные колебания

можно по следам прошлых оледенений, среди которых различаются наземное, подземное и морское оледенения, характерные для Земли на протяжении многих тысячелетий.

В результате благодаря своим главным свойствам – высокой отражающей способности (альбедо) солнечной радиации, низкой теплопроводности, большой тепловой инерции, движению глубоко- водной океанической циркуляции – криосфера способствует авто- колебаниям климата с периодами в десятки и сотни тысяч лет и фор- мирует циклы оледенений на планете. В свою очередь, изменения объема ледниковых щитов являются потенциальным источником долгопериодных колебаний уровня моря.

Еще одной важной для климатической системы составной ча- стью является литосфера, или твердая оболочка Земли, которая вклю- чает в себя земную кору и часть верхней мантии. Толщина литосферы на суше в среднем колеблется от 35–40 км (на равнинных участках) до 70 км (в горных районах). Под древними горами толщина земной коры еще больше: например, под Гималаями мощность ее достигает 90 км. Земная кора под океанами

– это тоже литосфера. Здесь она са- мая тонкая – в среднем около 7– 10 км, а в некоторых районах Тихого океана – до 5 км. Толщину земной коры можно определить по ско- рости распространения сейсмических волн. Последние также дают некоторые сведения о свойствах мантии, расположенной под земной корой и входящей в

верхней мантии молодой Земли. Ее формирование про- должается и сейчас, главным образом на дне океанов.

Большую часть литосферы составляют кристаллические веще-

ства, которые образовались при охлаждении магмы –

вещества в глубинах Земли. По мере остывания магмы образовыва- лись горячие растворы. Проходя по трещинам в земной коре, они охлаждались и выделяли содержащиеся в них вещества. Так как не- которые минералы при изменении температуры и давления распа- даются, на поверхности они преобразовывались в новые вещества. Литосфера подвержена воздействию воздушной и водной оболочек Земли (атмосферы и гидросферы), что выражается в процессах вы- ветривания.

Физическое выветривание – это механический процесс, в ре- зультате которого порода размельчается до частиц меньшего размера, не меняя химического состава. Химическое выветривание приводит к образованию новых веществ. На скорость выветривания влияет и биосфера, а также рельеф суши и климат, состав воды и другие факто- ры. В результате выветривания образовались рыхлые континенталь- ные отложения, мощность которых составляет: от 10– 20 см – на крутых склонах до десятков метров – на равнинах и сотен метров – во впади- нах. На этих отложениях образовались почвы, играющие важнейшую роль во взаимодействии живых организмов с земной корой.

Именно почвы и шероховатость поверхности являются теми основными факторами, которые влияют на климат и его изменения. Почва с имеющейся на ней растительностью контролирует возвра- щение солнечной энергии и влаги в атмосферу разными способами.

Так, длинноволновое (инфракрасное) излучение от нагретой

В результате литосфера влияет на все три основные климати- ческие свойства: на поглощение и отражение солнечной радиации, на регулирование влагооборота атмосферы и на регулирование га- зового состава и режима атмосферы.

Пятой составной частью климатической системы, а по значи- мости для биологической жизни и первостепенной, является биос- фера – оболочка Земли, заселенная живыми организмами и преоб- разованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем

3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться пер-

литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосфе- ру. Верхняя граница биосферы в атмосфере находится на высоте 25–30 км и определяется озоновым слоем, задерживающим корот- коволновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов. Нижняя граница биосферы в литосфере находится на глубине 1,5–10 км и определяется температурой перехода воды в пар (+100 °С) и температурой денатурации белков, однако в ос- новном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами. Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере проходит на глубине 10–11 км и определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.

Биосфера представляет собой совокупность всех живых ор- ганизмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, живот- ных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосфе- ры, и его деятельность превосходит многие природные процессы. Совокупность всего живого на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом. Живое вещество, или биомасса, – это вся сово- купность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-хи- мически едина, вне зависимости от их систематической принадлеж- ности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4–3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной

миллионной части всей биосферы (около 3·1018 т), которая в свою очередь представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Биомасса на суше на 99,2 % представлена растениями и на 0,8 % животными и микроорганизмами. В океане отношение обратное: растений – 6,3 % от общего объема биомассы, а животных и микро- организмов – 93,7 %. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13 % биомассы живых организмов. Но биомасса животных и ми- кроорганизмов – это одна «из самых могущественных геохимиче- ских сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли.

Живые организмы населяют земную поверхность очень нерав- номерно. Их распространение зависит от географической широты. Кроме живого вещества биосфера содержит и биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяже- нии органической эволюции живые организмы тысячекратно пропу- стили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмос- феры, весь объем мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно предста- вить себе по месторождениям угля, нефти,

карбонатных пород и т. д. Живое вещество перемещает огромные

газов. Это постоянное перемещение веществ называется биогеохи- мическим круговоротом. Наиболее активно в биохимические круго- вороты вовлекаются кислород, углерод (и их соединение – углекис- лый газ), азот, фосфор, сера, вода. Биогеохимические круговороты действуют очень активно: живое вещество пропускает через себя всю воду Земли за 2 млн лет, весь кислород атмосферы за 2 тыс. лет, а атмосферный углекислый газ – за 300 лет.

Влияние биосферы на изменение климата зависит от основных свойств биоты: это прежде всего поглощение и выброс парниковых газов и влияние на углеродный цикл; отдельно можно выделить процесс фотосинтеза и накопление углерода из углекислого газа морскими и наземными растениями и в основном лесами; летучие органические соединения (VOC) изменяют химический и аэрозоль- ный состав атмосферы; биомасса играет существенную роль в ба- лансе тепла и влаги.

В результате можно сделать вывод, что биосфера влияет как на температурно-влажностные характеристики климата, так, в боль- шей степени, и на изменение химического состава атмосферы, что с учетом обратных связей существенно влияет на те же термические показатели климата [12].

Еще одна важная особенность биосферы заключается в том, что она содержит информацию о климатах прошлого, так как обратное влияние климата на биосферу проявляется в свойствах ископаемых минералов, животных, растений (пыльце), годовых кольцах деревь- ев и других индикаторах. Поэтому биосфера является естественным накопителем информации о климатах прошлого.

Различные характеристики отдельных подсистем климатиче- ской системы, такие как площадь, характерный вертикальный мас- штаб, плотность субстанции, общая масса, удельная и полная те- плоемкости, коэффициенты вертикальной турбулентной диффузии тепла или скорость переноса тепла, приведены в табл. 3.2. Из со- поставления данных табл. 3.2 следует, что самая большая площадь, вертикальный масштаб и скорость переноса тепла – у атмосферы, но зато небольшая масса и теплоемкость; у океана самая большая масса, удельная и полная теплоемкость; у криосферы и деятельного слоя суши самая низкая скорость передачи тепла и теплоемкость. Таким образом, можно сделать вывод, что каждая из подсистем кли- матической системы имеет свои факторы, которые и определяют естественную динамику климата, а биосфера в лице человека и его деятельности уже формирует и антропогенную

составляющую кли- матических изменений [5, 10].