Мгту им. Н.Э.Баумана
Факультет Робототехники и комплексной автоматизации
Кафедра системы автоматизированного проектирования
Реферат на тему: «Палеоклиматические изменения на Земле и их связь с различными причинами».
Реферат выполнил
Студент группы РК6-11
Бутаков Александр Сергеевич
Москва, 2008
Оглавление
МГТУ им. Н.Э.Баумана 2
Факультет Робототехники и комплексной автоматизации 2
Введение 4
1. Палеоклиматические изменения в Сибири 6
2. Прогноз деградации вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8 °С. 13
Заключение 18
Список литературы 19
Введение
Климатическая система Земли охватывает атмосферу, океан, сушу, криосферу (лед и снег) и биосферу. Эта комплексная система описывается рядом параметров, часть из них очевидна: температура, атмосферные осадки, влажность воздуха и почв, состояние снежного и ледового покрова, уровень моря. Также климатическая система описывается и более сложными характеристиками: динамикой крупномасштабной циркуляции атмосферы и океана, частотой и силой экстремальных метеорологических явлений, границами среды обитания растений и животных. Часто при малой изменчивости “простых” параметров происходят значительные изменения “сложных”, что в основном и означает изменение климата.
Глобальные климатические, биологические, геологические и химические процессы и природные экосистемы тесно связаны между собой. Изменения в одном из процессов могут сказаться на других, причем вторичные эффекты могут по силе превосходить первичные. Позитивные для жизни человека изменения в одной из сфер могут перекрываться вызванными ими вторичными изменениями, пагубными для жизни людей, животных и растений. Газы и аэрозольные частицы, которые человечество выбрасывает в атмосферу с начала промышленной революции, изменяют не только состав атмосферы, но и энергетический баланс. Это, в свою очередь, влияет на взаимодействие между атмосферой и океаном – главный генератор экстремальных погодных явлений. Океан занимает большую часть планеты и именно течения и циркуляция вод определяют климат многих густонаселенных регионов мира. Потенциально очень опасно изменение циркуляции океанских вод, например, Гольфстрима, под действием глобального изменения климата.
Целью данной работы является изучение палеоклиматических изменений с районе Сибири.
Задачи:
1. Рассмотреть палеоклиматические изменения в Сибири,
2. Изучить прогноз деградации вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8 °С.
1. Палеоклиматические изменения в Сибири
Глобальное потепление это постепенное таяние вечной мерзлоты под воздействием происходящего потепления климата. Для страны, на 60% площади которой распространена вечная мерзлота, это очень важный фактор, влияющий на ее связность.
Современное потепление объясняется ростом парникового эффекта, который можно описать следующим образом:
1) падающее солнечное излучение (основная энергия которого сосредоточена в видимом диапазоне длин волн) частично отражается атмосферой, частично пропускается к поверхности Земли (после частичного рассеяния и поглощения атмосферой);
2) дошедшее до поверхности Земли солнечное излучение частично сразу отражается, частично поглощается и нагревает ее;
3) далее эта энергия переизлучается земной поверхностью обратно в космос в более длинноволновом, инфракрасном диапазоне (так как температура поверхности Земли много меньше температур, на которой излучает Солнце, что определяется расстоянием между ними);
4) но в этом диапазоне длин волн излучение значительно поглощается парниковыми газами атмосферы (в видимом диапазоне они практически не поглощают);
5) в дальнейшем молекулы парниковых газов переизлучают поступившую энергию по всем направлениям, и половина инфракрасного излучения возвращается обратно к поверхности Земли, дополнительно нагревая ее;
6) в ходе этих процессов происходит и нагрев атмосферы, ее нижних слоев.
По существующим прогнозам МГЭИК, основанным на моделировании изменений климата под воздействием антропогенного роста содержания парниковых газов в атмосфере, к концу нынешнего столетия средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,4 до 5,8°С, по сравнению с 1990 г.1 (не стоит забывать что к этому моменту она уже увеличилась приблизительно на 0,6°С (плюс-минус 0,2°С) по сравнению с прошлым веком). Однако к прогнозам этим подходить надо довольно осторожно – современное моделирование климатических изменений имеет существенные недостатки. Прежде всего, довольно часто это недостаточность и невысокая точность исходных данных. Так, например, если говорить только о парниковых газах, то потоки некоторых из них в атмосферу в результате сжигания горючих полезных ископаемых известны с точностью до процентов, а вот обмен ими между атмосферой и другими природными резервуарами известен существенно хуже. Большие сложности вызывает и само моделирование. В связи с огромной сложностью климато-экологической системы, чрезвычайно трудно осуществить качественное моделирование с учетом всей ее сложности, всех значимых обратных связей (что, кстати, часто игнорируется).
В случае повышения средней температуры поверхности Земли на несколько градусов, температура в высоких широтах растет существенно сильнее, в то время как в низких – медленнее. Это известно благодаря палеоклиматическим данным, и подтверждается современными наблюдениями. Так, в наиболее теплые эпохи за последние полмиллиарда лет (т.е. на протяжении фанерозоя), средняя температура поверхности Земли была выше современной (около +15 °С) приблизительно на 10-15 °С. А разность температур на экваторе и на полюсе в это время уменьшалась даже до 20 °С и менее2, что значительно меньше современного значения (почти в два раза).
Уменьшение градиента температур между экватором и полюсом в результате общего потепления объясняется существенным изменением меридионального теплопереноса в гидросфере и атмосфере. Важным фактором является и исчезновение ледяного покрова в теплые эпохи. Ледяной покров способствует охлаждению как общепланетарного климата, но в еще большей степени местного, и уменьшение ледяного покрова снижает его охлаждающее влияние. Охлаждение общепланетарного климата современным оледенением Арктики и Антарктики только лишь за счет отражения солнечного излучения составляет около 2 °С3. Кроме того, лед на поверхности океана препятствует теплообмену между относительно теплыми сейчас водами океана и более холодными приповерхностными слоями атмосферы. Также над наиболее крупными оледенениями планеты практически не работает парниковый эффект от водяного пара – самого главного на сегодняшний день парникового газа.
Таким образом, изменение температуры в высоких широтах в результате потепления, оказывается существенно выше, чем среднее изменение по планете. Так, ближе к концу мелового периода, среднегодовые температуры на палеоширотах 65-82oс.ш. составляли 7-13°С, при небольших сезонных колебаниях, что сходно с современным термическим режимом Крыма4, а на экваторе в то же время температура отличалась от современной незначительно (на пару-тройку градусов). Даже относительно небольшое глобальное потепление первой половины ХХ века (по сравнению с концом ХIХ века) – около 0,6°С, вызванное, вероятно, прежде всего снижением вулканической активности и уменьшением потока в атмосферу сульфатного аэрозоля (отражающего солнечное излучение), привело к увеличению зимних температур в районе Гренландии и на Шпицбергене на 5-9оС (летние температуры менялись существенно меньше) и повышению температуры мерзлой толщи на 1,5-2°С5. Произошло тогда и уменьшение площади морских льдов на 10%6. В дальнейшем, после восстановления обычной вулканической активности в 40-х годах, произошло снижение температуры, не достигнув, однако своего первоначального значения.
В настоящее время, анализ температурных изменений на территории Сибири за 1955-1990 гг. показывает уверенную тенденцию к потеплению, со скоростью от 0,2°С/10 лет до 0,5°С/10 лет в зависимости от территории7 (наиболее быстрые изменения на – севере Западной Сибири и в Якутии). Более поздние данные MГЭИК за период 1974-2000 гг. дают тренды потепления в северных широтах местами до 0,8-1,0°С/10 лет8. Вообще же потепление нижних слоев атмосферы в Северной Америке и в Европе последние десятилетия идут со скоростью 0,3°С/10 лет и 0,4°С/10 лет соответственно, а в районе экватора менее 0,1°С/10 лет. Уменьшение площади морского оледенения Арктики в 90-х годах по сравнению с 50-ми уже составило 10-15%, кроме того, ледяной покров стал значительно тоньше (на 40%), причем всего лишь за последнее десятилетие. В последние годы вновь отмечаются значительные зимние положительные аномалии (от 6°С до 9°С) в Арктике, в частности в районе Шпицбергена. Особо стоит отметить значительные летние положительные аномалии последних лет – так в Сибири в июле и августе 2001 года они достигали 2-5 °С9, причем эта ситуация характерна не только для этого года, но и вообще для последних лет. Летние положительные аномалии важны тем, что благодаря именно им происходит оттаивание многолетней мерзлоты и переход ее в однолетнюю. В частности, если затрагивать морское оледенение, то согласно расчетам Будыко, при положительной аномалии летних температур в Центральной Арктике около 4°С в течении 4 лет, большая часть многолетних льдов Северного Ледовитого океана превратилась бы в однолетние.10
Существует ряд работ, дающих прогноз изменений в вечной мерзлоте на территории Сибири на протяжении нынешнего столетия, которые мы разберем ниже.
Умеренный прогноз деградации вечной мерзлоты в первой половине нынешнего столетия.
А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис11 исходят из прогноза повышения среднегодовой температуры воздуха на севере России к 2020 году на 0,9-1,5°С и к 2050 году на 2,5-3°С, основываясь при этом на анализе нынешних трендов температур по данным метеонаблюдений и их экстраполяции на будущее. Температуры поверхности пород в Сибири, по прогнозам этих авторов, могут местами подняться максимум на 1,4°С к 2020 г. и 2,3°С к 2050 г. Вместе с тем, до 2020 года глубина сезонного протаивания увеличится незначительно, на пару дециметров в песках, а в глинах и торфах и того меньше. К 2020 году повсеместно протаивать будет только мерзлота Западно-Сибирской низменности, где в настоящее время встречаются только острова многолетней мерзлоты, приуроченные к торфяникам. После их оттаивания граница вечной мерзлоты отступит приблизительно на 300 км, а в местах таяния мезрлых торфяников будут происходить значительные просадки поверхности, но в связи с небольшой распространенностью вечномерзлых торфянников, серьезного ущерба человеческой деятельности не произойдет. Однако ситуация значительно усугубится в следующих десятилетиях.
Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты к 2020 и 2050 гг. по А. В.Павлову, Г.Ф.Гравису12
На карте, составленной вышеупомянутыми авторами, к 2050 году таяние вечной мерзлоты затронет уже обширные пространства (выделено темно-серым цветом). В эту область входят две подзоны – с полным протаиванием существующих ныне островов и небольших массивов многолетней мерзлоты, современная температура которых не ниже -1°С, и локальным протаиванием более холодных пород (современная температура которых лежит в пределах от -1°С до -5°С). Глубина сезонного протаивания к этому времени увеличится на 15-33%. В целом, с учетом областей полного и локального протаивания, сдвиг границы вечной мерзлоты для европейской части России составит 50-200 км, Западной Сибири – 800 км и Восточной Сибири – 1500 км. Разрушение вечномерзлых пород будет усиливаться осадками, которые по мнению авторов, возрастут на 10-15% к 2050 году.
Стоит отметить, что прогнозируемые в данной работе13 повышения температуры в Сибири к 2020 и 2050 годам (0,9-1,5°С и 2,5-3°С соответственно) довольно малы и с учетом зависимости роста температуры от широты соответствуют нижней области оценок потепления в последних прогнозах МГЭИК14 – рост общепланетарной температуры по этим прогнозам за периоды 1990-2025гг. и 1990-2050гг. составит 0,4-1,1°С и 0,8-2,6°С соответственно. Если привести палеоклиматическую аналогию, то потепление общепланетарной температуры на 2°С должно вызвать потепление в высоких широтах приблизительно на 4°С, как это было во время рисс-вюрмского межледниковья около 125 тыс. лет назад. При этом в Сибирской Арктике потепление может достигнуть 6°С и даже выше – на Таймыре, к примеру, во время этого межледниковья температура была выше нынешней на 8-10°С, что, кстати, проявилось в интенсивной деградации мерзлоты там15. В последних модельных расчетах МГЭИК в некоторых сценария прогнозируется повышение среднегодовой температуры к периоду последних 30 лет нынешнего столетия на широтах 60-80° с.ш. на 8-10 °С.16
Так что, для прогнозов деградации вечной мерзлоты на основе верхней области оценок возможного потепления к 2050 году можно привлечь работу Э.Д.Ершова17, в которой исследуется вопрос разрушения вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8°С. Хотя реальная картина деградации вечной мерзлоты и будет несколько отличаться от расчетов – в используемом в работе сценарии потепления предполагается что данное повышение температуры будет достигнуто в Сибири только к концу нынешнего века (стоит учесть, что эта работа была написана в 1990 году).