Полная версия

Главная arrow Экология arrow Науки о Земле

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

КЛИМАТ КАК РЕСУРС И ЕГО ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

Населенность по природным зонам России и СНГ. Плотность населения по природным зонам России и СНГ (чел/км-): арктические пустыни - 0; тундры - 2,2; лесотундры - 2,8; тайга - 4,4; смешанные леса - 62,4; лесостепи - 52,6; степи - 16,1; пустыни и полупустыни-3; сухие субтропики - 33,3; влажные субтропики - 100; горные ландшафты - 8,8. Средняя - 12,1.

Глобальное изменение климата - научная и политическая проблема. Внутреннее нагревание приземных слоев атмосферы -парниковый эффект - объясняется следующим образом. Излучение Солнца, дошедшее до поверхности Земли, содержит в большинстве своем фотоны видимого диапазона длин волн. Максимум лучеиспускания приходится на длину волны А.тах - 0,55 мкм. Молекулы углекислого газа, имеющиеся в атмосфере, не взаимодействуют с солнечными лучами. Лучи Солнца нагревают поверхность Земли, и она, как всякое нагретое тело, становится источником излучения. Обратное излучение Земли - инфракрасное. Максимум лучеиспускания лежит в области примерно 10 мкм. Инфракрасное излучение поглощается молекулами углекислого газа. В результате температура вблизи поверхности Земли повышается. Это увеличивает ее лучеиспускательную способность. Процесс нагревания приземных слоев воздуха происходит до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между количеством тепла, получаемого Землей, и ее тепловыми потоками. Но это равновесие возможно лишь при условии некоторого повышения средней глобальной температуры вблизи поверхности Земли -парникового эффекта.

С увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере растет вероятность поглощения обратного излучения Земли. Следовательно, температура вблизи земной поверхности зависит от содержания углекислого газа в атмосфере. Парниковый эффект наблюдается на всех планетах, имеющих атмосферу. Атмосфера Венеры на 97 % состоит из углекислого газа, и ее температура вблизи поверхности планеты около 480 °С.

На свойства атмосферы помимо углекислого газа большое влияние оказывают еще два микрокомпонента. Это озон и водяной пар. Даже следы этих газов интенсивно поглощают инфракрасное излучение Земли и влияют на температуру атмосферы. В свою очередь от температуры атмосферы зависит величина удержания в ней водяного пара. Неограниченным источником пара является Мировой океан.

Повышение содержания углекислого газа на Земле сопровождается ростом средней глобальной температуры. Это не гипотеза, а экспериментальный факт. Отечественным ученым в 1985 г. путем изотопного анализа кислорода (О16, О17, О18), содержащегося в буровых кернах Антарктиды, удалось проследить средние температуры на Земле за последние 150 тыс. лет. Оказалось, что концентрация углекислого газа в атмосфере всегда менялась в ритме колебаний средних глобальных температур: во время ледниковых периодов его содержание каждый раз опускалось до минимума, с началом потеплений оно возрастало.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли прямо связана с производственной деятельностью человека. Систематические наблюдения за содержанием ССЬ в атмосфере были начаты в 1958 г., названном Международным геофизическим годом. Вскоре выяснилось, что количество углекислого газа почти одновременно повышается на метеорологических станциях, удаленных друг от друга на громадные расстояния. Специалисты подсчитали, что с 1800 г. в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выброшено около 280 млрд т СОг. Основными источниками углекислого газа являются энергетические установки, работающие на химическом топливе (электростанции, двигатели внутреннего сгорания и др.). В настоящее время за счет хозяйственной деятельности человека в атмосферу выделяется ежегодно 6 млрд т углекислого газа (0,8 % от полного содержания углекислого газа в атмосфере) и каждый год это количество возрастает на 120-180 млн т (на 2-5 %). Часть из этого количества ССЬ выводится из атмосферы за счет фотосинтеза:

6С02 + 6Н20 + Ьм -> С6Н|20б + 602,

где - энергия фотона, к - постоянная Планка, V - частота излучения, которое необходимо для активирования реакции.

Главным поглотителем углекислого газа является океан, 2 млн т СОг в год расходуется на обеспечение жизнедеятельности фитопланктона. Однако она находится под угрозой. Ежегодно в Мировой океан попадает около 10 млн т нефти и нефтепродуктов при промывке танкеров, за счет разлива нефти при нефтедобыче на шельфе и в открытом море, а также по другим причинам. Нефть и нефтепродукты губят все живое в море.

Растительность планеты поглощает (с помощью фотосинтеза) значительно меньше углекислого газа, чем океан, но здесь перспективы также неутешительные. Ежегодно в тропиках выкорчевывают и сжигают леса на площади 100 тыс. км". Около 50 % тропических лесов, существовавших 30 лет назад в Азии и Южной Америке (сельва реки Амазонки), превратились в дым, внеся свой вклад в содержание углекислого газа в атмосфере.

Чтобы предотвратить глобальное потепление на Земле за счет парникового эффекта и неизбежное потепление климата планеты, необходимо осуществить разработку и внедрение альтернативных источников энергии: ядерной, солнечной в традиционных ее вариантах; солнечной, транспортируемой из космоса; энергии ветра и морских приливов; тепловой энергии океана и земных недр, а также удобных для эксплуатации энергоносителей: водорода, накопителей электрической энергии, использующих высокотемпературную сверхпроводимость.

Однако проблема парникового эффекта этим не исчерпывается. В настоящее время ученые с помощью зондов обнаружили в верхних слоях атмосферы вещества антропогенного происхождения - малые примеси, влияние которых на парниковый эффект ранее сильно недооценивали: это оксиды азота, большое количество которых попадает в воздух в результате повсеместного использования удобрений или же двигателей реактивных самолетов, работающих на керосине; галоге-нуглеводороды - фреоны, используемые в пульверизаторах; частички брома, которые имеются в огнетушителях; метан и др. Предполагают, что малые примеси могут внести такой же вклад в потепление на Земле, как и СОг. По более осторожным прогнозам ученых, эффект потепления усилится на 30-60 %.

Специалисты почти не сомневаются, что средняя температура на Земле в ближайшем будущем повысится до опасных пределов.

К 2025 г. оно составит 2-3 °С, к 2050 г. - 3-5 °С. Много это или мало? Известно, что средняя температура на Земле, составляющая сейчас +14 °С, на протяжении многих тысячелетий оставалась исключительно стабильной. За последние 100 лет рост ее не превышал 0,7 °С. С другой стороны, самые незначительные колебания средней температуры на Земле коренным образом изменяли климат на планете. 700 тыс. лет назад в одном из межледниковых периодов (в то время было теплее, чем сейчас, всего на 2-2,5 °С) климат в Европе был таким же, как в настоящее время в Африке. На территории южной Англии в то время обитали слоны, бегемоты, львы. Кости этих животных были обнаружены во время земляных работ в районе Трафальгарской площади.

Ожидаемое повышение средней температуры воздуха на поверхности Земли на 3-5 °С к 2050 г. в течение всего нескольких десятилетий - явление небывалое. Так сильно и за такой короткий промежуток времени атмосфера никогда еще не разогревалась за всю историю климата. Такая ситуация может привести к таянию арктических и антарктических льдов и повышению уровня Мирового океана. Масса воды на Земле, связанной в виде льд^а, огромна. Объем ледников только одной Антарктиды равен 24 км , их толщина местами достигает 4 км. При полном таянии льда Арктики и Антарктики уровень Мирового океана повысится на 70-80 м. Наступит всеобщая климатическая катастрофа. По меньшей мере 1,5 млрд человек (30 % населения Земли), проживающих в настоящее время по берегам океанов и морей, должны будут переселиться в более безопасные места.

С тех пор как заметно ускорится таяние ледяных шапок на обоих полюсах, море поглотит целые страны. Будут затоплены обширные побережья США, Китая, Северной Европы... Небоскребы Нью-Йорка будут возвышаться, как рифы, над морем вдали от побережья. Будут поглощены морем Гамбург и Гонконг, Лондон, Каир, Копенгаген и Рим.

Если этот мрачный прогноз будет осуществляться в течение одного или нескольких столетий, то и в этом случае человечество ожидают трудные времена. Повышение температуры на Земле будет происходить неравномерно: на полюсах - быстрее, чем на экваторе; если в тропиках на 1-2 °С, то вблизи полюсов - на 6-8 °С. При этом в первую очередь разогреются полярные моря, что быстро выведет из устойчивости весь климат Земли. За счет уменьшения температурных различий между теплыми экваториальными и холодными арктическими водами станет другой глобальная система морских течений. Поменяют свои маршруты воздушные потоки. Изменение климата отдельных областей и регионов планеты губительно отразится на производительности сельского хозяйства, режимах рек и т. д., что обострит продовольственную проблему человечества.

Прогнозы поведения экологических систем всегда содержат неопределенность. Быть может, перспективы глобального потепления не столь уж мрачны?

В настоящее время ни один из исследователей не сомневается в последствиях парникового эффекта. Основные дискуссии ведутся вокруг проблемы величины антропогенной составляющей вклада в изменение средней глобальной температуры Земли и возможных изменений климата.

Разрушение слоя озона, пока не учтенное климатическими моделями, может резко стимулировать глобальное потепление, так как ультрафиолетовая часть солнечного излучения при отсутствии озона способна беспрепятственно проникать в нижние слои атмосферы.

Ученые опасаются, что возрастание антропогенной нагрузки на окружающую среду приведет к пересечению невидимой границы устойчивости экологической системы. Это может произойти совершенно неожиданно. Например, океан не является безграничным вместилищем углекислоты, когда-то его возможности иссякнут. Это приведет к скачку парникового потепления планеты, которого, возможно, будет достаточно, чтобы началось непоправимое.

В мае 1990 г. климатологи всего мира в докладе для Межправительственной группы экспертов по проблемам изменения климата, созданной в 1988 г. Генеральной ассамблеей ООН с целью привлечь внимание мировых лидеров к серьезности проблемы глобального изменения климата, сформулировали ее предельно четко. «Мы уверены, - сказали более чем 300 ученых из более чем двадцати стран мира, - что выбросы в атмосферу, вызванные человеческой деятельностью, приводят к существенному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере... Это повышение концентрации увеличивает парниковый эффект, что приводит к дополнительному нагреву земной поверхности...».

Поэтому 49 лауреатов Нобелевской премии обратились в 1990 г. к президенту США с призывом принять меры к «обузданию» выбросов в атмосферу парниковых газов, заявляя, что «глобальное потепление является наиболее серьезной экологической угрозой XXI столетия, и только принимая меры уже сейчас, мы можем быть уверены, что грядущие поколения не столкнутся с этой угрозой». К сожалению, США не ограничили выбросы в атмосферу углекислого газа, нарушая Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата, подписанный представителями нескольких стран 11 декабря 1997 г.

Самая медленная скорость увеличения средней температуры атмосферы Земли - 1 °С всего за 30 лет. Даже в этом случае «мечь неопределенности» имеет два «острых края», а именно: из-за неопределенностей физических или биологических процессов современные модели могут привести к переоценке эффектов будущего потепления климата, или, с такой же вероятностью - к их недооценке». Более того, аналогичные современным изменения климата были и в прошлом. Это утверждение является достоверным на том основании, что такие данные были получены из пробуренной в Антарктиде скважины на всю глубину материкового льда. Лед законсервировал соотношение атмосферных газов на отрезке времени от современного до 160 тысяч лет в глубину веков. Вся информация расшифровывается при химии-ческом анализе включений во льду из керна скважины.

Природа парникового эффекта - увеличение поглощения невидимого инфракрасного (ИК) излучения от Земли в нижнем слое атмосферы. В настоящее время существует острая необходимость сокращения выбросов парниковых газов примерно в следующих значениях (в %): С02 - на 60, СН4 - на 15-20, Ы20 - на 70-80, ХФУ - на 70-85. Но при полном отсутствии С02 температура поверхности Земли была бы примерно на 33 °С ниже, чем в настоящее время. В таких условиях растения не смогут жить, а без их продукции жизнь была бы невозможной. В атмосфере всегда должен быть углекислый газ. В наше «индустриальное» время С02 вносится в атмосферу естественным и искусственным путем (табл. 23).

Таблица 23

Некоторые количественные параметры углерода в климатической системе Земли (в Гт)

Параметры

Количество

углерода

Углерод (С) в атмосфере в 2011 г.

860

Углерод в атмосфере в «доиндустриальную» эпоху

575

Ежегодное поступление в атмосферу углерода от сжигания ископаемого топлива в настоящее время

более 5

Ежегодное поступление углерода от вырубки леса

2

Количество углерода в фитомассе (все растения)

560

Углерод в разведанных месторождениях каменного угля и нефти

4000

Углерод в ископаемом топливе, которое может быть добыто

5000-10 000

Обратные связи и неопределенность в прогнозировании изменения климата. В «климатической системе» Земли в целом в состав факторов, формирующих климат, входят шесть компонентов: атмосфера, океан, криосфера, биосфера, почвы и техносфера. Если современные факторы климатообразования перечислять более конкретно, то можно сформировать примерно такой список.

  • 1. Водяные пары.
  • 2. Лед и снег.
  • 3. Облака.
  • 4. Химия тропосферы.
  • 5. Аэрозольные частицы.
  • 6. Температура воды в Мировом океане.
  • 7. Циркуляция воды в Мировом океане.
  • 8. Ветер и скорости газообмена в океане.
  • 9. Изменения биохимической циркуляции в океане.
  • 10. Накопление диоксида углерода.
  • 11. Эвтрофикация и токсикация.
  • 12. Температура и «дыхание» наземной растительности.
  • 13. Влажность почвы.
  • 14. Распределение растительности.
  • 15. Альбедо.
  • 16. Ультрафиолетовое излучение. Влияние на фитопланктон. Влияние на наземную биоту.
  • 17. Тропические источники метана. Рисовые поля. Болота.
  • 18. Источники метана в высоких широтах. Метан в зоне вечной мерзлоты. Органическое вещество в зоне вечной мерзлоты.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>