Антропогенное влияние на климат Земли
Климат (от греческого klima, родительный падеж — klimatos) – буквально наклон, подразумевается наклон земной к солнечным лучам. В современном понимании климат — это многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под многолетним режимом поверхности подразумевается совокупность всех условий погоды в данной местности за значительный период времени (несколько десятков лет) и типичная внутригодовая смена этих условий. К середине 20-го века понятие климата, относившееся раньше к условиям земной поверхности, было распространено и на высокие слои атмосферы, а в число климатических показателей вошли параметры элементов теплового баланса Земли: солнечная радиация, радиационный баланс и т.д. Климат стал характеризоваться как статистический ансамбль состояний, проходимых климатической системой: океан – суша – атмосфера за периоды времени в несколько десятилетий. С этой точки зрения, теория изменения климата является статистической динамикой климатической системы.
Причины изменения глобального климата
1. Изменения интенсивности солнечной радиации, вызванные орбитальным движением Земли. По идее самый главный вклад в формирование климата должен вносить радиационный баланс Земли. Астрономическая теория циклических изменений климата была создана известным югославским астрономом Миланковичем [15] в двадцатых годах ХХ века. Основная причина, влияющая на долговременные колебания климата по теории Миланковича, — это изменение эксцентриситета орбиты Земли вокруг Солнца и прецессия оси вращения Земли. Его теория дала возможность вычислить времена ледниковых периодов прошлого. И геологические возрасты предыдущих оледенений, в общем, совпадают с расчетами Миланковича.
2. Изменения в циркуляции мирового океана. В глубинах океана накопилась огромная отрицательная тепловая энергия. Отрицательная потому, что средняя температура океана 3,5 o С, а земной поверхности 15 o С. Поэтому всякое усиление перемешивания глубинных вод океана с поверхностными приводит к похолоданию климата. Этот эффект может проявляться как в кратковременном масштабе десятков и сотен лет, так и на временном интервале сотен тысяч и миллионов лет. (Изменение в циркуляции океанов, вызванное континентальным смещением (дрейфом) материков согласно известной теории Вегенера [16]). Кроме того, в масштабах тысячелетий океаны контролируют химический состав атмосферы и, следовательно, радиационное равновесие всей климатической системы.
3. Кратковременные вариации (в шкале десятков и сотен лет) в солнечной энергетической освещенности, которые коррелируют с вариациями солнечной активности. Этот фактор до последнего времени не достаточно учитывался при разработке климатических моделей.
4. Влияние человеческой деятельности или антропогенный фактор.
5. Наконец, целый ряд исследований, выполненных в последние годы, позволяет предположить, что могут существовать некоторые, пока еще неясные циклические процессы в системе космос (взаимодействие Солнца и планет) — гидросфера — атмосфера.
Главная проблема, которая в настоящее время вызывает наибольший интерес и тревогу у мировой общественности, — это антропогенное влияние на климат.
Антропогенное воздействие на изменение климата.
Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).
Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.
Сжигание топлива.
Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в атмосфере возросла с
280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2040 годами.
Аэрозоли.
Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.
Цементная промышленность.
Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO3) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 5 % выбросов СО2 индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора). При затворении цемента то же количество СО2 поглощается из атмосферы при протекании обратной реакции СаО + СО2 = СаСО3. Поэтому производство и потребление цемента изменяет только локальные концентрации СО2 в атмосфере, не изменяя среднее значение.
Землепользование.
Существенное влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.
Согласно исследованию 2007 года Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.
Скотоводство.
Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.
Этот показатель был пересмотрен в 2009 году двумя учёными из Worldwatch Institute: они оценили вклад животноводства в выбросы парниковых газов в 51 % общемирового.
Взаимодействие факторов.
Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м2.
Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м2. Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.
В масштабе нескольких столетий на 2005 год по сравнению с 1750 годом имеется комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м2. Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 град С. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С<
Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 4148 ; Мы поможем в написании вашей работы!
3.1.6. Антропогенные изменения климата и их причины
Последствиями антропогенного воздействия на атмосферу являются изменения климата, которые имеют разные масштабы. Обычно различают глобальные изменения и региональные изменения. Следует отметить, что изменения климата чаще всего протекают под действием не одного, а целого ряда факторов, среди которых может быть какой-то основной.
В качестве основных причин современных изменений климата признаются парниковый эффект и истончение озонового слоя.
Озоновый слой, как отмечалось выше, поглощая ультрафиолетовое излучение Солнца, повышает температуру в стратосфере и мезосфере на высотах 20–50 км и понижает температуру в приземном слое. Процесс убыли озона в атмосфере неизбежно вызывает обратные следствия — снижение температуры в стратосфере и повышение температуры приземного слоя тропосферы, то есть усиление парникового эффекта. Таким образом, убыль озона нарушает равновесие в этих слоях атмосферы, что отражается на циркуляции и теплообмене атмосферы, вызывает усиление климатических аномалий, проявлений стихийных бедствий.
Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет в океане продуцирование фитопланктоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Это может вызвать долговременные изменения глобального климата, что уже проявляется в участившихся засухах.
К числу глобальных изменений климатаследует отнести широкоеразвитие потепленияначиная с середины XIX века. В Западной Европе к 1920 г. средняя десятилетняя температура зимы выросла на 2,5°. К середине XX века среднегодовая температура по сравнению с концом XIX века повысилась на Новой Земле почти на 2°, в Гренландии — более чем на 3°, а на Шпицбергене, на севере Азии и Северной Америки — более чем на 2°. В результате потепления в Исландии освободились ото льда пахотные земли, которые возделывались 600 лет назад, но с тех пор были скрыты под ледниковым покровом. На Шпицбергене, в Гренландии, на Аляске обнаружено резкое отступание ледников. Резко уменьшилась ледовитость полярных морей. Существует двоякое объяснение современного потепления:
с одной стороны — за счёт антропогенного увеличения содержания углекислого газа в тропосфере («парниковый эффект»);
с другой стороны — за счёт сочетания 11- и 80-летнего циклов солнечной активности.
Представляется, что развитие антропогенного парникового эффекта является в современном потеплении ведущим фактором, поскольку скорость роста концентрации СО2в воздухе в палеогене и неогене была в десятки тысяч раз меньше. Изменение содержания СО2и некоторых других парниковых газов за исторический период показано нарис.12. А на фоне этого антропогенного потепления просматривается чередование относительно тёплых (70-е годы XIX века, 20-е — 40-е годы и с 70-х годов XX века) и относительно холодных (50-е — 60-е годы XX века) периодов.
Рис. 12. Динамика концентрации в атмосфере углекислого газа (А) в частях на миллион, метана (Б) и двуокиси азота (В) в частях на миллиард
Влияние на климат оказывает также антропогенное освоение космоса. Уже после первых стартов космических аппаратов челночного типа («Шаттл») чётко фиксировались:
выпадение радиоактивных осадков (неясного происхождения) в виде кислотного тумана и водяной пыли вблизи мест старта;
возникновение плазменных пузырей в ионосфере за счёт выхлопов двигателей управления на орбитах;
интенсивное образование соляной кислоты и резкое увеличение аэрозолей различного состава.
Так была начата регистрация локальных последствий стартов космических аппаратов. Но потребовались годы и сотни стартов, чтобы выявить и обосновать их влияние на климат. Уже в 1990 г. стала ясной громадная роль ракетной техники не только во влиянии на климат в областях старта, но и в генерации метеоаномалий и метеокатастроф крупнейших масштабов в местах, далеко отстоящих от космодромов. В послестартовый период до 10 дней (в зависимости от качества геофизической среды и геомагнитной обстановки) происходили дожди зимой, а снегопады летом. Запуск «Шаттла» генерирует в Северной Атлантике и бассейне Карибского моря свыше двух дополнительных циклонов, причём наиболее разрушительных. Пуск «Шаттла» во Флориде с недельной постоянной времени сказывается метеокатастрофами в Закавказье. Смешение сезонов из-за роста макротурбулентности атмосферы, нарушающей естественные процессы в ней, — внезапные метеокатастрофы, ракетная весна среди зимы, ракетная осень среди лета, ракетная затяжка весны, ракетное усиление зимних холодов и летней суши — всё это создаётся для нас искусственно и без нашей на то воли. Эти климатические аномалии наблюдались в 1995 году: потепление, ливни и наводнения в ряде стран Западной Европы в феврале; небывало ранняя весна в Европейской России и отчасти в Сибири — в марте.
Массовое гашение стратосферного озона на один пуск «Шаттла» приводит к резкому возрастанию температурных градиентов атмосферы и поощряет скорости ураганов. Атмосферные аномалии и метеокатастрофы, охватывающие громадные регионы планеты, свидетельствуют о полном сломе сезонных процессов в атмосфере. Введённый академиком К.Я.Кондратьевым термин «климатический хаос» — интегральный отклик на техногенные нарушения многих природных процессов.
Существует угроза изменения климата в связи с метанизацией атмосферы. Настораживает наблюдающийся рост поступления в атмосферу метана за счёт взрывных процессов в газогидратных панцирях. Газогидратные залежи (гидраты углеводородных газов) — это твёрдые молекулярные соединения газов и воды, в которых молекулы газа при определённых давлении и температуре заполняют структурные ячейки кристаллической решётки воды с помощью прочной водородной связи. Природные газы образуют крупные скопления в гидратном состоянии — газогидратные залежи (ГГЗ), являющиеся основным видом накопления и сохранения метана. Основные ГГЗ располагаются в местах сочленения арктического и антарктического шельфов с материками. Ледовая разгрузка создаёт условия для взрывов ГГЗ и образования высоконапорных газовых струй, достигающих стратосферы.
При этом возможно гашение озона:
Возникает возможность «автоподогрева»; больше метана — становится теплее, становится теплее — поступает больше метана. Такая метанизация атмосферы может привести к шоковому повышению температуры с соответствующим подъёмом уровня Мирового океана.
Процесс метанизации атмосферы нарастает не только за счёт взрывов ГГЗ, но также заметного увеличения биогенного метана. Помимо природного поступления метана в атмосферу в количестве 850 мгт/год, его антропогенный привнос (при добыче угля, нефти и газа, при химических производствах) достигает 210 мгт/год, то есть техногенный приток составляет 24,7% от его суммарной ежегодной дозы. Как природные, так и антропогенные источники метанизации атмосферы имеют тенденцию к расширению. В арктическом регионе за 1974–85 гг. зарегистрировано более 200 высоконапорных метановых струй. Мощные выбросы на высоту 13–20 км были также в 1986, 1992 гг. и позже. Если подобные выбросы станут систематическими, то, наряду с возрастанием озоновой неустойчивости в Арктике и Антарктике, следует ожидать резкого потепления.
Сейчас есть основания утверждать, что идёт расформирование ледовых щитов Арктики и Антарктики. Последний разгружается по механизму всплывания суперайсбергов. А разгрузка льдов арктических происходит в связи с общим утончением ледового покрова Ледовитого океана и более интенсивным таянием окраинных ледовых полей.
Полярные шапки каждой зимой не добирают 3–4°мороза, что приводит к изменению реологических (rheos — греч.: течение, поток) свойств льда: появляется более высокая его текучесть, растрескивание и т.д. Таяние полярных льдов вызывает громадные притоки пресной воды в мировой океан. С этим связан процесс затормаживания Гольфстрима, который начался довольно давно.
Идёт и общее потепление, которое уже никем не опровергается. Оно всё нарастает и приводит к интенсивному испарению экваториальных вод. При этом в зоне экватора вода становится более солёной и погружается в глубины. Пресные воды из полярных областей более легки. В результате в районе Гольфстрима ожидается процесс попятного движения холодных вод Арктики, которые будут охлаждать территории приэкваториальных широт. Таким образом, в северном полушарии уже формируется процесс обратного течения Гольфстрима. На эту возможность указывают и многопараметрические математические модели.
Климатологи, гидрологи Европы пристально изучают конкретные признаки попятного течения Гольфстрима. Для них не удивительно, что и в Западной Европе, и в Восточной Канаде и в США нарастают количество снега и сила морозов, каждую зиму здесь регистрируются всё новые рекорды низких температур.
На фоне глобальных изменений климата происходяттакже местные, илирегиональные, антропогенныеизменения.
Тепловые антропогенные выбросы повышают температуру воздуха над крупными городами, такой же эффект производят охладительные устройства тепловых и атомных электростанций. Тепловые выбросы оказывают косвенное воздействие на радиационный баланс подстилающей поверхности, способствуют образованию туманов, облаков, ливневых осадков, гроз, стабилизируют высотные инверсии, стимулируют выпадение моросящих осадков.
Климат над орошаемым оазисом в пустыне отличается от климата окружающей местности большей влажностью воздуха и меньшим альбедо (15% против 24–30% в пустыне). В оазисе больше энергии уходит на испарение, в результате воздух над оазисом прогревается слабее, уменьшается контраст дневных и ночных температур.
Интенсивные вырубки лесов в некоторых районах Земли привели к эрозии и дефляции, исчезновению почвы и превращению зелёных массивов в пустыню. Отсутствие растительности в засушливых местах способствует подъёму в атмосферу больших масс пыли, поглощающих значительную часть солнечной энергии. Климат опустыниваемых районов становится суше, с большими колебаниями температур, с более резкими ветрами.
Загрязнение поверхности океана громадными нефтяными пятнами уменьшает испарение с этих мест на 60%. Воздух, соприкасаясь с прогретой нефтяной плёнкой, становится более горячим, уменьшается его насыщенность водяными парами, меньше попадает влаги с загрязнённого океана на материки. Соседство нефтяных пятен и чистых участков водной поверхности способствует увеличению разницы температур воздуха над ними, усилению ветров, возникновению грозовых облаков, а в межтропических широтах — зарождению циклонов.