Климат на нашей планете постоянно изменяется, и в последнее время скорость этих изменений увеличивается. Глобальная температура растёт, и это оказывает негативное влияние на мир в целом. В этом обзоре «десятка» фактов, которые дадут понимание того, насколько опасны изменения, происходящие на планете.
1. Парниковый эффект
Увеличиваются как в количестве, так и в продолжительности, периоды сильной жары, а также связанные с ними тепловые удары и количество смертельных случаев. Поскольку в городах по всей планете летом начинается парниковый эффект, они особенно уязвимы.
2. Лихорадка денге
Казалось бы, развитые страны уже давно забыли о ряде заболеваний. Но американские ученые начали бить тревогу: жители Соединенных Штатов становятся все более восприимчивыми к лихорадке денге и малярии.
3. Пресная вода
Хотя уровень моря повышается, наличие пресной воды все время уменьшается. Происходит это из-за таяния ледяных полей, а также засухи.
4. Экстремальные погодные условия
Частота возникновения экстремальных погодных условий, как ожидается, будет возрастать с каждым годом. К примеру, тропические штормы будут происходить чаще и будут более разрушительными. Если климат продолжит меняться текущими темпами, к 2050 году значительно сократится количество коралловых рифов в океане.
5. Приземный смог
Теплый застоявшийся воздух в городах увеличивает образование приземного смога. Половина населения развитых стран уже живет в городах, которые не отвечают общепринятым стандартам качества воздуха, а в Китае это уже стало общенациональной бедой.
6. Соглашение Тувалу с Новой Зеландией
Некоторые островные страны уже рассматривают планы эвакуации. К примеру, Тувалу же заключило соглашение с Новой Зеландией относительно переселения в эту страну в случае полного затопления островов Тувалу, которые с каждым годом все более уходят под воду.
7. $ 700 млрд на ветер
Изменение климата очень больно бьет по карману многим странам. К 2030 году мировая экономика, по прогнозам, потеряет $ 700 млрд из-за расходов, связанных с изменением климата.
8. Сезон аллергии
Все дольше длится сезон аллергии. Это оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье органов дыхания людей, страдающих от аллергии (а таких чуть ли не половина населения).
9. Продовольственная проблема
Вскоре могут начаться проблемы с продовольствием. Во-первых, более высокие температуры увеличивают распространение пищевых заболеваний, таких как сальмонеллез. А во-вторых, на производство сельскохозяйственных культур во всем мире сильно влияют засухи. Глобальные урожаи пшеницы и кукурузы уже сокращаются по всему миру.
10. Демография
Экстремальные погодные условия и сокращение сельскохозяйственного производства в развивающихся странах начнут вызывать больше конфликтов и миграций. А открытие морских путей в Арктике из-за отступающего льда может привести к проблемам суверенитета и международным конфликтам. Расширение пустынь и рост уровня моря также приведут к демографическим и политическим проблемам в связи с более высоким уровнем миграции.
11. Флора и фауна
Многие изменения, которые претерпевает планета, необратимы. К примеру, полностью исчезают различные виды флоры и фауны.
12. Арктика
К 2050 году Арктика будет почти полностью свободна ото льда в летний период. Уже сейчас из-за таяния льдов белые медведи не могут охотиться за пищей. Это приводит к их голоданию и сокращению среды обитания,
13. СО2
Уровень кислотности океанской воды растет в связи с повышением уровня угольной кислоты (из-за СО2 в атмосфере). Это будет иметь негативные последствия для многих видов морской флоры и фауны.
14. Поляризация общества
Самыми худшими последствия изменения климата будут для детей, пожилых людей и бедняков, поскольку они не смогут справиться с резкими изменениями в доступности пищи и резкими изменениями условий жизни. Изменение климата, вероятно, поляризует общество на тех, кто будет в состоянии справиться с ним (более богатые страны), а также на тех, кто не сможет этого сделать (бедные страны).
15. Гибель 30% видов растений и животных
МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) опубликовала довольно жуткий прогноз. Если их прогнозы относительно температуры окажутся верными, то к концу XXI века полностью вымрут до 30% видов растений и животных.
Введение
1. Причины изменения климата
2. Понятие и сущность парникового эффекта
3. Глобальное потепление и воздействие на него человека
4. Последствия глобального потепления
5. Меры, необходимые для предотвращения глобального потепления
Заключение
Список литературы
Введение
Мир становится теплее, и человечество в значительной мере ответственно за это, говорят эксперты. Но многие факторы, влияющие на изменение климата, еще не изучены, а другие и вовсе не изучены.
Некоторые засушливые места в Африке за последние 25 лет стали еще более сухими. Редкие озера, приносящие людям воду, высыхают. Усиливаются песчаные ветры. Дожди прекратились там еще в 1970-х. Все более острой становится проблема питьевой воды. Согласно компьютерным моделям такие местности продолжат высушиваться и станут совсем непригодными для жизни.
Добыча угля распространена по всей планете. В атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа (СО 2) при сжигании угля. Так как развивающиеся страны идут по следам своих индустриальных соседей, объем СО 2 удвоится в течение XXI века.
Большинство специалистов, изучая комплексность климатической системы Земли, связывают повышение глобальной температуры и грядущие изменения климата с увеличение уровня СО 2 в атмосферном воздухе.
Жизнь процветает на планете около четырех миллиардов лет. В течение этого времени колебания климата были радикальными, от ледникового периода – длившегося 10 000 лет – до эпохи стремительного потепления. С каждым изменением неопределенное число видов жизненных форм изменялись, развивались и выживали. Другие ослабли или просто вымерли.
Сейчас многие эксперты считают, что человечество подвергает опасности мировую экологическую систему в связи с глобальным потеплением, вызванное так называемым парниковым эффектом. Испарение продуктов цивилизации в форме парниковых газов, таких как диоксид углерода (СО 2), задержали достаточно отраженного от земной поверхности тепла, чтоб средняя температура у поверхности Земли повысилась на пол градуса Цельсия в течение ХХ столетия. Если такое направление современной индустрии сохранится, то климатическая система изменится повсеместно – таяние льдов, повышение уровня Мирового океана, уничтожение растений засухами, превращение местностей в пустыни, перемещение зеленых зон.
Но этого может и не быть. Климат на планете зависит от комбинации многих факторов, взаимодействующих по отдельности друг с другом и в комплексных путях, которые еще не до конца изучены. Возможно, что потепление, наблюдавшееся в течение прошлого столетия, произошло вследствие естественных колебаний, несмотря на то, что его скорости значительно превышали тех, что наблюдались в течение последних десяти веков. Более того, компьютерные симуляции могут быть неточными.
Тем не менее, после долгих лет интенсивного изучения Международная конференция по проблеме изменения климата, спонсируемая Объединенными нациями, ориентировочно заключила, что «многие доказательства свидетельствуют, что влияния человечества на глобальный климат огромны». Объем этих влияний, как замечают специалисты, неизвестно, так как не определен ключевой фактор, включая степень воздействия облаков и океанов на изменение глобальной температуры. Возможно, потребуется десяток лет или больше дополнительного исследования, чтобы исключить эти неопределенности.
Тем временем, многое уже известно. И хотя специфика обстоятельств хозяйственной деятельности человека остаются неясными, наша способность изменять состав атмосферы бесспорна.
Цель данной работы – изучить проблему изменения климата на Земле.
Задачи данной работы:
1. изучить причины изменения климата;
2. рассмотреть понятие и сущность парникового эффекта;
3. дать определение понятию «глобальное потепление» и показать влияние на него человечества;
4. показать последствия ожидающие человечество в результате глобального потепления; 5. рассмотреть меры, необходимые для предотвращения глобального потепления.
1. Причины изменения климата
Что такое глобальное изменение климата и почему его часто называют «глобальным потеплением»?
Нельзя не согласиться с тем, что климат на Земле меняется и это становится глобальной проблемой для всего человечества. Факт глобального изменения климата подтвержден научными наблюдениями и не оспаривается большинством ученых. И все же вокруг этой темы идут постоянные дискуссии. Одни употребляют термин "глобальное потепление" и делают апокалиптические прогнозы. Другие пророчат наступление нового «ледникового периода» - и тоже делают апокалиптические прогнозы. Третьи считают изменения климата естественным, а доказательства обеих сторон о неизбежности катастрофических последствий изменения климата – спорными… Попробуем разобраться….
Какие существуют доказательства изменения климата?
Они всем хорошо известны: повышение среднемировой температуры (более мягкие зимы, более жаркие и засушливые летные месяцы), таяние ледников и повышение уровня мирового океана, а также всё чаще возникающие и всё более разрушительные тайфуны и ураганы, наводнения в Европе и засухи в Австралии. А кое-где, например, в Антарктике, отмечается похолодание.
Если климат менялся и раньше, почему сейчас это стало проблемой?
Действительно, климат нашей планеты меняется постоянно. Всем известно про ледниковые периоды (они бывают малые и большие), при всемирный потоп и пр. Согласно геологическим данным среднемировая температура в разные геологические периоды колебалась от +7 до +27 градусов по Цельсию. Сейчас средняя температура на Земле составляет примерно +15 о С и еще довольно далека от максимума. Так, чем же обеспокоены ученые, главы государств и общественность? Если коротко, обеспокоенность вызывает то, что к естественным причинам изменения климата, которые были всегда, добавляется еще один фактор – антропогенный (результат деятельности человека), влияние которого на изменение климата, по мнению ряда исследователей, становится все сильнее с каждым годом.
Каковы причины изменения климата?
Главной движущей силой климата является Солнце. Например, неравномерное нагревание земной поверхности (сильнее у экватора) является одной из главных причин ветров и океанических течений, а периоды повышенной солнечной активности сопровождаются потеплением и магнитными бурями.
Кроме того на климат влияют изменение орбиты Земли, ее магнитного поля, размеров материков и океанов, извержения вулканов. Все это -естественные причины изменения климата. До недавнего времени они, и только они, определяли изменения климата, в том числе начало и конец долговременных климатических циклов, таких как ледниковые периоды. Солнечной и вулканической активность можно объяснить половину температурных изменений до 1950 года (солнечная активность приводит к повышению температуры, а вулканическая – к снижению).
В последнее время к естественным факторам добавился еще один – антропогенный, т.е. вызванный деятельностью человека. Основным антропогенным воздействием является усиление парникового эффекта, влияние которого на изменение климата в последние два столетия в 8 раз выше влияния изменений солнечной активности.
Введение
Климатические изменения на земле
1 Оледенения
2 Глобальное потепление
Факторы воздействующие на климат
1 Природные факторы и их влияние на изменение климата
1.1 Парниковые газы
1.2 Солнечное излучение
1.3 Изменения орбиты
1.4 Вулканизм
2 Антропогенные факторы
2.1 Сжигание топлива
2.2 Аэрозоли
2.3 Скотоводство
Положительные и отрицательные последствия глобального потепления, прогноз
Заключение
Используемая литература
климат природный антропогенный потепление
Введение
Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что климат Земли не был постоянным. Тёплые периоды, сменялись холодными ледниковыми. В тёплые периоды среднегодовая температура Арктических широт поднималась до 7 - 13°С, а температура самого холодного месяца января составляла 4-6 градусов, т.е. климатические условия в нашей Арктике мало отличались от климата современного Крыма. На смену тёплым периодам приходили похолодания, во время которых льды достигали современных тропических широт.
Изменение климата - колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени, выражающиеся в статистически достоверных отклонениях параметров погоды от многолетних значений за период времени от десятилетий до миллионов лет. Учитываются изменения, как средних значений погодных параметров, так и изменения частоты экстремальных погодных явлений. Изучением изменений климата занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, по одной из версий, с недавних пор, деятельность человека. В последнее время термин "изменение климата" используется, как правило для обозначения изменения в современном климате.
Климат - это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат.
Цели работы: подробно рассмотреть факторы влияющие на изменение климата, и степень их воздействия на климат.
изучить историю оледенений;
понять закономерности природных циклов;
охарактеризовать влияние факторов воздействующих на климат и причины их возникновения;
дать характеристику каждого фактора, воздействующего на климат,
составить возможные сценарии изменения климата.
Методы: Отбор и обобщение информации в процессе анализа литературы по выбранной тематике; сбор, систематизация и обработка необходимых фактов и сведений; подбор и частичное создание иллюстративного материала; изучение справочной и научной литератур, а также материалов с интернет сайтов.
1. Климатические изменения на земле
1 Оледенения
Ледниковый период - периодически повторяющийся этап геологической истории Земли продолжительностью в несколько миллионов лет, в течение которого на фоне общего относительного похолодания климата происходят неоднократные резкие разрастания материковых ледниковых покровов - ледниковые эпохи. Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Ледниковые эпохи, в свою очередь, чередуются с относительными потеплениями - эпохами сокращения оледенения (межледниковьями). Существует несколько гипотез о причинах возникновения оледенений .
За время геологической истории планеты, насчитывающей более 4 млрд. лет, Земля испытала несколько периодов оледенения.
Раннепротерозойская - 2,5-2 млрд. лет назад
Позднепротерозойская - 900-630 млн. лет назад
Палеозойская - 460-230 млн. лет назад
Кайнозойская - 30 млн. лет назад - настоящее время .
В последние несколько миллионов лет оледенение Земли то разрастается, и тогда значительные территории в Европе, Северной Америке и частично в Азии оказываются, заняты покровными ледниками, то сокращается до тех размеров, которые существуют сегодня. Для последнего миллиона лет выявлено 9 таких циклов. Обычно период разрастания и существования ледниковых покровов в Северном полушарии примерно в 10 раз продолжительнее, чем период разрушения и отступания. Периоды отступания ледников называют межледниковьем. Центральная проблема криологии Земли - выявление и изучение общих закономерностей оледенения нашей планеты. Криосфера Земли испытывает как непрерывные сезонно-периодические колебания, так и многовековые изменения. В настоящее время Земля прошла ледниковую эпоху и находится в межледниковом периоде.
Оледенение Земли - планетарный процесс, при его изучении необходимо рассмотреть закономерности развития ледниковых эпох, установить основные причины их возникновения. Решению этих проблем были посвящены труды многих выдающихся ученых A. A. Чернов, B. A. Bарсанофьева, П.И. Мельников. Не вдаваясь в подробности всех теорий и гипотез, можно объединить их в две основные группы: геологические и астрономические. К астрономическим факторам, вызывающим похолодание на земле, относятся:
1. Изменение наклона земной оси;
Отклонение Земли от ее орбиты в сторону удаления от Солнца;
Неравномерное тепловое излучение Солнца.
К геологическим факторам относят процессы горообразная, вулканическую деятельность, перемещение материков
1.2 Глобальное потепление
Глобальное потепление - процесс постепенного роста средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и Мирового океана, вследствие всевозможных причин (увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере Земли, изменение солнечной или вулканической активности и т.д.). Очень часто в качестве синонима глобального потепления употребляют словосочетание "парниковый эффект", но между этими понятиями есть небольшая разница. Парниковый эффект - это увеличение средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и Мирового океана вследствие роста в атмосфере Земли концентраций парниковых газов (углекислый газ, метан, водяной пар и т.д.). Эти газы выполняют роль плёнки или стекла теплицы (парника), они свободно пропускают солнечные лучи к поверхности Земли и задерживают тепло, покидающее атмосферу планеты.
Впервые о глобальном потеплении и парниковом эффекте заговорили в 60-ых годах XX века, а на уровне ООН проблему глобального изменения климата впервые озвучили в 1980 году. С тех пор над этой проблемой ломают головы многие учёные, зачастую, взаимно опровергая теории и предположения друг друга. С начала 20 века началось довольно таки быстрое потепление. Уже к 1940 году в Гренландском море количество льдов сократилось вдвое, в Баренцевом - почти на треть, а в Советском секторе Арктике площадь льдов в сумме сократилась почти на половину (1 млн. км2). В этот период времени даже обычные суда спокойно проплывали северным морским путём от западных до восточных окраин страны. Именно тогда было зафиксировано значительное повышение температуры арктических морей, отмечено значительное отступление ледников в Альпах и на Кавказе. Общая площадь льда Кавказа снизилась на 10%, а толщина льда местами уменьшилась на целые 100 метров. Повышение температуры в Гренландии составило 5°С, а на Шпицбергене все 9°С. В 1940 потепление сменилось кратковременным похолоданием, в скором времени на смену которого, пришло очередное потепление, а с 1979 года начался быстрый рост температуры поверхностного слоя атмосферы Земли, который вызвал очередное ускорение таяния льдов Арктики, Антарктики и повышение зимних температур в умеренных широтах. Так, за последние 50 лет, толщина арктических льдов уменьшилась на 40%, а жители ряда сибирских городов стали для себя отмечать, что крепкие морозы уже давно остались в прошлом . Средняя зимняя температура в Сибири повысилась почти на десять градусов за последние пятьдесят лет. В некоторых областях России безморозный период увеличился на две-три недели. Ареал обитания многих живых организмов сместился к северу вслед за растущими средними зимними температурами. Особенно наглядно о глобальных изменениях климата свидетельствуют старые фотографии ледников (все фото сделаны в одном и том же месяце, см. рис.2 и рис.3.) .
2. Факторы воздействующие на климат
2.1 Природные факторы и их влияние на изменение климата
·Парниковые газы
·Солнечное излучение
·Изменение орбиты
·Вулканизм
Парниковые газы
Парниковый эффект - повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон
Таблица 2.1.1.Объем выбросов в атмосферу газов влияющих на климат
Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота, однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична.
Водяной пар является основным естественным парниковым газом, который ответственен более чем за 60 % эффекта.
В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, повышение влажности способствует развитию облачного покрова, а облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли. Альбедо- характеристика отражательной (рассеивающей) способности поверхности земли. Повышенное альбедо приводит к антипарниковому эффекту, несколько уменьшая общее количество поступающего солнечного излучения и дневной прогрев атмосферы
Углекислый газ. Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека. Антропогенными источниками являются: сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения, однако, в состоянии равновесия, большинство биоценозов за счет гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает. Антропогенная эмиссия увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере, что, предположительно, является главным фактором изменения климата. Углекислый газ является "долго живущим" в атмосфере. Согласно современным научным представлениям, возможность дальнейшего накапливания СО2 в атмосфере ограничена риском неприемлемых последствий для биосферы и человеческой цивилизации
Метан. Парниковая активность метана примерно в 21 раз выше, чем у углекислого газа. Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 12 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом делает его кандидатом для смягчения последствий глобального потепления в ближайшей перспективе.
Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель, пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов.
Анализ пузырьков воздуха во льдах свидетельствует о том, что сейчас в атмосфере Земли больше метана, чем в любое время за последние 400000 лет.
Озон- необходим для жизни, поскольку защищает Землю от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.
Однако ученые различают стратосферный и тропосферный озон. Первый (так называемый озоновый слой) является постоянной и основной защитой от вредного излучения. Второй же считается вредным, так как может переноситься к поверхности Земли и ввиду своей токсичности вредить живым существам. Кроме того, повышение содержания именно тропосферного озона внесло вклад в рост парникового эффекта атмосферы. По наиболее широко распространенным научным оценкам, вклад озона составляет около 25% от вклада СО2
Большая часть тропосферного озона образуется, когда оксиды азота (NOx), окись углерода (СО) и летучие органические соединения вступают в химические реакции в присутствии кислорода, водяных паров и солнечного света. Транспорт, промышленные выбросы, а также некоторые химические растворители являются основными источниками этих веществ в атмосфере. Метан, атмосферная концентрация которого значительно возросла в течение последнего столетия, также способствует образованию озона. Время жизни тропосферного озона составляет примерно 22 дня, основными механизмами его удаления являются связывание в почве, разложение под действием ультрафиолетовых лучей и реакции с радикалами OH и HO2.
Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США и Европе, основанная на спутниках и наземном наблюдении. Поскольку для образования озона требуется солнечный свет, высокие уровни озона наблюдаются обычно в периоды жаркой и солнечной погоды. Нынешняя средняя концентрация тропосферного озона в Европе в три раза выше, чем в доиндустриальную эпоху .
Солнечное излучение
Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, так как развивается согласно главной последовательности.
Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. "парадоксу слабого молодого Солнца"
На более коротких временных отрезках также наблюдаются изменения солнечной активности: 11-летний солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений,. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца .
Изменения орбиты
По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Такие изменения положения орбиты называются циклами Миланковича, они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, её спутника Луны и других планет. Изменения орбиты считаются главными причинами чередования гляциальных и интергляциальных циклов последнего ледникового периода. Результатом прецессии земной орбиты являются и менее масштабные изменения, такие как периодическое увеличение и уменьшение площади пустыни Сахара.
Милутин Миланкович (1879-1958)- сербский геофизик, астроном. В начале 20го века выдвинул теорию о теорию периодичности ледниковых периодов. Объяснение теории связано с изменениями в земной орбите ("циклы Миланковича"). В соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона (а также первым из законов Кеплера, описывающим траектории движения планет Солнечной системы), каждая планета вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите.
Кроме того, согласно закону сохранения момента импульса, если Земля вращается вокруг своей оси, то направление этой оси в пространстве должно оставаться неизменным. Но в реальной Солнечной системе Земля вращается вокруг Солнца не в гордом одиночестве. На нее действует притяжение Луны и других планет, и это притяжение оказывает хоть и слабое, но очень важное влияние и на земную орбиту, и на вращение Земли.
За последние 3 миллиона лет было по крайней мере четыре периода масштабного оледенения, а до этого были и еще. Хочу напомнить, что последний ледниковый период достиг своего максимума примерно 18 тысяч лет назад и что время, в которое мы живем, ученые определяют как межледниковое .
Вулканизм
Вулканы воздействуют на природную среду и на человечество несколькими способами. Во-первых, прямым воздействием на окружающую среду извергающихся вулканических продуктов (лав, пеплов и т.п.), во-вторых, воздействием газов и тонких пеплов на атмосферу и тем самым на климат, в-третьих, воздействием тепла продуктов вулканизма на лед и на снег, часто покрывающих вершины вулканов, что приводит к катастрофическим селям, наводнениям, лавинам, в-четвертых, вулканические извержения обычно сопровождаются землятресениями и т.д. Но особенно долговременны и глобальны воздействия вулканического вещества на атмосферу, что отражается на изменении климата Земли.
При катастрофических извержениях выбросы вулканической пыли и газов, сублимирующих частички серы и других летучих компонентов, могут достигать стратосферы и вызывать катастрофические изменения климата. Такие извержения, часто имеющие эксплозивный стиль, особенно характерны для островодужных вулканов. Фактически при таких извержениях мы имеем природную модель "ядерной зимы".
Эмиссия газов пассивно дегазирующих вулканов в целом может оказывать глобальное влияние на состав атмосферы. Так плинианские и коигнимбритовых колонны выносили вулканический материал в тропосферу с образованием аэрозольного облака, полярных дымок и нарушением состояния полярного озонового слоя. В качестве примера стоит привести извержение вулкана Уайнапутина, Перу. 19 февраля 1600 года (6 баллов по шкале вулканических извержений VEI). Сильнейшее извержение вулкана в Южной Америке за историческое время, которое, по некоторым оценкам, вызвало общемировое понижение температуры и стало причиной неурожая в России 1601-1603 и начала Смутного времени .
2.2 Антропогенные факторы
Сжигание топлива
Многие ученые считают, что процесс потепления климата вызван увеличением выбросов в атмосферу парниковых газов (ПГ), в первую очередь СО2, с продуктами сжигания ископаемых топлив и их накоплением в атмосфере. В середине ХIX в. концентрация СО2 в атмосфере составляла около 290?10-4 % объема, через 100 лет - 313?10-4 %, в 1978 г. - 330?10-4 %, в 1990 г. - 353?10-4 %. В атмосферу выбрасывается в год примерно 700 млрд т СО2: суша - 370млрд т, океан - 330 млрд т, вулканическая деятельность - 2 млрд т. Годовые уровни выбросов СО2 в атмосферу с продуктами сжигания ископаемых топлив составляли: в 1970 г. -16 млрдт, а в 2008 г. -32 млрд т, т.е. не превышали 5 % от суммарной эмиссии СО2 в атмосферу. Это наглядно показано на рисунке 4. Поэтому увеличение содержание СО2 в атмосфере с 1971 гпо 2009 г. определялось, видимо, с большой степенью вероятности, уменьшением поглощения СО2 наземными фотосинтезирующими системами и снижением его растворимости в водах мирового океана. Климатическая система изменялась во времени в результате внешних воздействий, обусловленных "неразумной" хозяйственной деятельностью человека. В результате изменялся состав атмосферы, гидросферы и литосферы из-за загрязнения ОС выбросами энергетики, промышленности, бытовыми отходами, ухудшения землепользования, вырубки и старения лесов. Как следствие, снижался объем и продуктивность фотосинтезирующей растительности и микроорганизмов на поверхности суши и в водах мирового океана. Растительный мир особо чувствителен к концентрациям вредных веществ в атмосфере (оксидов азота и серы, озона, канцерогенных веществ и др.), при этом нарушается его жизнедеятельность, снижается фотосинтезирующая активность и продуктивность. Физико-химическое, биологическое и тепловое загрязнение внутренних водоемов, морей и океанов нарушает газообмен воды с атмосферой, что приводит к снижению растворимости СО2 вводах мирового океана), к исчезновению многих видов животных и растений. Способность природных систем к самоочищению атмосферы серьезно нарушена, атмосферный воздух не в полной мере выполняет свои защитные жизнеобеспечивающие экологические функции. Из этого следует, что современное глобальное потепление приземного слоя атмосферы в значительной степени является антропогенно-экологической проблемой, определяемой, в том числе, снижением способности деградируемых наземных и океанических экосистем поглощать (СО2) по мере роста их концентраций в атмосфере. Основным антропогенным источником выбросов является сжигание всевозможных видов углеродосодержащего топлива. В настоящее время экономическое развитие обычно связывается с ростом индустриализации. Исторически сложилось, что подъём экономики зависит от наличия доступных источников энергии и количества сжигаемого ископаемого топлива. Данные о развитии экономики и энергетики для большинства стран за период 1860-1973 гг. Свидетельствуют не только об экономическом росте, но и о росте энергопотребления. Тем не менее одно не является следствием другого.
Начиная с 1973 года во многих странах отмечается снижение удельных энергозатрат при росте реальных цен на энергию..В последние десятилетия химический состав атмосферы вызывает особенный интерес в связи с так называемым "парниковым эффектом", который заключается в том, что атмосфера поглощает энергию инфракрасной части спектра уходящего от поверхности Земли излучения в диапазоне 8-18 мкм. Усиление эффекта ведет к повышению средней температуры атмосферного воздуха, изменению ее распределения по земной поверхности, уменьшению атмосферной циркуляции и другим явлениям, вследствие чего могут начаться глобальные изменения климата с неблагоприятными последствиями: засуха, таяние ледников Антарктиды и Гренландии, подъем уровня Мирового океана, затопление прибрежных, плотно населенных территорий и др.
Аэрозоли
Аэрозоль- дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде, обычно в воздухе, мелких частиц. В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные. Естественные аэрозоли образуются вследствие природных сил, например при вулканических извержениях, сочетании эрозии почвы с ветром, явлениях в атмосфере. Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают промышленные аэрозоли. Примером промышленного аэрозоля может служить газовый баллончик Важнейшие оптические свойства аэрозолей - рассеяние и поглощение ими света. В прошлом климат Земли изменялся много раз без воздействия или при малом воздействии антропогенных источников. Поэтому возникает вопрос: может ли оказать воздействие на климат присутствие в атмосфере аэрозоля вообще и антропогенного в частности. Отмечалось, что глобальные выбросы антропогенного аэрозоля в настоящее время достаточно велики. Так, среднегодовой выброс аэрозоля из естественных источников составляет 2312 млн. т, а из антропогенных-296 млн. т, что составляет соответственно 88.5 и 11.5% от общего среднегодового количества генерируемого аэрозоля
При оценке потенциального влияния антропогенного аэрозоля важно сознавать, что его образование ограничено промышленными центрами, расположенными в основном в Северной Америке, Европе, Японии и на части территории Австралии. Таким образом, 296 млн. т антропогенного аэрозоля образуется над площадью, равной примерно 2.5% поверхности Земли. Для сравнения отметим, что эта же территория продуцирует 58 млн. т аэрозоля естественного происхождения, т. е. лишь 20% от антропогееного аэрозоля. Эта относительно высокая концентрация антропогенного аэрозоля над относительно маленькой площадью позволяет предположить возможность локального, вполне вероятно что и регионального, воздействия на климат. Например, в большом количестве работ рассматривается влияние больших промышленных центров на процесс облакообразования, влияние промышленности на термический режим атмосферы, изменение прозрачности атмосферы в результате хозяйственной деятельности человека. Известно, что изменение аэрозольной оптической толщины со временем в стратосфере после вулканических извержений, а в тропосфере от промышленных загрязнений и пылевых бурь могут вызывать климатические изменения. Непоглощающий аэрозоль увеличивает альбедо атмосферы и, следовательно уменьшает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Если аэрозоль поглощает в коротковолновой области спектра, то поглощенная энергия солнечного излучения передается атмосфере. Это приводит к нагреванию атмосферы и охлаждению подстилающей поверхности. Если аэрозоль поглощает и соответственно испускает энергию в инфракрасной области спектра, то это приводит к противоположному результату, т. е. энергия выводится из тропосферы, что приводит к охлаждению воздуха и усилению парникового эффекта у поверхности Земли. Общий эффект зависит от соотношения коэффициентов поглощения в видимой и инфракрасной области, а также от альбедо поверхности. Изменение радиационных потоков в аэрозольной атмосфере приводит к изменению ее температурной стратификации, а также к изменению температуры земной поверхности.
Те же механизмы, что приводят к изменению температурного режима поверхности и атмосферы, могут влиять на точность определения температуры поверхности моря и суши из космоса, и на возникновение и поведение воздушных потоков, включая развитие струйных течений на низких высотах. Эти факторы сказываются также на точность местного и регионального прогноза погоды. Наличие сильных полос поглощения в атмосферном "окне" 8 -12 мкм для аэрозоля аридного происхождения может привести к уменьшению температуры подстилающей поверхности, которое достигает нескольких кельвинов.
Скотоводство
"Длинная тень животноводства", - доклад Организации Объединенных Наций по вопросу защиты окружающей среды, от 29 ноября 2006 года, описывающий полный урон, наносимый сектором животноводства окружающей среде и человеку.
Оценки основаны на самых последних и полных данных, с учетом прямых последствий скота вместе с нуждами этого сектора кормовых культур. Сектор животноводство стал одним из главных 2-3 наиболее значимых причин наиболее серьезных экологических проблем, на местном и глобальном уровне. Выводы этого доклада, показывают, что необходимо серьезно взяться за политику по вопросу скотоводства.
Данные доклада:
·Животноводство отвечает за 18% выбросов парниковых газов, измеренная в эквиваленте СО2 (углекислый газ). Для сравнения на транспортный сектор приходится 13.5% выбросов. Стоит отметить, этот показатель был пересмотрен в 2009 году двумя учёными из Worldwatch Institute: они оценили вклад животноводства в выбросы парниковых газов в 81 % общемирового.
·Животноводство использует 30% поверхности суши Земли, в основном постоянные пастбища, но и 33% пахотных земель в мире используется для производства корма для животных
·Животноводство как ожидается, будет основным внутренним источником фосфора и азотного загрязнения Южно-Китайского моря, способствуя утраты биоразнообразия в морских экосистемах (так называемые "мертвые зоны").
·15 из 24 важных полезных для человека, экосистем находятся в упадке, очевидно виновником которых сельскохозяйственные животные8]
3. Положительные и отрицательные последствия глобального потепления, прогноз
К негативным последствиям можно отнести:
-деградация вечной мерзлоты
-смещение границ климатических зон
-рост годового стока в бассейнах рек
-увеличение питания подземными водами
-неравномерное распределения количества осадков холодного и теплого периода
-рост процессов опустынивания
-развитием процессов заболачивания
-подъем уровня мирового океана
К позитивным последствиям можно отнести:
+возрастание продуктивности естественных лесных формаций
+увеличение урожайности культурных растений
Возможные сценарии глобальных климатических изменений:
Сценарий 1 - глобальное потепление будет происходить постепенно
Земля очень большая и сложная система, состоящая из большого количества связанных между собой структурных компонентов. На планете есть подвижная атмосфера, движение воздушных масс которой распределяет тепловую энергию по широтам планеты, на Земле есть огромный аккумулятор тепла и газов - Мировой океан (океан накапливает в 1000 раз больше тепла, чем атмосфера) Изменения в такой сложной системе не могут происходить быстро. Пройдут столетия и тысячелетия, прежде чем можно будет судить об сколько-нибудь ощутимом изменении климата
Сценарий 2 - глобальное потепление будет происходить относительно быстро
Самый "популярный" в настоящее время сценарий. По различным оценкам за последние сто лет средняя температура на нашей планете увеличилась на 0,5-1°С, концентрация - СО2 возросла на 20-24 %, а метана на 100%. В будущем эти процессы получат дальнейшее продолжение и к концу XXI века средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,1 до 6,4°С, по сравнению с 1990 годом (по прогнозам IPCC от 1,4 до 5,8°С). Дальнейшее таяние Арктических и Антарктических льдов может ускорить процессы глобального потепления из-за изменения альбедо планеты. По утверждению некоторых учёных, только ледяные шапки планеты за счёт отражения солнечного излучения охлаждают нашу Землю на 2°С, а покрывающий поверхность океана лёд существенно замедляет процессы теплообмена между относительно теплыми океаническим водами и более холодным поверхностным слоем атмосферы. Кроме того, над ледяными шапками практически нет главного парникового газа - водяного пара, так как он выморожен. Глобальное потепление будет сопровождаться подъёмом уровня мирового океана. С 1995 по 2005 год уровень Мирового океана уже поднялся на 4 см, вместо прогнозируемых 2-ух см. Если уровень Мирового океана в дальнейшем будет подниматься с такой же скоростью, то к концу XXI века суммарный подъём его уровня составит 30 - 50 см, что вызовет частичное затопление многих прибрежных территорий, особенно многонаселённого побережья Азии. Следует помнить, что около 100 миллионов человек на Земле живёт на высоте меньше 88 сантиметров над уровнем моря. Кроме повышения уровня Мирового океана глобальное потепление влияет на силу ветров и распределение осадков на планете. В результате на планете вырастет частота и масштабы различных природных катаклизмов (штормы, ураганы, засухи, наводнения).В настоящее время от засухи страдает 2% всей суши, по прогнозам некоторых учёных к 2050 году засухой будет охвачено до 10% всех земель материков. Кроме того, изменится распределение количества осадков по сезонам. В Северной Европе и на западе США увеличится количество осадков и частота штормов, ураганы будут бушевать в 2-а раза чаще, чем в XX веке. Климат Центральной Европы станет переменчивым, в сердце Европы зимы станут теплее, а лето дождливее. Восточную и Южную Европу, включая Средиземноморье, ждёт засуха и жара.
Сценарий 3 - Глобальное потепление в некоторых частях Земли сменится кратковременным похолоданием
Известно, что одним из факторов возникновения океанических течений является градиент (разница) температур между арктическими и тропическими водами. Таяние полярных льдов способствует повышению температуры Арктических вод, а значит, вызывает уменьшение температурной разницы между тропическими и арктическими водами, что неминуемо, в будущем приведёт к замедлению течений. Одним из самых известных тёплых течений является Гольфстрим, благодаря которому во многих странах Северной Европы среднегодовая температура на 10 градусов выше, чем в других аналогичных климатических зонах Земли. Понятно, что остановка этого океанического конвейера тепла очень сильно повлияет на климат Земли. Уже сейчас течение Гольфстрим, стало слабее на 30% по сравнению с 1957 годом. Математическое моделирование показало, чтобы полностью остановить Гольфстрим достаточно будет повышения температуры на 2-2,5 градуса. В настоящее время температура Северной Атлантики уже прогрелась на 0,2 градуса по сравнению с 70-ми годами. В случае остановки Гольфстрима среднегодовая температура в Европе к 2010 году понизится на 1 градус, а после 2010 года дальнейший рост среднегодовой температуры продолжится. Другие математические модели "сулят" более сильное похолодание Европе. Согласно этим математическим расчётам полная остановка Гольфстрима произойдёт через 20 лет, в результате чего климат Северной Европы, Ирландии, Исландии и Великобритании может стать холоднее настоящего на 4-6 градусов, усилятся дожди и участятся шторма. Похолодание затронет также и Нидерланды, Бельгию, Скандинавию и север европейской части России. После 2020-2030 года потепление в Европе возобновится по сценарию №2.
Сценарий 4 - Глобальное потепление сменится глобальным похолоданием
Остановка Гольфстрима и других океанических вызовет глобальное похолодание на Земле и наступление очередного ледникового периода.
Сценарий 5 - Парниковая катастрофа
Парниковая катастрофа - самый "неприятный" сценарий развития процессов глобального потепления. Автором теории является наш учёный Карнаухов, суть её в следующем. Рост среднегодовой температуры на Земле, вследствие увеличения в атмосфере Земли содержания антропогенного CO2, вызовет переход в атмосферу растворённого в океане CO2, а также спровоцирует разложение осадочных карбонатных пород с дополнительным выделением углекислого газа, который, в свою очередь, поднимет температуру на Земле ещё выше, что повлечёт за собой дальнейшее разложение карбонатов, лежащих в более глубоких слоях земной коры (в океане содержится углекислого газа в 60 раз больше, чем в атмосфере, а в земной коре почти в 50 000 раз больше). Ледники будут интенсивно таять, уменьшая альбедо Земли. Такое быстрое повышение температуры будет способствовать интенсивному поступлению метана из тающей вечной мерзлоты, а повышение температуры до 1,4-5,8°С к концу столетия будет способствовать разложению метангидратов (льдистых соединений воды и метана), сосредоточенных преимущественно в холодных местах Земли. Если учесть, что метан, является в 21 раз более сильным парниковым газом, чем CO2 рост температуры на Земле будет катастрофическим. Чтобы лучше представить, что будет с Землёй лучше всего обратить внимание на нашего соседа по солнечной системе - планету Венера. При таких же параметрах атмосферы, как на Земле, температура на Венере должна быть выше Земной всего на 60°С (Венера ближе Земли к Солнцу) т.е. быть в районе 75°С, в реальности же температура на Венере почти 500°С. Большинство карбонатных и метано-содержащих соединений на Венере давным давно были разрушены с выделением углекислого газа и метана. В настоящее время атмосфера Венеры состоит на 98% из СО2, что приводит к увеличению температуры планеты почти на 400°СЕсли глобальное потепление пойдёт по такому же сценарию, как на Венере, то температура приземных слоев атмосферы на Земле может достигнуть 150 градусов. Повышение температуры Земли даже на 50°С поставит крест, на человеческой цивилизации, а увеличение температуры на 150°С вызовет гибель почти всех живых организмов планеты.
По оптимистическому сценарию Карнаухова, если количество, поступающего в атмосферу CO2, останется на прежнем уровне, то температура 50°С, на Земле установится через 300 лет, а 150°С через 6000 лет. К сожалению, прогресс не остановить, с каждым годом объёмы выбросов CO2 только растут. По реалистическому сценарию, согласно которому выброс CO2 будет расти с такой же скоростью, удваиваясь каждые 50 лет, температура 502 на Земле уже установится через 100 лет, а 150°С через 300 лет.
Заключение
В результате отбора и обобщения информации в настоящей курсовой работе рассмотрены факторы воздействующие на климат, дана характеристика каждого из них, составлены прогнозы его изменения. Составлены прогнозы изменения климата и их описание.В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы: климат на земле менялся на протяжении миллионов лет и продолжает меняется, в наши дни климат продолжает меняться под воздействием описаных выше факторов, также имеет место быть такое явления как глобальное потепление которое активизировалось в течении последних двух столетий под воздействием антропогенных факторов. Из этого понятно что изменение климата это сложный процесс, на который оказывает влияние как человек так и природа
Используемая литература
1. Ершов Э.Д.; "Общая геокриология" 1990
П.М. Канило, И.В. Парсаданов; "Проблемы сжигания ископаемых топлив и Глобальное потепление климата" 2010
"Ледниковый период"; Большая Советская Энциклопедия
. "Аэрозоли"; Большая Советская Энциклопедия
Гаршин И.К.; "Галактические года в истории Земли и ее биосферы
6. Кривенко В. Г. "Концепция внутривековой и многовековой изменчивости климата как предпосылка прогноза // Климаты прошлого и климатический прогноз"
7. "Изменение климата 2007". Обобщающий доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата
Климат океана- http://www.okeanavt.ru/klimat-okeana.html(климат океана)
11. http://www.ecoexpertcenter.ru/info/koncepciya_cikliki_144.html (Концепция природной циклики и некоторые задачи хозяйственных стратегий России)
Http://www.newreferat.com/ref-7209-1.html (Влияние городского антропогенного аэрозоля на микрофизические характеристики атмосферы)
Http://www.priroda.su/item/389/catid/ (Глобальное потепление: факты, гипотезы, комментарии)
Http://ru.wikipedia.org/wiki/(Свободная энциклопедия)
http://www.bestreferat.ru/referat-213661.html (История ледниковых эпох)
http://biofile.ru/geo/3757.html (Оледенение земли)
http://elementy.ru/trefil/milankovic_cycles(Циклы Меланковича)
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Изменения
климата – длительные (свыше 10 лет)
направленные или ритмические изменения
климатических условий на Земле в целом или
в ее крупных регионах. Причиной изменения
климата являются динамические процессы на
Земле, внешние воздействия, такие как
колебания интенсивности солнечного
излучения, и, в огромной степени,
деятельность человека. По данным Всемирной
метеорологической организации, в последние
десятилетия среднегодовая температура
увеличивается аномально быстро.
Проблема глобального изменения климата
является одной из ключевых экологических
проблем Земли. Причиной изменения климата
являются динамические процессы на планете,
внешние воздействия, такие как колебания
интенсивности солнечного излучения, и, в
огромной степени, деятельность человека.
Какие существуют доказательства изменения климата?
Они
всем хорошо известны (это заметное уже и без
приборов) - повышение среднемировой
температуры (более мягкие зимы, более
жаркие и засушливые летные месяцы), таяние
ледников и повышение уровня мирового
океана, а также всё чаще возникающие и всё
более разрушительные тайфуны и ураганы,
наводнения в Европе и засухи в Австралии…(см.
также «5 пророчеств о климате, которые
сбылись»). А кое-где, например, в Антарктике,
отмечается похолодание.
Если климат менялся и раньше, почему сейчас
это стало проблемой?
Действительно, климат нашей планеты меняется постоянно. Всем известно про ледниковые периоды (они бывают малые и большие), при всемирный потоп и пр. Согласно геологическим данным среднемировая температура в разные геологические периоды колебалась от +7 до +27 градусов по Цельсию. Сейчас средняя температура на Земле составляет примерно +14оС и еще довольно далека от максимума. Так, чем же обеспокоены ученые, главы государств и общественность? Если коротко, обеспокоенность вызывает то, что к естественным причинам изменения климата, которые были всегда, добавляется еще один фактор – антропогенный (результат деятельности человека), влияние которого на изменение климата, по мнению ряда исследователей, становится все сильнее с каждым годом.
Каковы причины изменения климата?
Главной
движущей силой климата является Солнце.
Например, неравномерное нагревание земной
поверхности (сильнее у экватора) является
одной из главных причин ветров и
океанических течений, а периоды повышенной
солнечной активности сопровождаются
потеплением и магнитными бурями.
Кроме того на климат влияют изменение
орбиты Земли, ее магнитного поля, размеров
материков и океанов, извержения вулканов.
Все это -естественные причины изменения
климата. До недавнего времени они, и только
они, определяли изменения климата, в том
числе начало и конец долговременных
климатических циклов, таких как ледниковые
периоды. Солнечной и вулканической
активность можно объяснить половину
температурных изменений до 1950 года (солнечная
активность приводит к повышению
температуры, а вулканическая – к снижению).
В последнее время к естественным факторам
добавился еще один – антропогенный, т.е.
вызванный деятельностью человека. Основным
антропогенным воздействием является
усиление парникового эффекта, влияние
которого на изменение климата в последние
два столетия в 8 раз выше влияния изменений
солнечной активности.
Что такое парниковый эффект?
Парниковый
эффект – это задержка атмосферой Земли
теплового излучения планеты. Парниковый
эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или
парниках температура всегда выше, чем
снаружи. То же самое наблюдается и в
масштабах Земного шара: солнечная энергия,
проходя через атмосферу нагревает
поверхность Земли, но излучаемая Землей
тепловая энергии не может улетучиться
обратно в космос, так как атмосфера Земли
задерживает ее, действуя наподобие
полиэтилена в парнике: она пропускает
короткие световые волны от Солнца к Земле и
задерживает длинные тепловые (или
инфракрасные) волны, излучаемые
поверхностью Земли. Возникает эффект
парника. Парниковый эффект возникает из-за
наличия в атмосфере Земли газов, которые
обладают способностью задерживать длинные
волны. Они получили название «парниковых»
или «тепличных» газов.
Парниковые газы присутствовали в атмосфере
в небольших количествах (около 0,1%) с момента
ее образования. Этого количества было
достаточно, чтобы поддерживать за счет
парникового эффекта тепловой баланс Земли
на уровне, пригодном для жизни. Это так
называемый естественный парниковый эффект,
не будь его средняя температура
поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е.
не +14° С, как сейчас, а -17° С.
Естественный парниковый эффект ничем не
грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку
общее количество парниковых газов
поддерживалось на одном уровне за счет
круговорота природы, более того, ему мы
обязаны жизнью.
Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.
Климатические изменения в России в XX в. в
целом соответствовали мировым тенденциям.
Например, самыми жаркими за очень
длительный срок также оказались 1990-егг. и
начало XXI в., в особенности в Западной и
Средней Сибири.
Интересный прогноз климатических
изменений, ожидаемых на территории бывшего
СССР до середины XXI в., опубликовал А. А.
Величко. Ознакомиться с этим прогнозом,
подготовленным лабораторией эволюционной
географии Института географии РАН, можно с
помощью составленных той же лабораторией
карт последствий глобального потепления и
уровней дестабилизации геосистем на
территории бывшего СССР.
Были опубликованы и другие прогнозы. Согласно им, потепление климата в целом благоприятно скажется на Севере России, где условия жизни изменятся к лучшему. Однако перемещение к северу южной границы многолетней мерзлоты одновременно создаст целый ряд проблем, поскольку может привести к разрушению зданий, дорог, трубопроводов, построенных с учетом нынешнего распространения мерзлых грунтов. В южных районах страны ситуация окажется более сложной. Например, сухие степи могут стать еще более засушливыми. И это не говоря уже о подтоплении многих портовых городов и прибрежных низменностей.
Доктор физико-математических наук Б. ЛУЧКОВ, профессор МИФИ.
Солнце - рядовая звезда, не выделяющаяся своими свойствами и положением из мириада звезд Млечного пути. по светимости, размеру, массе она типичный середняк. Такое же среднее место занимает она в Галактике: не близко к центру, не на краю, а в серединке, как по толщине диска, так и по радиусу (8 килопарсек от галактического ядра). единственное, надо думать, отличие от большинства звезд в том, что на третьей планете обширного хозяйства Галактики 3 млрд лет назад возникла жизнь и, претерпев ряд изменений, сохранилась, породив на эволюционном пути думающее существо homo sapiens. человек, ищущий и любознательный, заселив всю землю, занимается теперь исследованием окружающего мира с целью познать “что”, “как” и “почему”. что, например, определяет земной климат, как формируется земная погода и почему она так резко и порой непредсказуемо изменяется? На эти вопросы вроде бы давно получены обоснованные ответы. а за последние полвека, благодаря глобальным исследованиям атмосферы и океана, создана разветвленная метеослужба, без сводок которой сейчас не обходится ни домохозяйка, идущая на рынок, ни пилот самолета, ни альпинист, ни пахарь, ни рыбак - положительно никто. вот только замечено, что иногда прогнозы попадают впросак, и тогда хозяйки, пилоты, альпинисты, не говоря уж о пахарях и рыбаках, поносят метеослужбу почем зря. значит, не все еще полностью ясно в погодной кухне, и надо бы внимательно разобраться в сложных синоптических явлениях и связях. Одна из главных - связь земля - солнце, которая дарит нам тепло и свет, но из которой порой, как из ящика пандоры, вырываются на свободу ураганы, засухи, наводнения и другие экстремальные “погоды”. что порождает эти “темные силы” земного климата, в общем-то довольно приятного по сравнению с тем, что творится на других планетах?
Грядущие годы таятся во мгле.
А. Пушкин
КЛИМАТ И ПОГОДА
Земной климат определяется двумя главными факторами: солнечной постоянной и наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты. Солнечная постоянная - поток солнечной радиации, приходящий на Землю, 1,4 . 10 3 Вт/м 2 - действительно неизменна с высокой точностью (до 0,1%) как по короткой (сезоны, годы), так и по длинной (века, миллионы лет) шкалам. Причина тому - постоянство солнечной светимости L = 4 . 10 26 Вт, определяемой термоядерным “горением” водорода в центре Солнца, и почти круговая орбита Земли (R = 1,5 . 10 11 м). “Срединное” положение светила делает его нрав удивительно сносным - ни изменений светимости и потока солнечной радиации, ни перепадов температуры фотосферы. Спокойная, уравновешенная звезда. И климат Земли поэтому строго определенный - жаркий в экваториальной зоне, где солнце почти каждый день бывает в зените, умеренно-теплый на средних широтах и холодный вблизи полюсов, там оно едва-едва высовывается из-за горизонта.
Иное дело погода. В каждой широтной зоне она проявляется как некоторое отклонение от положенного климатического стандарта. Бывает и зимой оттепель и на деревьях набухают почки. Случается, и в разгар лета налетит непогода с пронизывающим осенним ветром, а порой и снегопадом. Погода - это конкретная реализация климата данной широты с возможными (в последнее время весьма частыми) отклонениями-аномалиями.
МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСКАЗАНИЯ
Аномалии погоды очень вредны, они наносят огромный ущерб. Наводнения, засухи, суровые зимы разрушали сельское хозяйство, приводили к голоду и эпидемиям. Штормы, ураганы, проливные дожди тоже не щадили ничего на своем пути, заставляли людей уходить из разоренных мест. Неисчислимы жертвы погодных аномалий. Усмирить погоду, смягчить ее экстремальные проявления невозможно. Энергетика погодных срывов не подвластна даже сейчас, в энергетически развитое время, когда газ, нефть, уран дали нам большую власть над природой. Энергия урагана средней руки (10 17 Дж) равна суммарному выходу всех электростанций мира за три часа. Несостоятельные попытки остановить надвигающуюся непогоду предпринимались в прошлом веке. В 1980-е годы лобовую атаку на ураганы провели ВВС США (операция “Ярость бури”), но показали лишь свое полное бессилие (“Наука и жизнь” № ).
И все же наука и техника смогли помочь. Если нельзя сдержать удары взбесившейся стихии, то, может быть, удастся хотя бы их предвидеть, чтобы своевременно принять меры. Стали развиваться, особенно успешно с введением современных компьютеров, модели развития погоды. Самые мощные компьютеры, самые сложные расчетные программы сейчас - у синоптиков и военных. Результаты не замедлили сказаться.
К концу прошлого века расчеты по синоптическим моделям достигли такого уровня совершенства, что стали хорошо описывать процессы, происходящие в океане (главном факторе земной погоды), на суше, в атмосфере, включая ее нижний слой, тропосферу, - фабрику погоды. Было достигнуто весьма приличное согласие расчета основных погодных факторов (температура воздуха, содержание СО 2 и других “парниковых” газов, нагрев поверхностного слоя океана) с реальными измерениями. Вверху приведены графики расчетных и измеренных аномалий температуры за полтора столетия.
Таким моделям можно доверять - они и стали рабочим инструментом прогноза погоды. Погодные аномалии (их силу, место, момент появления), оказывается, можно предсказать. Значит, есть время и возможность подготовиться к ударам стихии. Прогнозы стали обыденным делом, а урон, наносимый погодными аномалиями, резко сократился.
Особое место заняли долгосрочные прогнозы, на десятки и сотни лет, как руководство к действию экономистам, политикам, главам производства - “капитанам” современного мира. Сейчас известно несколько долгосрочных прогнозов на XXI век.
ЧТО ВЕК ГРЯДУЩИЙ НАМ ГОТОВИТ?
Прогноз на такой большой срок, конечно, может быть только приблизительным. Погодные параметры представляются со значительными допусками (интервалами ошибок, как принято в математической статистике). Чтобы учесть все возможности грядущего, разыгрывается ряд сценариев развития. Слишком неустойчива климатическая система Земли, даже лучшие модели, проверенные по тестам прошлых лет, могут допускать просчеты при обращении в далекое будущее.
Алгоритмы проводимых расчетов исходят из двух противоположных предположений: 1) постепенное изменение погодных факторов (оптимистический вариант), 2) их резкий скачок, приводящий к заметным изменениям климата (пессимистический вариант).
В прогнозе постепенного изменения климата XXI века (“Доклад рабочей группы межправительственной комиссии по изменению климата”, Шанхай, январь 2001 г.) приводятся результаты семи модельных сценариев. Основной вывод - потепление Земли, охватившее весь прошлый век, будет продолжаться и дальше, сопровождаясь увеличением эмиссии “парниковых газов” (в основном СО 2 и SO 2), ростом поверхностной температуры воздуха (на 2-6°С к концу нового века) и повышением уровня океана (в среднем на 0,5 м за столетие). Некоторые сценарии дают во второй половине века спад эмиссии “парниковых газов” как результат действия запрета на индустриальные выбросы в атмосферу, их концентрация не будет сильно отличаться от нынешнего уровня. Наиболее вероятные изменения погодных факторов: более высокие максимальные температуры и большее число жарких дней, менее низкие минимальные температуры и меньшее число морозных дней почти по всем земным регионам, уменьшенный разброс температур, более интенсивные выпадения осадков. Возможные изменения климата - больше летних сухостоев с заметным риском засух, усиление ветров и большая интенсивность тропических циклонов.
Прошедшие пять лет, наполненные сильными аномалиями (страшные североатлантические ураганы, не отстающие от них тихоокеанские тайфуны, суровая зима 2006 года в Северном полушарии и другие сюрпризы погоды), показывают, что новый век, по-видимому, пошел не по оптимистическому пути. Конечно, век только начался, отклонения от предсказанного постепенного развития могут сгладиться, но его “бурное начало” дает основание сомневаться в первом варианте.
СЦЕНАРИЙ РЕЗКОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА XXI ВЕКА (П. ШВАРЦ, Д. РЭНДЕЛЛ, ОКТЯБРЬ 2003)
Это не просто прогноз, это встряска - сигнал тревоги для “капитанов” мира, успокоенных постепенным изменением климата: его можно всегда подправить небольшими средствами (протоколами-разговорами) в нужную сторону, и можно не бояться, что ситуация выйдет из-под контроля. Новый прогноз исходит из наметившейся тенденции роста экстремальных природных аномалий. Считают, что он начинает сбываться. Мир пошел по пессимистическому пути.
Первая декада (2000-2010 годы) - продолжение постепенного потепления, не вызывающее пока особой тревоги, но все же с заметным темпом ускорения. Северная Америка, Европа, частично Южная Африка будут иметь на 30% больше теплых и меньше морозных дней, увеличится число и интенсивность погодных аномалий (наводнений, засух, ураганов), бьющих по сельскому хозяйству. Все же такую погоду нельзя признать особо суровой, угрожающей мировому порядку.
Но к 2010 году накопится такое число опасных изменений, которое приведет к резкому скачку климата в совершенно непредвиденную (согласно постепенному варианту) сторону. Гидрологический цикл (испарение, выпадение осадков, утечки воды) ускорится, что еще больше повысит среднюю температуру воздуха. Водяной пар - мощный естественный “парниковый газ”. Из-за повышения средней поверхностной температуры высохнут леса, пастбища, начнутся массовые лесные пожары (уже сейчас видно, как трудно с ними бороться). Концентрация СО 2 возрастет настолько, что обычное поглощение водой океанов и растениями суши, определявшее темп “постепенного изменения”, перестанет работать. Парниковый эффект пойдет в разгон. Начнется обильное таяние снега в горах, в приполярной тундре, площадь полярных льдов резко сократится, что сильно уменьшит солнечное альбедо. Температура воздуха и суши катастрофически растет. Сильные ветра из-за большого градиента температуры вызывают песчаные бури, приводят к выветриванию почвы. Нет никакого контроля за стихией и возможности хоть чуточку ее подправить. Темп резкого изменения климата набирает ход. Беда охватывает все регионы мира.
В начале второй декады произойдет замедление термоклинной циркуляции в океане, а он - главный творец погоды. Из-за обилия дождей и таяния полярных льдов океаны станут более пресными. Обычный перенос теплых вод с экватора на средние широты будет приостановлен.
Гольфстрим, теплое атлантическое течение вдоль Северной Америки к Европе, гарант умеренного климата Северного полушария, замрет. Потепление в этом регионе сменится резким похолоданием и уменьшением осадков. Всего за несколько лет вектор изменения погоды повернет на 180 градусов, климат станет холодным и сухим.
В этом месте компьютерные модели не дают однозначного ответа: что на самом деле произойдет? Станет ли климат Северного полушария более холодным и сухим, что еще не приведет к мировой катастрофе, или наступит новый ледниковый период продолжительностью в сотни лет, как бывало на Земле не раз и не так давно (Малый ледниковый период, Событие-8200, Ранний Триас - 12 700 лет назад).
Худший вариант, который действительно может случиться, таков. Разрушительные засухи в регионах производства продуктов питания и большой плотности населения (Северная Америка, Европа, Китай). Снижение осадков, пересыхание рек, истощение запасов пресной воды. Сокращение пищевых запасов, массовый голод, распространение эпидемий, бегство населения из зон бедствия. Нарастание международной напряженности, войны за источники питания, питьевые и энергетические ресурсы. В то же время в районах традиционно сухого климата (Азия, Южная Америка, Австралия) - проливные дожди, наводнения, гибель сельскохозяйственных угодий, не приспособленных к такому обилию влаги. И здесь тоже сокращение сельского хозяйства, нехватка продуктов питания. Коллапс современного устройства мира. Резкое, на миллиарды, сокращение численности населения. Отброс цивилизации на века, приход жестоких правителей, религиозные войны, крах науки, культуры, морали. Армагеддон в точно предсказанном виде!
Резкое, неожиданное изменение климата, к которому мир просто не сможет адаптироваться.
Вывод сценария неутешителен: надо принимать срочные меры, а какие, неясно. Поглощенный карнавалами, чемпионатами, бездумными шоу, просвещенный мир, который мог бы что-то “предпринять”, на него просто не обращает внимания: “Ученые пугают, а нам не страшно!”
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И ЗЕМНАЯ ПОГОДА
Есть, однако, третий вариант прогноза земного климата, согласный с разгулом аномалий начала века, но не приводящий к вселенской катастрофе. Он основан на наблюдениях нашей звезды, которая при всем видимом спокойствии все же обладает заметной активностью.
Солнечная активность - проявление внешней конвективной зоны, занимающей треть солнечного радиуса, где из-за большого градиента температуры (от 10 6 К внутри до 6 . 10 3 К на фотосфере) горячая плазма вырывается наружу “кипящими потоками”, генерирующими локальные магнитные поля напряженностью в тысячи раз больше общего поля Солнца. Все наблюдаемые особенности активности обусловлены процессами в конвективной зоне. Грануляция фотосферы, горячие площадки (факелы), восходящие протуберанцы (дуги вещества, поднимаемые магнитными силовыми линиями), темные пятна и группы пятен - трубки локальных магнитных полей, хромосферные вспышки (результат быстрого замыкания противоположных магнитных потоков, преобразующего запас магнитной энергии в энергию ускоренных частиц и нагрева плазмы). В этот клубок явлений на видимом диске Солнца вплетается сияющая солнечная корона (нагретая до миллионов градусов верхняя, очень разреженная атмосфера, исток солнечного ветра). Немалую роль в солнечной активности играют корональные конденсации и дыры, наблюдаемые в рентгене, и массовые выбросы из короны (корональные выбросы массы, КВМ). Многочисленны и разнообразны проявления солнечной активности.
Наиболее показательный, принятый индекс активности - число Вольфа W, введенное еще в XIX веке, указывающее количество темных пятен и их групп на солнечном диске. Лик Солнца покрыт изменяющимся крапом веснушек, что указывает на непостоянство его активности. На c. 27 внизу показан график среднегодовых значений W(t), полученный прямым мониторингом Солнца (последние полтора столетия) и восстановленный по отдельным наблюдениям до 1600 года (светило тогда не было под “постоянным надзором”). Видны подъемы и падения числа пятен - циклы активности. Один цикл длится в среднем 11 лет (точнее, 10,8 года), но есть заметный разброс (от 7 до 17 лет), переменность не строго периодическая. Гармонический анализ обнаруживает и вторую переменность - вековую, период которой, тоже не строго выдержанный, равен ~100 годам. На графике он проявляется наглядно - с таким периодом изменяется амплитуда солнечных циклов Wmax. В середине каждого века амплитуда достигала наибольших величин (Wmax ~ 150-200), на стыке веков уменьшалась до Wmax = 50-80 (в начале XIX и XX веков) и даже до предельно малого уровня (начало XVIII века). В течение длительного временного интервала, названного Маундеровским минимумом (1640-1720 годы), никакой цикличности не наблюдалось и число пятен на диске исчислялось единицами. Маундеровское явление, наблюдаемое и у других звезд, по светимости и спектральному классу близких Солнцу, не совсем понятый механизм перестройки конвективной зоны звезды, в результате чего генерация магнитных полей замедляется. Более глубокие “раскопки” показали, что подобные перестройки на Солнце бывали и раньше: минимумы Шперера (1420-1530 годы) и Вольфа (1280-1340 годы). Как видно, они случаются в среднем через 200 лет и длятся 60-120 лет - в это время Солнце как бы впадает в летаргический сон, отдыхая от активной работы. После Маундеровского минимума прошло почти 300 лет. Самая пора светилу снова передохнуть.
Здесь возникает прямая связь с темой земной погоды и изменения климата. Хроника времен Маундеровского минимума определенно указывает на аномальное поведение погоды, близкое тому, что происходит в наши дни. По всей Европе (с меньшей вероятностью во всем Северном полушарии) в это время наблюдались удивительно холодные зимы. Замерзали каналы, о чем свидетельствуют картины голландских мастеров, замерзала Темза, и у лондонцев вошло в обычай устраивать гуляния по льду реки. Сковывалось льдом даже Северное море, прогреваемое Гольфстримом, в результате чего прекращалась навигация. В эти годы практически не наблюдались полярные сияния, что указывает на уменьшение интенсивности солнечного ветра. Дыхание Солнца, как бывает во время сна, ослабевало, и именно это привело к изменению климата. Погода стала холодной, ветреной, капризной.
СОЛНЕЧНОЕ ДЫХАНИЕ
Как, посредством чего передается солнечная активность на Землю? Должны быть какие-то материальные носители, осуществляющие перенос. Таких “переносчиков” может быть несколько: жесткая часть спектра солнечного излучения (ультрафиолет, рентген), солнечный ветер, выбросы вещества во время солнечных вспышек, КВМ. Результаты наблюдений Солнца в 23-м цикле (1996-2006 годы), проведенные космическими аппаратами SOHO, TRACE (США, Европа), КОРОНАС-Ф (Россия), показали, что главными “переносчиками” солнечного влияния выступают КВМ. Они в первую очередь определяют земную погоду, а все остальные “носители” дополняют картину (см. “Наука и жизнь” № ).
КВМ стали подробно изучать лишь в последнее время, осознав их ведущую роль в солнечно-земных связях, хотя замечали с 1970-х годов. По частоте испускания, массе и энергии они превосходят все остальные “переносчики”. При массе 1-10 млрд тонн и скорости (1-3 . 10 км/с эти плазменные облака обладают кинетической энергией ~10 25 Дж. Долетая до Земли за несколько суток, они оказывают сильное воздействие сначала на земную магнитосферу, а через нее на верхние слои атмосферы. Механизм воздействия сейчас достаточно изучен. О нем догадывался советский геофизик А. Л. Чижевский еще 50 лет назад, в общих чертах его понимал Э. Р. Мустель с сотрудниками (1980-е годы). Наконец, в наши дни он был доказан наблюдениями с американских и европейских спутников. Орбитальная станция SOHO, ведущая непрерывные наблюдения уже 10 лет, зарегистрировала около 1500 КВМ. Спутники SAMPEX и POLAR отметили появление выбросов у Земли и проследили результат воздействия.
В общих чертах воздействие КВМ на земную погоду сейчас хорошо известно. Достигнув окрестности планеты, расширившееся магнитное облако обтекает магнитосферу Земли по границе (магнитопаузе), поскольку магнитное поле не пускает заряженные частицы плазмы внутрь. Удар облака по магнитосфере порождает колебания магнитного поля, проявляющиеся как магнитная буря. Магнитосфера обжимается обтекающим потоком солнечной плазмы, концентрация силовых линий возрастает, и в некоторый момент развития бури происходит их пересоединение (аналогичное тому, что порождает вспышки на Солнце, но намного меньшего пространственного и энергетического масштаба). Выделенная магнитная энергия идет на ускорение частиц радиационного пояса (электроны, позитроны, протоны сравнительно низких энергий), которые, приобретя энергию в десятки и сотни МэВ, не могут уже удерживаться магнитным полем Земли. Происходит высыпание потока ускоренных частиц в атмосферу вдоль геомагнитного экватора. Взаимодействуя с атомами атмосферы, заряженные частицы передают им свою энергию. Появляется новый “энергетический источник”, влияющий на верхний слой атмосферы, а через его неустойчивость к вертикальным перемещениям - и на нижние слои, в том числе тропосферу. Этот “источник”, связанный с солнечной активностью, “расшатывает” погоду, создавая скопления облаков, порождая циклоны и штормы. Главный итог его вмешательства - дестабилизация погоды: штиль сменяется бурей, сушь - обильными осадками, дожди - засухой. Примечательно, что все погодные изменения начинаются вблизи экватора: тропические циклоны, перерастающие в ураганы, переменные муссоны, загадочное Эль Ниньо (“Ребенок”) - всемирный возмутитель погоды, неожиданно появляющийся на востоке Тихого океана и столь же неожиданно исчезающий.
Согласно “солнечному сценарию” погодных аномалий, прогноз на XXI век более спокойный. Климат Земли изменится незначительно, но режим погоды претерпит заметный сдвиг, как это было всегда при замирании солнечной активности. Он может быть не очень сильным (более холодные, чем обычно, зимние и более дождливые летние месяцы), если солнечная активность снизится до Wmax ~ 50, как было в начале XIX и XX веков. Он может стать более серьезным (похолодание климата всего Северного полушария), если случится новый Маундеровский минимум (Wmax < 10). В любом случае похолодание климата будет не кратковременным, а продолжится, вместе с аномалиями погоды, несколько десятилетий.
Что ожидает нас в ближайшее время, покажет 24-й цикл, который сейчас начинается. С большой вероятностью, основанной на анализе солнечной активности за 400 лет, его амплитуда Wmax станет еще меньше, солнечное дыхание еще слабее. Надо следить за корональными массовыми выбросами. Их число, темп, последовательность определят погоду начала XXI века. И, конечно, совершенно необходимо понять, что же происходит с любимой звездой, когда ее активность замирает. Это задача не только научная - по физике Солнца, астрофизике, геофизике. Ее решение кардинально необходимо для выяснения условий сохранения жизни на Земле.
Литература
Summary for Policymakers, A Report of Working Group I of IPCC (Shanghai, January 2001), Internet.
Schwartz Р., Randall D . An Abrupt Climate Change Scenario (October 2003), Internet.
Будыко М.Климат. Каким он будет? // Наука и жизнь, 1979, № 4.
Лучков Б. Солнечное влияние на земную погоду. Научная сессия МиФи-2006 // Сборник научных трудов, т. 7, с.79.
Моисеев Н. Будущее планеты и системный анализ // Наука и жизнь, 1974, № 4.
Николаев Г. Климат на переломе // Наука и жизнь, 1995, № 6.