Изменения климата

Изменения климата ВВЕДЕНИЕ Вопрос об изменениях климата привлека л внимание многих исследователей , работы которых были посвящены главным образом с бору и изучению данных о климатических ус ловиях различных эпох . Исследования этого нап равления содержат обширные материалы о климат ах прошлого. Меньше результатов было получе но при изучении причин изменений климата , хотя эти причины уже давно интересовали специ алистов , работающих в данной области . Из-за отсутствия точной теории климата и недоста тка , необходимых д ля этой цели материалов специальных наблюдени й при выяснении прич ин изменений клим ата возникли большие трудности , не преодоленн ые до последнего времени . Сейчас не сущест вует общепринятого мнения о причинах изменени й и колебаний климата , как для современной эпохи , так и для геологического прошлого. Между тем вопрос о ме ханизме изменений климата приобретает в настоящее время большое практическое значение , которое он еще недавно не имел . Установлено , что хозяйственная деятельность человека начала ока зывать влияние глобальные климатические условия , причем это влияние быстр о возр астает . Поэтому возникает необходимость в раз работке методов прогноза изменений климата дл я того , чтобы предотвратить опасное для че ловека ухудшение природных условий. Очевидно , что такие прогнозы нельзя обосновать только эмпирическими материалами об изменениях климата в прошлом . Эти м атериалы могут быть использованы для оценки климатических условий будущего путем экстрап оляции наблюдаемых сейчас изменений климата . Но этот метод прогноза пригоден лишь для очень ограниченных интервалов времени из-за н е стабильности факторов , влияющих на климат. Для разработки надежного метода прогно за климата будущего в условиях возрастающего влияния хозяйственной деятельности человека на атмосферные процессы необходимо использование физической теории изменений климата. Ме жду тем , имеющиеся численные модели метеороло гического режима являются приближенными и их обоснования содержат существенные ограничения. Очевидно , что эмпирические материалы об изменениях климата имеют очень большое з начение , как для построения , так и дл я проверки приближенных теорий изменений клим ата . Аналогичное положение имеет место в и зучении последствий воздействий на глобальный климат , осуществление которых , по-видимому , возмо жно в ближайшем будущем . Целью настоящей работы является анализ климат ов прошлого , современного и буд ущего , а также проблем регулирования климата. Для выполнения поставленной цели нами сформулированы следующие задачи : Изучить по литературным источникам климат ы прошлых эпох ; Ознакомиться с методами изучения и оц енки современ ного климата и климата б удущего ; Рассмотреть прогнозы и перспективы климат а в будущем и проблемы его регулирования. Материалами для выполнения работы послужи ли монографии и другие публикации современных отечественных и зарубежных ученых по дан ной проблеме. КЛИМАТЫ ПРОШЛОГО Четвертичный период Характерной чертой последнего (четвертичног о ) геологического периода была большая изменч ивость климатических условий , в особенности в умеренных и высоких широтах . Природные ус ловия этого времени изучены гораздо подр обнее по сравнению с более ранними периодами , но , несмотря на наличие многих выдающихся достижений в изучении плейстоцена , ряд важных закономерностей природных процессов этого времени известен еще недостаточно . К их числу относится , в частности , датиров ка эпох похолоданий , с которыми св язаны разрастания ледяных покровов на суше и океанах . В связи с этим оказывается неясным вопрос об общей длительности плейс тоцена , характерной чертой которого было разв итие крупных оледенений. Существенное значение для разра бот ки абсолютной хронологии четвертичного периода имеют методы изотопного анализа , к числу которых относятся радиоуглеродный и калиево-арг онный методы . Первый из указанных методов дает более или менее надежные результаты только для последних 40-50 тыс . ле т , то есть для заключительной фазы четвертичного периода . Второй метод применим для горазд о более продолжительных интервалов времени . О днако точности результатов его использования заметно меньше , чем радиоуглеродного метода. Плейстоцену предшествовал длите льный процесс похолодания , особенно заметный в ум еренных и высоких широтах . Этот процесс ус корился в последнем отделе третичного периода - плиоцене , когда , по-видимому , возникли первые ледяные покровы в полярных зонах северно го и южного полушарий. Из пале ографических данных следует , что время образования оледенений в Антар ктиде и Арктике составляет не менее неско льких млн . лет . Площадь этих ледяных покро вов вначале была сравнительно невелика , однак о постепенно возникла тенденция к их расп ространению в бол е е низкие широты с последующим отсутствием . Время начала с истематических колебаний границ ледяных покровов по ряду причин определить трудно . Обычно считают , что перемещения границы льдов на чались около 700 тыс . лет тому назад. Наряду с этим к эпохе активно го развития крупных оледенений часто добавляют более длительный интервал времени – эоплейстоцен , в результате чего длительнос ть плейстоцена возрастает до 1,8 – 2 млн . лет. Общее число оледенений , по-видимому , был о довольно значительным , поскольку установл енные еще в прошлом веке главные ледниковые эпохи оказались состоящими из ряда более теплых и холодных интервалов време ни , причем последние интервалы можно рассматр ивать как самостоятельные ледниковые эпохи. Масштабы оледенений различных ледниковых эпох з начительно отличались . При этом заслуживает внимания мнение ряда исследователе й , что эти масштабы имели тенденцию к возрастанию , то есть что оледенение в конц е плейстоцена были крупнее первых четвертичны х оледенений . Лучше всего изучено последнее оледене ние , которое происходило несколько десятк ов тыс . лет назад . В эту эпоху заметно возросла засушливость климата. Возможно , это объяснялось разным уменьшен ием испарения с поверхности океанов из-за распространения морских льдов в более низкие широты . В результ ате понижалась интен сивность влагооборота , и уменьшалось количество осадков на суше , на которые влияло увел ичение площади материков вследствие изъятия в оды из океанов , израсходованной при образован ии материкового , ледяного покрова . Не подлежит сомнению , ч т о в эпоху последн его оледенения произошло громадное расширение зоны вечной мерзлоты . Это оледенение законч илось 10 – 15 тыс . лет тому назад , что обы чно считают концом плейстоцена и началом голоцена – эпохи , в течение которой на природные условия начала ок а зывать влияние деятельность человека. Причины изменений климата Своеобразные климатические условия четверт ичного времени , по-видимому , возникли из-за соде ржания углекислого газа в атмосфере и в результате процесса перемещения континентов и подъема их ур овня , что привело к частичной изоляции Северного полярного океан а и размещению антарктического материка в полярной зоне южного полушария. Четвертичному периоду предшествовала обуслов ленная изменениями поверхности Земли длительная эволюция климата в сторону усиления термической зональности , что выражалось в с нижении температуры воздуха в умеренных и высоких широтах . В плиоцене на климатически е условия начало оказывать влияние уменьшения концентрации атмосферной углекислоты , что пр ивело к снижению средней гл о бальн ой температуры воздуха на 2 – 3 градуса (в высоких широтах на 3 – 5). После чего по явились полярные , ледяные покровы , развитие ко торых привело к снижению средней глобальной температуры. По-видимому , по сравнению с изменениями астрономических факторов, все другие прич ины оказывали меньшее влияние на колебания климата в четвертичное время. Дочетвертичное время По мере отдаления от нашего времени количество сведений о климатических условиях прошлого уменьшается , а трудности интерпритации этих сведений во зрастают . Наиболее на дежную информацию о климатах отдаленного прош лого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых орган измов . Мало вероятно , чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры , от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений . На этом о сновании можно думать , что температура поверх ности Земли , нижнего слоя воздуха и верхне го слоя водоемов не выходила из указанных пределов . Фактические к олебания сре дней температуры поверхности Земли за длитель ные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили н ескольких градусов за десятки млн . лет. Из этого можно сделать вывод о тр удности исследования изменений термическо го режима Земли в прошлом по эмпирическим данным , так как погрешности определения тем пературы , как методом анализа изотопного сост ава , так и другими известными сейчас метод ами составляют обычно не меньше нескольких градусов. Другая трудность изучения клима тов прошлого обусловлена неясностью положения разл ичных областей по отношению к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения полюсов. Климатические условия мезозойской эры и третичного периода характеризировались двумя основными зак ономерностями : На протяжении этого времени средняя т емпература воздуха у земной поверхности была значительно выше современной , в особенности в высоких широтах . В соответствии с э тим разность температур воздуха между экватор ом и полюсами была гораздо меньше с овременной ; В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция к снижению температуры воздуха , в особенности в высоки х широтах. Эти закономерности объясняются изменением содержания углекислого газа в атмосфере и изменением положения континентов . Более высокая концентрация углекислого газа обеспечи вала повышение средней температуры воздуха пр имерно на 5 градусов по сравнению с соврем енными условиями . Низкий уровень континентов повышал интенсивность меридионального теплообмена в океана х , что увеличивало темпер атуру воздуха в умеренных и высоких широт ах. Повышение уровня континентов уменьшало интенсивность меридионального теплообмена в ок еанах и приводило к постоянному снижению температуры в умеренных и высоких широтах. При общей высоко й устойчивости термического режима в мезозойское и третично е время , обусловленной отсутствием полярных л ьдов , в течение сравнительно редко коротких интервалов могли происходить резкие понижения температуры воздуха и верхних слоев водо емов . Эти понижения б ы ли обусловле ны совпадением во времени ряда вулканических извержений взрывного характера. Современные изменения климата Наиболее крупное изменение климата за время инструментальных наблюдений началось в конце 19 века . Оно характеризовалось постепенны м п овышением температуры воздуха на в сех широтах северного полушария во все се зоны года , причем наиболее сильное потепление происходило в высоких широтах и в хо лодное время года . Потепление ускорилось в 10-х годах 20 века и достигло максимума в 30-х годах , к о гда средняя темпера тура воздуха в северном полушарии повысилась приблизительно на 0,6 градусов по сравнению с концом 19 века . В 40-х годах процесс п отепления сменился похолоданием , которое продолжа ется до настоящего времени . Это похолодание было довольно м едленным и пока еще не достигло масштабов предшествующего ему потепления. Хотя данные о современном изменении климата в южном полушарии имеют менее определенный характер по сравнению с данными для северного полушария , есть основания с читать , что в первой половине 20 века в южном полушарии также происходило потеплени е. В северном полушарии повышение темпера туры воздуха сопровождалось сохранением площади полярных льдов , отсутствием границы вечной мерзлоты в более высокие широты , продвижени ем к северу границ ы леса и тундры и другими изменениями природных условий. Существенное значение имело отмечавшееся в эпоху потепления изменение режима атмосф ерных осадков . Количество осадков в ряде р айонов недостаточного увлажнения при потеплении климата уменьшилось , в ос обенности в холодное время года . Это привело к ум еньшению стока рек и падению уровня некот орых замкнутых водоемов. Особую известность получило произошедшее в 30-х годах резкое снижение уровня Каспи йского моря , обусловленное главным образом ум еньшением сто ка Волги . Наряду с этим в эпоху потепления во внутриконтинентальных районах умеренных широт Европы , Азии и Северной Америки возросла частота засух , ох ватывающих большие территории. Потепление , достигшее максимума в 30-х годах , по-видимому , определялось ув еличением прозрачности стратосферы , повысившим поток с олнечной радиации , поступающей в тропосферу (м етеорологическую солнечную постоянную ). Это привел о к возрастанию средней планетарной температу ры воздуха у земной поверхности. Изменения температуры возду ха на различных широтах и в различные сезоны зависели от оптической толщины стратосферного аэрозоля и от перемещения границы морских полярных льдов . Обусловленное потеплением от ступления морских арктических льдов привело к дополнительному , заметному повыш е нию температуры воздуха в холодное время год а в высоких широтах северного полушария. Представляется вероятным , что изменения прозрачности стратосферы , произошедшие в первой половине 20 века , были связаны с режимом вулканической деятельности и , в частности , с изменением поступления в стратосферу продуктов вулканических извержений , включая в особенности сернистый газ . Хотя этот выв од основан на значительном материале наблюден ий , он однако , является менее очевидным по сравнению с приведенной выше основной ча с тью объяснения причин потепления. Следует указать , что это объяснение относится только к главным чертам изменени я климата , которое произошло в первой поло вине 20 века . Наряду с общими закономерностями процесса изменения климата этот процесс характеризовал ся многими особенностями , относ ящимися к колебаниям климата за более кор откие периоды времени и к колебаниям клим ата в отдельных географических районах. Но такие колебания климата были в значительной мере обусловлены изменениями ци ркуляций атмосферы и гид росферы , которые имели в некоторых случаях случайный хара ктер , а в других случаях были следствием автоколебальных процессов. Есть основания думать , что в послед ние 20-30 лет изменения климата начали в изве стной мере зависеть от деятельности человека . Хотя потепление первой половины 20 века оказало определенное влияние на хозяйственну ю деятельность человека и явилось наиболее крупным изменением климата за эпоху инстру ментальных наблюдений , его масштабы были незн ачительны по сравнению с теми изменениями кли м ата , которые имели место в течение голоцена , не говоря уже о пле йстоцене , когда развивались крупные оледенения. Тем не менее , изучение потепления , п роизошедшего в первой половине 20 века , имеет большое значение для выяснения механизма и зменений климата , о свещенным массовыми да нными надежных инструментальных наблюдений. В связи с этим всякая количественн ая теория изменений климата должна быть , п режде всего , проверена по материалам , относящи мся к потеплению первой половины 20 века. Климат будущего Перспект ивы изменений климата При изучении климатических условий буд ущего следует сначала остановиться на тех изменениях , которые могут произойти вследствие естественных причин . Эти изменения могут зависеть от следующих причин : Вулканическая деятельность . Из изу чен ия современных изменений климата следует , что колебания вулканической активности могут вли ять на климатические условия для периодов времени , равных годам и десятилетиям . Возмож но , также влияние вулканизма на изменения климата за периоды порядка столети й и за длительные интервалы времени ; Астрономические факторы . Изменение положения поверхности Земли по отношению к Солнцу создает изменения климата с временными м асштабами в десятки тысяч лет ; Состав атмосферного воздуха . В конце т ретичного и в четвертичное время , опреде ленное влияние на климат оказывало убывание содержания углекислого газа в атмосфере . Принимая во внимание скорость этого убывания и соответствующие ему изменения температуры воздуха , можно заключить , что влияние ест ественных изменений содерж а ния углеки слоты на климат существенно для интервалов времени более ста тысяч лет ; Строение земной поверхности . Изменение ре льефа и связанные с ними изменения положе ния берегов морей и океанов могут заметно изменить климатические условия на больших простран ствах за периоды времени , не меньше сотен тысяч - миллионов лет ; Солнечная постоянная . Оставляя в стороне вопрос о существовании влияющих на клима т короткопериодических колебаний солнечной посто янной , следует принять во внимание возможност ь медленных измене ний солнечной радиации , обусловленных эволюцией солнца . Также измене ния могут существенно влиять на климатические условия за периоды не менее ста милл ионов лет. Наряду с изменениями , обусловленными вн ешними факторами , климатические условия меняются в рез ультате автоколебательных процессов в системе атмосфера – океан - полярные льды . Также изменения относятся к периодам времени порядка годов – десятилетий и , возможно , также к периодам в сотни и даже тысячи лет . Указанные в этом переч не временные масштабы д ействия разл ичных факторов на изменения климата в осн овном согласуются с аналогичными оценками Мит челла и других авторов . Сейчас существует проблема предсказания изменений климата в рез ультате деятельности человека , которая существенн о отличается от пробл е мы прогноза погоды . Ведь для нее необходимо принять во внимание изменение во времени показат елей хозяйственной деятельности человека . В с вязи с этим задача предсказания климата с одержит два основных элемента – прогноз развития ряда аспектов хозяйственной д еятельности и расчет тех изменений кл имата , которые соответствуют изменению соответств ующих показателей деятельности человека. Возможный экологический кризис Современная деятельность человека , так же как и его деятельность в прошлом , с ущественно изменил а природную среду на большей части нашей планеты , эти изменения до недавнего времени были только суммой многих локальных воздействий на природные процессы . Они приобрели планетарный характер не в результате изменения человеком природ ных процессов глобальн о го масштаба , а потому , что локальные воздействия распрос транились на большие пространства . Иначе гово ря , изменение фауны в Европе и Азии не влияло на фауну Америки , регулирование ст ока американских рек не изменило режима с тока африканских рек и так далее. Только в самое последнее время начало сь воздействие человека на глобальные природн ые процессы , изменение которых может оказать влияние на природные условия всей планет ы. Принимая во внимание тенденции развити я хозяйственной деятельности человека в совре ме нную эпоху , недавно было высказано п редложение , что , дальнейшее развитие этой деят ельности может привести к значительному измен ению окружающей среды , в результате которого произойдет общий кризис экономики и резк о сократится численность населения. К числу крупных проблем относится вопрос о возможности изменения под влиян ием хозяйственной деятельности глобального клима та нашей планеты . Особое значение этого во проса заключается в том , что такое изменен ие может оказать существенное влияние на хозяйственную д е ятельность человека р аньше всех других глобальных экологических на рушений. При определенных условиях влияние хозя йственной деятельности человека на климат мож ет в сравнительно близком будущем привести к потеплению , сравнимому с потеплением перв ой половины 20 века , а затем намного п ревзойти это потепление . Таки образом , изменен ие климата , возможно , является первым реальным признаком глобального экологического кризиса , с которым столкнется человечество при стих ийном развитии техники и экономики. Основной пр ичиной этого кризиса на его первой стадии будет пераспределение количества осадков , выпадающих в различных районах земного шара , при их заметном у меньшении во многих районах неустойчивого увл ажнения . Поскольку в этих районах расположены важнейшие области п роизводства зер новых культур , изменение режима осадков может существенно затруднить проблему повышения ур ожайности для обеспечения продовольствием быстро растущего населения земного шара. По этой причине вопрос о предотвра щения нежелательных изменений гло бального климата является одной из существенных эко логических проблем современности. Проблема регулирования климата Для предотвращения неблагоприятных изменен ий климата , возникающих под влиянием хозяйств енной деятельности человека , осуществляются разли чные мероприятия ; наиболее широко ведется борьба с загрязнением атмосферного воздуха . В результ ате применения во многих развитых странах различных мер , включающих очистку воздуха , и спользуемого промышленными предприятиями , транспортны ми средствами , отопите льными устройствами и так далее , в последние годы достигнуто снижение уровня загрязнения воздуха в ря де городов . Однако во многих районах загря знение воздуха усиливается , причем , имеется те нденция к росту глобального загрязнения атмос феры . Это указывает н а большие т рудности предотвращения роста количества антропо генного аэрозоля в атмосфере. Еще труднее были бы задачи (которые пока еще не ставились ) предотвращения уве личения содержания углекислого газа в атмосфе ре и роста тепла , выделяемого при преобраз ова ниях энергии , используемой человеком . П ростых технических средств решения этих задач не существует , кроме ограничений потребления топлива и потребления большинства видов энергии , что ближайшие десятилетия несовместимо с дальнейшим техническим прогрессом. Таким образом , для сохранения сущ ествующих климатических условий в близком буд ущем окажется необходимым применение метода р егулирования климата . Очевидно , что при наличи и такого метода он мог быть использован также для предотвращения неблагоприятных для н а родного хозяйства естественных к олебаний климата и в дальнейшем , соответствую щем интересам человечества. Имеется ряд работ , в которых рассма тривались различные проекты воздействия на кл имат . Один из крупнейших проектов имеет це лью уничтожение арктических льдов для з начительного повышения температуры в высоких широтах . При обсуждении этого вопроса был выполнен ряд исследований связи режима полярн ых льдов с общими климатическими условиями . Влияние исчезновения полярных льдов на кли мат будет сложным и не во в с ех отношениях благоприятным для деятельности человека . Далеко не все последствия разрушени я полярных льдов для климата и природных условий различных территорий можно сейчас предсказать с достаточной точностью . Поэтому , при наличии возможности уничтожить л ьды это мероприятие осуществлять в бл ижайшем будущем нецелесообразно. Из других путей воздействия на кли матические условия заслуживает внимание возможно сть изменения атмосферных движений большого м асштаба . Во многих случаях атмосферные движен ия неустойчив ы , в связи с чем возм ожны воздействия на них с затратой сравни тельно небольшого количества энергии. В других работах упоминаются некоторые методы воздействия на микроклимат в связ и с агрометеорологическими задачами . К их числу относятся различные способы защиты растений от заморозков , затенение растений с целью защиты их от перегрева и излишнего испарения влаги , посадки лесных полос и другие. В некоторых публикациях упоминаются др угие проекты воздействия на климат . К их числу относятся идеи воздействия на некоторые морские течения путем строительства гигантских плотин . Но ни один проект такого рода не имеет достаточного научного обоснования , возмож ное влияние их осуществления на климат ос тается совершенно неясным. Другие проекты включают предложения о соз дании крупных водоемов . Оставляя в стороне вопрос о возможности осуществления такого проекта , следует отметить , что связанные с ним изменения климата изучены очень мало. Можно думать , что некоторые из выше перечисленных проектов воздействия на климат огра нич енных территорий будут доступны для техники близкого будущего , или целесообразность их осуществления будет доказана. Гораздо большие трудности на пути осуществления воздействий на глобальный климат , то есть на климат всей планеты или ее значительной ч ас ти. Из различных источников путей воздейст вия на климат , по-видимому , наиболее доступен для современной техники метод , основанный на увеличении концентрации аэрозоля в нижней стратосфере . Осуществление этого воздействия на климат имеет целью предотвратить или ослабить изменения климата , которые могут возникнуть через несколько десятилетий под влиянием хозяйственн ой деятельности человека . Воздействия такого масштаба могут быть необходимы в 21 веке , когда в результате значительного роста производства энергии может существенно повысится температура н ижних слоев атмосферы . Уменьшение прозрачности стратосферы в таких условиях может предотв ратить нежелательные изменения климата. Заключение Из выше перечисленных материалов можно сделать вывод , ч то в современную эпоху глобальный клима т уже в некоторой мере изменен в резу льтате хозяйственной деятельности человека . Эти изменения обусловлены главным образом увеличен ием массы аэрозоля и углекислого газа в атмосфере. Современные антропогенные изменения глобальн ого клим ата сравнительно невелики , что частично объясняе тся противоположным влиянием на температуру в оздуха роста концентрации аэрозоля и углекисл ого газа . Тем не менее эти изменения и меют определенное практическое значение , в основном в связи с влиянием режима ос адков на сел ьскохозяйственное производство . При сохранении со временных темпов хозяйственного развития антропо генные изменения могут быстро возрасти и достигнуть масштабов , превышающих масштабы естественных колебани й климата , происхо дивших в течение последн его столетия. В дальнейшем при этих условиях изм енения климата будут усиливаться , причем в 21 веке они могут стать сравнимыми с естественными колебаниями климата . Очевидно , что столь значительные изменения клима та могут оказать громадное влияние на при род у нашей планеты и многие стороны хозяйственной деятельности человека. В связи с этим возникают задачи предсказания антропогенных изменений климата , которые возникнут при различных вариантах хозяйственного развити я , и разработки методов регулирования клима та , которые должны предот вратить его изменения в нежелательном направл ении . Наличие этих задач существенно изменяет значение исследований изменений климата и особенно изучения причин этих изменений . Ес ли раньше такие исследования имели в знач ительной мере познавательные цели , то сейчас выясняется необходимость их выполнения для оптимального планирования развития народного хозяйства. Следует указать на международный аспек т проблемы антропогенных изменений климата , который приобретает особенно большое значен ие при подготовке крупномас штабных воздействий на климат . Воздействие на глобальный климат приведет к изменению к лиматических условий на территорий многих стр ан, причем характер этих изме нений в разных районах будет различным . В связи с этим в работе Е . К. Федорова неоднократно указывалось , что осуществление любого крупно го проекта воздействия на климат возможно только на основе международного сотрудничества. Сейчас есть основания для п оставки вопроса о заключении международного с оглашения , запрещающего ос уществление несогла сованных воздействий на климат . Такие воздейс твия должны разрешаться только на основе проектов , рассмотренных и одобренных ответственны ми международными органами . Это соглашение до лжно охватывать как мероприятия по направленн ому воздейс т вию на климат , так и те виды хозяйственной деятельности челов ека , которые могут привести к непреднамеренны м применениям глобальных климатических условий.