Взаимодействие океана и атмосферы

С конца 60-х годов XX века наблюдается  уменьшение продолжительности снежного и ледяного покрова на 10-15%, сокращение на две недели ежегодной продолжительности  покрытия льдом озер и рек. Происходит повсеместное отступление горных ледников, а толщина льда в Арктике сократилась  почти на 40%.

За XX столетие уровень Мирового океана повысился на 10-20 см. Причиной этого повышения явилось таяние полярных льдов, обусловленное глобальным потеплением. Глобальное потепление выражается и в росте числа особо жарких дней, засух, наводнений, резких оттепелей  и заморозков, селей, сильных ветров.

Межправительственная группа экспертов по проблеме изменения  климата (МГЭПИК) ООН и национальные академии наук стран «Большой восьмёрки» пришли к выводу, что с конца XIX века средняя температура по Земле  поднялась на 0.6 ± 0.2°C. Тем не менее, точно неизвестно, насколько значительными  будут дальнейшие изменения климата  и что должно предпринимать человечество в свете этой проблемы.

 

Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и не антропогенные. Среди  основных внешних воздействий - изменения  орбиты Земли, солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект. Климатологи согласны в том, что в последнее время температура  на Земле повысилась. Более спорной является причина этого повышения. Однако большинство ученых сходятся во мнении, что происходящее изменение климата вызвано деятельностью человека, в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4).

 

Изменение газового состава  атмосферы способно существенно  влиять на радиационный баланс Земли  и, следовательно, изменять климат. Основным механизмом этого влияния является парниковый эффект. Приблизительно 30% приходящего солнечного излучения  отражается от верхних слоев атмосферы  и уходит назад в космос, но большая  часть проходит сквозь атмосферу  и нагревает поверхность Земли. Нагретая поверхность испускает  инфракрасное излучение. Некоторые  газы, входящие в состав атмосферы  в относительно небольших количествах (0.1%) способны задерживать инфракрасное излучение. Их называют парниковыми  газами, а само явление - парниковым эффектом.

 

Парниковые газы присутствовали в атмосфере почти на всем протяжении истории Земли, их баланс поддерживался  за счет естественного круговорота  в природе. В отсутствие парниковых газов температура воздуха у  поверхности Земли была бы примерно на 30-33°С ниже, чем сейчас. Однако с  интенсивным развитием промышленности концентрация парниковых газов начала экспоненциально расти. Тепловые электростанции, автомобильные выхлопы, заводские  трубы и другие созданные человечеством  источники загрязнения вместе выбрасывают  в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники  дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере.

 

Рис. 25. Изменения в климатической  системе (МГЭПИК, 2002)

 

До начала эпохи промышленного  развития (середина XVIII века) концентрации углекислого газа в атмосфере  была равна 280 ppm (частиц на миллион), а  теперь она увеличилась на 30% и  достигла 368 ppm. Концентрация метана увеличились  на 149%. Эти величины самые высокие  за последние 420 000 лет - периода, для  которого известны надёжные данные, полученные из ледников Земли. Около трёх четвертей  всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны  использованием нефти и угля. Бомльшая часть остального обусловлена изменениями  ландшафтов, в первую очередь вырубкой лесов.

 

Если естественный парниковый эффект поддерживал атмосферу Земли  в состоянии теплового баланса, благоприятного для существования  животных и растений, то антропогенное  увеличение концентрации парниковых газов  в атмосфере нарушает естественный тепловой баланс планеты за счет усиления парникового эффекта, и как следствие, вызывает глобальное потепление.

 

Прогнозы будущего роста  концентрации углекислого газа в  атмосфере существенно зависят  от выбора стратегии развития промышленности, энергетики, транспорта и т.п. Согласно сценариям, к концу XXI столетия можно  ожидать возрастание концентрации углекислого газа более чем в  два раза по сравнению с современным. Эти прогнозы основаны на достаточно надёжных теориях и моделях углеродного  цикла и данных мониторинга СО2. Однако ситуация может существенно  обостриться из-за антропогенного выброса  других парниковых газов: метана, фреонов  и др. В прошлом, при такой концентрации парниковых газов (средний плиоцен, 3-5 миллионов лет назад) климат существенно  отличался от настоящего: среднеглобальная температура была на 4-50С выше, отсутствовало  оледенение Антарктиды, уровень океана был выше на несколько метров и  т.п. Установление такого климата за короткий промежуток времени в несколько  десятилетий привело бы к глобальной климатической катастрофе.

 

Возникает естественный вопрос: насколько опасны возможные изменения  климата при том или ином сценарии развития глобальной экономики и  каков безопасный уровень установившейся концентрации СО2? Очевидно, только ответив  на эти вопросы, можно обоснованно  выбрать стратегию по предотвращению возможных негативных последствий  изменения климата.

 

Для оценки изменения климата  разрабатывают численные модели общей циркуляции атмосферы и  океана, которые называются глобальными  климатическими моделями. В моделях  поведение климатической системы  Земли рассчитывается по основным законам  физики.

 

Глобальные климатические  модели могут численно оценить влияние  увеличения концентрации парниковых газов  в атмосфере на радиационный баланс Земли и позволяют использовать их для оценки будущего климата.

 

Если в моделях учитываются  и естественные, и антропогенные  факторы, то они вполне правдоподобно  описывают уже произошедшие климатические  изменения.

 

Распределение ожидаемых  изменений во времени и пространстве называют климатическими сценариями. Разброс в оценках определяется сложностью моделирования и неопределенностью  будущих концентраций парниковых газов  в атмосфере.

 

Оценки, полученные по климатическим  сценариям, на которые ссылается  МГЭПИК, говорят, что средняя температура  Земли между 1990 и 2100 годами может  повыситься на величину от 1.4 до 5.8 °C. Это  приведет к другим климатическим  изменениям - подъёму уровня Мирового океана, изменениям в количестве и  распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные  катаклизмы - наводнения, засухи, ураганы, понизиться урожаи сельскохозяйственных культур и исчезнуть многие биологические  виды. Хотя потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и размах таких явлений, очень трудно однозначно связать какое-то конкретное событие с глобальным потеплением.

 

Последствия потепления климата  будут ощущаться на Северном и  Южном полюсах, где увеличившаяся  температура приведет к таянию ледников и ледовых полюсных шапок. В северном полушарии снежный покров, вечная мерзлота и протяженность морского льда будут интенсивно уменьшаться. Уровень Мирового океана повысится  на 9-88 см, что увеличит риск наводнений, произойдет затопление земель в прибрежных и островных государствах и, особенно, в дельтах рек.

 

Климатические зоны будут  сдвигаться к полюсам. Среднее количество атмосферных осадков увеличится, но в отдельных регионах возможно как увеличение, так и уменьшение осадков. На большинстве территорий, где вероятно увеличение среднего количества осадков, будут наблюдаться значительные межгодовые колебания, чередование  засух и наводнений.

 

Негативные воздействия, согласно прогнозам, будут преобладать  на большей части земного шара, особенно в зоне тропиков и субтропиков, в которой находится большинство  развивающихся стран. Ожидается  обострение проблемы недостатка воды в засушливых регионах.

 

Потепление и повышение  уровня моря приведут к изменению  экологической продуктивности экосистем  при возрастающем риске исчезновения некоторых видов растений и животных. Наибольшая опасность грозит особенно чувствительным экосистемам, таким  как коралловые рифы, мангровые леса, высокогорные экосистемы, природные  пастбища и экосистемы районов вечной мерзлоты. В первую очередь пострадают коренные народы и местные сообщества, которые напрямую зависят от среды  обитания.

 

Воздействие увеличения концентрации СО2 повысит первичную продуктивность растений. Однако ожидается, что в  экосистемах будет происходить  больше значительных нарушений из-за пожаров, засухи, нашествия вредителей.

 

На территориях с умеренным  климатом урожаи будут возрастать при  небольших повышениях температуры, но начнут снижаться при более  значительных изменениях. В большинстве  тропических и субтропических регионов урожаи будут снижаться практически  при любом повышении температуры.

 

Рыболовство - отрасль мирового хозяйства, которая чутко реагирует  на изменения климата. Влияние глобальных климатических изменений на морское  рыболовство еще мало исследовано. Считается, что быстрое изменение  температуры воды и содержания в  ней растворенного кислорода приведут к увеличению популяций мелких, не имеющих высокой экономической ценности рыб. Ухудшатся условия воспроизводства проходных лососевых рыб, заходящих для нереста в реки. В то же время потепление климата благоприятно скажется на развитии аквакультуры.

 

Глобальные изменения  климата, затронут энергетику. Возрастет  потребление электроэнергии на нужды  охлаждения. Сокращение речного стока  в целом может негативно сказаться  на выработке электроэнергии на ГЭС. Резко усложнятся условия добычи нефти и природного газа в районах  с вечной мерзлотой.

 

Существенные изменения, затронут и сферу транспорта. Прежде всего, увеличится продолжительность  навигации по морям Северного  Ледовитого океана, и Северный морской  путь станет функционировать дольше - до 4 месяцев в году. Снизятся расходы  на проведение ледокольных операций. Но таяние вечной мерзлоты на огромных пространствах Евразии сопряжено  с риском нарушения инженерно-геологических  условий, что может резко увеличить  финансовые затраты на поддержание  железных и автомобильных дорог  в безопасном состоянии.

 

Лесные и торфяные пожары приведут к увеличению загрязнения  атмосферного воздуха в городах  и, следовательно, к увеличению риска  хронических заболеваний и смертности среди больных. Изменение климата  отрицательно повлияет на здоровье людей, особенно в тропических и субтропических странах при увеличении стресса  от воздействия жары, при наводнениях  и штормах, через воздействие  переносчиков болезней. Ожидается увеличение смертности от инфекционных болезней, таких как малярия, лихорадка, холера. Однако существует и другие мнения о причинах потеплении климата, в  том числе:

 

- наблюдаемое потепление  находится в пределах естественной  изменчивости климата и не  нуждается в отдельном объяснении;

 

- потепление явилось результатом  выхода из холодного Малого  ледникового периода;

 

- потепление наблюдается  слишком непродолжительное время,  поэтому нельзя достаточно уверенно  сказать, происходит ли оно  вообще.

 

В настоящее время ни одно из этих альтернативных мнений не имеет  заметного числа сторонников  среди учёных-климатологов, а часть  ученых вообще полагает, что влияние  человеческой деятельности на изменения  климата незначительно. Возможные  последствия глобального потепления климата многоплановы и взаимосвязаны, они затрагивают многие стороны  жизни и деятельности человека. Несмотря на неопределенность многих климатических  прогнозов, проявления современного потепления климата будут разными в различных регионах планеты. Не все изменения будут иметь отрицательный характер, некоторые из них могут оказаться полезными для людей. Вопрос состоит лишь в том, сможет ли человек эффективно адаптироваться к ним и научиться жить в изменившейся окружающей среде.