Природопользование и глобальное изменение климата

3.4.1. Изменение климата Земли и антропогенез

Климат — весьма сложная система, функционирование которой зави­сит от множества факторов: термоядерных процессов на Солнце, орбиталь­ных вариаций Земли, геологических процессов в земных недрах, тепло и влагообмена между атмосферой, океаном и сушей и др. (рис. 3.8). Поэтому наука о климате включает в себя практически все современные знания о Земле, и только взгляд на климатическую систему в масштабах всей плане­ты наиболее адекватен для понимания этой весьма сложной системы.

Рис. 3.8. Климат и гидрологическая система

Изменения климата на протяжении истории человечества оказывали ог­ромное влияние на жизнь людей, на зарождение, существование, гибель культур и цивилизаций. Глобальные похолодания климата (известные как ледниковые периоды) происходили так же регулярно, как и глобальные по­тепления, принося как пользу, так и нанося огромный вред человеку и дру­гим живым организмам. Многие антропологи считают, что изменение кли­мата способствовало эволюции человека — на смену лесам пришли саван­ны, и человекообразные приматы были вынуждены спуститься на землю и встать на задние конечности.

Чередующиеся понижения и повышения температуры на Земном шаре (максимально проявлявшиеся в высоких широтах) сопровождались эволю­цией криолитозоны и соответствующими вариациями уровня Мирового оке­ана, поскольку вода, оседающая в холодные стадии на континентах в виде наземного и подземного оледенения, изымалась из Мирового океана.

Как правило, климат меняется во временном промежутке, превышаю­щем жизнь одного человека — в течение веков, тысячелетий или милли­онов лет, и в то же время он меняется постоянно, даже в такие короткие промежутки времени, как десятилетие или столетие. На практике принято считать климатом средние показатели различных погодно-климатических переменных за 30 лет. В отличие от климата погода меняется час за часом, день за днем и т.д.

Существует большое количество климатических циклов. В 1625 г. Фрэн­сис Бэкон обратил внимание на то, что кроме суточных и сезонных изменений метеорологических элементов, имеются еще многочисленные многолетние циклы их изменения. В 1957 г. Дж. К. Чарлсуэрт уже насчитывал около 150 циклов колебаний климата различной продолжительности. А.С, Монин и Ю.А. Шишков выделяют миллиардолетние циклы, циклы продолжитель­ностью в сотни и десятки миллионов лет и более мелкие (в историко-геоло-гическом понимании) колебания с периодом от десятков тысяч до десятков лет. Хорошо известны короткопериодные метеорологические колебания: 9-14-летние, 5-6-летние и др.

Один из ярко выраженных климатических циклов чередования похоло­даний и потеплений хорошо объясняет гипотеза Миланковича, утверждаю­щая, что периоды потеплений вызваны регулярными колебаниями и откло­нениями в оси вращения Земли и растяжениями в ее орбите. На изменении орбитальных характеристик основана палеоклиматическая модель, разрабо­танная Джоном Кутцбахом совместно с коллегами из Висконсинского уни­верситета (Мэдисон, США). Они объяснили, почему самый теплый период, так называемый «климатический оптимум», возник в недавнем прошлом, приблизительно 5-9 тыс. лет назад. В это время летние континентальные температуры в северном полушарии были на несколько градусов выше, чем в наши дни, а муссонные дожди в Африке и Азии были более интенсивны­ми. Дж. Кутцбах пришел к выводу, что климатический оптимум связан с тем, что наклон земной оси в ту эпоху был немного больше, чем теперь. Кроме того, орбита была такова, что Земля находилась ближе всего к Солн­цу (т. е. в перигелии в июне, а не в январе, как теперь). Эти отклонения земной орбиты не влияют существенным образом на количество солнечного излучения, попадающего на Землю, но значительно изменяют разницу между зимними и летними сезонами. На большей части северного полушария 9 тыс. лет назад количество солнечного тепла было на 5 % больше летом и соответ­ственно меньше зимой (по сравнению с настоящим временем). Такой эф­фект был достаточным для среднеконтинентального потепления в летние месяцы, что привело к увеличению количества муссонных осадков и стока рек в Азии и Африке.

Другой характерный цикл погодно-климатических вариаций получил на­звание ЭНСО (сокращение от Эль-Ниньо Садерн Осилейшн). Эти вариации порождены взаимодействием между океаном и атмосферой и происходят с интервалом 3-10 лет. Вариации ЭНСО частично вызваны чередованием теп­лых и холодных температур на поверхности Тихого океана в восточных и центральных тропиках, которые, в свою очередь, определяются изменения­ми в восходящих океанических течениях. Этот цикл влияет на температуру и картину распределения осадков на значительной части земного шара. При этом существует обратная связь между атмосферой и океаном. Изменения в погоде и в атмосферных циркуляциях влекут за собой трансформации в оке­анических течениях.

Таким образом, на первый взгляд, беспричинные колебания на темпера­турном графике Земли не случайны. Все разнопериодные циклы изменения климата и погоды накладываются друг на друга и создают сложный интег­ральный ход изменения метеорологических элементов. В последние десяти­летия на естественные климатические циклы все заметнее стали наклады­ваться изменения, связанные с техногенезом.

Все это имеет непосредственное отношение к вопросу о том, становится ли климат Земли теплее из-за антропогенного воздействия. Не зная, в каких пределах может колебаться естественная температура планеты, ученые не могут уверенно ответить на вопрос, насколько изменилась температура вследствие человеческой деятельности. В настоящий момент амплитуда температурных колебаний, вызванных человеческой деятельностью, как считают специалис­ты, пока сравнима с амплитудой естественных фоновых колебаний. Именно поэтому роль так называемого «парникового фактора», за который во многом ответствен углекислый газ, сегодня очень трудно определить.

Тем не менее за время с 1860-х и до середины 1990-х гг, среднегодовая температура в приземном слое воздуха в масштабе всей планеты поднялась на 0, 3-0, 6°С, в том числе после 1940-х — на 0, 2-0, 3°С. Есть и более значи­тельная оценка. Так, по данным НАСА, в период 1880-1939 гг. стало теплее на 0, 6°С, затем с 1939 по 1965 г. похолодало на 0, 2°С и с 1965 по 1995 г. снова потеплело на 0, 4°С. Таким образом, суммарное потепление за послед­ние 115 лет составляет +0, 8°С. Средняя величина, на которую повысилась температура Земли у ее поверхности с начала XIX в., составляет 0, 45°С ± 0, 15°С.

По данным Центра исследований и прогнозов климата Великобритании, глобальное потепление в XX в. достигло первого максимума в конце 1930-х — начале 1940-х гг. и составило 0, 6°С. Затем до середины 1960-х гг. отмеча­лось похолодание со снижением температуры примерно 0, 3°С, которое сме­нилось нынешним потеплением. Потепление обладает неравномерным ха­рактером (в высоких широтах изменения температуры почти в 3, 5 раза боль­ше, чем у экватора) и ярче выражено зимой. В северном полушарии средний рост температуры на 0, 3°С больше, чем в южном, над континентами он достигает 1, 6°С, а над океаном — 0, 8°С. В итоге во многих районах Земли климат стал нестабильным, кое-где даже похолодало. У теплого сезонного поверхностного течения Эль-Ниньо (восточная часть Тихого океана, у бере­гов Эквадора и Перу), влияющего на процессы в атмосфере всей планеты, заметно изменились характеристики: период активности (с 11 до 4-5 лет) и масштабы (в 1977-1998 гг. его протяженность достигала 7 000 км при шири­не 1 200 км) и разброс температур (от 1° до 9°С).

Процесс потепления развивался неравномерно и стал особенно заметен после 1980 г. Оценки измерений температуры, проводившиеся одновремен­но во всем мире с 1860 г., указывают на то, что с тех пор произошло гло­бальное потепление на 0, 5-0, 7°С, и примерно половина этого роста про­изошла после 1965 г. Температурные данные указывают на то, что шесть самых теплых лет приходятся на предпоследнее десятилетие XX в. в нисхо­дящем порядке— 1988, 1987, 1983, 1981, 1989 и 1980 г. Максимума рост температур достиг в 1998 году. А начало XXI в. ознаменовалось двумя са­мыми теплыми годами (2002 и 2005) за весь период наблюдений. Необъяс­нимое пока похолодание в период с 1940 по 1965 г. показывает, что измене­ния в земном климате не обязательно следуют за проявлениями парниково­го эффекта.

Резкое потепление глобального климата в бореальных областях земного шара сказалось уменьшением количества и продолжительности морозных зим. Таким образом, средняя температура приземного слоя воздуха только за последние 25 лет возросла на 0, 7°С. В экваториальной зоне она не изме­нилась, но чем ближе к полюсам, тем потепление сказывается все более значительно. Так, температура подледной воды в районе Северного полюса возросла почти на 2°С, вследствие чего началось подтаивание льда снизу.

Не исключено, что потепление частично имеет естественный (природ­ный) характер. Ведь и А.И. Воейков и В.И. Вернадский подчеркивали, что мы живем в конце последней ледниковой эпохи и только еще выходим из нее. Однако современная скорость потепления заставляет признать суще­ственной роль антропогенного фактора в этом явлении. Еще в 1927 г. В.И. Вернадский писал о том, что сжигание больших количеств каменного угля должно привести к изменению химического состава атмосферы и климата. В настоящее время человечество ежегодно сжигает 4, 5 млрд т угля, 3, 2 млрд т нефти и нефтепродуктов, а кроме того, в значительных количества природ­ный газ, торф, горючие сланцы и дрова. Все это превращается в углекислый газ, а анализ климатических изменений прошлых эпох позволил установить корреляцию содержания двуокиси углерода в атмосфере с температурой. В 1992 г. выброс СО2 в атмосферу в мире достиг 26, 4 млрд т в год, а за после­дние 20 лет выбросы промышленных газов увеличились на 38%. В резуль­тате содержание СОг в атмосфере возросло с 0, 031 до 0, 035% только с 1956 по 1992 г. и продолжает возрастать.

Сейчас уровень СОг^в атмосфере повышается со скоростью 0, 4% в год и составляет 353 частицы на млн (ррт). Это уровень, который никогда не достигался ранее за все время существования человека на планете. Наиболее высокой концентрация СОг была в межледниковые периоды — в среднем 280 ррт. Минимальные значения в ледниковые периоды составляли в сред­нем 210 ррт, а в отдельные периоды падали до 180 ррт.

Повышение уровня двуокиси углерода на 25 %, зарегистрированное с начала индустриальной эпохи, и антропогенные выбросы с 1950 г. таких химических веществ, как фреоны (ответственных также за истощение стра­тосферного озона), добавляют по 2 Вт энергии инфракрасного излучения на каждый квадратный метр земной поверхности. Рис. 3.9 иллюстрирует по­тепление от очень умеренного повышения температуры на 0, 5°С до катаст­рофического потепления на 5°С и выше еще до конца XXI в.

Последнее соответствует уровню потепления, имевшему место между 15 тыс. и 5 тыс. лет назад и ознаменовавшему собой переход от последнего Ледникового периода к современной межледниковой эпохе. Тогда биосфе­ре потребовалось 5-10 тыс. лет для полного перехода к эпохе потепления, и этот переход сопровождался подъемом уровня моря на высоту около 100 м,

Рис. з.Ч. Сценарии изменения температуры к 21UU г., допускаемые комоинация-ми концентраций газовых примесей и моделирования климатического отклика на их наличие. Средняя и верхняя кривые соответствуют климатическим изменени­ям в 10-100 раз более быстрым, чем типичная долговременная средняя скорость глобального изменения

миграцией различных видов растений на тысячи километров, радикальным изменением среды обитания животных и растений, вымиранием одних ви­дов живых организмов и эволюцией других, а также другими значительны­ми изменениями в окружающей среде.

Если мы будем продолжать сжигать ископаемое топливо имеющимися темпами, то содержание СОг удвоится уже к 2060 г. Согласно Межправи­тельственной комиссии по изменению климата (МКИК), удвоение содержа­ния СОг в атмосфере способно вызвать рост среднеглобальной температуры от 1, 5°С до 4, 5°С и соответственно повышение уровня Мирового океана от 15 до 95 см (в зависимости от степени чувствительности климата к содержа­нию СОг в атмосфере). Если климат Земли окажется менее чувствительным к СО2, то значения роста температуры будут ближе к нижним значениям этого интервала. Если климат окажется более чувствительным, то к верх­ней границе. Для того чтобы не превысить установленные рабочей группой ООН критические пределы, необходимо существенно снизить имеющийся уровень выбросов СО2 (табл. 3.15).

Таблица 3.15