Влияние изменения климата на биосферу и природопользование

Глобальное потепление, вызванное деятельностью человека, в свою оче­редь, через обратные связи существенно повлияет на биосферу и природо­пользование. В связи с этим можно выделить несколько негативных аспек­тов: увеличение площади ландшафтов с недостаточным увлажнением, сме­щение климатических и растительных зон, таяние льдов, ледников и вечной мерзлоты, подъем уровня Мирового океана, изменение циркуляции вод в Мировом океане и гидрологического цикла в целом и др.

Одним из следствий глобального потепления является увеличение ко­личества осадков в масштабе всей планеты. Это могло оказаться положи­тельным компенсирующим фактором. Но наибольший прирост осадков ха­рактерен для приокеанических склонов континентов и особенно над острова­ми, в то время как во внутриконтинентальных районах они могут сокращаться вследствие уменьшения меридиональных градиентов температур и снижения поступления влаги в центральные районы суши. В последние де­сятилетия это уже проявляется в сокращении внутриконтинентального сто­ка (более чем на 20%). В стоке островов выявилась обратная тенденция — среднее увеличение почти на 12%.

Кроме того, некоторые климатические модели предсказывают, что уве­личение количества испаряющейся влаги на континентальной части средних широт превзойдет прирост количества осадков в этом регионе. Это приведет к уменьшению влажности почвы и может повредить растениям или нару­шить баланс между количеством испаряющейся влаги и выпадающими осад­ками. Фактически на большей части этих территорий уже сегодня, при нор­мальном климате наблюдается летняя засуха. Таким образом, усиление за­сушливости при дальнейшем потеплении выглядит вполне реальным сце­нарием.

Потепление в центральных областях будет увеличивать засушливые зоны и по мере уменьшения лесных площадей. Количественно этот процесс труд­но оценить, но увеличение температуры на 1 °С за сто лет в северном полу­шарии могло бы сдвинуть границу между лесной и степной зонами на 60-100 км к северу и таким образом заместить площадь в 100-200 млн га, по­крытую лесом, на травяное покрытие. Общее потепление, которое может вызвать среднее изменение в температуре Земли на 0, 1-1°С за десятилет­ний период, превышает в 100-1000 и даже более раз адаптационные способ­ности природных сообществ, например, способность лесов к миграции. Этот эффект приведет к быстрой гибели лесов, пожарам еще до их перемещения в новые регионы. Отдельные виды животных также погибнут, если есте­ственные для них условия обитания и климат сместятся в новые области. Но будут погибать не только отдельные виды, а и целые генотипы, т.е. специфические комбинации генов, образовавшиеся в каждой определенной местности в ходе естественного отбора на протяжении многих поколений. При таких условиях лесные зоны обычно заменяются зонами кустарника, травяными зонами или саванной.

Для проверки такого варианта был подробно исследован характер исто­щения флоры и фауны для ряда экосистем в разных точках земного шара. Установлено, что эффект таких перемещений географических зон приводит к сокращению территорий, пригодных для жизни животных, а также людей. Эта редукция означает не просто уменьшение жизненного потенциала на Зем­ле, но и обеднение земной фауны. Одновременно такие переходные периоды вызывают появление новых видов, для которых эти условия являются благо­приятными. При этом эволюционный процесс идет в сторону уменьшения размеров особей, которые обладают более высокой репродуктивностью и захватывают большие ареалы. Среди растений это широко распространенные сор­няки, которые растут в садах, на других возделываемых землях; среди жи­вотных сюда относятся вредители и паразиты садов и жилищ.

Заметный рост количества осадков, согласно большинству климатичес­ких моделей, будет отмечаться в тропиках и в северных широтах в течение всего года, а в умеренных широтах — преимущественно в зимнее время (когда они не нужны). Незначительные изменения ожидаются в сухих субтропи­ческих регионах, однако даже они могут иметь серьезные последствия в этих областях в связи с неизбежным увеличением площади пустынь. Пока­зания климатических моделей заметно различаются в том, как изменения климата скажутся на субконтинентальных широтах. Тем не менее большин­ство этих моделей предсказывают увеличение количества сезонных осадков в Юго-Западной Азии, где и без того не наблюдается дефицита влаги боль­шую часть года.

Нагревание биосферы будет приводить к значительному увеличению ско­рости суммарного дыхания биосферы. Тогда будет иметь место увеличение выбросов углерода в виде углекислого газа и метана из лесов и почв, в осо­бенности на высоких широтах.

В целом потепление климата приводит к интенсификации процессов во­дообмена. В настоящее время испарение с океанической поверхности воз­росло приблизительно на 4%, что привело к изменению динамики тепло-влагообмена между океаном, атмосферой и континентами. Рост испарения (как с морской поверхности, так и с территории суши), вызывающий рост облачности, приводит к повышению атмосферных осадков и над акваторией океана, где их выпадает около 80%, и над территорией суши. Современное увеличение осадков составляет в среднем около 3-4%. Материалы спутни­ковых наблюдений показывают, что в атмосфере происходит постепенный рост облачности (рис. 3.13) как над океанами, так и над континентами, и к настоящему времени он составляет почти 10%.

В целом для Евразии в 1901-1995 гг. имела место тенденция уменьше­ния годовых сумм осадков (12 мм в 10 лет), особенно в летнее время года. Однако для Российской Федерации и прилегающих к ней государств в этот период, выраженный тренд в годовых суммах осадков отсутствовал.

Потепление климата на Земле вследствие «парникового эффекта» станет особенно заметным к 2025 г. Суммарные последствия этого будут для чело­вечества весьма негативными. Продуктивность основных житниц планеты — великих степей Евразии, стран Средиземноморья и Сахеля, кукурузного пояса Северной Америки — в 2050 г. может сократиться на 20-25 %. Примерно на столько же процентов увеличатся размеры пустынь и полупустынь. Под-

тверждением этому являются катастрофические засухи в Африке, в Сахель-ской зоне в 70-х и начале 80-х гг., в США и Канаде — в 1988 г.

Прогнозируемое повышение температуры воздуха и изменение количе­ства атмосферных осадков могут привести к заметным изменениям стока вод и, следовательно, к засухам и наводнениям в ряде регионов России. В лесостепной зоне и на юге лесной зоны европейской территории, а также в Западной Сибири сокращение годового стока малых и средних рек составит 10-20 % нормы. При этом уменьшится влажность метрового слоя почвы в летний период (5-15 %). В более южных степных районах годовой сток рек может увеличиться на 10-20 % (за счет таяния снегов и ледников Кавказа), а на севере европейской территории России и в Сибири — на 10-15 %.

Наиболее важные следствия потепления климата для России: оттаива­ние «вечной» мерзлоты и освобождение газов (особенно метана), захоронен­ных в мерзлоте, и их дополнительное поступление в атмосферу. Скованные льдом горные породы развиты на севере Европейской России, Урала, Запад­ной Сибири (примерно до широтного отрезка Оби), на большей части Вос­точной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Фактически «вечная» мерз­лота занимает около 60 % площади России. Отрицательные температуры про­никают в земную кору до глубины 1 300—1 500 м, их минимальные средне­годовые значения достигают -15. ..-16°С. Вечномерзлый покров литосферы в плане напоминает изрядно потертое одеяло: вдоль верхнего (северного) края карты России он почти сплошной, с редкими дырами и прорезями в виде таликов под крупными озерами и реками, мощность мерзлоты здесь максимальна, а температуры минимальны. К югу таликовых прорех стано­вится все больше, толща мерзлоты уменьшается, температура ее повышает­ся и у нижнего, южного края области вечной мерзлоты от сплошного покро­ва остаются одни лоскутки — острова мерзлых пород мощностью в несколь­ко метров или десятков метров с температурой, близкой к нулю.

Хозяйственное значение области «вечной» мерзлоты, или криолитозо-ны, как ее называют мерзлотоведы, трудно переоценить. Это стратегичес­кий тыл экономики России, ее топливно-энергетическая база и валютный цех. Северный край страны населен крайне скудно. На огромных просторах арктических холодных пустынь, тундры, лесотундры, тайги и горных сте­пей, на равнинах, плоскогорьях и в горах на 1 км² приходится менее одного человека. В Ямало-Ненецком национальном округе этот показатель равен 0, 6 чел. на 1 км², в Корякин и на Чукотке— 0, 1-0, 2, а в Эвенкии и на Таймыре и вовсе 0, 03-0, 06 чел.

Тем не менее нельзя забывать, что в пределах криолитозоны России сосредоточено более 30% разведанных запасов всей нефти страны, около 60% природного газа, крупные залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть этих при­родных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорого­стоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, ма­гистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, по­строены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На «веч­ной» мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игар­ка, Надым, Воркута, даже в границах Читы имеются острова вечной мерзлоты.

Быстрое оттаивание мерзлых пород может обернуться катастрофичес­кими последствиями. Дело в том, что верхние горизонты вечномерзлых пород мощностью от 2-5 до 30-50 м и более содержат лед в виде мелких линзочек и жилок, а также крупных залежей в виде клиновидной решетки (полиго­нальной в плане) или пластовых залежей мощностью до 30-40 м. На неко­торых участках северных равнин лед составляет до 90% объема мерзлых пород. Запасы подземных льдов криолитозоны России сейчас оцениваются в 19 тыс. км³, что дает право иногда называть «вечную» мерзлоту подзем­ным оледенением.

Анализ наблюдений и геотермических исследований свидетельствует о деградации верхних горизонтов криолитозоны (повышение температуры веч­номерзлых пород, уменьшение их площади, возрастание глубины сезонно­го протаивания) за последние 15-25 лет. Через 50 лет температура поверх­ности грунтов может повыситься на 0, 9-2, 3°С, а глубина сезонного протаи­вания увеличится на 15-33%. В результате этого южная граница криолито­зоны на равнинах и плоскогорьях отступит к северу и северо-востоку на 50-600 км. Если к зонам полного оттаивания вечномерзлых пород добавить зону частичного их таяния, то в целом образуется полоса деградации «веч­ной» мерзлоты, ширина которой на севере европейской части России достиг­нет 50-200 км, в Западной Сибири — 800 км и в Восточной Сибири — 1500 км. Сильно сократятся, но полностью не исчезнут острова и массивы вечномерзлых пород в горах Забайкалья, юга Дальнего Востока и на Кам­чатке.

Оттаивание льдонасыщенных пород будет сопровождаться просадками земной поверхности, и целые регионы с низкими абсолютными отметками поверхности окажутся затопленными морями. Возникнет угроза разруше­ния зданий и инженерных сооружений, возведенных с сохранением мерзло­го основания. Усилятся процессы разрушения береговых уступов арктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат для обес­печения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооруже­ний. Такие последствия потепления климата станут разорительными для страны. Непринятие своевременных защитных мер может обернуться ката­строфой.

Любое продолжительное климатическое потепление приводит к росту уровня Мирового океана. В этот процесс вносят вклад два фактора: таяние ледников и расширение океанической воды при нагреве. В недалекой исто­рии Земли уровень океанов неоднократно возрастал и падал. С момента по­следнего ледникового периода уровень океана возрос, возможно, больше, чем на 91 м. По мнению Стефана Шнайдера, автора книги «Совместная эво­люция климата и жизни», рост уровня океана замедлился после того, как растаяли великие континентальные ледники и стабилизировался климат в современный межледниковый период. В последние столетия рост составлял от 0, 5 до 3 мм/г.

Определенный вклад в этот процесс вносит тепловое расширение мор­ской воды, величина которого может составить около 10%. За период с 1860 до 1996 г. повышение уровня Мирового океана составило около 20 см. В течение 1800-1900 гг. подъем уровня моря составлял около 1 мм/г. С 1900 г. подъем уровня моря увеличился до 1, 5 мм/г. Максимальный подъем мор­ского уровня наблюдался в период с 1930 до 1960г., когда он достиг 2, 4 мм/ г. Затем наметилась некоторая стабилизация уровня океана вплоть до 1970 г., когда начала проявляться тенденция к дальнейшему его повышению. В случае, если динамика останется на прежнем уровне и техногенное воздей­ствие, вносящее вклад в глобальное потепление, не уменьшится, то к 2070 г. уровень Мирового океана возрастет приблизительно на 44 см. Возможно, что к 2100 г. человечество должно ожидать роста уровня Мирового океана не меньше, чем на 21 см, и не больше, чем на 71 см. В случае, если ледяной щит Западной Антарктиды будет разрушен, уровень моря поднимется бо­лее, чем на 5 м.

Прогнозируемое приращение уровня моря будет происходить со скорос­тью, превышающей в 2 или даже в 10 раз ту скорость, с которой происходи­ло повышение уровня моря в XIX столетии (10-15 см за 100 лет). Повыше­ние уровня моря на 1 м привело бы к перемещению многочисленных чело­веческих поселений, разрушению инфраструктуры городов, лежащих в низ­менностях, затопило бы арабские страны, загрязнило бы воду в системах водоснабжения и у берегов. При повышении уровня моря всего на 1 м море зальет 15% площади Египта и 14% урожайной земли Бангладеш, юго-вос­точные штаты США, существенно пострадавшие в 2005 г. от нагона воды крупнейшим в истории США ураганом «КатарИна». Кроме того, в юго-восточной части США, например, более половины видов промысловых рыб использует засоленные болотистые районы в качестве нерестилищ и, следо-нательно, тоже пострадают. Прямое воздействие подобного явления — это перемещение береговой линии и влажных земель районов прилива и втор­жение фронта соленых вод в устья рек, а также засоление пресноводных прибрежных акваторий.

Построение взаимной корреляционной функции между уровнем Миро­вого океана и аномалиями температуры воздуха показало, что наиболее близ­кая связь между ними наблюдается при сдвиге 19 лет. При этом уровень океана запаздывает относительно хода температуры. Связь между этими характеристиками довольно тесная (коэффициент корреляции равен 0, 94). Поэтому следствия современного потепления нам предстоит ощутить позже.

Кроме того, современная трансгрессия океана приводит к усилению при­ливных явлений. Так, высокие приливы в районе Куксхавене с 1874 по 1993 г. повысились практически на 30 см, а средняя скорость увеличения высоких приливов составила около 2, 4 мм/г (рис. 3.14). Высота морских приливов и подъем уровня Мирового океана играют важную роль в усилении современ­ного разрушения морских берегов и особенно устьевых областей, таких как дельта Нила, устья Ганга, Инда, Миссисипи и др.

Глобальные изменения тепловлагообмена приводят к изменению водно­го режима всего Мирового океана, что особенно четко проявляется в характе­ре Эль-Ниньо — теплого сезонного течения поверхностных вод в восточной части Тихого океана. В отдельные годы происходит усиление этого течения, достигающего берегов Эквадора. Теплые воды течения препятствуют проник­новению вглубь кислорода и губительно влияют на планктон и рыб, одновре­менно вызьшая обильные дожди с катастрофическими наводнениями на обычно засушливом побережье Южной Америки. Глобальное потепление способствует учащению и увеличению масштабов негативных последствий.

Парадоксальным следствием глобального повышения температуры Зем­ли может стать наступление нового «ледникового периода» на севере Евро­пы и Америки в самом недалеком будущем. Погода большей части Европы зависит от западных, юго-западных и северо-западных ветров, образующих­ся благодаря Гольфстриму над Атлантическим океаном. Эти ветры прино­сят сюда летом влажный и охлажденный воздух, а зимой влажный и теп­лый. Влияние воздушных течений достигает Швейцарии, Тироля, Венгрии и отчасти Западной России.

Принимая во внимание, что Гольфстрим переносит к северу 18 млн м³ воды в секунду и что это морское течение зимою достигает наибольшей скорости в 54 морских мили (100 км) в день, можно получить представле­ние о том громадном влиянии, которое имеют эти массы воды на Атланти­ческий океан, а также на прибрежные страны. Становится понятным то, что Гренландия (Gronland или Grunland — Зеленая страна), которая еще во вре­мена Карла Великого была покрыта зеленеющими лугами, за 1000 лет мог­ла так охладиться, что сегодня почву покрывает слой льда в 300 м. Дело в том, что Гольфстрим, волны которого некогда омывали Гренландию, на выходе из Мексиканского залива изменил свое направление, и теперь его теплые воды касаются берегов Европы. Причиной этого служит изменение плотности воды и все более выступающий и постоянно увеличивающийся коралловый полуостров Флорида. Благодаря этому Исландия (Island — Ле­дяная страна) и Гренландия поменялись ролями.

Картина течений в Северной Атлантике определяется соотношением плотностей вод Лабрадорского течения и течения Гольфстрим. Если холод­ные, но при этом более пресные воды Лабрадорского течения оказываются плотнее более теплых и соленых вод Гольфстрима, то формируется картина течений, характерная для межледниковья. Лабрадорское течение как бы под­ныривает под Гольфстрим (рис. 3.15, а), а Гольфстрим (Северо-Атлантичес­кое течение) несет свои воды в Ледовитый океан, «обогревая» северные рай­оны Евразии и Америки.

Рис. 3.15. Изменение течений при переходе от межледниковья (а) к периоду оледенения (б): 1 —- теплое течение Гольфстрим; 2 — теплое северное пассатное течение; 3 — теп­лое южное пассатное течение; 4 — холодное Лабрадорское течение; 5 — холодное Канарское течение; б — Уральский хребет; 7— ледяная дамба; 8 — Евразийский океан; 9, 10, 11 — реки Обь, Енисей, Лена. СП — Северный полюс

Распреснение Ледовитого океана в результате таяния гренландского лед­ника и общего увлажнения климата при повышении среднепланетарной тем­пературы Земли может привести к еще большему распреснению вод Лабра­дорского течения и снижению их плотности. Если плотность вод Лабрадор­ского течения станет ниже плотности вод Гольфстрима, то Лабрадорское течение поднимется на поверхность, перекрывая путь Гольфстриму на север (рис. 3.15). Сформируется картина течений, характерная для ледниковых периодов. В результате подобной перестройки течений нарушается мериди­ональный перенос тепла между тропическими и полярными областями. На севере Евразии и Америки температура понизится, а в экваториальной зоне возрастет.

Такое изменение климата может произойти довольно быстро (в течение 2-5 лет) и будет иметь катастрофические последствия для мировой экономи­ки и даже цивилизации. В зоне оледенения окажутся многие промышленно развитые страны Северной Европы и Америки, резко сократятся посевные площади под сельскохозяйственными культурами, возрастут расходы на ото­пление жилищ, а в некоторых районах возникнет необходимость эвакуации населения (десятки, а возможно, и сотни миллионов человек). В тропической зоне из-за увеличения среднегодовых температур не исключено расширение существующих и образование новых засушливых территорий.

Оценка времени наступления этого момента должна учитывать не толь­ко снижение плотности вод Лабрадорского течения в результате распресне-ния, но и снижение плотности вод Гольфстрима из-за повышения средне­планетарной температуры. Наиболее вероятным наступление «новейшего ледникового периода» представляется в момент массированного таяния Грен­ландского ледника (через 25-100 лет), однако есть данные, что «новейший ледниковый период» в северном полушарии может наступить и в более близ­ком будущем. Одним из следствий наступления «новейшего ледникового периода» будет резкий рост сжигания угля, нефти и газа для отопления жи­лищ, что может только ускорить начало терминальной стадии парниковой катастрофы на всем земном шаре.

В 1990 г. рабочая группа ООН по проблемам парниковых газов опреде­лила предельно допустимые уровни повышения температуры приземного воздуха и уровня Мирового океана, при которых возможно сохранение в исходном виде как самой планеты, так и человечества в целом. Эксперты пришли к заключению, что резкое повышение температуры более, чем на 1, 0°С за 100 лет может вызвать быструю, необратимую реакцию, которая приведет к широкомасштабным нарушениям экосистемы всей планеты. Мак­симально допустимая скорость изменения температуры не должна превы­шать 0, 1 °С в десятилетие.

Это соответствует росту уровня океана не более 20 мм за 10 лет, что даст возможность большинству уязвимых экосистем (пониженные участки суши, коралловые рифы) приспособиться к изменяющимся условиям. При превы­шении данной скорости таким экосистемам будет нанесен значительный урон. Однако за последние 100 лет средний планетарный уровень моря уже повы­сился на 10-25 см, что, вероятно, связано с ростом средней глобальной темпе­ратуры (0, 3-0, 6°С за тот же период). Следовательно, при расчете по макси­мальному значению уровень Мирового океана повышается со скоростью 25 мм в десятилетие. Даже при соблюдении допустимой скорости изменения климата (прежде всего по температуре) у нас в резерве не менее 100 лет.

В работе [4] были выделены следующие периоды развития парниковой катастрофы:

1. «Латентный период парниковой катастрофы» характеризуется слабой выраженностью климатических изменений, что обусловлено тепловой инерцией Мирового океана, а также существованием механизмов антро­погенного влияния на климат Земли, которые приводят к понижению ее среднепланетарной температуры (например, аэрозольное загрязнение верхних слоев атмосферы). В этот период существуют хорошие возмож­ности для поиска путей и принятия мер для предотвращения парнико­вой катастрофы.

2. В «начальный период парниковой катастрофы» климатические измене­ния уже достаточно сильно выражены, однако не приобрели еще харак­тера катастрофы.

3. «Катастрофический период парниковой катастрофы» характеризуется ло­кальными климатическими катастрофами, включая возможное кратков­ременное наступление «новейшего ледникового периода» на севере Евро­пы, Азии и Америки. В экваториальной и тропической зоне образуются территории, непригодные для проживания человека и ведения сельского хозяйства. В данный период будет происходить дальнейшее обострение социально-экономических противоречий в мире, усугубляемых продоволь­ственным кризисом. В этот период парниковая катастрофа, возможно, еще обратима, однако для этого потребуются объединенные усилия всего человечества при условии мобилизации всех доступных ресурсов.

4. «Период необратимых изменений парниковой катастрофы» связан с акти­визацией процессов выделения СОг из природных источников (океан, кар­бонаты, метан-гидраты и т. д.), а также исчерпанием (недостаточностью) ресурсов человечества для противостояния климатическим изменениям.

5. «Терминальный период парниковой катастрофы» — это значительное сокращение земной поверхности, пригодной для жизни людей, дезин­теграция человеческой цивилизации.

Контрольные вопросы к разделу 3

1. Перечислите основные причины загрязнения атмосферы.

2. Какие виды загрязнителей атмосферы вам известны?

3. Превышение каких элементов в составе атмосферы наиболее опасно?

4. Какие соединения обусловливают разрушение озонового слоя?

5. На что расходуется кислород при антропогенной деятельности?

6. С какими газами связаны главные проблемы атмосферы? Чем это мож­но объяснить?

7. Каковы причины повышения дефицита пресной воды на материках?

8. Что может служить количественной мерой промышленного загрязне­ния биосферы?

9. За счет чего происходит заражение среды в районах работы ТЭС?

10. Раскройте смысл и объясните отличие понятий «погода» и «климат».

11. Чем обусловлено, согласно современным представлениям, изменение гло­бального климата?

12. Какие последствия возможны для биосферы в целом в связи с предсто­ящим техногенным потеплением?

13. Роль человеческой деятельности в глобальном изменении климата.

14. Объясните механизм изменения земного климата.

15. Какова роль парникового эффекта в глобальном изменении климата Земли?

16. Какова роль Мирового океана в процессах изменения земного климата?