Современное глобальное потепление: причины и последствия
Ясаманов Н. А. профессор, зам. зав кафедрой Экологии и наук о Земле, университета "Дубна"
Климат играет первостепенную роль, как в жизнедеятельности отдельных людей, так и в становлении, развитии и гибели целых человеческих цивилизаций. От него зависит благосостояние общества, здоровье людей, эпидемиологическая обстановка, урожайность, состояние экономики, темпы и виды строительства, работа и состояние транспорта и транспортных магистралей и многое другое. В соответствие с климатическими условиями создаются материальные и финансовые ресурсы общества, определяется и развивается духовная и культурная жизнь каждого этноса. Климат оказывает прямое влияние на техническую оснащенность, научный и экономический потенциал современной цивилизации. Велика роль климата в скорости и направленности воздействия на ландшафтные обстановки различных природных процессов. Поэтому к нему обращено пристальное внимание обывателей, ученых и политиков. Особенно рельефно внимание к климату стало проявляться после того, как во второй половине ХХ столетия была установлена тенденция к довольно существенному росту приземных температур, и в связи с этим были сделаны прогнозы климата на ближайшие десятилетия.
Современное глобальное потепление
В конце 60-ых и начале 70-ых годов ХХ столетия климатологи обратили внимание на существующую тенденцию к росту средних глобальных температур приземного слоя воздуха.. Это удалось выявить в результате многократного и разностороннего анализа прямых наблюдений за приземными температурами, которые велись метеостанциями Мира, начиная с конца Х1Х века. Анализ средних температур за более чем столетний интервал времени наблюдений показывал, что существует не плавный рост температур, а скачкообразный переход с алгоритмом к росту. Но фоне общего роста зафиксированы годы значительного снижения температур, когда после некоторого замедления вновь наблюдался их более ускоренный рост. В эти же годы было показано, что увеличение температур было связано с парниковым эффектом атмосферы и это вызвано присутствием в ней углекислого газа. Причем многие исследователи стали считать наличие углекислого газа в атмосфере не просто ведущим, а главенствующим фактором роста температур. Известно, что кроме углекислого газа парниковый эффект атмосферы обеспечивают пары воды, метан, озон, аргон, фреоны и др. Правда, их доля, кроме паров воды, в парниковом эффекте, не столь велика. Поэтому при создании теоретической базы современного глобального потепления стали пренебрегать присутствием в атмосфере других парниковых газов и стали учитывать при математических расчетах только величину концентрации углекислого газа. Тем более, что и в геологическом прошлом рост или снижение температурного режима вплоть до наступления на полюсах субтропических температур или возникновения обширных материковых ледниковых покровов, как правило, сопровождались геологически доказанными изменениями концентрациями углекислого газа в атмосфере. Высоким концентрациям углекислого газа, как, например, в мезозойской эре, соответствовали высокие приземные температуры воздуха и, наоборот, когда развивались покровные оледенения, как, например, в конце каменноугольного времени концентрации углекислого газа в атмосфере были даже намного ниже современных. Однако, считалось, что в геологическом прошлом скорость роста атмосферной углекислоты была существенно ниже, чем настоящее время, а ее источником служили очень медленно, протекающие в земных недрах геодинамические (тектонические) процессы.
Единственным источником атмосферной углекислоты в современную эпоху, по мнению абсолютного большинства климатологов, могли быть антропогенные выбросы, так как во время наземных вулканических извержений в атмосферу поступали не столько парниковые газы, сколько аэрозоли и легкий вулканический пепел, существенно снижавшие прозрачность атмосферы. Исключительная обширность и большое количество исследований в области современного глобального потепления, проводившаяся со второй половины ХХ столетия привели к тому, что между современным потеплением и антропогенными выбросами углекислого газа был поставлен своеобразный знак равенства. Говоря о причинах современного глобального потепления, немедленно подразумевали антропогенный фактор. И это при всем, при том, что такая постановка проблемы об источнике атмосферной углекислоты противоречит целому ряду физических и геологических факторов. Среди множества просчетов вопиющих несоответствий, по крайней мере, две. Первое несоответствие заключается в том, что невозможно представить подъем в верхнюю часть атмосферы и диффузию значительно более тяжелого, чем воздух углекислого газа. Это противоречие пытались объяснять возможностью быстрого перемешивания из-за большой подвижности воздушных масс, особенно во время движения атмосферных фронтов. Второе несоответствие выявляется при анализе хода изменения температурного режима и концентрации атмосферной углекислоты за любой отрезок последнего столетия. На графиках изменения температур и концентрации атмосферной углекислоты выделяется то годовая, то двух-трехлетняя периодичность. Причем эта периодичность взаимозависимая и согласованная. Но ее старались не замечать и обходить молчанием. А между тем она не только важна, но в ней находится ключ разгадки источника атмосферной углекислоты. Если принять во внимание правоту антропогенного источника углекислого газа, то надо полагать, что этот источник должен действовать постоянно и никогда не замедляться, а наоборот все время ускоряться. Ведь в мире с каждым годом расширяется промышленное производство и при этом непрерывно увеличивается необходимость сжигания минерального топлива все в больших объемах и никогда этот процесс не замедляется или приостанавливается. Периодичность в поступлении углекислого газа в атмосферу, которые фиксируют прямые наблюдения, подразумевает действие природного источника.
Таким глобальным природным источником скорее всего является океанский вулканизм, о котором в 60-ые и 70-ые годы ХХ века было мало, что известно и определенные наземные ландшафты. Однако в данном случае речь может идти не столько о прямых выбросах углекислоты с земной поверхности в атмосферу, что маловероятно из-за большой плотности, сколько о другом парниковом газе - метане, концентрация которого в атмосфере также как углекислого газа непрерывно растет. Хотя метан согласно данным исследователям из НАСА обладает 20-кратным по сравнению с углекислым газом эффектом удержания тепла, но его роль в современном глобальном потеплении состоит не столько в прямом участии в парниковом эффекте, сколько в том, что именно метан является прямым источником атмосферной углекислоты. Когда метан попадает в атмосферу, он вступает в реакцию с молекулами кислорода и водорода. И такая реакция особенно энергично происходит в верхней части тропосферы и нижней части стратосферы. Метан не только частично уничтожает озон, но и после реакций с кислородом и водородом воссоздает диоксид углерода и водяной пар, т. е. газы, обладающие самым высоким парниковым эффектом. Если первый в силу своей высокой плотности медленно опускается в тропосферу, тем самым, увеличивает в ней концентрацию, то водяной пар перераспределяется в верхней части тропосферы, создавая перламутровые облака, которые, кроме своей парниковой роли, еще и меняют прозрачность атмосферы и тем самым регулируют поступление солнечного тепла на поверхность Земли.
После этого важно ответить на вопрос, откуда и каким образом может поступать в атмосферу столь огромный объем метана, способный менять приземные температуры. Хорошо известно, что главным производителем метана на земной поверхности являются озерно-болотные системы и тундровые ландшафты, в которых в условиях дефицита кислорода разлагается органическое вещество и создается "болотный" газ. Аналогичным производителем метана являются тропические мангровые ландшафты, распространенные на приморских низменностях по обе стороны от экватора, а также районы, в пределах которых располагаются месторождения твердых, жидких и газообразных горючих полезных ископаемых.
Всего несколько лет тому назад был обнаружен новый и самый мощный источник метана, который располагается на дне Мирового океана. В его пределах существует глобальная система срединноокеанских хребтов, общая протяженность которых составляет 60000 км. Через разломы в осевой части этих хребтов, именуемые рифтами, на поверхность океанского дна с определенной периодичностью поступает мантийное вещество, которое при соприкосновении с морской водой видоизменяется. В процессе гидратации возникает метан. Этот легкий газ быстро достигает поверхности океана и удаляется в атмосферу. Однако известно, что во время подводных извержений, кроме метана выделяется углекислый газ и разнообразный тонкий вулканический материал. Если диоксид углерода хорошо растворяется в холодных придонных водах и в дальнейшем расходуется на процессы метаболизма гидробионтов, то тонкий вулканический материал оседает на морском дне на склонах подводных вулканов и срединноокеанских хребтов. Вулканические явления в пределах Мирового океана происходят также в пределах так называемых областях субдукции, в областях коллизии океанских литосферных плит и в местах расположения островных дуг. Поступление метана в этих частях Мирового океана регламентируется только тем, в каких условиях и как происходят вулканические извержения. В том случае, если они подводные то выделяется в основном метан, а при наземных извержениях, как это, например, происходит на Алеутских, Гавайских, Командорских и др. островных дугах или на Камчатке в атмосферу выбрасывается небольшое количество вулканических газов, но очень много поступает и пирокластического материала. Длительное нахождение последнего в атмосфере приводит к ухудшению прозрачности атмосферы и приводит к снижению температурного режима. Таким образом, как сама периодичность вулканических явлений, так тип и место подводных излияний вызывает периодичность поступления в атмосферу метана и регулирует изменения температур и концентрацию атмосферой углекислоты. Другими словами главенство спрединговых (раздвижение земной коры) явлений, которые происходят в областях развития срединноокеанских хребтов или субдукционных областях (местах схождение литосферных плит), которые фиксируется островными дугами и коллизией с соответствующим характером подводных или наземных вулканических извержений приводит то к поступлению в атмосферу метана, то вулканического пепла, но иногда процессы подводного вулканизма, точно также как и на земной поверхности затухают, т.е. наблюдается временное приостановление этих глобальных процессов. В последнем случае атмосфера Земли в отношении температурного режима из-за предыдущей порции метана и углекислого газа, начинает действовать как обычная инерционная "тепловая машина".
В связи с некоторым переносом акцента о происхождении современного глобального потепления важным представляется рассмотрение климатических последствий.
Страницы прошлого
В России с давних времен укоренились представления о том, что лето жаркое и грозовое, осень золотая и дождливая, зима студеная и метельная, а весна - дружная. Мы прекрасно знаем, что многие известные приметы погоды все реже подтверждаются, но всегда к ним невольно прислушиваемся. Приметы погоды и климата имеют многовековую историю. Целые поколения наших соотечественников скрупулезно наблюдали за погодой, собирали соответствующие материалы и составляли календари или численники погоды с помощью, которых они пытались угадать каким будет предстоящие сезоны года. Это можно было делать только в том случае, когда климатическая система стабильна и действует без сбоев. Чем стабильнее климат, тем более длительное время он обеспечивает устойчивое развитие биосферы и создает самые комфортные условия для существования человека. Стабильность климата обеспечивает правильные и подтверждаемые прогнозы погоды.
О какой стабильности климата может идти речь, если наблюдаем, что только за последние годы с погодой происходит нечто невероятное. Вдруг совершенно неожиданно наступает невиданно холодный май 1999 года, или спустя всего полгода на европейскую часть России приходит очень холодный с 15-20 градусными морозами ноябрь. Был также непредсказуем невиданно холодный и снежный май 2001 года и долгая холодная осень 2000 и 2001 годов. И в то же время на фоне холодных весны и осени весьма странными выглядели малоснежные с частыми и продолжительными оттепелями зимы 2000, 2001 и 2002 годов.
На наших глазах все чаще сдвигаются календарные даты наступления времен года. И не только в России. В последние десятилетия Европа то подвергается нашествию невиданных снегопадов, то в середине зимы на нее обрушиваются ливни и продолжительные дожди, то внезапно под действием теплых потоков воздуха начинается быстрое таяние снегов, из берегов выходят реки, обширные площади покрываются талыми водами. Наводнения не только наносят большой материальный ущерб, но и приводят к человеческим жертвам. И одновременно с этим в западном полушарии на США и Мексику каждое лето обрушивается невыносимая жара, сопровождаемая грозами и мощными смерчами (торнадо). Погода словно разъярилась. Но на разных континентах она свирепствует по-своему. Каждый нас, наблюдая за "выходками" погоды, невольно задает себе и окружающим недоуменные вопросы. Откуда взялся такой гнев природы? Кто в этом виноват? Почему так происходит? Но всех погодных аномалиях виноват современный климат. Вернее те нарушения, которые вывели из равновесия и стабильности климатическую систему. А это напрямую связано с глобальным потеплением.
В истории климата Земли такие изменения и погодные катаклизмы вовсе не единственны. В прошлом случались и более невероятные погодные события. Судя по старинным хроникам и летописям, в эпоху существования царства Древнего Египта, даже Нил замерзал. Время от времени ледяной коркой частично покрывалось Черное море. Айсберги и отдельные льдины плавали по Черному и даже по Средиземному морям. Нередко замерзал Босфор, причем настолько, что льду пролив могли переходить люди. И это случалось во время так называемого малого ледникового периода, т. е. в период времени от Х1Y до конца Х1Х века. В это же время погибли поселения викингов в Гренландии. Этот огромный остров открыли викинги, но вовсе не в шутку или иронично назвали его Зеленым островом. В начале 1Х века ледники в Гренландии располагались только в его центральной самой гористой части. Вблизи побережья росли рощи и располагались луга. Более 300 лет удалось викингам прожить на этом острове. Они возделывали зерновые культуры и занимались скотоводством. Но произошла очередная смена климата. На этом острове, начиная со второй половины ХY века начал стремительно расти ледяной покров, толщи которого в настоящее время превышает 2 км. Сама Гренландия оказалась на длительное время, почти до первой четверти Х1Х столетия, была заблокирована морскими льдами. В эти же годы ледяной блокаде была подвергнута Исландия. С конца Х1Х столетия эти районы Северной Атлантики уже не замерзают. Лишь время от времени по ним дрейфуют огромные айсберги, оторвавшиеся от Гренландского ледяного щита. В период малого ледникового периода, т.е. в конце средневековья и вплоть до конца Х1Х века периодически замерзало Балтийское море, льдом покрывались каналы Голландии, частично замерзали Дунай, Рейн, Эльба и другие реки Европы.
В эти же годы очень жестокие морозы терзали Россию, и не только в зимнее время. Иногда случалось необъяснимое. Так в начале ХУП века в России летом обрушивались морозы. Эти летние морозы стояли в июле и в самом начале августа. Малый ледниковый период весьма тяжело отразился на сельском хозяйстве Европы и России. Сотни деревень разорились и прекратили свое существование. Резко снизилась урожайность. Произошел падеж скота и как следствие всего этого наступил голод. И одновременно с погодными катаклизмами бушевали не прекращающиеся стихийные бедствия.
В результате глобального потепления, когда происходит смена одного климатического состояния другим, начинают изменяться ранее стабильные взаимоотношения между климатообразующими системами и особенно между атмосферой и гидросферой, которые, как известно, непрерывно обмениваются энергией и веществом. Такая нестабильность выражается в частой смене практически непредсказуемых экстремальных погодных явлений, которые мы называем стихийными бедствиями. К ним относятся бури и тайфуны, смерчи (торнадо) и ураганы, засухи, суховеи, снегопады и морозы, град, ливни и продолжительные дожди. Они в свою очередь вызывают наводнения, сели и оползни, провалы и др. К стихийным явлением, невозможно привыкнуть. Они наносят огромнейший материальный ущерб и приводят к большим жертвам среди населения и при этом происходят все чаще и становятся все более интенсивными. К тому же их становится все труднее предсказывать, но именно они сообщают и фиксируют о разладе в работе климатической машины, предвещая о серьезных изменениях климата. Они дают знать, что наступил период нестабильности и предупреждают о том, что климат Земли переходит от одного состояния к другому и этот переход только начался, но может продолжаться еще довольно долго.
Стихийные бедствия, климатическим фактором приносят огромный ущерб. По различным данным ущерб от атмосферных и гидросферных стихийных бедствий оценивается за последние десятилетия только для территории России в 50 млрд. долларов в год. Примерно такому же ущербу ежегодно подвергаются территории Европы и Северной Америки.
Даже тогда, когда климат находится в стабильном состоянии его очень трудно прогнозировать, но еще труднее его прогнозировать в период разлаженного состояния климатической машины. Для этого необходимо массу составляющих и среди них скорость, направленность и интенсивность природных процессов, протекающих в таких глобальных системах как атмосфера, гидросфера, верхняя часть литосферы и биосфера, которые вызваны весьма сложными их взаимоотношениями. Эти множества природные процессы обладают разной продолжительностью от десятков лет до сотен тысячелетий. И поэтому для правильного и объективного прогноза климата в первую очередь необходимо знать цикличность климатических изменений. Это означает, что нужно обладать знаниями причин климатических изменений как в геологическом, так и в историческом прошлом и по мере возможности определять их точные качественные и количественные характеристики
Колебания климата в четвертичном периоде от холодных ледниковых эпох к теплым межледниковьям и, наоборот, однозначно свидетельствуют о том, что в периоды их смены характеризовались наступлениями необычайно экстремальными погодными изменениями. И этот счет имеются многочисленные геологические документы. Благодаря исследованиям состава пузырьков воздуха из ледяных покровов по кернам Гренландии и Антарктиды, которые накопились за последние 400 тысяч лет, удалось определить смену температурного режима, степень запыленности атмосферы и содержание в ней углекислого газа.