Антропогенные изменения климата.

Влияние на климат оказывают следующие принявшие глобальный характер антропогенные процессы:

- распахивание огромных массивов земли, вызывающие изменение альбедо;

- уплотнение почвы сельхозтехникой, вызывающее быструю потерю влаги, подъем пыли в атмосферу;

- уничтожение лесов, особенно тропических, влияющее на воспроизводство кислорода, ассимиляцию СО₂, изменение испарения и альбедо;

- перевыпас скота, превращающий степи и саванны в пустыни, в результате чего иссушается почва и изменяется альбедо;

- сжигание ископаемого органического топлива и поступление в атмосферу СО₂;

- выбрасывание в атмосферу аэрозольных, газообразных и парообразных промышленных отходов (фторхлоруглеводородов, метана, диоксида азота, озона), изменяющих состав атмосферы, увеличивающих содержание в ней парниковых газов.

Оценки, сделанные в 2001 году, показывают, что в атмосфере с 1750 г. по 2000 г. увеличилась концентрация СО₂ на 31%, метана – на 151%, диоксида азота – на 17%. Увеличение концентрации этих газов приводит к радиационному повышению температуры атмосферы.

С другой стороны, поступающий в высокие слои атмосферы естественный (вулканы) и антропогенный аэрозоль способствует понижению температуры атмосферы.

Кроме этих воздействий нужно учитывать и изменение притока солнечной радиации, которая с 1750 г. увеличилась на 0.3 Вт/м². (это добавка на уровне 1367 Вт/м² кажется незначительной, но она заметно сказывается на увеличении среднегодовой температуры).

Основные факторы, влияющие на климат Земли. Сведем их в таблице.

«Ледяной человек» из Эцтальских Альп (Тироль, Австрия/Италия).

19 сентября 1991 года немецкие туристы из Нюрнберга, совершавшие прогулку в районе ледника Нидерйох, на высоте 3200 м над уровнем моря буквально в нескольких шагах от пешеходной тропы обнаружили мумифицированные останки человека, едва покрытые полуистлевшей одежной. Радиоизотопным методом возраст мумии был определен почти в пять с половиной тысяч лет. Т.е. человек погиб (мгновенно замерз в Альпах) за полтысячи лет до строительства великих пирамид Египта. Вследствие мгновенного похолодания

останки вмерзли в лед расширяющегося ледника и сохранились до наших дней настолько хорошо, что туристы сначала полагали, что имеют дело с жертвой недавнего преступления. С точки зрения палеоклиматологии находка совершенно неповрежденного благодаря постоянному пребыванию во льду тела означает, что в момент гибели «ледяного человека» местный ледник находился в сокращенном состоянии и с тех пор, т.е. почти пять с половиной тысяч лет, никогда не достигал такой степени сокращения. Далее можно заключить, что около 3400 лет до н.э в Эцтальских Альпах произошло сильное и быстрое похолодание. Ледники в горах очень остро реагируют на колебания среднегодовой температуры. Чуть теплее стало – нижняя оконечность ледника подтаяла и ушла выше в горы. Похолодало – ледники опустили свой язык ниже.

Тот геологический период, в котором мы сейчас живем, называется голоцен, и ему примерно 10 000 лет. Это 10 000 лет, прошедших с момента окончания последнего ледникового периода. В то время над Европой лежал ледовый щит, содержащий примерно такой же объем льда, как современная Антарктида. 20 000 лет назад над местом расположения будущей Москвы максимальная толщина льда составляла 300 – 500 м. Центр ледового щита располагался над Скандинавией. Вторая такая же «Антарктида» располагалась над Северной Америкой.

Эти ледяные щиты депонировали в себе такое количество воды, что уровень Мирового океана был на 120 м ниже современного. Это значит, что все континенты, кроме Антарктиды, соединялись друг с другом сухопутными мостами, и, кстати, это способствовало заселению людьми Австралии и Америки с Евроазиатского –Африканского континента.

По мере освобождения Земли от континентальных ледяных щитов наступил довольно продолжительный период (примерно 4 тыс. лет: от 9000 до 5000 лет назад), в котором температура была существенно выше современной: на 1 – 1.5^о. Этот период получил название климатического оптимума голоцена. Это век чрезвычайно благоприятных природных и климатических условий. Он предшествовал появлению человеческой цивилизации.

Затем появился явный тренд к понижению температуры. Наиболее холодные периоды отмечались в XV (1400-1500) и в конце XVII (1600-1700) в. Например, 28 июля 1601 г (рис.2) в Москве ездили на санях. Летние заморозки повторялись три года подряд, в результате этого в Россию пришли чудовищные неурожаи. Это время историки называют как «несчастное правление» Бориса Годунова. Еще более тяжелый период наступил в конце XVII века (рис.2). Декада 90 - х годов XVII века – самая холодная за последние несколько тысяч лет.

А что происходило в это время в Европе? Европа вымирала. Население Финляндии, Эстляндии, Лифляндии, северо - западной России, Шотландии, Дании, северной Германии уменьшилось на 30 - 40%. То есть от постоянных неурожаев и голода в Европе умерли многие миллионы человек.

Солнечная активность имеет 11-летнюю цикличность. Активное Солнце – много пятен, большое число Вольфа, увеличивается светимость нашей звезды, глобальный климат теплеет. Спокойное Солнце – глобальный климат холодает.

Маундеровский минимум солнечной активности (в честь английского астронома Маундер) – спокойное Солнце в течение 70 лет (нарушение цикличности: в период с 1645 по 1715 годы на Солнце наблюдалось в 1000 раз меньше пятен, чем обычно, соответственно уменьшилась светимость нашей звезды). Среднемировая температура снизилась на 0.5^о, средние зимние температуры снизились на градус – полтора. Это были самые холодные десятилетия за последние 2 тысячи лет. От неурожаев и голода погибла половина населения Северной Европы. Это было время Петра 1 и скрипичного мастера Антонио Страдивари. Страдивари делал не превзойденные до сего времени скрипки из альпийской ели с более плотной из-за похолодания древесиной.

Новый Маундеровский минимум продлится с 2020 до 3000 г. Будет сопровождаться активизацией вулканов (тяжелые планеты Юпитер и Сатурн в благоприятном для активизации вулканов положении). То есть, нас ждет период неактивного Солнца и повышенного вулканизма. Значит, нас ждет похолодание климата. Если эту тенденцию не переломит антропогенная накачка атмосферы парниковыми газами.

Некоторые ученые считают, что все же в настоящее время нас ожидает потепление (из-за увеличения концентрации СО₂). Но не следует думать, что когда имеет место потепление, то теплеет везде и одинаково – на самом деле совершенно по - разному. Эпицентром глобального потепления является Россия. На всей территории России региональное потепление выражено в 2 - 3 раза сильнее, чем в среднем по глобусу. Так что, если глобус потеплеет на 1^о, то Россия - на 2 - 3^о. Причем основное потепление придется на зимы. Лето потеплеет в гораздо меньшей степени. Кроме того, с потеплением в России увеличится и влажность. А на южной периферии Сахары, наоборот, произойдет заметное уменьшение осадков. Это уже выразилось в череде чудовищных засух и голода в Эфиопии и Судане. То же произойдет на Украине и на Северном Кавказе.

После средневекового климатического оптимума (9000 - 5000 лет назад) обозначился тренд к похолоданию, и только в последние 20 - 30 лет температура стала вновь повышаться. Это повышение рассматривается как результат антропогенного влияния на климат. В отсутствие антропогенного фактора нас бы ожидал малый ледниковый период.

Климат России становится теплее. Через 40 - 50 лет Северный Ледовитый океан освободится от паковых (многолетних) льдов. Подобное событие уже происходило во время большого климатического оптимума голоцена. Тогда среднеглобальная температура была на 1.5^о выше современной.

За последние 100 лет уровень Мирового океана поднялся на 15 см. Можно ожидать, что в ближайшие 100 лет он поднимется еще на 25 - 30 см. Это не катастрофично.

Правда, потеплеет не везде. На большей части планеты действительно станет теплее.

А вот в Гренландии, части Китая, Тибете, Гималаях, Англии и в Восточном Средиземноморье вначале немного похолодает. Не всем повезет и с увлажненностью. Очень худо придется африканцам, живущим в аридной зоне южнее Сахары.

Малый ледниковый период начался в XIV и закончился в XIX веке. XVII – XVIII века – самое холодное время Малого ледникового периода. В XIV - XIX веках в России снег выпадал и летом.

В конце XVIII века в самом начале индустриальной революции концентрация СО₂ в атмосферном воздухе составляла 280 объемных частей на миллион. А сейчас 380. Увеличение на 35%.

Содержание СН₄ увеличилось втрое, т.е. на 200%. А одна молекула метана вызывает парниковый эффект в 20 раз больший, чем одна молекула СО₂. с.371. С.335.

Сейчас климат теплее, чем в любой момент времени за последние 3000 лет.

Киотский протокол подписали 1/3 стран. И Россия. Хотя он ей не выгоден.

Частицы сажи микронного и меньшего размеров атмосферу охлаждают (они надолго задерживаются в стратосфере и отражают (?) солнечную радиацию обратно в космос), а более крупные – нагревают (поглощают (?) солнечную радиацию, но быстро оседают). Но более крупные скорее осаждаются. Поэтому после взрывов вулканов наступает похолодание.

Наиболее холодные периоды отмечались в XV и в конце XVII в. Например, 28 июля 1601 г в Москве ездили на санях. Летние заморозки повторялись три года подряд, в результате этого в Россию пришли чудовищные неурожаи. Это время историки называют как «несчастное правление» Бориса Годунова. Еще более тяжелый период наступил в конце XVII века. Декада 90 - х годов XVII века – самая холодная за последние несколько тысяч лет.

За последние 100 лет уровень Мирового океана поднялся на 15 см. Можно ожидать, что в ближайшие 100 лет он поднимется еще на 25 - 30 см. Это не катастрофично.

Типичная продолжительность межледниковья в течение нескольких миллионов лет – 10 - 12 тыс. лет. Ровно 12 тыс. лет прошло с момента окончания последнего ледникового периода.

Сейчас мы живем в эпоху чрезвычайно низких концентраций СО₂ в атмосферном воздухе. Сжигая органическое топливо, человек реконструирует атмосферу прошлых гораздо более благодатных в климатическом отношении эпох. Известно, что во времена динозавров концентрация СО₂ в атмосфере была в 4 - 6 раз больше, и продуктивность биосферы была тоже больше, чем сейчас.

В геологических масштабах, то есть в масштабах десятков и сотен миллионов лет, важнейшим климатическим фактором является соотношение площадей суши и воды. Океаны – аккумуляторы тепла. Чем больше океанов, тем ровнее климат, тем меньше температурный контраст между экватором и полюсами. Еще один фактор – средняя высота суши на планете. Сейчас средняя высота суши составляет 850 м. А когда – то она бала равна 1.5 км. Сегодня средняя высота земной поверхности выше, чем была в мезозое, но ниже, чем в пермокарбоне. Земля дышит, и эти геологические подвижки также оказывают влияние на климат: когда-то на Земле было гораздо теплее, чем теперь, а в иные времена – гораздо холоднее, чем даже в последний ледниковый период.

Докембрий (криптозой), (4.65 млрд. лет - 570 млн. лет назад). В эволюции атмосферы выделяют три стадии. 1-я стадия: 2.9 и более млрд. лет назад, основной компонент атмосферы метан СН₄ с добавлением Н₂, N₂, NH_3. 2-я стадия: 2.9 – 1.8 млрд. лет назад, появились одноклеточные водоросли и начался фотосинтез с выделением кислорода (6СО₂ + 6Н₂О = 6О₂ + C₆H₁₂O₆). Выделяющийся кислород сначала расходовался на окисление аммиака (3О₂ + 4NH₃ = 2N₂ + 6Н₂О) и минералов земной коры. Основной компонент атмосферы - N₂ с добавлением СО₂ и Аr. 3-я стадия началась 1.8 млрд. лет назад – постепенное увеличение концентрации О₂ до современной.

Вначале климат был теплым. Затем последовали три оледенения: 950, 750 и 670 млн. лет назад.

Из передачи ТВ-канала Бибигон 11.05.10.

1-е оледенение 2.2 млрд.лет назад. Вулканы извергали лаву. СО₂ в атмосфере было меньше, чем сейчас. Кислорода не было. Но много СН₄. Этот газ образуется метанобразующими бактериями в болотах. Нет растений и животных. Есть микроорганизмы. Земля была покрыта льдами до экватора. СО₂ накапливается в атмосфере (из вулканов) и не поглощался покрытым льдом океаном. Затем появились сине-зеленые водоросли. Начал выделяться кислород в атмосферу. Количество метана начало снижаться. Оледенение длилось несколько десятков миллионов лет. В межледниковый период температура воды в океане поднялась до 45^оС. Резко возросло испарение.

2-е оледенение произошло 0.6 млрд.лет назад. Температура понизилась до -50^оС. Лед покров в океане имел толщину до 1000 м.

4.6 – 2.2 млрд. лет - кислорода в атмосфере 0%. С 2.2 до 0.6 млрд. лет -1%. С 0.6 и позже – 20%.

Фанерозой – 570 млн. лет назад – начало палеозоя, т.е. кембрийский период – теплый климат.

Похолодание с оледенением началось около 450 млн. лет назад

440 млн. лет назад снова потепление до средней температуры Земли 20^о, ΔТ = +5^оС от современного уровня.

Силур 440 млн. лет назад.

Девон от 400 до 350 лет назад.

Каменноугольный период от 350 до 285 млн. лет назад.

Пермское оледенение.

Триасовый период 230 млн. лет назад.

Юрский период 190 млн. лет назад, теплый, среднемировая 24.5^оС, ΔТ = +9 от совр.

От 400 до 350 млн. лет назад усиление до ΔТ= +10, влажный тропический климат.

300 – 280 млн.лет назад – оледенение, ΔТ = - 7

Меловый период 135 млн. лет назад, 25^оС, ΔТ= +10.

В Зап.Европе 18 - 22 ^оС, ΔТ= +(8 - 10)

Кайнозойская эра началась 65 млн. лет назад сначала тепло

Палеоцен ΔТ +9 ^оС

Поздний эоцен 44 млн. лет назад

Средина олигоцена 30 - 35 млн. лет назад. Похолодание.

Миоцен начиная с 23 млн. лет назад. Потепление.