Глоба́льное потепле́ние- процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана. Наша планета нагревается и это оказывает катастрофический эффект на ледяные шапки земли. Температура поднимается, лёд начинает таять, море начинает подниматься. По всему миру уровень океана поднимается в 2 раза быстрее чем 150 лет назад. В 2005 году 315 км3льда из Гренландии и Антарктики растаяли в море, для сравнения в городе Москве в год используется6 км3воды – это глобальное таяние. В 2001 году учёные прогнозировали что к концу века уровень моря поднимется на 0.9 метра. Это повышение уровня воды достаточное что бы повлиять на более 100 млн. людей во всём мире, но уже сейчас многие специалисты опасаются, что их прогнозы могут быть неверными.
Причины глобального потепления
Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, при этом геологические и палеонтологические данные показывают наличие долговременных климатических циклов, которые принимают форму оледенений. Причины таких изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий: изменения орбиты Земли(циклы Миланковича),солнечной активности(в том числе и изменения солнечной постоянной),вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений(изменение температур в течение последних двухсот лет)средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых является парниковый эффект.
Сенсационными оказались результаты двух крупномасштабных проектов по изучению причин глобального потепления. Авторы исследований доказали, что вклад человечества в общий объем выброса углекислоты составляет хорошо если10%. Промышленность и сельское хозяйство всего мира постоянно увеличивают выброс углекислоты в атмосферу, которая действует как пленка в парнике и не дает избыточному теплу раствориться в космосе. А выхлопы миллионов автомобилей, производство металлов и строительных
материалов сопровождаются выбросом углекислоты и других парниковых газов.Рост поглощения инфракрасных лучей начался одновременно с промышленной революцией18 века и продолжается по сей день. За последние 250лет в атмосферу было выброшено1100 млрд. тонн углекислоты, причем половина этого количества пришлась на последние 35лет. В доиндустриальную эпоху ее концентрация равнялась 280частей на 1 млн., к 1960 году дошла до 315 частей на1 млн., а в 2005 году составила 380частей на миллион. Сейчас она увеличивается еще быстрее, примерно на два пункта в год. По данным палеоклиматических исследований, с такой скоростью накопления атмосферной углекислоты наша планета не сталкивалась, как минимум,650 тыс. лет.
Выбросы парниковых газовПарниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар, углекислый газ (CO2) , метан(CH4) и озон. Атмосферные концентрацииCO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века. Такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650тысяч лет -период, в отношении которого достоверные данные были получены из образцов полярного льда. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, остались в атмосфере. Около трёх четвертей всех выбросов парниковых газов за последние20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Бо́льшая часть остальных выбросов вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов. В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое потепление более значимо:1.зимой, чем летом;2. ночью, чем днём;3. в высоких широтах, чем в средних и низких. А также является фактом то, что быстрое нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне не очень быстрого охлаждения слоёв стратосферы.
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.
Что можно ожидать от глобального потепления?
Согласно существующим прогнозным оценкам к 2025 году средняя глобальная температура на планете поднимется на 1- 1-5 о С, а к концу ХХ1 века, если ничего не измениться в климатической системе, и по-прежнему будет расти концентрация атмосферной углекислоты, она повысится еще на 3.5- 4 о С. К чему это приведет? Ведь потеплеет везде по-разному. Самые незначительные изменения произойдут в экваториальных и тропических широтах. Здесь современное глобальное потепление отразиться только на количестве и, особенно на степени распределения атмосферных осадков. В свою очередь это приведет к постепенному увлажнению пустынь северной и южно й аридных областей, смене саванн тропическими влажными лесами. В целом все это сведется не только к существенному сокращению площадей пустыни Сахары, южной части Гоби и других пустынь Мира, но и будет сопровождаться увеличением урожайности Сахельской области Африки и Южной Европы.
Весьма сильные изменения произойдут на территориях умеренного пояса северного полушария, особенно на значительной части территории России. В первой четверти ХХ1 столетия зимы станут мягче на 5-7 о С. Это означает, что на европейской части России зимы, которые уже напоминают западноевропейскими станут почти такими же. Они будут слабо морозными, но с обильными снегами. Пусть не удивляют резкие колебания зимних температур. Из-за того, что территория России открыта свободному распространению холодных потоков воздуха с Северного Ледовитого океана, то до тех пор, пока этот океан будет ледовитым, волны холода будут прокатываться вплоть до южных горных хребтов. Но только в отличие от прошлых лет число морозных дней будет сокращаться, а морозы все чаще будут сменяться оттепелями. Лето станет более жарким, а продолжительность весенне-летне-осеннего теплого периода начнет удлиняться. Все чаще будет рано начинаться снеготаяние, весенние паводки станут более обильными, продолжительность летнего сезона увеличится, а осень станет теплой и более длинной. Поздняя осень все сильнее будет напоминать "бабье лето". Одновременно с усилением температурного фактора, на 10-20 % возрастет количество атмосферных осадков. Это означает, что существенно повысится урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность скота и птицы.
Потепление влечет за собой изменение ландшафтных обстановок. Все больше комфортных с точки зрения погоды, мест будет становиться на юге, но вместе с тем на ряде территорий скажется и негативное воздействие климата. Теплолюбивые растения будут перемещаться на север. Это приведет к тому, что на подмосковных дачных участках выращивание винограда, баклажан, арбузов и дынь, превратиться из экзотики в обыденность. Рос же в свое время в период малого климатического оптимума, т. е. в начале и в середине средневековья виноград в Англии и на севере Германии. Даже сейчас кое-где в центре и на севере Германии выращивают виноград. Как самостоятельный элемент ландшафта тундра и лесотундра перестанет существовать и на берегах Северного океана, который уже нельзя будет именовать Ледовитым, так как он скорее всего будет покрываться сезонным льдом, станут расти таежные леса с примесью лиственных деревьев.
Особую тревогу вызывает состояние многолетнемерзлых грунтов. которые многие продолжают неправильно называть " вечной мерзлотой". Мы многократно убеждаемся в том, что ничего вечного на свете не существует и действительно, как свидетельствуют палеогеографические данные, та "вечная мерзлота",которую мы сегодня наблюдаем, возникла всего 20 тысяч лет назад, а до этого во время так называемого микулинского межледниковья, когда было значительно теплее, чем в современную эпоху, ее вовсе не было. Как и не было в очень теплом мезозое и раннем кайнозоя. В эти эпохи на обширных территориях Сибири и Северо-Востока России располагались моря с теплолюбивой фауной, а арктические острова и прилегающие низменности были покрыты хвойно-лиственными и даже широколиственными лесами.
В результате распространения современного потепления скорость таяния многолетнемерзлых грунтов резко усиливается и сокращаются их площади. А ведь многие города и поселки, транспортные магистрали, трубопроводы и многое другое в Восточной Сибири построены именно с учетом воздействия многолетней мерзлоты. Подтаивание приводит не только к разрушениям производственных и жилых зданий и коммуникаций, но и вызовет заболачивание огромных территорий
Описанный сценарий развития природных условий к концу первой четверти ХХ1 века для России казалось не предвещает ничего плохо. Однако это так кажется только на первый взгляд. Перемещение к северу ландшафтных областей вызовет смещение в этом же направлении засушливых (аридных) ландшафтов. Степная и лесостепная области, главные житницы нашей страны, из-за участившихся засух превратятся в песчаные и глинистые пустыни. И, хотя климатически условия в северных областях станут такими же в современных центральных областях плодородие почв здесь, не увеличится. Это будет связано с тем, что скорость формирования плодородных черноземных почв будет в значительной мере отставать от скорости изменения климатических условий.
Еще более серьезным видоизменениям подвергнется климат в странах Африки, Южной Азии, Центральной и Южной Америки, Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии. Во всех этих регионах температуры изменятся незначительно, но станет более засушливо. Последнее связано с тем, что при глобальном потеплении все меньшей становиться разница между экваториальными и полярными районами. Это приведет к ослаблению циклонической деятельности, что вызовет сокращение влаги и своеобразие ее перераспределения на суше. На тропики и субтропики все чаще начнут обрушиваться жесточайшие засухи и лесные пожары, подобные тем, которые охватили в 1998 году Индонезию, а в 2001-2003 гг. бушевали в Австралии и Южной Америки. Сокращение влаги приведет к быстрому распространению пустынь в этих регионах. В США, Западной Европе, Японии, Китае и в некоторых районах Юго-Восточной Азии климат измениться несущественно, но на эти регионы все чаще будут обрушиваться экстремальные засухи и жара, а также стихийные бедствия, связанные с нарушениями в атмосфере.
В связи с продолжающимся потеплением особую тревогу вызывает не только изменение в производстве сельскохозяйственной продукции, но и состояние здоровья людей. В городах и сельских местностях все большее число людей станет подвергаться перегреву. От теплового и солнечного удара будут умирать люди. Все быстрее станут распространяться эпидемии, которые будут охватывать регионы, ранее подвергнутые этим бедствиям.
Возможен ли подъем уровня Мирового океана?
Особую тревогу вызывает возможность подъема уровня вод Мирового океана в результате таяния ледниковых щитов в Антарктиде и Гренландии, ледового покрова Северного Ледовитого океана и его островов, а также горных ледников. Общая площадь льдов, сегодня находящихся на земной поверхности, составляет 30 млн. км 2, а их объем равен - 30 -35 млн. км 3. Как известно, общий объем вод современного Мирового океана равен 1370 млн. км3 . Простой подсчет показывает, что после таяния ледников, объем вод Мирового океана должен увеличится на четверть. Именно этот факт ставит в тупик многих и заставляет делать неправильные выводы, так как они считают, что в результате глобального потепления процесс таяния льдов будет носить необратимый характер. И тогда, уровень Мирового океана может увеличиться на десятки метров. А это основание для самых мрачных прогнозов, согласно которым произойдет затопление многих обжитых и хорошо освоенных низменных территорий. Даже самые оптимистичные прогнозы не предвещают ничего хорошего. Вот как выглядит один из таких прогнозов.
Через несколько лет после начала интенсивного таяния ледников, а оно, как полагают, уже началось, уровень океана поднимется на 6-8 метров. Даже увеличение уровня океана всего на полметра может привести к тому, что многие приморские низменности США, Канады и Европы исчезнут под водой. Очень сложная обстановка может сложиться на низменностях севера Сибири и на арктических островах. Значительная их часть будет затоплена морскими водами, а оставшаяся часть окажется сильно заболоченной. Но вместе с этим резко улучшиться ледовая обстановка в Арктике. Северный Ледовитый океан освободится от многолетнего льда, который станет возникать только в зимнее время, а летом таять. Портовые сооружения и причалы окажутся затопленными. Их, или необходимо будет переносить на новые более возвышенные места, или надстраивать. Несмотря на то, что в Арктике станет теплее, погода там все-таки не улучшится, а, наоборот, ухудшится. На смену морозам придут туманы, дожди, шторма и бури, которые будут происходить как в зимнее, так и в летнее время. Приток талой воды вызовет изменение не только температуры вод, но их солености и химического состава, а это весьма отрицательно скажется на жизни гидробионтов.
В период потепления из-за опреснения и сглаживания температур многие морские течения ослабеют или даже изменят свои направления. Ведь в настоящее время они существуют из-за разности температур между высокими и низкими широтами. В этом отношении ученые озабочены возможным изменением гидродинамики в Атлантическом океане. В настоящее время холодная соленая вода, поступающая из Арктики, погружается вглубь, а ее место занимает, поток поверхностных вод теплых из тропических широт. Имеются опасения, что в результате потепления скорость и интенсивность теплого течения Гольфстрим, которое согревает берега Скандинавии и Британии, замедлиться. А это грозит большими неприятностями для европейцев. Примерно такое же отрицательное воздействие произойдет у берегов Аляски, которое согревает течение Куросио.
В этих же прогнозах предполагается возможность дальнейшего усиления штормов и увеличения числа сильнейших тайфунов со всеми вытекающими из этого отрицательными последствиями. Под угрозой затопления окажутся побережья Бангладеш, Индии, Китая, Индокитая и Японии.
Как видно, даже такие, не столь пессимистичные как многие другие, прогнозы не сулят землянам ничего хорошего. Однако, для того, чтобы делать обоснованные прогнозы, необходимо более обстоятельно и всесторонне рассматривать процесс повышения уровня моря в результате глобального потепления. При этом прогнозы должны основываться не только на простых сопоставлениях объема ледников и поступающих талых вод, но и учитывать объем чаши Мирового океана, которая никогда не остается постоянной из-за геологических процессов, которые протекают на дне морей и океанов и на прилегающих частях суши. Прогнозы, сделанные без их учета оказываются некорректными. Вместе с тем точный учет многих геологических процессов сильно затруднен, так они их характеристики состоят из переменных величин. Самой главной переменной величиной является объем чаши Мирового океана. В его пределах, т.е. на дне океана, в пределах срединноокеанских хребтов, на континентальном подножии и на континентальном склоне непрерывно и при том с разной скоростью совершаются различные эндогенные и экзогенные геологические процессы. Их деятельность вызывает то увеличение, то, наоборот, приводит к уменьшению глубин, а все это всегда отражается на вместимости чаши Мирового океана. В Мировом океане непрерывно происходит осаждение (аккумуляция) осадочного материала, который во взвешенном или растворенном состоянии выносят реки. Вследствие изменения щелочно-окислительного потенциала, температуры. Плотности и других физических факторов на дне Мирового океана, с момента его образования, происходят вулканические извержения, растут и разрушаются рифовые и вулканические острова, расширяется или, наоборот, сжимается океанская кора, а, это означает, что меняется глубина Мирового океана. Процессы, приводящие к увеличению или снижению глубины моря хотя и определенным образом взаимосвязаны, но действуют не синхронно. И поэтому в одних частях Мирового океана глубины увеличиваются, и растет площадь его водной поверхности, а в других - наоборот глубина уменьшается, и сокращаются его размеры. Подсчеты показывают, что увеличение глубины, как вследствие растяжения, так и сжатия океанской коры, происходят со скоростями в несколько сантиметров за год и совершаются в противоположных частях океана. Процессы осадконакопления, наоборот, уменьшают глубины. При этом оказывается, что действие относительно глубин Мирового океана, процессы аккумуляция вещества и тектонические движения в целом компенсируют друг друга. Но куда в этом случае исчезает талая вода, если уровень моря остается неизменным или слабо меняется. Ведь согласно прямым инструментальным наблюдениям за 25 лет глобального потепления объем ледников на суше и в океане заметно сократились. Но при этом уровень Мирового океана повысился всего на несколько сантиметров.
В геологической истории Земли неоднократно происходили геодинамические события, приводящие к раскрытию и закрытию отдельных океанов, и тогда континенты то подвергались затоплению, то осушению. Первые события геологи называют трансгресиями, а вторые -регрессиями.
Палеогеографические материалы неопровержимо свидетельствуют о том, что на Земле то происходил рост уровня Мирового океана, который приводил к трансгрессиям и, при этом обширные низменные участки суши оказывались затопленными, то наоборот глубины океана уменьшались и наступали регрессии. И тогда обнажались шельфовые области океана. Но при этом ни одна трансгрессия не возникала сразу же после смены ледникового типа климата, которых в истории Земли можно насчитать 6-7, в теплые. Изменения уровня Мирового океана уверенно связываются с геотектоническими процессами, но никак не с ростом ледников или их таянием. Даже в том случае, когда площадь ледниковых покровов как, например, в конце ордовикского периода (400 млн. лет назад), или в конце каменноугольного периода (300 млн. лет назад) в десятки раз превосходила современные ледники. После этих весьма холодных в климатическом отношении периодов наступали геологические эпохи, характеризующиеся высокими приземными температурами, и сильным дефицитом влаги, но никогда не происходили трансгрессии. Вся "лишняя" вода расходовалась на атмосферные процессы. Скорость же тектонических процессов очень медленная и срок их действия растягивается на многие миллионы лет. Только поэтому их эффект оказывается ошеломляющим.
Возвращаясь к современной эпохе можно отметить, что хотя те же геологические процессы действуют в настоящее время, но заметить их воздействие мы не в состоянии. Это означает, что изменение объема чаши Мирового океана в результате тектонических процессов никак не может корреспондироваться с ростом объема талой воды.
Другой переменной величиной является объем талой воды и ее температура. Во время современного потепления наблюдается непрерывный рост температур воды в средних и высоких широтах. Но, как известно, при увеличении температур воды увеличивается и ее объем. На первый взгляд это должно приводить к выплескиванию воды из чаши Мирового океана, тем более, что в нее продолжают поступать значительные объемы талой воды. Однако при прогнозных расчетах опять-таки упускается всем известный процесс - испарение. Хорошо известно, что на Земле вода совершает большой и малый круговороты и при этом общий объем воды твердом, жидком и газообразном состоянии в гидросфере всегда остается постоянным. Во время увеличения температурного режима одновременно увеличивается скорость испарения. Чем больше талой воды поступает в Мировой океан, тем больше и быстрее она испаряется. Тем энергичнее формируются циклоны над океанами, которые с огромной скоростью проходят океанское пространство и в виде тайфунов и бурь обрушиваются на побережье многих государств. Хотя циклоны внетропических широт не являются столь разрушительными, как тропические циклоны они тоже несут огромные объемы влаги и при этом достигают удаленных от океанов территорий. В процессе глобального потепления при этом сокращаются площади засушливых (аридных) регионов. Постепенно исчезают пустыни и сокращаются площади полупустынь. Все больше влаги начинает при глобальном потеплении начинает участвовать в круговороте воды и вследствие этого, скорее всего, весьма проблематично ожидать значительных подъемов уровня Мирового океана.
Глобальное потепление означает повышение средней температуры атмосферы Земли и Мировых океанов и его прогнозируемое продолжение. В литературе последних лет приводятся многочисленные данные о тенденциях изменения температуры на Земле на протяжении последних 100-150 лет. В частности, показано, что в конце XIX века началось потепление, которое особенно усилилось в 20 – 30-х годах ХХ века. В 40-х годах потепление закончилось и началось медленное похолодание, которое в 60-х годах прекратилось и сменилось новым потеплением. Четких объяснений этому явлению пока не дано. Приводимые результаты показывают, что в целом за столетний период среднегодовая температура на Земле увеличилась на 0,5С. Для сравнения следует отметить, что со времен последнего ледникового периода (10 тыс. лет тому назад) температура на планете повысилась всего на 3-5С. Потепление происходит неравномерно на отдельных территориях Земли. Есть области, где среднегодовое повышение температуры значительно превышает таковое на всей планете, достигая 1,5 – 2,0 – 2,5С. Однако, на фоне всеобщего потепления есть территории, где погода меняется в сторону похолодания. Некоторые ученые говорят не о потеплении, а о похолодании на планете.
Повышение глобальной температуры вызовет поднятие уровня моря и будет изменяться количество и характер осадков и вероятного расширения субтропических пустынь. Потепление ожидается, оно будет сильным в Арктике и будут связаны с продолжающимся таянием ледников, вечной мерзлоты и морского льда. Другие возможные последствия потепления включают более частое возникновение экстремальных погодных явлений, включая волны тепла, засухи и обильных дождей, вымирания видов из-за смещения температурных режимах, а также изменения в урожайности сельскохозяйственных культур. Потепление и изменения, будут варьироваться от региона к региону по всему земному шару, хотя характер этих региональных изменений является неопределенным. Пределы адаптации человека, вероятно, будут превышены во многих частях мира, ограничений для адаптации природных систем в значительной степени будет превышать во всем мире.
Причины глобального потепления
Многие вещи вызывают глобальное потепление. Потепление климатической системы однозначно, и ученые более чем на 90% уверены, большинство из них связано с увеличением концентрации парниковых газов, вызванное деятельностью человека, такие как вырубка лесов и сжигание ископаемого топлива. Эти результаты признаны национальными академиями наук всех крупных промышленно развитых стран. Причины изменений климата могут быть такие как- изменения орбиты Земли, солнечной активности (в том числе и изменения солнечной постоянной), вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений (измерение температур в течение последних 200 лет), средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий. Одной из наиболее широко обсуждаемых причин является антропогенный парниковый эффект.
Парнико́вый эффе́кт - повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты. Парниковый эффект возник не сегодня - он существовал с тех пор, как наша планета обзавелась атмосферой, и без него температура приземных слоев этой атмосферы были бы в среднем градусов на тридцать ниже реально наблюдаемой. Однако в последние век-полтора содержание некоторых парниковых газов в атмосфере очень сильно выросло. Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году, и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной деятельности изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. С распаханных земель во время пыльных бурь поднимаются в воздух миллионы тонн частиц почвы.
При разработке полезных ископаемых, при производстве цемента, при внесении удобрений и трении автомобильных шин о дорогу, при сжигании топлива и выбросе отходов промышленных производств в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц разнообразных газов. Определения состава воздуха показывают, что сейчас в атмосфере Земли углекислого газа стало на 25% больше, чем 200 лет назад. Это, безусловно, результат хозяйственной деятельности человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых поглощают углекислый газ. С повышением концентрации углекислого газа в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры.
Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривали различные механизмы формирования климата Земли, при этом рассматривали как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).
При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс проанализировали опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Объясняется это тем что повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.
Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.
Оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.
В 1896 году для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировали данные Сэмюэля Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Сравнили данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром ее теплового излучения и рассчитали как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Также выдвинули гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.
Полностью уничтожить парниковый эффект нельзя. Полагают, что если бы не парниковый эффект, средняя температура на земной поверхности составила бы – 15 C.
Выбросы парниковых газов:
На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен примерно за 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO 2) (9-26 %), метан (CH 4) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO 2 и CH 4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине ХVIII века. Согласно отдельным исследованиям, такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет - период, для которого были получены достоверные данные из образцов полярного льда.
Около половины всех парниковых газов, получаемых в ходе хозяйственной деятельности человечества, остаются в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов углекислого газа за последние 20 лет стали результатом добычи и сжигания нефти, природного газа и угля, при этом примерно половина объема антропогенных выбросов углекислоты связываются наземной растительностью и океаном. Большая часть остальных выбросов CO 2 вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов, однако скорость связывания наземной растительностью углекислого газа превосходит скорость его антропогенного высвобождения вследствие сведения лесов.
Изменение солнечной активности:
Были предложены разнообразные гипотезы, объясняющие изменения температуры Земли соответствующими изменениями солнечной активности. Утверждается, что солнечная и вулканическая активность может объяснить половину температурных изменений до 1950 года, но их общий эффект после этого был примерно равен нулю. В частности, влияние парникового эффекта с 1750 года, в 8 раз выше влияния изменения солнечной активности. Более поздние работы уточняли оценки влияния солнечной активности на потепление после 1950. Тем не менее, выводы остались примерно теми же: «Лучшие оценки вклада солнечной активности в потепление лежат в пределах от 16 % до 36 % вклада парникового эффекта». Однако, существует ряд работ, предполагающих существование механизмов, усиливающих эффект солнечной активности, которые не учитываются в современных моделях, или что важность солнечной активности в сравнении с другими факторами недооценивается. Такие утверждения оспариваются, но являются активным направлением исследований. Выводы, которые будут получены в результате этой дискуссии, могут сыграть ключевую роль в вопросе о том, в какой степени человечество ответственно за изменение климата, и в какой - естественные факторы.
Почему глобальное потепление иногда приводит к похолоданию:
Глобальное потепление вовсе не означает потепление везде и в любое время. В частности, в какой-либо местности может увеличиться средняя температура лета и уменьшиться средняя температура зимы, то есть климат станет более континентальным. Глобальное потепление можно выявить, только усреднив температуру по всем географическим локациям и всем сезонам.
Согласно одной из гипотез, глобальное потепление приведёт к остановке или серьёзному ослаблению Гольфстрима. Это вызовет существенное падение средней температуры в Европе (при этом температура в других регионах повысится, но не обязательно во всех), так как Гольфстрим прогревает континент за счёт переноса тёплой воды из тропиков.
Согласно гипотезе климатологов М. Юинга и У. Донна, в криоэре существует колебательный процесс, в котором оледенение (ледниковый период) порождается потеплением климата, а дегляциация (выход из ледникового периода) - похолоданием. Это связанно с тем, что в Кайнозое, являющемся криоэрой, при оттаивании ледяных полярных шапок увеличивается количество осадков в высоких широтах, что зимой приводит к локальному повышению альбедо. В дальнейшем происходит снижение температуры глубинных районов континентов северного полушария с последующим образованием ледников. При замерзании ледяных полярных шапок ледники в глубинных районах континентов северного полушария, не получая достаточно подпитки в виде осадков, начинают оттаивать.
Последствия глобального потепления
Повышение глобальной температуры вызовет поднятие уровня моря и будет изменяться количество и характер осадков и вероятного расширения субтропических пустынь. Потепление ожидается, оно будет сильным в Арктике и будут связаны с продолжающимся таянием ледников, вечной мерзлоты и морского льда. Глобальное таяние это мрачная картина будущего, но по мнению учёных она неизбежна если мы не будем действовать, наш мир меняется до неузнаваемости и мы люди усугубляем этот процесс. Ледяные шапки тают и уровень моря ползёт всё выше и выше, что хуже что мы всё ближе к переломной точке после которой мы не сможем остановить происходящее. Другие возможные последствия потепления включают более частое возникновение экстремальных погодных явлений, включая волны тепла, засухи и обильных дождей, вымирания видов из-за смещения температурных режимах, а также изменения в урожайности сельскохозяйственных культур. Потепление и изменения, будут варьироваться от региона к региону по всему земному шару, хотя характер этих региональных изменений является неопределенным. Пределы адаптации человека, вероятно, будут превышены во многих частях мира, ограничений для адаптации природных систем в значительной степени будет превышать во всем мире.
1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажет серьезнейшее воздействие на мировой климат.
2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное тепло повысит содержание водяного пара в воздухе.
3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся в пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.
4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинных областей побережья и к увеличению числа сильных штормов.
5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря так как:
а)вода, нагреваясь становится менее плотной и расширяется, расширение морской воды приведет к общему повышению уровня моря.
б)повышение температуры может растопить часть многолетних льдов, покрывающих некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие горные цепи. Образовавшаяся вода в конечном итоге стечет в моря, повысив их уровень.
Меры по предупреждению глобального потепления
Главную меру по предупреждению глобального потепления можно сформулировать так: найти новый вид топлива или поменять технологию использования нынешних видов топлива. Это означает, что необходимо:
1. Уменьшить выброс в атмосферу парниковых газов.
2. В котельных, на заводах и фабриках установить сооружения для очистки выбросов в атмосферу.
3. Отказаться от традиционных видов топлива в пользу более экологически чистых.
4. Уменьшить объемы вырубки лесов и обеспечить их воспроизводство.
5. Создать законы, обеспечивающие предупреждение глобального потепления.
6. Выявлять причины глобального потепления, наблюдать за ними и устранять их последствия.
К счастью, далеко не все разделяют эти опасения. Последние данные, полученные при обработке поступающих со спутников изображений, не подтверждают перспективу глобального бедствия, обрисованную пессимистически настроенными учеными. Они вселяют надежду на то, что человечеству удастся справиться с надвигающейся угрозой. Например, сокращения выбросов парниковых газов можно достигнуть за счет повышения эффективности использования энергоресурсов, сокращения утечек тепла и топлива, технического перевооружения энергетического комплекса, перехода на более безопасные виды топлива, например, с мазута на газ. За счет замедления расходования ископаемого топлива - ресурса, как известно, принципиально невозобновимого. За счет развития альтернативных, экологически чистых технологий получения энергии.
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газообмена и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом, все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
Биосфера - целостная, относительно устойчивая, гигантская экологическая система, зависимость исторически сложившегося в ней равновесия от связей между ее обитателями, их приспособленности к среде обитания, от роли живого вещества в биосфере, от влияния деятельности человека.
В соответствии со сложившимися в науке представлениями биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.
Значительные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Бурное развитие промышленности, науки и техники за несколько столетий - геологически ничтожный отрезок времени - способствовало значительному ускорению миграции атомов. Человек создал тысячи новых пород и сортов, истребил многие виды диких животных и растений, извлёк из земной коры миллиарды тонн полезных ископаемых; в результате его деятельности образовались новые озёра - водохранилища - и искусственные реки - каналы, на огромных площадях природные экосистемы сменились искусственными. Деятельность человечества, ничтожного по своей биомассе, оказывает влияние на состав земных океанов и атмосферы. Сейчас уже можно сказать, что человек, овладев громадной энергией, сам является мощнейшим фактором изменения биосферы. Владимир Вернадский предполагал, что человечество должно создать новую оболочку Земли - ноосферу (греч. noos - "разум"), рассматриваемую в качестве некого мыслящего пласта над биосферой.
Человечество не всегда разумно использовало находящиеся в его распоряжении ресурсы. Не зная многих закономерностей природы, человек часто не представляет последствий своей "победы" над природой. Некоторые государства древнего мира исчезли с лица земли в результате хищнического отношения к природе: истощения почв и вырубки лесов. Вырубка лесов вызывает иссушение и эрозию почвы, приводит к увеличению количества наводнений и селевых потоков в горах, сказываются на местном и глобальном климате.
Деятельность человека приводит к сокращению запасов чистой воды. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды зачастую без должной очистки, загрязняя окружающие водоёмы токсичными химическими соединениями. Гидроэлектростанции и плотины мешают нормальной миграции речных рыб. Двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, заводы, тепловые электростанции выделяют в атмосферу вредные вещества. Появление новых городов и накопление промышленных отвалов уменьшает площадь лесов и лугов, поддерживающих концентрацию кислорода в атмосфере на необходимом для жизни уровне (см. рис. 1).
Рисунок 1. Изменения в составе атмосферы Земли
Безответственное использование атомной энергии приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными веществами, вызывающими раковые заболевания.
Увеличение численности населения земного шара (в настоящее время на Земле проживает уже более шести миллиардов человек) может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. В докладах Римского клуба - международной организации, занимающейся исследованием глобальных проблем, затрагивающих сами основы существования человека, - прогнозируется кризис энергетических и пищевых ресурсов уже в середине XXI века. Одна из задач биологии - обеспечить человечество питанием. В настоящее время для этого проводятся разнообразные исследования по увеличению продуктивности существующих агроценозов, выведению новых пород животных и сортов растений, использованию морских плантаций в сельском хозяйстве, применению последних достижений генной инженерии и микробиологии.
Полёты человека в космос привели к созданию новой отрасли биологии - космической биологии. Помимо исследования возможной жизни на других планетах и в открытом космосе перед этой наукой ставится много проблем прикладного характера: обеспечение человека условиями, необходимыми для жизни в космосе, защита от радиации, проблема приспособления человеческого организма к невесомости и малой подвижности. Многие из этих проблем уже решены.
В настоящее время во всём мире возникла необходимость наладить разумное использование природных ресурсов. Нужна охрана атмосферы, водных ресурсов, почвы, живой природы. Во многих государствах уже приняты законы об охране природы; промышленные, строительные и сельскохозяйственные учреждения обязаны учитывать баланс природных ресурсов и возможные последствия нарушения равновесия природных явлений. Созданы так называемые "красные книги" - списки редких и исчезающих видов животных и растений. Во всём мире появилось большое количество экологических организаций, занимающихся охраной окружающей среды; наиболее известной среди них является "Greenpeace" ("Гринпис").
Важную роль в охране природы играют заповедники - территории (акватории), на которых в первозданном, естественном состоянии сохраняется весь их природный комплекс. На территории заповедников запрещена хозяйственная деятельность, доступ посторонних людей. В природных национальных парках, в отличие от заповедников, регулярно проводятся туристические экскурсии. Заповедники и национальные парки создаются, как правило, в местах с уникальными экологическими системами.
Серьёзной проблемой являются глобальные климатические изменения в биосфере. Некоторые химические вещества (например, фреон), выбрасываемые в атмосферу, приводят к разрушению озонового слоя. В настоящее время над Антарктидой и некоторыми арктическими регионами постоянно существуют зоны, в которых озоновый слой либо значительно тоньше нормы, либо отсутствует вообще (см. рис. 2).
Рисунок 2. Динамика концентрации CO2 и среднегодовой температуры атмосферы Земли
Какая-то доля солнечной радиации достигает поверхности Земли; часть её переизлучается обратно в атмосферу уже в виде более длинноволнового инфракрасного излучения. Природный парниковый эффект обеспечивает поддержание температуры Земли примерно на 33° выше той, которая бы наблюдалась при его отсутствии. Выброс в атмосферу углекислоты и других газов, а также твёрдых частиц вызывает техногенный парниковый эффект, в результате чего повышается среднегодовая температура воздуха. Повышение температуры даже на несколько градусов может привести к таянию полярных льдов и затоплению океанических побережий, в том числе густонаселённых регионов Западной и Восточной Европы, Индостана, Южной Америки. Впрочем, 7 миллиардов тонн CO 2 в год, выбрасываемых в воздух при сжигании топлива, - небольшая величина по сравнению с 200 миллиардами тонн диоксида углерода, образующегося естественным путём в процессах дыхания и гниения, а повышение средней температуры на 0,5 °C за последние сто лет можно объяснить и другими причинами (например, изменяющейся солнечной активностью). Тем не менее, глобальные климатические изменения, вызванные деятельностью человека, - это проблема, к исследованию которой необходимо подходить со всей ответственностью.
Одна из острейших глобальных изменений современности и обозримого будущего это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств оксидов серы, азота, углерода. Эти оксиды, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу оксидов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.
Причины глобальных изменений в биосфере: рост народонаселения, развитие промышленности, автомобильного, железнодорожного, воздушного транспорта, появление сложных сетей дорог, интенсивная добыча полезных ископаемых, строительство электростанций, развитие сельского хозяйства и др.
Отрицательные последствия развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства - загрязнение всех сред жизни (наземно-воздушной, водной, почвы), потеря плодородия почвы, сокращение пахотных земель, уничтожение больших площадей лесов, исчезновение множества видов растений и животных, появление новых, опасных для жизни человека возбудителей болезней (вирусов СПИДа, инфекционного гепатита и др.), сокращение запасов чистой воды, истощение ископаемых ресурсов и др.
Загрязнение биосферы в результате сельскохозяйственной деятельности. Применение высоких доз ядохимикатов - причина загрязнения почвы, воды в водоемах, снижения численности обитающих в них видов животных, замедления жизнедеятельности редуцентов (разрушения ими органических остатков и превращения их в пригодные для питания растений минеральные вещества). Нарушение норм внесения минеральных удобрений - причина загрязнения почвы нитратами, накопления их в продуктах питания, отравления ими людей.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.
Открытие пестицидов - химических средств защиты растений и животных от различных вредителей и болезней - одно из важнейших достижений современной науки. Сегодня в мире на 1 га наносится 300 кг. химических средств. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйстве, медицине (борьба с переносчиками болезней), почти повсеместно происходит снижение эффективности, вследствие развития резистентных вредителей и распространению новых вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были уничтожены пестицидами. В то же время действие пестицидов стало проявляться в глобальных масштабах. Из громадного количества насекомых вредными являются лишь 0,3% или 5 тыс. видов. У 1250-ти видов обнаружена резистентность к пестицидам. Это усугубляется явлением перекрёстной резистенции, заключающейся в том, что повышенная устойчивость к действию одного препарата сопровождается устойчивостью к соединениям других классов. С общебиологических позиций резистентность можно рассматривать как смену популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому штамму того же вида вследствие отбора, вызванного пестицидами. Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками организмов.
Неумеренное применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности их обезвреживать химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой скоростью деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.
Виды промышленного загрязнения биосферы: 1) химическое - выделение в биосферу сотен веществ, которых раньше не было в природе (кислотные дожди и др.); 2) радиационное, шумовое, биологическое загрязнение, их отрицательное воздействие на здоровье человека, на живое вещество биосферы.
Основной путь защиты биосферы от загрязнения, сохранения ресурсов от истощения, видов растений и животных от вымирания, поддержания равновесия и целостности биосферы - рациональное природопользование.
Похожие статьи
