Геоэкология. Геоэкология Голубев учебник. Учебник для студентов высших учебных заве дений. М. Издво геос, 1999. 338 с
 Скачать 2.02 Mb.
|
|
Часть III. Геосферы Земли и деятельность человека В этой части мы рассмотрим основные геоэкологические про- блемы отдельных геосфер Земли. Но поскольку все крупные про- блемы геоэкологии выходят далеко за рамки одной геосферы, распределение материала по геосферам в значительной степени вызвано удобством изложения. V. Атмосфера. Влияние деятельности человека на атмосферу и климат V. I. Основные особенности атмосферы и климата Земли 3 Атмосфера – это газовая оболочка Земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами. Она движется вместе с твердой Землей как единое целое и одновременно принимает участие во вращении Земли. Газы сжимаемы, и потому плотность воздуха наибольшая у земной поверхности, убывая кверху. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти – в нижних 10 км. Атмосфера состоит из концентрических слоев, отличающихся своими характеристиками, – тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы, экзосферы и магнитосферы. В нижнем из слоев, тропосфере, температура воздуха убывает с высотой; средняя величина вертикального градиента температуры со- ставляет 0,6°С/100 м. Выше тропосферы падение температуры с высотой в конце концов сменяется ее ростом. В тропиках 3 Для более углубленного изучения этих вопросов рекомендуется учебник С.П.Хро-мова и М.А.Петросянца “Метеорология и климатология”. 4-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1994. 520 с. конце концов сменяется ее ростом. В тропиках толщина тропо- сферы в среднем составляет 15–17 км, в умеренных широтах – 10–12 км, над полюсами – до 8–9 км. В тропосфере сосредоточено 4/5 всей массы воздуха атмосферы и почти весь водяной пар. Она взаимодействует с нижележащими оболочками Земли. Бoльшая часть геоэкологических проблем, относящихся преимущественно к атмосфере, сосредоточена в тропосфере, и в особенности на нижней ее границе. Физическое состояние атмосферы в данной точке в данный мо- мент времени называется погодой. В свою очередь, совокупность атмосферных условий (то есть погод) данной местности за мно- голетний период называют локальным климатом. Конкретные ти- пы локальных климатов определяются такими географическими факторами как широта места, распределение суши и моря, поло- жение места по отношению к океанам, а также его положение в системе общей циркуляции атмосферы, крупномасштабные осо- бенности рельефа, растительный покров, снежный покров и мор- ские льды, океанические течения. Из локальных климатов скла- дываются географически обусловленные климаты на территориях более высоких рангов, вплоть до континентов, океанов и Земли в целом. В формировании погоды и климата участвуют три основных взаимосвязанных и взаимообусловленных группы атмосферных процессов, называемых климатообразующими: теплооборот, вла- гооборот и атмосферная циркуляция. Под термином теплооборот понимается сумма процессов полу- чения, преобразования, переноса и потери тепла в системе земля- атмосфера. О нем уже вкратце говорилось в разделе II.3.1. Тепло- оборот предопределяет важнейшую климатологическую характе- ристику – температурный режим того или иного места. Распределение температуры воздуха зависит от общих условий притока солнечной радиации в зависимости от широты, от расположения суши и моря, по-разному аккумулирующих тепло, и от воздушных течений, переносящих тепловую энергию от одних областей к другим. Атмосферный воздух у земной поверхности содержит сущест- венное количество влаги, в среднем от 0,2% в полярных районах до 2,5% у экватора. Под термином влагооборот понимается сумма процессов накопления, отдачи и переноса влаги, определяющих особенности увлажнения данного места. Большую роль играют процессы фазовых переходов (испарение или конденсация, таяние или замерзание) влаги в атмосфере и в слое взаимодействия меж- ду земной поверхностью и атмосферой. Благодаря этим процес- сам осуществляется взаимосвязь между тепловым и водным ре- жимами географической оболочки. Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависят воздушные течения. Ряд факто- ров предопределяет закономерное распределение на Земле основ- ных барических центров (то есть центров повышенного или по- ниженного атмосферного давления) и его изменения по сезонам года. Они и формируют столь же закономерную систему крупно- масштабных воздушных течений на Земле, называемую общей циркуляцией атмосферы. Общая циркуляция атмосферы – одна из характернейших особенностей экосферы. Вследствие большой подвижности атмосферы и относительно быстрого ее перемешивания в нижних 100 км процентное соот- ношение содержащихся в ней газов постоянно (в %% по объему): Азот Кислород Аргон Углекислый газ 78,08 20,95 0,93 0,03 На долю остальных нескольких десятков, и даже сотен газов приходится всего лишь 0,01%, но многие из этих газов, как мы увидим далее, играют значительную роль в состоянии экосферы. Процессы и особенности атмосферы изменяются под воздейст- вием деятельности человека. Локальные изменения состояния природно-территориальных комплексов (ландшафтов), такие как возникновение и развитие городов, оросительных и других зем- ледельческих систем, антропогенные преобразования пастбищ, возникновение водохранилищ и пр. ведут к локальным изменени- ям климата. Крупномасштабные антропогенные изменения по- верхности Земли (напри-мер, обезлесение, опустынивание, дегра- дация внутренних морей и озер и др.) также обусловливают изме- нения особенностей теплового и водного режима на больших территориях и акваториях, хотя пока еще менее заметные. Наряду с изменениями физических особенностей атмосферы с вытекающими отсюда последствиями, происходят антропогенные изменения ее газового состава. По-видимому, в настоящее время роль человека проявляется сильнее в этой области, и химические трансформации в атмосфере создают ряд серьезных геоэкологи- ческих проблем. К их числу надо отнести антропогенное измене- ние климата и его последствия, нарушение естественного состоя- ния озонового слоя, асидификацию экосферы, включая кислотные осадки, и локальное загрязнение атмосферы. V.2. Антропогенное изменение климата и его последствия V.2.1. Парниковый эффект Источником энергии атмосферных процессов является солнеч- ная радиация. К земной поверхности приходит коротковолновая радиация, тогда как нагреваемая таким образом Земля испускает в атмосферу и далее за ее пределы энергию в виде длинноволно- вого (инфракрасного, или теплового) излучения. Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по срав- нению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и призем- ного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парни- кового эффекта. Средняя температура поверхности Земли равна плюс 15°С, а без парникового эффекта она была бы минус 18°! Парниковый эффект – один из механизмов жизнеобеспечения на Земле. Ведущую роль в парниковом эффекте играет водяной пар, на- ходящийся в атмосфере. Удивительно, что большую роль играют также газы, не отличающиеся высокой концентрацией в атмосфе- ре. К основным парниковым газам относятся: углекислый газ (ди- оксид углерода) (СО 2 ), метан (СН 4 ), оксиды азота, в особенности N 2 O, и озон (О 3 ). В эту же категорию следует включить не встре- чающуюся в природе группу газов, синтезируемых человеком, под общим названием хлорфторуглероды. Если баланс на верхней границе тропосферы между приходя- щей коротковолновой и отраженной длинноволновой радиацией не равен нулю, то возникает дополнительный эффект радиацион- ного воздействия на атмосферу, приводящий либо к нагреванию (при преобладании приходящей радиации), либо к охлаждению тропосферы. Атмосфера реагирует на эти изменения, постепенно устанавливая новый радиационный баланс посредством соответ- ствующего повышения или понижения температуры тропосферы и поверхности Земли. Например, при удвоенной концентрации углекислого газа по сравнению с концентрацией в начале промышленной революции (1750–1800 гг.) и при отсутствии других факторов эффект радиационного воздействия составил бы 4 вт/м 2 , а компенсаци- онное повышение температуры было бы около 1°. При более полном учете факторов и обратных связей между ними оказы- вается, что удвоение концентрации углекислого газа привело бы к повышению температуры на 2,5°С (IPCC, 1994). Эффект радиационного воздействия при удвоенной концентрации СО 2 , равный 4 вт/м 2 , составляет 1,7% от величины коротковолновой солнечной радиации, поглощаемой атмосферой и поверхностью Земли и равной в среднем 240 вт/м 2 . Нарушение баланса приходящей и уходящей радиации всего лишь на 1,7% приводит, как видим, к очень серьезным изменениям климата. Это еще один пример высокой степени сбалансированности механизмов жизнеобеспечения экосферы, т.е. ее устойчивости. Деятельность человека за последние 200 лет, и в особенности после 1950 г., привели к продолжающемуся и в настоящее время повышению концентрации в атмосфере газов, обладающих пар- никовым эффектом (рис. 9). Неизбежно последовавшая за этим реакция атмосферы заключается в антропогенном усилении есте- ственного парникового эффекта. Суммарное антропогенное уси- ление парникового эффекта оценивается, по состоянию на 1995 г., величиной +2,45 ватт/м 2 (Международный Комитет по измене- нию климата IPCC). Парниковый эффект каждого из таких газов зависит от трех ос- новных факторов: а) ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближай- ших десятилетий или веков (например, 20, 100 или 500 лет), вы- зываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмо- сферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимае- мым за единицу; б) типичной продолжительности его пребывания в атмосфере, и в) объема эмиссии газа. Комбинация первых двух факторов носит название “Относи- тель-ный парниковый потенциал” и выражается в единицах от потенциала СО 2 . Она является удобным показателем текущего состояния парникового эффекта и используется в международных дипломатических переговорах. Относительная роль каждого из парниковых газов весьма чувствительна к изменению каждого фактора и к их взаимозависимости, и потому определяется весьма приближенно. Рис. 9. Средняя месячная концентрация углекислого газа в ат- мосфере за 1957–1993 гг. на Гавайских островах (Мауна Лоа) и Южном полюсе Основные особенности газов с парниковым эффектом в атмо- сфере по состоянию в основном на 1994 г. приведены в табл. 6. Таблица 6. Основные особенности газов с парниковым эффектом Газ Кон- цен- трация, частей на милли- ард При- рост кон- цен- тра- ции, % за год Относи- тель-ный парнико- вый по- тенциал газа на ближай- шие 20 лет Про- должи- тель- ность сущест- во-вания в атмо- сфере, гг. Антропо- генное уси- ление пар- никового эффекта, ватт/м 2 Диоксид уг- лерода, СО 2 35800 0 0,4 1 50–200 1,56 Метан, СН 4 1720 0,6 12 12-17 0,47 Оксид азота, N 2 O 312 0,25 290 120 0,14 Хлор- фтор- углеро- ды* 0,1–0, 3 0–5 300–8000 12–50 0,15 *Данные взяты для наиболее типичных для 1995 г. веществ, как используемых, так и запрещенных к использованию, но еще на- ходящихся в атмосфере. V.2.2. Газы с парниковым эффектом Для понимания глобального парникового эффекта необходимо понять роль каждого из газов. Как видим, картина отличается большой сложностью и изменчивостью во времени. Роль водяного пара, содержащегося в атмосфере, в общемиро- вом парниковом эффекте велика, но трудно определима одно- значно. При потеплении климата содержание водяного пара в ат- мосфере будет увеличиваться, тем самым усиливая парниковый эффект. Диоксид углерода, или углекислый газ (СО 2 ), отличается, по сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере – 50–200 лет и сравнительно высокой концентрацией. Доля диоксида углерода в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64%, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов. Концентрация углекислого газа в атмосфере в период с 1000 по 1800 гг. составляла 270–290 частей на миллион по объему (ppmv). Затем она стала неуклонно увеличиваться с соответст- вующим возрастанием парникового эффекта. В 1958 г., когда на- чались постоянные инструментальные наблюдения, она была 315 ppmv, а к 1994 г. она достигла 358 ppmv и продолжает расти (рис. 9). Расчеты показывают, что при современном уровне эмиссии углекислого газа концентрация его в атмосфере будет неуклонно увеличиваться, достигнув 500 ppmv к концу XXI века. Стабили- зация концентрации может быть достигнута посредством значи- тельного сокращения объема выбросов. Рассмотрим причины наблюдаемого роста концентрации, осно- вываясь на антропогенной части глобального биогеохимического цикла углерода. Основной источник поступления углекислого газа в атмосферу – сжигание горючих ископаемых (угля, нефти, газа) для произ- водства энергии. Около 80% всей энергии в мире производится за счет тепловой энергетики. Поступление углекислого газа в атмо- сферу за период с 1860 по 1990 гг. увеличивалось в среднем на 0,4% в год. В течение 1980-х гг. она составляла 5,5±0,5 млрд. т (гигатонн) углерода в год. Сокращение лесов тропического и экваториального пояса, де- градация почв, другие антропогенные трансформации ландшаф- тов приводят в основном к высвобождению углерода, которое со- провождается его окислением, то есть образованием СО 2 . В це- лом эмиссия в атмосферу за счет преобразования тропических ландшафтов составляет 1,6±1,0 млрд. т углерода. С другой стороны, в умеренных и высоких широтах Северного полушария отмечается, в целом, преобладание восстановления лесов над их исчезновением. Для построения органического вещества лесов в процессе фотосинтеза углекислый газ забирается из атмосферы. Это количество, в пересчете на углерод, равно 0,5±0,5 млрд. т. Пределы точности, равные самой величине, указывают нам также на все еще весьма низкий уровень понимания антропогенной ро- ли в некоторых звеньях глобального биогеохимического цикла углерода. В атмосфере в результате деятельности человека ежегодно до- полнительно накапливается 3,3±0,2 млрд. т углерода в виде углекислого газа. Мировой океан поглощает из атмосферы (растворяет, химиче- ски и биологически связывает) около 2,0±0,8 гигатонн углерода в виде углекислого газа. Суммарные величины поглощения углеки- слого газа океаном пока непосредственно не измеряются. Они рассчитываются на основе моделей, описывающих обмен между атмосферой, поверхностным и глубинным слоями океана. Таблица 7. Глобальный баланс антропогенного углерода, млрд. т. за год Источники СО 2 Поступление в атмосферу (1) Поступление в атмосферу вследствие сжигания горючих ископаемых и производства цемента 5,5±0,5 (2) Поступление в атмосферу вследствие транс- формации ландшафтов в тропической и эквато- риальной зонах 1,6±1,0 Поглощение различными резервуарами (3) Аккумуляция в атмосфере 3,3±0,2 (4) Аккумуляция Мировым океаном 2,0±0,8 (5) Аккумуляция в биомассе Северного полушария 0,5±0,5 (6) Остаточный член баланса, объясняемый по- глощением СО 2 экосистемами суши (фертилизация и др.) = (1+2)-(3+4+5) 1,3±1,5 Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере должно стимулировать процесс фотосинтеза. Это так называемая фертилизация, благодаря которой, по некоторым оценкам, про- дукция органического вещества может возрасти на 20–40 % при удвоенной по сравнению с современной концентрацией углеки- слого газа. Исследования процесса фертилизации проводились пока только в лабораторных условиях. Глобальная оценка погло- щения углекислого газа растительностью мира вследствие ее фертилизации на 1980-е гг. составляет 0,5–2,0 млрд. т за год. В балансе антропогенных потоков углерода все пока еще плохо по- нимаемые процессы, протекающие в экосистемах суши, включая фертилизацию, оцениваются в 1,3±1,5 млрд. т. Баланс антропогенного углерода за 1980–1989 гг., связанный с эмиссией, поглощением и изменением запасов углекислого газа, в млрд. т за год, представлен в табл. 7. Как видим, невязка баланса значительна, и более глубокое ее объяснение – один из крупнейших, пока недостаточно решенных вопросов. По-видимому, необходимо более углубленное изучение режима антропогенного углерода как в Мировом океане и от- дельных его частях, так и в экосистемах суши. Метан (СН 4 ) также играет заметную роль в парниковом эффек- те, составляющую приблизительно 19 % от общей его величины (на 1995 г.). Метан образуется в анаэробных условиях, таких как естественные болота разного типа, толща сезонной и вечной мерзлоты, рисовые плантации, свалки, а также в результате жиз- недеятельности жвачных животных и термитов. Оценки показы- вают, что около 20% суммарной эмиссии метана связаны с техно- логией использования горючих ископаемых (сжигание топлива, эмиссии из угольных шахт, добыча и распределение природного газа, переработка нефти). Всего антропогенная деятельность обеспечивает 60–80 % суммарной эмиссии метана в атмосферу. В атмосфере метан неустойчив. Он удаляется из нее вследствие взаимодействия с ионом гидроксила (ОН) в тропосфере. Несмот- ря на этот процесс, концентрация метана в атмосфере увеличи- лась примерно вдвое по сравнению с доиндустриальным време- нем и продолжает расти со скоростью около 0,8 % в год. Эмиссия метана из болот зоны избыточного увлажнения Се- верного полушария и из районов вечной мерзлоты весьма чувст- вительна к изменениям температуры и осадков. Измерения пока- зывают, что рост температуры и увеличение увлажненности (то есть продолжительности нахождения территории в анаэробных условиях) еще более усиливают эмиссию метана. Это характер- ный пример положительной обратной связи. Наоборот, снижение уровня грунтовых вод из-за пониженной увлажненности должно приводить к уменьшению эмиссии метана (отрицательная обрат- ная связь). Текущая роль оксида азота (N 2 O) в суммарном парниковом эффекте составляет всего около 6%. Концентрация оксида азота в атмосфере также увеличивается. Предполагается, что его антро- погенные источники приблизительно вдвое меньше естествен- ных. Источниками антропогенного оксида азота является сель- ское хозяйство (в особенности пастбища в тропиках), сжигание биомассы и промышленность, производящая азотсодержащие вещества. Его относительный парниковый потенциал (в 290 раз выше потенциала углекислого газа) и типичная продолжитель- ность существования в атмосфере (120 лет) значительны, компен- сируя его невысокую концентрацию. Хлорфторуглероды (ХФУ) – это вещества, синтезируемые че- ловеком, и содержащие хлор, фтор и бром. Они обладают очень сильным относительным парниковым потенциалом и значитель- ной продолжительностью жизни в атмосфере. Их итоговая роль в парниковом эффекте составляет, на середину 1990-х гг., прибли- зительно 7%. Производство хлорфторуглеродов в мире в настоя- щее время контролируется международными соглашениями по защите озонового слоя, включающими и положение о постепен- ном снижении производства этих веществ, замене их на менее озонразрушающие с последующим полным его прекращением. В результате концентрация ХФУ в атмосфере начала сокращаться. Озон (О 3 ) – важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Он влияет как на коротковолно- вую, так и на длинноволновую радиацию, и потому итоговые направление и величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения со- держания озона, в особенности на уровне тропопаузы, где на- дежных наблюдений пока недостаточно. Поэтому определение вклада озона в парниковый эффект сложнее по сравнению с хорошо перемешиваемыми газами. Оценки указывают на по- ложительную результирующую(приблизительно +0,4 ватт/м 2 ). V.2.3. Воздействие тропосферных аэрозолей на парниковый эф- фект Аэрозоли – это твердые частицы в атмосфере диаметром от 10 -9 до 10 -5 м, или от 10 -3 до 10 1 микрон (µм). Они образуются вслед- ствие ветровой эрозии почвы, извержений вулканов и других природных процессов, а также благодаря деятельности человека (сжигание горючих ископаемых и биомассы). Антропогенные аэрозоли двояко влияют на радиационный ба- ланс Земли: а) непосредственно, через поглощение и рассеивание солнеч- ной радиации, и б) косвенно, так как аэрозоли действуют как ядра конденсации, играющие важную роль в образовании и развитии облаков, влияющих, в свою очередь, на радиационный баланс. Существует много неопределенностей в понимании роли аэро- золей в парниковом эффекте из-за высокой региональной измен- чивости их концентрации и химической композиции, при малом количестве непосредственных наблюдений. В целом можно ска- зать, что антропогенные аэрозоли снижают величину радиацион- ного баланса, то есть несколько компенсируют антропогенный парниковый эффект. Вследствие роста содержания аэрозолей в воздухе за время начиная с 1850 г. их суммарный и осредненный для мира непосредственный антропогенный эффект равен при- мерно -0,5 ватт/м 2 , при примерно близкой величине его косвенно- го воздействия. В отличие от парниковых газов, типичный срок существования аэрозолей в атмосфере не превышает нескольких дней. Поэтому их радиационный эффект быстро реагирует на изменения эмис- сии загрязнений и столь же быстро прекращается. В отличие от глобального воздействия газов с парниковым эф- фектом эффект атмосферных аэрозолей является локальным. Гео- графическое распространение сульфатных аэрозолей в воздухе в основном совпадает с промышленными районами мира. Именно там локальный охлаждающий эффект аэрозолей может значи- тельно уменьшить и даже свести практически на нет глобальный парниковый эффект. Извержения вулканов – нерегулярный, но существенный фак- тор образования высоких концентраций аэрозольных частиц, вы- зывающих рассеивание солнечной радиации и поэтому заметные похолодания. Катастрофический взрыв вулкана Тамбора в 1815 г. в Индонезии привел к заметному снижению температуры воздуха во всем мире в течение трех последующих лет. Извержение вул- кана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г., сопровождавшееся весьма значительным объемом выбросов пепла, с климатологиче- ской точки зрения, – важнейшее извержение века. В течение первого года после извержения вулкана его радиационное воздействие было равно -4 вт/м 2 , после второго года -1 вт/м 2 Соответствующее отклонение мировой температуры от средней было наибольшим в 1992 г. и составляло минус 0,4–0,6°. Таким образом, воздействие лишь одного извержения было сравнимо с глобальным парниковым эффектом за текущее столетие. Неудивительно, что когда в геологическом масштабе времени происходили значительные вулканические события, они очень сильно влияли на изменения глобального климата. V.2.4. Гидроклиматические последствия антропогенного парникового эффекта Накопление парниковых газов в атмосфере и последующее усиление парникового эффекта приводит к повышению темпера- туры приземного слоя воздуха и поверхности почвы. За послед- ние сто лет средняя мировая температура повысилась приблизи- тельно на 0,3–0,6°С. В особенности заметный рост температуры происходил в последние годы, начиная с 1980-х гг., которые были самым теплым десятилетием за весь период инструментальных наблюдений. Анализ глобальных данных по температурам возду- ха позволил сделать обоснованный вывод о том, что наблюдае- мый рост температуры обусловлен не только естественными ко- лебаниями климата, но и деятельностью человека. Можно пола- гать, что прогрессирующее антропогенное накопление парнико- вых газов в атмосфере приведет к дальнейшему усилению парни- кового эффекта. (Некоторые ученые полагают, что, наоборот, по- вышения температуры воздуха первичны. Они вызывают про- грессирующее накопление углекислого газа.) Оценки ожидаемых изменений климата обычно производятся на основе использования глобальных моделей циркуляции атмо- сферы. Это модели очень большой размерности, описывающие атмосферные процессы в узлах регулярной сетки с шагом 250–400 км по горизонтали и приблизительно на 10–20 уровнях в атмосфере и океане. Сложность моделей постоянно увеличивает- ся по мере совершенствования технических качеств компьютеров и накопления новых данных наблюдений. Однако точность моделей все еще не высока даже для расчетов на глобальном уровне. Прогноз же изменений по регионам мира, чрезвычайно важный для практических целей, пока еще вряд ли надежен. Кроме того, необходимо учитывать возможные измене- ния в деятельности человека, осознанные или неосознанные, при- водящие к изменениям в накоплении парниковых газов, а значит и к последующим изменениям парникового эффекта. Эти обстоя- тельства учитываются посредством составления различных сце- нариев. В соответствии со сценарием наиболее вероятной величины эмиссии парниковых газов, средняя мировая температура при- земного слоя воздуха за период с 1990 по 2100 гг. увеличится приблизительно на 2°С. По сценариям низкой и высокой эмиссии рост температуры составит соответственно 1°С и 3,5°С. В любом варианте, потепление будет значительнее, чем все колебания климата в течение голоцена, то есть последних 10000 лет, и будет очень серьезной проблемой для человечества. Вследствие термической инерции океанов средняя температура воздуха будет повышаться и после 2100 г., даже если концентра- ция парниковых газов к этому времени стабилизируется. Прогнозируемые изменения климата по регионам отличаются от средних глобальных, но надежность прогнозов регионального климата в основном невелика. При удвоении содержания углеки- слого газа в атмосфере по сравнению с преиндустриальным пе- риодом повышение температуры воздуха в различных регионах будет в пределах между 0,6°С и 7°С. Суша будет нагреваться больше, чем океаны. Наибольшее повышение температуры ожи- дается в арктических и субарктических поясах, в особенности зи- мой, в основном вследствие сокращения площади морского льда. Рост температуры воздуха будет сопровождаться увеличением количества осадков, хотя картина пространственного изменения распределения осадков будет более пестрой, чем распределение температуры воздуха. Вариация изменения осадков будет нахо- диться в пределах от -35% до +50%. Надежность оценки измене- ний влажности почвы, что столь важно для сельского хозяйства, также значительно ниже, чем оценки изменения температуры воздуха. Очень важно также, что относительно небольшие изменения средних показателей климата будут, по всей вероятности, сопро- вождаться повышением частоты редких, катастрофических собы- тий, таких как тропические циклоны, штормы, засухи, экстре- мальные температуры воздуха и пр. В последнее столетие происходил неуклонный рост среднего уровня Мирового океана, составивший 10–25 см. Основные причины роста уровня океана – термическое расширение воды вследствие ее нагревания из-за потепления климата, а также дополнительный приток воды вследствие сокращения горных и небольших полярных ледников. Эти же факторы будут работать и в дальнейшем, с постепенным подключением в более отдаленном будущем талых вод Гренландского, а затем и Антарктического ледниковых щитов. В соответствии со сценарием наиболее веро- ятного развития событий ожидается, что уровень Мирового океа- на поднимется к 2100 г. на 50 см, а с учетом неопределенности прирост уровня ожидается в пределах от 20 до 86 см. Сценарии для более значительного и менее значительного повышения тем- пературы дают повышение среднего уровня на 95 и 15 см соот- ветственно. Уровень океана будет продолжать расти в течение нескольких столетий после 2100 г., даже если концентрация пар- никовых газов стабилизируется. Рост уровня океана вызовет серьезные естественные и социально-экономические проблемы в прибрежных зонах морей и океанов. В больших многокомпонентных системах между временем наступления причины и следствия существует определенное запаздывание. Если эмиссия парниковых газов стабилизируется, то по прошествии интервала времени от десятилетий до ты- сячелетий концентрация газов в атмосфере также стабилизируется. Глобальная система климата приходит в равновесие через десятки-сотни лет после стабилизации концентраций парниковых газов. Приведение уровня океана в Приведение уровня океана в соответствие с установившимся климатом требует столетий. На восстановление экологических систем нужны десятилетия и даже столетия, причем некоторые компоненты системы могут и совсем не восстановиться (напри- мер, некоторые биологические виды). Очень высокая инерцион- ность всех событий вызывает большие трудности при разработке и осуществлении стратегий взаимодействия общества с изме- няющимся климатом. V.2.5. Природные и социально-экономические последствия изменения климата Начавшееся изменение климата окажет серьезнейшее влияние как на естественные, так и на социально-экономические процес- сы. Межправительственный комитет по изменению климата (IPCC) внимательно рассмотрел возможные воздействия измене- ний, перспективы управления ими и стратегии приспособления к ним. Анализ проводился на основе шести альтернативных сцена- риев изменения населения, экономики и энергетики на период до 2100 г. Ниже приводятся основные выводы из этих исследований. Были исследованы основные особенности природных и соци- ально-экономических систем: их чувствительность (sensitivity), приспособляемость (adaptability) и уязвимость (vulnerability). Чувствительность – это показатель реакции системы на измене- ния климатических условий (например, изменения строения и функций экосистемы и ее первичной продуктивности в зависимо- сти от заданного изменения температуры или осадков). Приспо- собляемость зависит от возможностей системы изменять ее ре- жим, процессы, структуры и пр. в ответ на ожидаемые или уже наступившие климатические изменения. Уязвимость определяет степень ущерба, наносимого системе. Она во многом зависит от двух других показателей. Недостаточность понимания всей проблемы изменения климата приводит к значительной неопределенности как в определении последствий, так и в разработке стратегий. В то же время бездей- ствовать, ссылаясь на необходимость дальнейших научных ис- следований, это значит уходить от решения важнейшей общеми- ровой проблемы. Политические руководители стран должны ре- шать, до какой степени они вынуждены принять меры по сокра- щению эмиссий парниковых газов, и до какой степени они могут рассчитывать на приспособительную способность систем, пора- жаемых изменением климата. Задержка в принятии этих мер мо- жет впоследствии поставить каждую из стран перед серьезными проблемами, разрешение которых может оказаться весьма доро- гим. Имея в виду, что неопределенность развития событий весьма велика, можно все же ожидать нижеследующие последствия: Изменения ландшафтов суши. В средних широтах повышение температуры на 1–3,5°С за ближайшие сто лет будет эквивалентно смещению изотерм на 150–550 км по широте в сторону полюсов, или на 150–550 м по высоте. Соответственно начнется перемещение растительности, подобное тем, которые происходили при значительных изменениях оледенения в чет- вертичный период. Флора и фауна отстанут от того климата, к котором они развивалась, и будут существовать в другом кли- матическом режиме. Скорость изменений климата будет, по- видимому, выше, чем способность некоторых видов приспо- сабливаться к новым условиям, и ряд видов может быть потерян. Могут исчезнуть некоторые типы лесов. Экосистемы не будут передвигаться вслед за климатическими условиями как нераздельная единица; их компоненты будут перемещаться с различной скоростью, в результате чего сформируются новые комбинации видов, то есть возникнут новые экосистемы и их наборы более высоких рангов. Леса умеренного пояса потеряют часть деревьев при сопутствующем увеличении эмиссии углекислого газа, образующегося при окислении отмирающей биомассы. Пространственное приспособление экосистем к новым клима- тическим условиям, связанное с миграцией видов, будет ослож- няться антропогенными препятствиями, такими как существова- ние полей, населенных пунктов, дорог и пр. Наибольшие изменения произойдут в арктическом и субаркти- ческом поясах. Сократятся компоненты криосферы: морские льды, горные и небольшие покровные ледники, глубина и распро- странение вечной и сезонной мерзлоты, площадь и продолжи- тельность залегания сезонного снежного покрова. Ландшафты сдвинутся в сторону полюса, при их значительной трансформа- ции. Можно ожидать развития пока еще плохо предсказуемых обратных связей, которые могут привести к сюрпризам. Напри- мер, сокращение площади морских льдов может привести к сни- жению степени континентальности климата, повышению количе- ства твердых осадков с последующим ростом ледников Арктики и Субарктики. Частичная деградация вечной и сезонной мерзлоты повлияет на увеличение эмиссии углекислого газа и перестройку процессов эмиссии метана в атмосферу. От трети до половины массы горных ледников растает, в то время как ледниковые покровы Антарктики и Гренландии в бли- жайшие сто лет практически не изменятся. Пустыни станут еще более аридными вследствие более значи- тельного повышения температуры воздуха по сравнению с осад- ками. Прибрежные морские системы вследствие их разнообразия будут по-разному реагировать на увеличение температуры возду- ха и рост уровня океана. Следует заметить, что изменение уровня океана в конкретных точках побережья зависит от двух факторов: гидрометеорологических, которые определяют изменения объема океана и которые зависят от изменений климата, и тектонических, определяющих изменения формы его ложа. Зачастую добавляется и третий фактор: экзогенные геоморфологические процессы, та- кие как аккумуляция наносов в устьях рек или эрозия морских берегов. Наблюдавшийся за последнее столетие рост уровня океана в пределах от 10 до 25 см – это результат сложения трех факторов при очевидно ведущей роли гидрометеорологических факторов. В прибрежной зоне живет более половины человечества. По- этому проблемы последствий изменения климата добавятся к уже существующим проблемам, возникшим вследствие высокой и увеличивающейся антропогенной нагрузки на прибрежные сис- темы. Некоторые прибрежные системы находятся в состоянии особого риска. Это мангровые системы, прибрежные засоленные болота, коралловые рифы и атоллы, речные дельты. Дальнейший рост уровня с сопутствующим увеличением час- тоты и силы штормовых нагонов приведет к затоплению низко расположенных территорий, разрушению берегов с угрозой со- оружениям, на них находящимся, увеличению солености рек в их устьях и подземных вод, изменению условий транспорта наносов и растворенных веществ и многим другим, зачастую плохо пред- сказуемым последствиям. В особенности пострадают низкие ост- рова и плоские побережья, в том числе многие крупные и сверх- крупные города. Могут возникнуть весьма значительные мигра- ции населения с серьезными экономическими и политическими последствиями. В настоящее время около 46 млн. чел. подвержены риску зато- пления от морских штормов. При росте уровня океана на 1 м этот показатель возрастает до 118 млн. чел. даже без учета ожидаемо- го прироста населения. Средняя высота Бангладеш равна 7 м над уровнем моря; при подъеме уровня воды на 1 м и при учете роста населения, затоплению будет подвержено 17,5% площади страны с 70 млн. жителей. Некоторые островные страны практически пе- рестанут существовать. Океан. Изменение климата может также воздействовать на из- менения циркуляции вод океана, что в свою очередь повлияет на обилие питательных веществ, биологическую продуктивность, структуру и функции морских экосистем, с последующим воз- действием на потоки углерода и, следовательно, на режим парни- ковых газов, а потому и на климат. Водные ресурсы и их использование. Изменения климата приве- дут к интенсификации глобального гидрологического цикла и за- метным региональным изменениям, хотя конкретный региональ- ный прогноз пока ненадежен.Относительно небольшие измене- ния климата могут вызвать нелинейные изменения суммарного испарения и влажности почвы, что приведет к относительно большим изменениям стока, в особенности в аридных районах. В отдельных случаях при росте средней температуры на 1–2°С и сокращении осадков на 10% средний годовой сток может сокра- титься на 40–70%. Потребуются значительные капиталовложения для приспособления водохозяйственных систем к новым услови- ям. В особенности серьезные проблемы возникнут там, где водо- потребление уже значительно, или где велико загрязнение вод. Сельское хозяйство. Изменение климата окажет серьезное влияние как вследствие непосредственного климатического воз- действия на агроэкосистемы, так и из-за необходимости приспо- собления сельского хозяйства к новым условиям. Воздействия на агроэкосистемы будут весьма сложными и не- однозначными. Вследствие увеличения концентрации углекисло- го газа несколько возрастут величины фотосинтеза и, возможно, урожай. В районах, где земледелие лимитируется притоком тепла (например, в России и Канаде), вероятность повышения урожая увеличится. В аридных и семиаридных районах, где оно ограни- чено наличием доступной для растений влаги, изменение климата отразится неблагоприятным образом. Потребности в воде для орошения найдут серьезную конкуренцию с другими потребите- лями водных ресурсов – промышленностью и коммунальным водоснабжением. Более высокие температуры воздуха будут спо- собствовать ускорению естественного разложения органического вещества почвы, снижая ее плодородие. Вероятность распростра- нения вредителей и болезней растений увеличится. В целом, однако, ожидается, что общемировой уровень произ- водства продуктов сельского хозяйства может быть сохранен, но региональные последствия будут варьировать в широких преде- лах. На территории бывшего СССР ожидаемые урожаи пшеницы изменятся от -19 до +41%. Вариации урожая пшеницы в Канаде и США будут очень значительными, от -100 до +234%, а риса в Ки- тае, например, от -78 до +28%. Однако уровень нашего знания пока еще таков, что последующие оценки могут очень сильно от- личаться от приводимых выше. В развивающихся районах мира возрастет риск голода. Общая картина мировой торговли продук- тами сельского хозяйства может существенно измениться. Ожидаются также значительные изменения, касающиеся про- блем здоровья людей, энергетики, транспорта, промышленности и многих других аспектов. V.2.6. Стратегии, связанные с проблемой изменения климата Предстоящее изменение климата и его последствия – это крупнейшая проблема выживания человечества, требующая международного сотрудничества по скоординированным дей- ствиям каждой страны. Стратегия сотрудничества распадается на два основных компонента: управление и приспособление. При стратегии управления проблемой основные усилия направлены на снижение эмиссии парниковых газов, прежде всего углекислого газа. При осуществлении стратегии приспособления разрабатываются, например, комплексные проекты защиты конкретных прибрежных зон (систем) от растущего уровня моря. Основной документ, регулирующий сотрудничество в области изменения климата, – Конвенция ООН по изменению климата, принятая в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде и развитию. Конвенция следующим обра- зом определяет понятие “изменение климата”: “Изменение кли- мата, которое приписывается прямо или косвенно деятельности человека, изменяющей состав атмосферы Земли, в дополнение к естественным колебаниям климата, наблюдаемым за периоды времени сравнимой продолжительности”. Основная задача Кон- венции записана в ее Статье 2. Это “... стабилизация концентра- ций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который предотвратил бы опасное антропогенное вмешательство в клима- тическую систему. Этот уровень должен быть достигнут в преде- лах времени, необходимого для естественной адаптации экоси- стем к изменениям климата, с тем, чтобы не подвергнуть риску производство продовольствия и позволить продолжать экономи- ческое развитие устойчивым образом.” В соответствии с Конвен- цией, страны-участники должны взять на себя обязательство по сокращению эмиссии парниковых газов, и прежде всего углеки- слого газа. В рамках Конвенции действуют механизмы переговоров и кон- сультаций, конкретизирующих выполнение общей задачи. Меха- низмом всестороннего научного понимания проблемы изменения климата с целью разработки рекомендаций по стратегии является Межправительственный Комитет по изменению климата (Intergovern-mental Panel on Climate Change или IPCC), объеди- няющий по меньшей мере несколько сотен ведущих специали- стов мира. Межправительственный Комитет вырабатывает реко- мендации по стратегии, но решения все же остаются за прави- тельствами, периодически собирающимися на Конференции чле- нов Конвенции. Отчет Межправительственного Комитета (1995 г.) указывает на следующие главнейшие трудности проблемы изменения климата, стоящие перед правительствами: – Проблема содержит много неопределенностей, причем они неизбежны вследствие сложности проблемы; – Уровень затрат, или же невосполнимых потерь, может быть очень высок; – Период планирования чрезвычайно продолжителен; – Сдвиг во времени между эмиссиями парниковых газов и их последствиями весьма велик; – Региональные вариации последствий очень велики, но очень плохо предсказуемы; – Проблема может решаться только на глобальном уровне и только при условии общемирового сотрудничества, что не так просто; – Необходимо разрабатывать стратегии по отношению ко многим парниковым газам и аэрозолям. |