Изменение климата планеты Земля - Естествознание - Скачать бесплатно
|ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА НА ЗЕМЛЕ |
|От составителя |
|Изменение окружающей среды происходит не только в результате |
|антропогенного воздействия, но и под влиянием естественных причин. Это |
|относится прежде всего к климату. Рассматривая проблемы глобального |
|изменения климата, истощения озонового слоя в атмосфере Земли, |
|предлагаемые меры по сокращению эмиссии парниковых и озонразрушающих |
|газов, следует проанализировать возможное соотношение естественных и |
|искусственных причин тревожащих человечество отклонений от признаваемого|
|им оптимума состояния окружающей среды. |
|Среди многочисленной литературы по климату и причинам его изменения |
|особое место занимает популярная книга К.С. Лосева “Климат: вчера, |
|сегодня... и завтра?”, в которой сочетается научная глубина изложения с |
|легкой формой, уже адаптированной для учебных целей. Приведенные ниже |
|фрагменты из этой книги в сочетании с выдержками из нескольких статей |
|достаточны для первого знакомства с указанной проблемой. |
|Проблема потепления климата изложена в учебниках и доступном докладе |
|Гринпис “Глобальное потепление”(М.: Изд-во МГУ, 1993). |
|Ранняя история изменения климата на Земле |
|<...> Развитие микроорганизмов, похожих на современные сине-зеленые |
|водоросли, и было началом конца восстановительной атмосферы, а вместе с |
|ней и первичной климатической системы. Этот этап эволюции начинается |
|около 3 млрд лет назад, а возможно и раньше, что подтверждает возраст |
|отложений строматолитов, являющихся продуктом жизнедеятельности |
|первичных одноклеточных водорослей. Находки их в Южной Африке датируются|
|2,7–2,9 млрд лет. <...> (С. 47) |
|<...> Заметные количества свободного кислорода появляются около 2,2 млрд|
|лет назад – атмосфера становится окислительной. Об этом свидетельствуют |
|геологические вехи: появление сульфатных осадков – гипсов, и в |
|особенности развитие так называемых красноцветов – пород, образовавшихся|
|из древних поверхностных отложений, содержавших железо, которые |
|разлагались под воздействием физико-химических процессов, выветривания. |
|Красноцветы отмечают начало кислородного выветривания горных пород. |
|О.Г. Сорохтин в последнее время выдвинул новую гипотезу, согласно |
|которой в результате непрерывно идущего процесса формирования ядра Земли|
|из зоны его формирования выделяется избыток кислорода, |
|“просачивающегося” к поверхности планеты и участвующего в формировании |
|атмосферы. По О.Г. Сорохтину, именно таким путем атмосфера стала |
|окислительной, а возможно даже, что она с самого начала имела некоторое |
|количество кислорода. |
|Предполагается, что около 1,5 млрд лет назад содержание кислорода в |
|атмосфере достигло “точки Пастера”, т.е. 1/100 части современного. Точка|
|Пастера означала появление аэробных организмов, перешедших к окислению |
|при дыхании с высвобождением при этом значительно большей энергии, чем |
|при анаэробном брожении. Опасное ультрафиолетовое излучение уже не |
|проникало в воду глубже 1 м, так как в кислородной атмосфере возник пока|
|еще очень тонкий озоновый слой. 1/10 части современного содержания |
|кислорода атмосфера достигла более 600 млн лет назад. Озоновый экран |
|стал более мощным, и организмы распространились во всей толще океана, |
|что привело к настоящему взрыву жизни. А вскоре, когда на сушу вышли |
|первые самые примитивные растения, уровень содержания кислорода в |
|атмосфере быстро достиг современного и даже превзошел его. |
|Предполагается, что после этого “всплеска” содержания кислорода |
|продолжались его затухающие колебания, которые, возможно, имеют место и |
|в наше время. Так как фотосинтетический кислород тесно связан с |
|потреблением углекислого газа организмами, то и содержание последнего в |
|атмосфере испытывало колебания. |
|Вместе с изменениями атмосферы другие черты стал приобретать и океан. |
|Аммиак, содержавшийся в воде, был окислен, изменились формы миграции |
|железа, сера была окислена в окись серы. Вода из хлоридно-сульфидной |
|стала хлоридно-карбонатно-сульфатной. В морской воде оказалось |
|растворенным огромное количество кислорода, почти в 1000 раз больше, чем|
|в атмосфере. Появились новые растворенные соли. Масса океана продолжала |
|расти, но теперь медленнее, чем на первых этапах, что привело к |
|затоплению срединно-океанических хребтов, которые были открыты |
|океанологами только во второй половине нашего века. <...> (С. 47–48) |
|<...> О необычайно большой роли фактора жизни в формировании и эволюции |
|всех компонентов климатической системы свидетельствуют следующие цифры. |
|За 10 млн лет фотосинтез перерабатывает массу воды, равную всей |
|гидросфере; примерно за 4 тыс. лет обновляется весь кислород атмосферы, |
|а всего за 6–7 лет поглощается вся углекислота атмосферы. Это означает, |
|что за время развития биосферы вся вода Мирового океана не менее 300 раз|
|прошла через ее организмы, а кислород атмосферы возобновлялся не менее 1|
|млн раз! Между тем современная масса живого вещества в биосфере Земли |
|составляет всего 2,42*1018 г. Эта масса в основном находится на суше, в |
|океане ее на порядок меньше – 3,2*1017 г. <...> (С. 49) |
|<...> Океан является основным поглотителем тепла, поступающего к |
|поверхности Земли от Солнца. Он отражает только 8% потока солнечного |
|излучения, а 92% поглощает его верхний слой. 51% полученного тепла |
|затрачивается на испарение, 42% тепла уходит из океана в виде |
|длинноволнового излучения, так как вода, подобно всякому нагретому телу,|
|излучает тепловые (инфракрасные) лучи, остальные 7% тепла нагревают |
|воздух при прямом контакте (турбулентный обмен). Океан, нагреваясь в |
|основном в тропических широтах, переносит тепло течениями в умеренные и |
|полярные широты и охлаждается. |
|Средняя температура поверхности океана равна 17,8 °С, что почти на 3 |
|градуса выше средней температуры воздуха у поверхности Земли в целом. |
|Самый теплый – Тихий океан, средняя температура его вод 19,4 °С, а самый|
|холодный (со средней температурой воды -0,75 °С) – Северный Ледовитый |
|океан. Средняя температура воды всей толщи океана гораздо ниже |
|поверхностной температуры – всего 5,7 °С, но она все же на 22,7 °С выше |
|средней температуры всей земной атмосферы. Из этих цифр следует, что |
|океан выступает как основной аккумулятор солнечного тепла. <...> (С. 52)|
| |
|Человек появился в эпоху оледенения |
|<...> 25 тыс. лет назад начинается последнее разрастание ледниковых |
|покровов. Своего максимума в северном полушарии они достигли 18 тыс. лет|
|назад. <...> (С. 92) |
|<...> Кульминация оледенения продолжалась недолго, уже 16 тыс. лет назад|
|началась его общая деградация, а 5 тыс. лет спустя объем льда сократился|
|вдвое. В это время наступило небольшое похолодание, которое |
|приостановило разрушение ледниковых покровов, но уже 8 тыс. лет назад |
|Скандинавский ледниковый покров исчез полностью. В Северной Америке |
|последние следы некогда грандиозного Лаврентийского ледникового покрова |
|перестали существовать примерно 6 тыс. лет назад. Быстрая деградация |
|ледниковых покровов объясняется не только климатическими условиями, но и|
|самим механизмом движения льда, особенностями механики гигантского |
|ледяного тела, находящегося на поверхности Земли в условиях, близких к |
|точке плавления этого материала. <...> |
|История колебаний климата и оледенения за последние 3 млн лет приводят к|
|выводу о том, что при существующем состоянии климатической системы |
|регулятором колебаний служит Антарктический ледниковый покров. С одной |
|стороны, он не позволяет критической пороговой температуре воздуха |
|подняться более чем на 2 °С во время межледниковий, так как, находясь в |
|благоприятных условиях существования у Южного полюса, при общей |
|деградации оледенение всегда сохраняет площадь не менее 10 млн км2. С |
|другой стороны, в периоды развития и наступления ледников его край не |
|может продвинуться далеко, так как открытый океан препятствует этому. В |
|связи с этим при наступлении ледников в северном полушарии в южном |
|сохраняется сравнительно теплая обстановка, в чем не последнюю роль |
|играет большая “океаничность” этого полушария. В результате процесс |
|развития оледенения тормозится в глобальном масштабе. Трудно |
|представить, как далеко могло бы зайти оледенение на нашей планете, если|
|бы южное полушарие было менее океаническим, а южнополярный континент |
|имел значительно большие размеры.<...>(С. 93) |
|<...> Оригинальная гипотеза известна как пульсационная гипотеза Уилсона.|
|Похолодание может быть связано с особенностями движения Антарктического |
|ледникового покрова. Периодически в пределах этого покрова могут |
|возникать быстро движущиеся потоки льда гигантских размеров, которые |
|выбрасываются в океан, формируют шельфовый ледник и огромную массу |
|айсбергов. Выброс может составлять несколько миллионов кубических |
|километров льда. Увеличение площади ледникового покрова и масса тающих |
|айсбергов приводят к глобальному понижению температуры и служат |
|спусковым механизмом нового цикла оледенения. Зарождение такой пульсации|
|Антарктического ледникового покрова происходит в межледниковья, так как |
|быстрые гигантские потоки льда могут сформироваться только при условии |
|его прогревания. Таким образом, потепление приводит к новому ледниковому|
|периоду. <...> |
|<...> Астрономическая гипотеза, разработанная в 20-х годах нашего века |
|югославским геофизиком М. Миланковичем. В соответствии с гипотезой |
|Миланковича полушария Земли в результате изменения элементов ее движения|
|могут получать меньшее или большее количество солнечной радиации, что |
|отражается на глобальной температуре. Миланкович выделил три элемента |
|движения. Один – колебания земной оси. Если посмотреть на ось сверху, то|
|оказывается, что она описывает в пространстве круг за время |
|приблизительно 25 тыс. лет, т.е. как бы покачивается по отношению к |
|Солнцу. |
|Второй – изменение наклона земной оси по отношению к плоскости орбиты |
|(эклиптики) Земли. Такие изменения происходят с периодичностью 41 тыс. |
|лет и достигают 3 градусов. Третий элемент движения связан с изменением |
|формы орбиты от почти круговой до несколько вытянутой – эллиптической. |
|При этом различие в удалении от Солнца составляет около 5 млн км. |
|Предполагается, что раньше оно было больше. |
|Рассчитав совместное влияние всех трех факторов, Миланкович смог |
|определить периоды, когда те или иные широтные зоны Земли получают |
|наименьшее количество солнечного излучения. По всей видимости, эти |
|периоды и должны соответствовать периодам формирования и развития |
|покровных ледников в северном полушарии. Впоследствии другие |
|исследователи, в том числе советские, внеся небольшие уточнения, |
|подтвердили расчеты изменений движения Земли и притока солнечной |
|радиации, выполненные Миланковичем. Эта гипотеза получила косвенное |
|подтверждение благодаря анализу климатических ритмов при изучении |
|колонок глубоководных морских осадков, относящихся к последним 500 тыс. |
|лет, содержания тяжелого изотопа кислорода, а также видового состава |
|двух видов морских организмов (радиосолярий) – все три индикатора |
|характеризуют разные стороны климатической системы – температуру, |
|распреснение и засоление океана в результате таяния и образования |
|ледниковых покровов. Индикаторы подтвердили существование трех циклов |
|изменения климатической системы с периодичностью, соответствующей |
|периодичности факторов Миланковича. Наиболее резкие изменения |
|происходили с периодичностью 100 тыс. лет, менее выраженные – с |
|периодичностью 42 тыс. лет, а самые небольшие – 24 тыс. лет. <...> (С. |
|95–96) |
|<...> Последний интервал, во время которого мы живем, носит название |
|голоцена. Это отрезок времени с начала нынешнего межледниковья, |
|начавшегося 10 тыс. лет назад и по времени соответствующего |
|благоприятному для потепления сочетанию факторов Миланковича. |
|Межледниковье тоже не является застывшим миром, хотя оно и не столь |
|богато событиями, как ледниковый период. В голоцене происходили заметные|
|климатические колебания, которые хорошо прослеживаются как с помощью |
|палеотемпературных, так и других методов реконструкции климата прошлого.|
| |
|Ранняя часть голоцена характеризовалась потеплением, которое перешло |
|около 8 тыс. лет назад в интервал, известный как “климатический оптимум”|
|и продолжавшийся около 2,5 тыс. лет. В период оптимума средняя |
|температура воздуха была выше современной, отмечена также повышенная |
|увлажненность, в частности в пустынях Сахаре и Раджастхане в Индии. О |
|более высокой температуре говорят хорошо сохранившиеся индикаторы |
|климата прошлого, в частности находки стволов деревьев, произраставших |
|на берегах Северного Ледовитого океана в Сибири, в Гренландии и на |
|острове Элсмир. Исландию в этот период наполовину покрывали березовые |
|леса, которые сейчас занимают не более 1% территории. В горах повысилась|
|граница леса, а ледяной покров Северного Ледовитого океана сократился по|
|площади почти вдвое по сравнению с современным. В Сахаре найдены остатки|
|многих животных, которые могли жить только при наличии водоемов со |
|стоячими и текучими водами, обнаружены остатки богатой растительности. |
|По существующим оценкам, в Европе было теплее на 2 °С, чем сейчас, |
|причем в основном в летний период, так как многие вечнозеленые растения |
|– тис, падуб, и др. – контролируются зимней температурой и в это время |
|на север не продвигались. Потепление, хотя и не столь сильное, как в |
|северном полушарии, было отмечено и в южном. |
|Климатический оптимум 5,5 тыс. лет назад сменился похолоданием, затем |
|наступило новое потепление, кульминация которого пришлась на период |
|около 4 тыс. лет назад. Следующее за ним новое похолодание совпало с |
|периодом войн за Трою и путешествий Одиссея. |
|Следует сказать, что климатологи различают геологические, исторические и|
|современные изменения климата. Ранее речь шла о геологических |
|изменениях, которые изучаются только геологическими и геофизическими |
|методами. К историческим относятся изменения климата, происходившие в |
|период развития цивилизации до начала инструментальных наблюдений. При |
|изучении их в дополнение к геологическим и геофизическим методам |
|используются археологические памятники и памятники письменности. |
|Современные изменения климата относятся только к периоду |
|инструментальных наблюдений. |
|Вслед за первым историческим похолоданием с кульминацией около 3 тыс. |
|лет назад началось новое потепление, продолжавшееся и в первом |
|тысячелетии нашей эры, известное как “малый климатический оптимум”. Этот|
|период можно назвать также периодом забытых географических открытий, в |
|отличие от периода Великих географических открытий XV и XVI вв. |
|Открывателями новых земель были ирландские монахи, которые в середине |
|первого тысячелетия благодаря улучшившимся вследствие потепления |
|условиям мореплавания в Северной Атлантике смогли открыть Фарерские |
|острова, Исландию и , как теперь предполагают, Америку. Вслед за ними |
|эти открытия повторили норманнские викинги, которые в конце этого |
|тысячелетия заселили Фарерские острова и Исландию, открыли и заселили |
|Гренландию, а в самом начале последнего тысячелетия нашей эры добрались |
|до Америки. Такая широкая экспансия норманнов в северные страны и |
|отсутствие в исландских сагах того времени упоминаний о морских льдах |
|как препятствии для мореплавания указывают на очень теплые условия. |
|Норманнские поселенцы в Гренландии занимались не только добычей рыбы и |
|зверя, но и скотоводством. Они заплывали очень далеко на север. Так, |
|каменные пирамиды норманнов, служившие им ориентирами, обнаружены на 79 |
|градусе с.ш. на берегу пролива Смита, разделяющего остров Элсмир и |
|Гренландию. |
|Потепление раннего средневековья привело к уменьшению увлажненности в |
|Европе, свидетельства чего найдены в отложениях торфяников в Средней |
|Европе. На Руси до конца Х в. также были благоприятные климатические |
|условия: редко случались неурожаи, не было очень суровых зим и сильных |
|засух. Вспомним, что именно в это благоприятное время был открыт и |
|интенсивно использовался путь “из варяг в греки”. |
|В первой четверти нашего тысячелетия начинается постепенное похолодание.|
|Священник Ивар Бордсон, живший в XVI в., отметил появившийся морской |
|лед, который отрезал Гренландию от Исландии и привел к гибели поселения |
|норманнов. Последние сведения о норманнских поселенцах в Гренландии |
|относятся к 1500 г. Одновременно очень суровыми стали условия в |
|Исландии, где XVI–XVII столетия были временами тяжелых испытаний. |
|Достаточно сказать, что с начала похолодания до 1800 г. население страны|
|из-за голода сократилось вдвое. В Скандинавских странах стали часто |
|повторяться серии суровых зим, неурожаи, начали наступать ледники. На |
|равнинах Европы похолодание также сопровождалось сериями суровых зим, |
|замерзанием ранее не замерзавших водоемов, частыми неурожаями, падежом |
|скота. В Альпах и на Кавказе ледники продвинулись вперед, кое-где |
|вклинившись в леса, понизилась снеговая линия и участился сход снежных |
|лавин. Местами ледники перекрыли дороги, построенные еще римлянами. |
|Жители высокогорных селений были вынуждены покинуть их. Советский |
|гляциолог Г.К. Тушинский высказал в связи с этим гипотезу о том, что |
|похолодание привело к гибели государства аланов на Кавказе, а многие их |
|поселения были уничтожены снежными лавинами и наступавшими ледниками. |
|Сохранились и другие интересные факты, отражающие суровые условия этой |
|эпохи. Так, на плавучих льдинах эскимосы могли достигать Шотландии, так |
|как в XIV и XVIII вв. льды несколько раз блокировали побережье Норвегии |
|и крупные льдины выносило к Шотландии. Согласно историческим хроникам, в|
|1750 г. на отмель у острова Бель-Иль у берегов Франции был вынесен |
|гренландский айсберг, который затем таял в течение года. |
|На Руси начало второго тысячелетия нашей эры ознаменовалось резким |
|ухудшением климатических условий. Начался период страшных гроз, великих |
|засух, суровых зим. В 1143 г. в Новгородской земле четыре месяца шли |
|дожди. Самым тяжелым оказался XV в. – засухи сменились годами с сильными|
|дождями, наводнениями и небывалыми грозами. Голод и эпидемии унесли |
|десятки тысяч жителей. С XI по XVII в. – за семь столетий – на Руси в |
|целом и в отдельных районах было 200 голодных лет, т.е. практически |
|каждые 3–4 года (Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Экстремальные природные |
|явления в русских летописях XI–XVII веков. Гидрометеоиздат, 1983.) |
|В целом эта ближайшая к нам эпоха похолодания, известная как малый |
|ледниковый период, продолжалась до XIX в. и сменилась новым потеплением.|
|Геологические и геофизические следы малого ледникового периода, как и |
|письменные источники, говорят о том, что это было явление глобального |
|характера – оно проявлялось в северном полушарии от Западной Европы до |
|Китая, Японии и в Северной Америке. В южном полушарии следы похолодания |
|не столь четки, но они тоже есть. |
|На графике изменения средней температуры воздуха у поверхности Земли для|
|периода голоцена можно видеть, что после климатического оптимума в |
|начале голоцена при всех последующих спадах и подъемах температуры |
|отмечается общая тенденция к похолоданию. |
|Человек появился в эпоху кайнозойского оледенения. Сам человек и его |
|человекообразные предки относятся к семейству гоминид. В Южной и |
|Восточной Африке найдены остатки гоминид, известные как австралопитеки, |
|которых считают прямыми предками человека. Возраст этих находок около 5 |
|млн лет. Последующая эволюция около 2–3 млн лет назад привела |
|австралопитеков к разделению на так называемых массивных |
|австралопитеков, которые затем вымерли, и на гоминид, известных как гомо|
|габилис – человек умелый, а затем как гомо эректус – человек |
|прямоходящий. С появлением человека умелого совпадают и самые первые |
|находки примитивных орудий труда в слоях возрастом 2,2–2,0 млн лет, а |
|также первые признаки использования огня. На следующих этапах эволюции |
|сформировался современный человек. |
|Становление и развитие гомо сапиенс – человека разумного – происходило |
|на фоне смены ледниковых периодов и межледниковых, когда колебания |
|температуры за промежутки времени в десятки тысяч лет были соизмеримы с |
|изменениями температуры за десятки миллионов лет кайнозойской эры. |
|Именно в это чрезвычайно изменчивое время человек быстро развивался даже|
|в самых суровых условиях, вблизи кромки наступающих ледников, о чем |
|рассказывают разнообразные археологические находки. В условиях |
|последнего валдайского ледникового периода человек широко расселился по |
|планете, воспользовавшись в том числе коротким интервалом отступления |
|Лаврентийского ледникового покрова, чтобы 25 тыс. лет назад по коридору |
|между ним и Кордильерским ледниковым щитом проникнуть через Северную |
|Америку в Центральную и Южную. |
|Весь наш современный исторический мир полностью укладывается в рамки |
|последнего геологического интервала – голоцена. За короткий, с |
|геологической точки зрения – почти мгновенный, промежуток времени |
|человек стал ведущим звеном природы. Численность людей неимоверно |
|возросла, мощь их орудий труда уже начинают сравнивать с мощностью |
|потока солнечной энергии к Земле, но зависимость человека от колебаний |
|климата во многих отношениях осталась почти такой же, как в библейские |
|времена. <...> (С. 97–101) |
|Современное изменение климата
|
