Глобальные климатические изменения

          Альбедо земной поверхности и атмосферы - наиболее мощный регулятор теплового режима, зависит от распределения суши и моря, гор, характера горных пород и растительности, величины полярных ледниковых шапок, вулканической пыли, аэрозолей и облачности (альбедо 0,6-0,9). Поднятие хребтов Альпийско-Гималайского пояса и обширных плато (Тибет, Колорадо) с их вечными снегами, скудной растительностью, известняковыми утесами (альбедо 0,56) в сочетании с регрессией, распространением травянистой растительности (альбедо почти вдвое выше, чем у древесной), могло дать похолодание, достаточное для начала оледенения. В дальнейшем постоянный ледяной покров превращается в доминирующий фактор, усиливаемый оскудением растительности и развитием низкоширотных пустынь.

         Пока не ясно, в какой мере облачность может компенсировать другие факторы альбедо, но описанная выше схема в принципе объясняет как направленное изменение, так и колебания температуры земной поверхности.

        Вулканизм также может рассматриваться как фактор альбедо, однако его действие оказывается неоднозначным, так как вулканическая пыль уменьшает альбедо ледников, но изменение прозрачности атмосферы стратосферными аэрозолями дает обратный эффект. Поэтому результат зависит от географического положения и характера вулканизма. Один из самых сильных в истории взрыв вулкана Тамбора в Индонезии (фонолитовые игнимбриты) дал температурную аномалию-0,7°С в северном полушарии в 1815-1816 гг. Кракатау (дацитовая лава) вызвал понижение температуры на 0,25-0,4°С в течение двух лет. Сравнительно небольшое извержение вулкана Агунг (андезито-базальтовая лава) сопровождалось в 1963-1964 гг. температурными аномалиями около 0,28°С в тропиках и 1,3°С в высоких широтах, в то время как недавняя активность вулкана Св. Елены (дацитовые игнимбриты), расположенного на 46° с. Ш., не имела глобальных климатических последствий.

      2.2)Таяние ледников - признак глобального потепления

         Американские ученые обнаружили, что ледники тают намного быстрее, чем считалось ранее. По оценкам специалистов, образующаяся при таянии вода поднимает уровень моря на один сантиметр каждые 60 дней. Ледниковый щит западной Антарктиды, который до последнего времени считался стабильным, начинает разрушаться. Ранее были получены данные, что 75 процентов ледников Антарктического полуострова, выступающего далеко на север, начали уменьшаться в размерах. В марте 2002 года крупный шельфовый ледник Ларсена раскололся на айсберги. Так как он перестал препятствовать истечению льда из внутренних районов полуострова, этот процесс ускорился, и при этом мощность ледника стала уменьшаться.

Аналогичная ситуация была обнаружена на трех ледниках в западной Антарктиде, побережье которой находится  гораздо ближе к Южному полюсу. Исследования показали, что этот регион теряет больше льда, чем наращивает при выпадении снега. Причем разница  между потерянной и возобновляемой массами льда достигает 60 процентов.

Периоды отступления ледников на Антарктическом полуострове случались  и раньше, но это было связано  с естественными изменениями  климата. Однако появление таких  процессов в западной Антарктиде заставляет предположить, что к этому  причастно потепление климата, связанное  с деятельностью человека.

В Антарктике содержится 90 процентов  мировых запасов льда, и потеря значительной его части приведет к существенному повышению уровня мирового океана. Если бы лед растаял  только на Антарктическом полуострове, то уровень океана поднялся бы на 0,3 метра, но таяние западно-антарктического  ледникового щита может привести к тому, что уровень океана вырастет на несколько метров.

По мнению американских учёных разрушение шельфовых ледников может  запустить цепную реакцию. Таяние только трех исследованных ледников в западной Антарктиде приведет к повышению  уровня океана на 0,24 миллиметра в год.

          Наблюдаемая скорость таяния ледяных шапок на Северном и Южном полюсах Земли является явным свидетельством глобального потепления. Теперь то же самое наблюдается и на Аляске.

          Ледник на территории Аляски и прилегающих районах Канады имеет площадь более 90000 км2. При проведении исследований учеными была применена новая технология измерений, названная лазерной телеметрией, позволяющая определить изменение объема льда в удаленных горных регионах за последние 40 лет.

          В результате измерений было установлено, что размеры ледников Аляски уменьшаются намного быстрее, чем считалось ранее, и вносят наибольший вклад в подъем уровня воды по сравнению с другими ледниковыми регионами.

           Ученые полагают, что результаты исследований являются дополнительным подтверждением высказанных ранее предположений о постепенном изменении климата на планете. Если таяние ледников будет происходить в таком же темпе, в течение следующего столетия уровень Мирового океана может подняться почти на целый метр.

2.3)Сокращение озонового слоя.

          Систематическое слежение за состоянием озонового слоя проводится с 1978 г. с помощью спутниковой аппаратуры. Основные выводы заключаются в том, что за 12 лет наблюдений общие потери стратосферного озона между 65° с. ш. и 65° ю. ш. составили около 3%. В то время как в экваториальной зоне сокращение озонового слоя несущественно, к полюсам оно возрастает, достигая 3°/о в год над Антарктидой.

           Наиболее значительное сокращение озонового слоя- до 50% на высоте 20-50 км наблюдается в районе Антарктики в весеннее время. Это явление было описано Дж. Фарманом в 1985 г. и получило широкую известность под названием «озоновой дыры». Наиболее глубокие «дыры» возникли в нечетные годы- 1987 и 1989 гг., однако в 1990 г. весеннее сокращение озонового слоя над Антарктикой также было весьма значительным.

           Резкое сокращение озонового слоя в районе Южного полюса происходит в течение трех-четырех недель с сентября по октябрь, в период вихревой циркуляции атмосферы, которая распадается в ноябре, распространяя истощенный озоновый слой к северу. В то же время озон восстанавливается за счет притока из низких широт.

           В Арктике события носят менее драматический характер и отчетливо выраженной «озоновой дыры» не возникает, хотя убыль озона в течение зимы достигает 12% на высоте 17-20 км, а может быть и значительно более, поскольку она постоянно компенсируется притоком извне.

          Еще в 1974 г. Шервуд Роланд выдвинул гипотезу о разрушении озонового слоя хлорфторуглеродами (ХФУ). Не вызвавшая вначале большого интереса, эта гипотеза оказалась в центре внимания после обнаружения, антарктической «озоновой дыры». ХФУ широко используются как фризы, растворители, стерилизаторы и моющие средства. Они накапливаются в тропосфере и, проникая в стратосферу, подвергаются фотолизу с выделением атомарного хлора, который, наряду с бромом, содержащимся в галонах, и их окисями катализирует реакции разложения озона.

           Поскольку соединение окиси хлора (брома) с атомарным кислородом не может дать более чем 3% убыли озона, то основная роль отводится гетерогенным реакциям на частицах льда в полярных стратосферных облаках, которые таким образом выступают в качестве основного фактора разрушения озонового слоя.

           Зимне-летнему сокращению озона в Арктике и Антарктике сопутствуют высокие концентрации окиси хлора, что рассматривается как прямое подтверждение участия ХФУ в разрушении озонового слоя.

           Данные о последствиях сокращения озонового слоя для человека и биоты весьма противоречивы. Некоторое увеличение заболеваемости раком кожи может быть связано с возросшей солнечной активностью. В отдельные годы наблюдалось также сокращение продуктивности микропланктона в Антарктике. Дозы УФ здесь остаются существенно ниже обычных в низких широтах, но можно предположить, что полярная биота к ним более чувствительна. Требование принять превентивные меры против прогрессирующей утраты стратосферного озона прозвучали на ряде международных встреч и привели к подписанию в 1987 г. Монреальского протокола и осуществлению обширной программы по перестройке соответствующих видов химического производства.

              В целом наблюдаемое в настоящее время сокращение озонового слоя, по-видимому, объясняется действием ряда факторов:

1) притоком обедненных  озоном приземных воздушных масс  к полюсам в связи с интенсивной  вихревой циркуляцией атмосферы  и тепловыми аномалиями в океане;

2) увеличением солнечной  активности с пиком в 1989 г., вторым по интенсивности солнечных  вспышек за последние 400 лет;

3) возросшей вулканической активностью два взрывных извержения в низких широтах за последнее десятилетие (Эль-Чичон, Пинатубо), сопровождавшиеся массовыми выбросами сульфатных аэрозолей в стратосферу;

4) низкой температурой  стратосферы, способствующей устойчивому  развитию полярных облаков;

5) возросшими антропогенными  выбросами окислов азота, двуокиси  углерода, метана и ХФУ, накоплением  озона в тропосфере (пока не  оценена роль авиации, но производство  самолетов типа Конкорд, регулярно  летающих в стратосфере, внушает  обоснованные опасения).

            Таким образом, мы не можем рассчитывать на целиком управляемую модель озонового слоя. При этом нам еще предстоит оценить относительный вклад управляемых и неуправляемых факторов.

2.4)Кислотные дожди.

           Под популярным названием «кислотные дожди» кроется сложный комплекс воздействий техногенных загрязнений воздуха на человека и природную среду, главные последствия которых - рост аллергических заболеваний дыхательных органов, потери урожайности сельскохозяйственных растений, усыхание лесов, безрыбные озера.

        Проблема кислотных дождей возникла в Западной Европе и Северной Америке в конце 50-х годов. В последнее десятилетие она приобрела глобальное значение главным образом в связи с возросшими выбросами окислов серы и азота, а также аммиака и летучих органических соединений (ЛОС). По данным ЕЭК, двуокись (трех окись) серы поступает из теплоэлектростанций и других стационарных источников при сжигании ископаемого топлива (88%), при переработке сульфидных руд (5%), нефтепродуктов, производстве серной кислоты и др. (7%). Для окислов азота среди стационарных источников топливно-энергетический дает 85% выбросов, производство цемента, извести, стекла, металлургические процессы, сжигание мусора и др.-12%. Азотные загрязнения поступают из нестационарных источников и аммиак от животноводческих предприятий и удобрений. Основные источники ЛОС химические производства, промышленные и бытовые растворители, нефтехранилища, бензоколонкн и т.д.

        Кроме этих первичных загрязнений, атмосферный воздух содержит ряд вторичных - озон и другие фотохимические оксиданты (образующиеся при действии солнечного света на смесь окислов азота и углеводородов), азотную и серную кислоты и др. Озон, содержание которого в приземном воздухе за последние десятилетия удвоилось, составляет основную часть фотохимического смога в атмосфере городов, загрязненной выхлопными газами. Озон разрушает легочную ткань и способствует развитию опухолевых процессов, хотя в то же время защищает от ультрафиолетового излучения, компенсируя сокращение стратосферного озонового слоя.

         Первичные и вторичные оксиданты вместе определяют «поллютный климат», который зависит от обычного климата и в то же время изменяет его. Важно подчеркнуть, что воздействие каждого из поллютантов на природные экосистемы и человека определяется «поллютным климатом» как системой. Состояние этой системы зависит от непрерывно протекающих реакций различного происхождения поллютантов с радикалами гидроксила и между собой в газовой фазе, на аэрозолях, на поверхности листьев. При этом их воздействия нейтрализируются или взаимно усиливаются как в случае совместного выпадения двуокиси серы и аммиака.

         Окислители поглощаются почвой и биотой из атмосферного воздуха, кислотных дождей и капель тумана, которые содержат в два-три раза больше серы и азота, чем дожди.

         Первым экономически ощутимым следствием кислотных выпадений была утрата рыбных ресурсов: сотни озер в Скандинавии и на Британских островах стали безрыбными. Среди факторов, воздействующих на популяции рыб в связи с подкислением, называют нехватку кальция, осаждение алюминия на жабрах и, главным образом, нарушение репродуктивных процессов. Чувствительны к подкислению также амфибии, ракообразные, хирономиды, личинки поденок и веснянок, сокращение биомассы которых существенно сказывается на численности околоводных птиц.

          Подкисление водоемов происходит за счет вымывания анионов серной и азотной кислот из почвы-главного аккумулятора кислотных загрязнений. Подкисление почвы приводит к изменению А1/Са и AI/Mg отношений, которые в Центральной Европе за последние двадцать лет возросли почти в два раза. Однако емкость почв по отношению к кислотным загрязнениям определяется их минеральным составом, катионным обменом, почвенным дыханием и другими факторами, которые в свою очередь зависят от геологического субстрата, климата и растительности. Существует несколько расчетных моделей оценки кислотности почв и ее картографического анализа, в ряде случаев выявляющих очень высокую степень корреляции с геологическим субстратом. Относительно недавно сформировавшиеся после отступления ледников почвы северной Европы обладают незначительной поллютной емкостью по сравнению со старыми почвами, обогащенными железом и алюминием.