Глобальные климатические изменения

          Почвенное подкисление считают одной из основных причин усыхания лесов умеренной зоны северного полушария. В угрожающих масштабах деградация лесов проявилась в начале 70-х годов. Больше всего пострадали елово-пихтовые и дубовые леса. В европейских странах дефолиация порядка 25% отмечена у 15% деревьев старше 60 лет. Старые леса при этом терпят больший ущерб, чем молодые. Эффекты подкисления можно подразделить на химические и биологические. Первые заключаются главным образом в изменении катионного обмена растения, в результате которого деревья страдают от недостатка магния (особенно на естественно бедных магнием почвах) и избытка алюминия, в котором видят главную причину пожелтения хвои. Вторые весьма многообразны и большей частью носят косвенный характер: загрязнения выступают в роли пусковых механизмов биологических и биохимических процессов, ослабляющих растение, делающих его менее устойчивым к вредителям и климатическим воздействиям. В частности, кислая среда подавляет развитие микоризы и рост корней. В то же время повышенное содержание азота и свободных нуклеиновых кислот стимулирует развитие лесных вредителей. Косвенные воздействия выражаются в пролонгации летнего роста и соответственно повышенной чувствительности к первым заморозкам. К ним можно отнести также изменение генофонда в результате естественного отбора на устойчивость к кислотным загрязнениям.

          На почвенные эффекты накладывается непосредственное воздействие озона и других газов на ассимиляционный аппарат листьев. Показано, например, что озон изменяет микроструктуру покрывающего хвою воска, который забивает до 80% устьиц. Такого рода воздействия наносят основной ущерб сельскохозяйственным растениям, менее зависимым от подкисления почв, которое контролируется агрохимикатами. Один из факторов снижения урожайности - изменение химизма среды, в которой протекают биохимические реакции между выделениями рыльца и пыльцой и от которых зависит эффективность опыления .

           Подсчитано, что 25-процентное снижение концентрации озона дало бы прирост урожайности зерновых в США на сумму около 2-3 млрд. долларов, что составляет 2-3% стоимости всей сельскохозяйственной продукции.

            Для лесов, однако, загрязнение почвы оказывается более существенным и, главное, долгодействующим фактором, проявляющимся через много лет после сокращения выбросов (почва при этом становится источником кислотных газов). Ущерб от кислотных дождей для европейских лесов оценивается в 118 млн. куб. м древесины в год (из них около 35 млн. куб. м на европейской территории России).

            Вместе с тем воздействие загрязнений локализовано как по источникам выбросов, так и по чувствительности к ним лесных экосистем, в то время как усыхание лесов проявляется одновременно и с определенной периодичностью в разных странах, указывая на значение климатической составляющей этого явления. Среди специалистов существуют серьезные разногласия в отношении ведущей роли климатического или поллютного фактора. Большинство, однако, согласно с тем, что в сухие годы ущерб от кислотных загрязнений возрастает. В порядке позитивной обратной связи почвы выделяют двуокись азота парниковый газ и поглощают меньше метана. В данном случае естественный климат и «поллютный климат» настолько тесно связаны, что их, в сущности, невозможно разделить. Для бессточных озер решающее значение имеет нейтрализующий потенциал грунтовых вод. Климатически обусловленные колебания уровня грунтовых вод вызывают соответствующие изменения рН при постоянном уровне загрязнений .

           В прошлом средством против загрязнения приземного воздуха считались высокие трубы. Однако с обнаружением способности газовых загрязнений к дальнему переносу стало ясно, что «политика высоких труб» усугубляет глобальные эффекты выбросов. Проблема дальнего переноса нашла отражение в Меморандуме США/Канады и европейской Конвенции о трансграничных загрязнениях воздуха на большие расстояния. Эти международные соглашения инициировали ряд исследовательских программ по определению «критических нагрузок» для серы и азота (ниже которых эффект воздействия на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается).

          Планируемое в странах ЕС снижение выбросов серы на 60% к 1998 г. по модельным расчетам недостаточно для возврата к до индустриальному уровню кислотности, однако уже сейчас наблюдается частичное восстановление озерных и лесных экосистем. К сожалению, этой проблеме сейчас уделяется меньше внимания, так как она отодвинута на задний план борьбой с парниковым эффектом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)Причины изменений климата

       3.1)Четвертичное время  

        Своеобразные климатические условия четвертичного времени, по-видимому, возникли из-за содержания углекислого газа в атмосфере и в результате процесса перемещения континентов и подъема их уровня, что привело к частичной изоляции Северного полярного океана и размещению антарктического материка в полярной зоне южного полушария. 

       Четвертичному периоду предшествовала обусловленная изменениями поверхности Земли длительная эволюция климата в сторону усиления термической зональности, что выражалось в снижении температуры воздуха в умеренных и высоких широтах. В плиоцене на климатические условия начало оказывать влияние уменьшения концентрации атмосферной углекислоты, что привело к снижению средней глобальной температуры воздуха на 2 – 3 градуса (в высоких широтах на 3 – 5). После чего появились полярные, ледяные покровы, развитие которых привело к снижению средней глобальной температуры.

По-видимому, по сравнению  с изменениями астрономических  факторов, все другие причины оказывали  меньшее влияние на колебания  климата в четвертичное время.

3.2)До четвертичное время

По мере отдаления от нашего времени количество сведений о климатических  условиях прошлого уменьшается, а трудности  интерпритации этих сведений возрастают. Наиболее надежную информацию о климатах отдаленного прошлого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых организмов. Мало вероятно, чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры, от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений. На этом основании можно думать, что температура поверхности Земли, нижнего слоя воздуха и верхнего слоя водоемов не выходила из указанных пределов. Фактические колебания средней температуры поверхности Земли за длительные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет.

Из этого можно сделать  вывод о трудности исследования изменений термического режима Земли  в прошлом по эмпирическим данным, так как погрешности определения  температуры, как методом анализа  изотопного состава, так и другими  известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.

Другая трудность изучения климатов прошлого обусловлена неясностью положения различных областей по отношению к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения полюсов.

Климатические условия мезозойской  эры и третичного периода характеризировались  двумя основными закономерностями:

На протяжении этого времени  средняя температура воздуха  у земной поверхности была значительно  выше современной, в особенности  в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха  между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;

В течение большей части  рассматриваемого времени преобладала  тенденция к снижению температуры  воздуха, в особенности в высоких  широтах.

 Эти закономерности  объясняются изменением содержания  углекислого газа в атмосфере  и изменением положения континентов.  Более высокая концентрация углекислого  газа обеспечивала повышение  средней температуры воздуха  примерно на 5 градусов по сравнению  с современными условиями. Низкий  уровень континентов повышал  интенсивность меридионального  теплообмена в океанах, что  увеличивало температуру воздуха  в умеренных и высоких широтах.

 Повышение уровня континентов  уменьшало интенсивность меридионального  теплообмена в океанах и приводило  к постоянному снижению температуры  в умеренных и высоких широтах.

 При общей высокой  устойчивости термического режима  в мезозойское и третичное  время, обусловленной отсутствием  полярных льдов, в течение сравнительно  редко коротких интервалов могли  происходить резкие понижения  температуры воздуха и верхних  слоев водоемов. Эти понижения  были обусловлены совпадением  во времени ряда вулканических  извержений взрывного характера.

3.3)Современные изменения климата

 

 Наиболее крупное изменение  климата за время инструментальных  наблюдений началось в конце  19 века. Оно характеризовалось постепенным  повышением температуры воздуха  на всех широтах северного  полушария во все сезоны года, причем наиболее сильное потепление  происходило в высоких широтах  и в холодное время года. Потепление  ускорилось в 10-х годах 20 века  и достигло максимума в 30-х  годах, когда средняя температура  воздуха в северном полушарии  повысилась приблизительно на 0,6 градусов по сравнению с концом 19 века. В 40-х годах процесс  потепления сменился похолоданием, которое продолжается до настоящего  времени. Это похолодание было  довольно медленным и пока  еще не достигло масштабов  предшествующего ему потепления.

 Хотя данные о современном  изменении климата в южном  полушарии имеют менее определенный  характер по сравнению с данными  для северного полушария, есть  основания считать, что в первой  половине 20 века в южном полушарии  также происходило потепление.

 В северном полушарии  повышение температуры воздуха  сопровождалось сохранением площади  полярных льдов, отсутствием границы  вечной мерзлоты в более высокие  широты, продвижением к северу  границы леса и тундры и  другими изменениями природных  условий.

 Существенное значение  имело отмечавшееся в эпоху  потепления изменение режима  атмосферных осадков. Количество  осадков в ряде районов недостаточного  увлажнения при потеплении климата  уменьшилось, в особенности в  холодное время года. Это привело  к уменьшению стока рек и  падению уровня некоторых замкнутых  водоемов.

 Особую известность  получило произошедшее в 30-х  годах резкое снижение уровня  Каспийского моря, обусловленное  главным образом уменьшением  стока Волги. Наряду с этим  в эпоху потепления во внутриконтинентальных  районах умеренных широт Европы, Азии и Северной Америки возросла  частота засух, охватывающих большие  территории.

 Потепление, достигшее  максимума в 30-х годах, по-видимому, определялось увеличением прозрачности  стратосферы, повысившим поток  солнечной радиации, поступающей  в тропосферу (метеорологическую  солнечную постоянную). Это привело  к возрастанию средней планетарной  температуры воздуха у земной  поверхности.

 Изменения температуры  воздуха на различных широтах  и в различные сезоны зависели  от оптической толщины стратосферного  аэрозоля и от перемещения  границы морских полярных льдов.  Обусловленное потеплением отступления  морских арктических льдов привело  к дополнительному, заметному  повышению температуры воздуха  в холодное время года в  высоких широтах северного полушария.

 Представляется вероятным,  что изменения прозрачности стратосферы,  произошедшие в первой половине 20 века, были связаны с режимом  вулканической деятельности и,  в частности, с изменением поступления  в стратосферу продуктов вулканических  извержений, включая в особенности  сернистый газ. Хотя этот вывод  основан на значительном материале  наблюдений, он однако, является менее очевидным по сравнению с приведенной выше основной частью объяснения причин потепления.

 Следует указать, что  это объяснение относится только  к главным чертам изменения  климата, которое произошло в  первой половине 20 века. Наряду с  общими закономерностями процесса  изменения климата этот процесс  характеризовался многими особенностями,  относящимися к колебаниям климата  за более короткие периоды  времени и к колебаниям климата  в отдельных географических районах.

 Но такие колебания  климата были в значительной  мере обусловлены изменениями  циркуляций атмосферы и гидросферы, которые имели в некоторых  случаях случайный характер, а  в других случаях были следствием  автоколебальных процессов.

 Есть основания думать, что в последние 20-30 лет изменения  климата начали в известной  мере зависеть от деятельности  человека. Хотя потепление первой  половины 20 века оказало определенное  влияние на хозяйственную деятельность  человека и явилось наиболее  крупным изменением климата за  эпоху инструментальных наблюдений, его масштабы были незначительны  по сравнению с теми изменениями  климата, которые имели место  в течение голоцена, не говоря  уже о плейстоцене, когда развивались  крупные оледенения.

Тем не менее, изучение потепления, произошедшего в первой половине 20 века, имеет большое значение для  выяснения механизма изменений  климата, освещенным массовыми данными  надежных инструментальных наблюдений.

 В связи с этим  всякая количественная теория  изменений климата должна быть, прежде всего, проверена по  материалам, относящимся к потеплению  первой половины 20 века.

3.4)Климат будущего. Перспективы изменений климата

        При изучении климатических условий будущего следует сначала остановиться на тех изменениях, которые могут произойти вследствие естественных причин. Эти изменения могут зависеть от следующих причин:

Вулканическая деятельность. Из изучения современных изменений  климата следует, что колебания  вулканической активности могут  влиять на климатические условия  для периодов времени, равных годам  и десятилетиям. Возможно, также  влияние вулканизма на изменения  климата за периоды порядка столетий и за длительные интервалы времени;

Астрономические факторы. Изменение  положения поверхности Земли  по отношению к Солнцу создает  изменения климата с временными масштабами в десятки тысяч лет;

Состав атмосферного воздуха. В конце третичного и в четвертичное время, определенное влияние на климат оказывало убывание содержания углекислого  газа в атмосфере. Принимая во внимание скорость этого убывания и соответствующие  ему изменения температуры воздуха, можно заключить, что влияние  естественных изменений содержания углекислоты на климат существенно  для интервалов времени более  ста тысяч лет;