Антропогенные изменения климата и их причины

Последствиями антропогенного воздействия на атмосферу являются изменения климата, которые имеют разные масштабы. Обычно различают глобальные изменения и региональные изменения. Следует отметить, что изменения климата чаще всего протекают под действием не одного, а целого ряда факторов, среди которых может быть какой-то основной.

В качестве основных причин современных изменений климата признаются парниковый эффект и истончение озонового слоя.

Озоновый слой, как отмечалось выше, поглощая ультрафиолетовое излучение Солнца, повышает температуру в стратосфере и мезосфере на высотах 20–50 км и понижает температуру в приземном слое. Процесс убыли озона в атмосфере неизбежно вызывает обратные следствия — снижение температуры в стратосфере и повышение температуры приземного слоя тропосферы, то есть усиление парникового эффекта. Таким образом, убыль озона нарушает равновесие в этих слоях атмосферы, что отражается на циркуляции и теплообмене атмосферы, вызывает усиление климатических аномалий, проявлений стихийных бедствий.

Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет в океане продуцирование фитопланктоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Это может вызвать долговременные изменения глобального климата, что уже проявляется в участившихся засухах.

К числу глобальных изменений климата следует отнести широкое развитие потепления начиная с середины XIX века. В Западной Европе к 1920 г. средняя десятилетняя температура зимы выросла на 2,5°. К середине XX века среднегодовая температура по сравнению с концом XIX века повысилась на Новой Земле почти на 2°, в Гренландии — более чем на 3°, а на Шпицбергене, на севере Азии и Северной Америки — более чем на 2°. В результате потепления в Исландии освободились ото льда пахотные земли, которые возделывались 600 лет назад, но с тех пор были скрыты под ледниковым покровом. На Шпицбергене, в Гренландии, на Аляске обнаружено резкое отступание ледников. Резко уменьшилась ледовитость полярных морей. Существует двоякое объяснение современного потепления:

- с одной стороны — за счёт антропогенного увеличения содержания углекислого газа в тропосфере («парниковый эффект»);

- с другой стороны — за счёт сочетания 11- и 80-летнего циклов солнечной активности.

Представляется, что развитие антропогенного парникового эффекта является в современном потеплении ведущим фактором, поскольку скорость роста концентрации СО₂ в воздухе в палеогене и неогене была в десятки тысяч раз меньше. Изменение содержания СО₂ и некоторых других парниковых газов за исторический период показано на рис.12. А на фоне этого антропогенного потепления просматривается чередование относительно тёплых (70-е годы XIX века, 20-е — 40-е годы и с 70-х годов XX века) и относительно холодных (50-е — 60-е годы XX века) периодов.

Рис. 12. Динамика концентрации в атмосфере углекислого газа (А) в частях на миллион, метана (Б) и двуокиси азота (В) в частях на миллиард

Влияние на климат оказывает также антропогенное освоение космоса. Уже после первых стартов космических аппаратов челночного типа («Шаттл») чётко фиксировались:

- выпадение радиоактивных осадков (неясного происхождения) в виде кислотного тумана и водяной пыли вблизи мест старта;

- возникновение плазменных пузырей в ионосфере за счёт выхлопов двигателей управления на орбитах;

- интенсивное образование соляной кислоты и резкое увеличение аэрозолей различного состава.

Так была начата регистрация локальных последствий стартов космических аппаратов. Но потребовались годы и сотни стартов, чтобы выявить и обосновать их влияние на климат. Уже в 1990 г. стала ясной громадная роль ракетной техники не только во влиянии на климат в областях старта, но и в генерации метеоаномалий и метеокатастроф крупнейших масштабов в местах, далеко отстоящих от космодромов. В послестартовый период до 10 дней (в зависимости от качества геофизической среды и геомагнитной обстановки) происходили дожди зимой, а снегопады летом. Запуск «Шаттла» генерирует в Северной Атлантике и бассейне Карибского моря свыше двух дополнительных циклонов, причём наиболее разрушительных. Пуск «Шаттла» во Флориде с недельной постоянной времени сказывается метеокатастрофами в Закавказье. Смешение сезонов из-за роста макротурбулентности атмосферы, нарушающей естественные процессы в ней, — внезапные метеокатастрофы, ракетная весна среди зимы, ракетная осень среди лета, ракетная затяжка весны, ракетное усиление зимних холодов и летней суши — всё это создаётся для нас искусственно и без нашей на то воли. Эти климатические аномалии наблюдались в 1995 году: потепление, ливни и наводнения в ряде стран Западной Европы в феврале; небывало ранняя весна в Европейской России и отчасти в Сибири — в марте.

Массовое гашение стратосферного озона на один пуск «Шаттла» приводит к резкому возрастанию температурных градиентов атмосферы и поощряет скорости ураганов. Атмосферные аномалии и метеокатастрофы, охватывающие громадные регионы планеты, свидетельствуют о полном сломе сезонных процессов в атмосфере. Введённый академиком К.Я.Кондратьевым термин «климатический хаос» — интегральный отклик на техногенные нарушения многих природных процессов.

Существует угроза изменения климата в связи с метанизацией атмосферы. Настораживает наблюдающийся рост поступления в атмосферу метана за счёт взрывных процессов в газогидратных панцирях. Газогидратные залежи (гидраты углеводородных газов) — это твёрдые молекулярные соединения газов и воды, в которых молекулы газа при определённых давлении и температуре заполняют структурные ячейки кристаллической решётки воды с помощью прочной водородной связи. Природные газы образуют крупные скопления в гидратном состоянии — газогидратные залежи (ГГЗ), являющиеся основным видом накопления и сохранения метана. Основные ГГЗ располагаются в местах сочленения арктического и антарктического шельфов с материками. Ледовая разгрузка создаёт условия для взрывов ГГЗ и образования высоконапорных газовых струй, достигающих стратосферы.

При этом возможно гашение озона:

3СН₄ + 4О₃ = 3СО₂ + 6Н₂О.

Возникает возможность «автоподогрева»; больше метана — становится теплее, становится теплее — поступает больше метана. Такая метанизация атмосферы может привести к шоковому повышению температуры с соответствующим подъёмом уровня Мирового океана.

Процесс метанизации атмосферы нарастает не только за счёт взрывов ГГЗ, но также заметного увеличения биогенного метана. Помимо природного поступления метана в атмосферу в количестве 850 мгт/год, его антропогенный привнос (при добыче угля, нефти и газа, при химических производствах) достигает 210 мгт/год, то есть техногенный приток составляет 24,7% от его суммарной ежегодной дозы. Как природные, так и антропогенные источники метанизации атмосферы имеют тенденцию к расширению. В арктическом регионе за 1974–85 гг. зарегистрировано более 200 высоконапорных метановых струй. Мощные выбросы на высоту 13–20 км были также в 1986, 1992 гг. и позже. Если подобные выбросы станут систематическими, то, наряду с возрастанием озоновой неустойчивости в Арктике и Антарктике, следует ожидать резкого потепления.

Сейчас есть основания утверждать, что идёт расформирование ледовых щитов Арктики и Антарктики. Последний разгружается по механизму всплывания суперайсбергов. А разгрузка льдов арктических происходит в связи с общим утончением ледового покрова Ледовитого океана и более интенсивным таянием окраинных ледовых полей.

Полярные шапки каждой зимой не добирают 3–4° мороза, что приводит к изменению реологических (rheos — греч.: течение, поток) свойств льда: появляется более высокая его текучесть, растрескивание и т.д. Таяние полярных льдов вызывает громадные притоки пресной воды в мировой океан. С этим связан процесс затормаживания Гольфстрима, который начался довольно давно.

Идёт и общее потепление, которое уже никем не опровергается. Оно всё нарастает и приводит к интенсивному испарению экваториальных вод. При этом в зоне экватора вода становится более солёной и погружается в глубины. Пресные воды из полярных областей более легки. В результате в районе Гольфстрима ожидается процесс попятного движения холодных вод Арктики, которые будут охлаждать территории приэкваториальных широт. Таким образом, в северном полушарии уже формируется процесс обратного течения Гольфстрима. На эту возможность указывают и многопараметрические математические модели.

Климатологи, гидрологи Европы пристально изучают конкретные признаки попятного течения Гольфстрима. Для них не удивительно, что и в Западной Европе, и в Восточной Канаде и в США нарастают количество снега и сила морозов, каждую зиму здесь регистрируются всё новые рекорды низких температур.

На фоне глобальных изменений климата происходят также местные, или региональные, антропогенные изменения.

Тепловые антропогенные выбросы повышают температуру воздуха над крупными городами, такой же эффект производят охладительные устройства тепловых и атомных электростанций. Тепловые выбросы оказывают косвенное воздействие на радиационный баланс подстилающей поверхности, способствуют образованию туманов, облаков, ливневых осадков, гроз, стабилизируют высотные инверсии, стимулируют выпадение моросящих осадков.

Климат над орошаемым оазисом в пустыне отличается от климата окружающей местности большей влажностью воздуха и меньшим альбедо (15% против 24–30% в пустыне). В оазисе больше энергии уходит на испарение, в результате воздух над оазисом прогревается слабее, уменьшается контраст дневных и ночных температур.

Интенсивные вырубки лесов в некоторых районах Земли привели к эрозии и дефляции, исчезновению почвы и превращению зелёных массивов в пустыню. Отсутствие растительности в засушливых местах способствует подъёму в атмосферу больших масс пыли, поглощающих значительную часть солнечной энергии. Климат опустыниваемых районов становится суше, с большими колебаниями температур, с более резкими ветрами.

Загрязнение поверхности океана громадными нефтяными пятнами уменьшает испарение с этих мест на 60%. Воздух, соприкасаясь с прогретой нефтяной плёнкой, становится более горячим, уменьшается его насыщенность водяными парами, меньше попадает влаги с загрязнённого океана на материки. Соседство нефтяных пятен и чистых участков водной поверхности способствует увеличению разницы температур воздуха над ними, усилению ветров, возникновению грозовых облаков, а в межтропических широтах — зарождению циклонов.