В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Почти удвоилось по сравнению с доиндустриальной эпохой содержание углекислого газа. Во много раз увеличилась концентрация в воздухе ряда органических и неорганических соединений, в том числе синтезированных искусственно. Если бы парниковые газы отсутствовали, то температура Земли была бы более чем на 30'С ниже. В гл. 12 была приведена оценка температуры Земли в отсутствие атмосферы. Согласно этой оценке, средняя температура Земли составляет около 255 К, что значительно ниже реальных средних температур 285 — 290 К. Наличие атмосферы с поглощающими инфракрасное излучение парниковыми газами существенно меняет температурный баланс.
В гл. 14 был рассмотрен усредненный радиационно-тепловой баланс, известный по данным многочисленных измерений. Земля излучает в атмосферу 115% ИК излучением плюс 29% энергии скрытым и явным теплом, что составляет 144%о от величины энергии падающего на Землю высокочастотного солнечного излучения. Как уже отмечалось выше, противорочия с законом сохранения энергии здесь нет, просто между поверхностью Земли и атмосферой вследствие парникового эффекта возникают встречные потоки энергии, которые дополнительно нагревают атмосферу и поверхность Земли.
Атмосфера излучает в ИК диапазоне 170%о (67о%е . безоблачная атмосфера и 103% — облака) энергии от первичного солнечного излучения. Оценки температуры эквивалентных равновесно излучающих «серых» тел дают соответственно Т вЂ” 280 К для поверхности Земли и Т вЂ” 290 К для атмосферы. Данные оценки близки к реальным средним температурам, однако более точный анализ должен учитывать многие факторы, в частности, неравновесность излучения, процессы переноса излучения, тепла, импульса и т. д.
Климат Земли определяется не только атмосферными процессами. В формировании климата участвуют океан, криосфера Гл. й0. Пробььема глобальноео нооьепленил (ледовое покрытие планеты), литосфера, растительный и животный мир (биота). Рассмотрим простейшую модель изменения температуры Земли (21, 291.
Иььтегральные характеристики теплообмепа в системе Земля. Космос можно грубо оценить, считая Землю точечным объектом. Тогда можно написать уравнение, описывающее температуру Земли, в следующем виде: — (1 А) Р 4ьг,теДзТ4 ьй где С теплоемкость Земли, е коэффициент, учитывающий отличие земной поверхности от абсолютно черного тела, Р мощность падающего на Землю излучения. Коэффициент отражения А является функцией температуры, причем эта зависимость более сильная, чем зависимость от температуры С и е. При Т = О земная поверхность будет покрыта льдом, поэтому член (1 — А)Р будет достигать минимума.
С увеличением Т ь1Т данное слагаемое монотонно растет. Анализ зависимости С— ьй от 7' дает три стационарных состояния Та < 7"в < Ты в ко- ь1Т торых С вЂ” = О. Два стационарных состояния системы Т Тб ьй аь являются устойчивыми, третье (Гв) " неустойчивое. Состояние 7; соответствует глобальному оледенению, 7'б --. межледниковому периоду (современный климат). Механизм перехода между стационарными состояниями можно описать введением климатического потенциала: Т 13(Г) = — — ) [(1 — А)Р— 4ьгьге17ьТ~~ ь1Т.
С 0 Тогда изменение температуры описывается выражением: ИТ И/ ьй 6Т Описание изменения температу.ры климатической системы Земли принимает форму, подобную движению частицы в потенциальной яме. Отметим, что даже такое упрощенное представление приводит к выводу, что климат Земли является неоднозначным. Например., при данном значении солнечной постоянной и при существующем химическом составе сухого воздуха кроме современного климата мог бы иметь место совершенно другой климат, в частности, так называемый климат «белой Землиьн рл. 20.
Проблема глобального гьопгепленил Дополнительно отметим, что знак изменения планетарного альбедо при больших температурах в настоящее время не определен. Иными словами, остается неясным, будет облачность с температурой увеличиваться или уменьшаться. В случае воздействия периодического внешнего возмущения даже небольшой амплитуды, имеющего резонансный период, т. е. период, близкий ко времени перехода между стационарными состояниями, возможен переход из одного стационарного состояяия в другое стационарное состояние. Известно несколько астрономических глобальных циклов, обусловливающих изменения потока солнечной радиации, среди них главные: прецессия оси вращения Земли с периодом около 22000 лет, изменение наклона оси прецессии Земли к плоскости эклиптики с периодом -41000 лет, изменение эксцентриситета орбиты Земли с периодом -100 000 лет.
Оказалось, что период изменения эксцентриситета земной орбиты наиболес близок к периоду изменения климата на Земле. Модель, объясняющая изменения климата астрономическими причинами, была создана в 20-е гг. ХХ в. века Миланковичем. Теоретические расчеты периодов оледенения, проведенные по этой модели, неплохо совпадают с известными эспериментальными данными. В ледниковые периоды средняя температура земной поверхности уменыпалась примерно на 5'С, уровень океана опускался па 100 м, изменялась система глобальных океанских течений, ледники опускались на широту Москвы и Киева.
Сведения о палеоклимате (т.е. климате предшествующих эпох) ученые получают, используя широкий спектр данных. К ним относятся: измерение температуры в глубоких скважинах и восстанов- ление по ним температуры на поверхности в прошлом; — анализ кернов глубокого бурения, в том числе в океане. (Анализ кернов льда в Антарктиде позволяет определить не только температуру, но и содержание двуокиси углерода в атмосфере в предшествующие периоды. На станции аВостокь в 1970 г, было начато бурение скважины, достигшей к концу 1997 г.
глубины более 3600 м. Анализ кернов позволил получить детальную информацию о глобальных изменениях климата на протяжении 420 тыс. лет.) Отмечается устойчивая связь между колебаниями уровня моря, изменениями температуры и вариациями содержания парниковых газов; Рл. 20. Проблема глобального потепленнл — анализ осадочных пород (содержащих раковины планктона) позволяет определить температуру воды в палеоклимате; анализ моренных отложений, по которым определяют гра- ницы распространения ледников. В межледниковые периоды концентрация СОз в атмосфере была примерно 280 ррш (ррш "- число частиц па миллион), а в ледниковые периоды уменьшалась до 180- 210 ррш.
В настоящее время концентрация СОз превысила 350 ррш. Такая концентрация СОз никогда за время существования человечества не достигалась. Значительная часть ученых этот рост концентрации связывает с деятельностью человека, прежде всего с использованием ископаемого топлива. Увеличение содержания СОа в атмосфере приводит к росту температуры на Земле. В настоящее время скорость увеличения средней температуры выше в 1О 10а раз скорости изменения температуры в предшеству1ощие моменты перехода от ледникового периода.
Среди факторов, которые приводятся как подтверждение увеличения средней температуры на планете, можно отметить следующие. Хорошо зафиксирооанны11 рост средних температур о озерах США и Канады. Считается, что состояние озер хорошо отражает изменения климата. Еще А.
И. Воейков указывал, что озера являются продуктом климата. Однако характеристики озер (уровень воды, средняя температура, время вскрытия льда и др.) могут не отражать линейно медленные изменения климата, а зависеть от реакции динамической системы озера па вариации теплофизических свойств, которые, в свою очередь, обусловлены климатическими изменениями. Например, Н.Н. Филатов (141] приводит данные, которые свидетельствуют о росте средней температуры в Восточной Фенпоскандии (северо-восток Скандинавского полуострова, Карелия) (рис.20.3). Так, продолжительные наблюдения на Онежском озере с 1880 по 1990 г, показали, что число дней, в течение которых озеро свободно ото льда, возросло с 217 до 225 дней.
300-летпие наблюдения на одной из рек Финляндии показали, что время вскрытия реки изменилось с 22 мая на 10 мая (рис. 20.4). Анализ показывает, что период времени, в котором крупнейшие озера Северного полушария свободны ото льда., совпадает с изменением температуры воздуха. Повьппение температуры земной поверхности приведет к увеличению стока рек в высоких широтах, изменится влагосодержание почв. Гл. 20. Пооблелга глобильпого потепления 7оС 7 6 3 2 1 0 -1 -2 -3 1800 1850 1900 1950 2000 годы Рис.
20.3. Изменение температуры воздуха в Карелии (1!етрозаво7!ск) за 1762-.1993 гг. !14Ц Дата 14.6. 4.6. 25.5. 15.5. 5.5. 15.4. 5.4. 1693 1743 1793 1843 1893 1943 1993 годы Рис.20.4. Время вскрытия ледяного покрова на р. Кемийоки в Финляндии по данным наиболее длительной серии наблюдений с 1693 по 1993 г. [14Ц В скандинавских странах могут быть получены дополнительные доходы за счет увеличения возможностей гидроэнергетики. В средних широтах речной сток уменыпится. Например, при повышении температуры воздуха до 3'С прогнозируется уменьшение уровня воды в Великих Американских озерах на 1.-2 м.
Такое изменение уровня существенно нарушит условия эксплуатации водных путей, приведет к значительным экономическим затратам. Рл. 20. Проблема глобального попмпленнл Сокращение числа айсбергов в Северной Атлантике. Уменьшение толщины морского льда в Северной Атлантике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
