Глава III Экология Загрязнение окружающей среды. Озоновые
advertisement
Глава III §1 Экология Загрязнение окружающей среды. Озоновые дыры. Загрязнение окружающей среды имеет не только региональный характер. Чаще всего его последствия распространяются на огромные площади, а иногда оборачиваются глобальной проблемой. Как правило, под загрязнением окружающей среды понимают загрязнение воздуха, воды и радиоактивные отходы. В более широком понимании этого термина в него включают также термическое, световое и шумовое воздействия. В этом разделе мы затронем только первые три проблемы [22]. Кому не знакомы зловещие картины, приведенные на рисунках 15 и 16. К сожалению, это привычный городской (и не только) пейзаж как развивающихся, так и богатых стран. Трубы дымят всюду, а в воду сливаются всякие отбросы. Рис 15 Загрязнение воздуха [22]. Рис 16 Загрязнение воды [22]. К сожалению, многие виды человеческой деятельности приводят к загрязнению окружающей среды. Это и агротехника, и индустрия, и навигация с её портами и гаванями. Сельское хозяйство уже много лет стало индустрией с современными агромашинами, распылителями и очень эффективными удобрениями. Долгое время фермеры не знали, какой вред наносят окружающей среде анти-сорняковые продукты и злоупотребление удобрениями. Их излишек, не усвоенный выращиваемой культурой, оседает в грунтовых водах, далее попадает в реки и моря и уменьшает в них количество кислорода. Уменьшение кислорода происходит за счет водорослей, которые питаясь остатками удобрения, разрастаются и начинают поглощать больше кислорода, чем нарушают равновесие морской среды. При этом на других обитателей морей недостаток кислорода сказывается губительно. В последние 30 лет человечество пытается вернуться к экологически чистой аграрии, которая разрешает использование только экскрементов животных в качестве удобрения. Но остановить применение современных удобрений и 33 распылителей очень трудно. А ущерб уже нанесен, грунтовые воды и поля уже загрязнены. Опасность, которая грозит природе со стороны индустрии, состоит, в первую очередь, в сбрасывании отработанной, часто токсичной, воды в моря и океаны. Люди наивно считали, что огромные океаны переработают мизерное количество отравляющих веществ, содержащихся в сбрасываемых водах. Это оказалось опасным заблуждением. В особенно тяжелом положении оказалось Северное Море, а западное побережье Ютландии (Дания, Германия) считается одним из самых загрязненных мест на Земле. В бедственном положении этих и подобных им мест повинны порты и гавани, также как прибрежные сельские угодья и рыболовецкие фермы. В настоящее время, когда есть понимание того, как пагубно влияет деятельность человека на окружающую среду, специалисты призывают радикально изменить стратегию взаимоотношения человека с природой. Примером тому может служить тройственное соглашение между Данией, Германией и Нидерландами о защите так называемой Wadden Sea. Это прибрежная полоса Северного моря, простирающаяся вдоль указанных стран, насыщенная водой, часто заболоченная. Рис.17 Карта Wadden Sea [23]. Рис 18 Каспийское море [24]. Эта область особенно ценна благодаря своей биологической продуктивности и биологической динамики. К сожалению именно в неё стекаются воды таких рек как Рейн, Эльба и др., в которые сбрасываются отходы производства. Таким образом, вода, загрязненная фосфором, азотом, тяжелыми металлами и пестицидами, попадает в биологически насыщенные области Северного и других морей. Она убивает морские растения и вместе с исчезновением растений погибает рыба, которой так богаты эти края. Похожие процессы происходят и на побережье Каспийского моря. Его изображение, снятое со спутника Terra (NASA), показано на рисунке 18. Зеленоголубые участки наиболее подвержены загрязнению. Здесь море не глубоко 34 (отмели) и практически захвачено водорослями. Сильно загрязнено также устье реки Волги. Большое загрязнение морей и океанов вызывает сбрасывание песка в портах и гаванях. Оно разрушает всю жизнь на дне океана вблизи области сбрасывания. Проблема в том, что сбрасывание экологически грязного песка происходит на очень малой площади в прибрежную зону, о которой мы говорили выше. Решение проблемы может состоять в том, чтобы отбросы портов и гаваней отнести подальше, например, в Северное море, где их концентрация окажется безопасной, или свезти их на сушу. Но и то и другое стоит дорого. Приходится выбирать, сохранять деньги или природу. Опасность также грозит со стороны попадания в прибрежную зону мазута и нефти. От этого массово гибнут рыбы и птицы. Само собой разумеется, что всё сказанное относительно загрязнения морей относится и к нашему богатству, к Черному морю. Ему угрожает и небрежное отношение к отбросам портов, и слив загрязненных вод. К этой проблеме должно быть привлечено серьезное внимание, особенно сейчас, когда активизируется деятельность портов и курортов на побережье Черного моря. Очень опасное загрязнение водоемов представляют собой кислые дожди. Они выпадают в результате смешивания выбросов в атмосферу окислов азота, серных соединений, углекислого газа с парами воды. Создаются азотная, серная и другие кислоты, которые далее попадают на Землю во время дождей. Возникает ряд проблем: заболевают леса, гибнет жизнь в водоемах, рушатся природой и людьми созданные скульптуры. Радиоактивное загрязнение. Чаще всего оно возникает в результате потери бдительного контроля над радиоактивными материалами во время их производства и использования [25]. В некоторых производствах неизбежно возникает радиоактивное загрязнение. Например, при переработке ядерного топлива выделяется радиоактивный ксенон. Во всех случаях, когда возникает радиоактивное загрязнение, будь то поверхностное или объемное, рекомендация по борьбе с ним состоит в том, что путем соответствующей обработки довести его до безопасной концентрации. Надо сделать несколько замечаний. Часто захоронение радиоактивных материалов в специальных контейнерах, называют также радиоактивным загрязнением. Это не верно, т.к. современные контейнеры обеспечивают безопасность окружающей среды. На нашей планете не существует состояния с нулевой радиоактивностью. Достаточно напомнить, что на Землю непрерывно приходит поток заряженных частиц из Космоса, - космические лучи. Более того, все живые существа содержат значительное количество радиоактивного изотопа углерода С14, а большинство, среди них и человек, и калий К40. Это, естественное количества радиоактивности. Оно не представляет опасности для жизни Вред, который приносит радиоактивное загрязнение, зависит от природы радиоактивных компонентов в нем, от уровня загрязнения и размера области им охваченной. Различают загрязнение низкого и высокого уровня. Наиболее простой метод борьбы в случае загрязнения низкого уровня короткоживущими изотопами 35 просто повременить и дать им распасться. Если есть примесь долгоживущих изотопов, то надо их концентрацию уменьшить. При низком уровне загрязнения это оказывается не сложным. Высокий уровень радиации возникает как следствие аварий. Он очень опасен и для человека и для окружающей среды. Никакой другой рекомендации как сделать ядерную энергетику и ядерное производство изначально защищенной от аварий не существует. В разделе об энергетике мы уже обсуждали эту тему. В заключение к настоящему параграфу обсудим меры, которые принимаются с целью ограничения деятельности, приводящей к загрязнению окружающей среды. Наиболее активная официальная работа в этом направлении ведется Организацией Объединенных Наций. В его рамках существует Конвенция о Климатических Изменениях (UNEP). Хорошо известны поправки к ней называемые Киотским Протоколом. Страны, которые ратифицировали этот договор, обязались уменьшить эмиссию углекислого газа и ещё пяти газов, создающих парниковый эффект. О них мы будем говорить более подробно в связи с проблемой глобального потепления. Протокол подписали 141 страна. Важное исключение составляют США и Австралия. В США действует Агентство по Защите Окружающей Среды (EPA). Оно устанавливает уровни, которые определяют степень вредности данного химического соединения. Однако ученные считают, что предлагаемые уровни слишком высоки и поэтому мало эффективны. Существует и другая организация ОЕННА (Office of Environmental Health Hazard Assessment – офис, оценивающий опасность, наносимую здоровью окружающей средой). Она устанавливает другие нормы безопасного применения химикатов. Кроме того, в США применяется система штрафов за сбрасывание токсичных отбросов. Максимальный штраф составляет 25 000 долларов. Однако этот барьер так низок, что большинство крупных производств предпочитают признать себя виновными и, грубо говоря, отделаться штрафами. В последнее время Администрация президента США и Сенат признали серьезность угрозы загрязнения окружающей среды и приняли ряд документов ограничивающих загрязнения Озоновые дыры Ещё 400 миллионов лет назад вся жизнь на Земле пряталась в океанах под водой от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Только после того, как в стратосфере, на высоте от 15 до 60 км над уровнем моря, образовался слой озона, способный поглотить ультрафиолетовое излучение, жизнь шагнула из океана на сушу. Поэтому очевидно, что появление озоновой дыры над Антарктидой, обнаруженное в 1985г, вызвало в сведущих кругах большую озабоченность и повлекло за собой серьезные исследования [26]. Тем временем дыра расширялась, и к осени 2004г достигла величины 28 миллионов квадратных километров, что в три раза больше площади Соединенных Штатов. Очень неприятным оказалось то, что своим северным краем, озоновая дыра распростерлась над южными городами Чили и Аргентины. 120 тысяч людей в 36 этих районах были предупреждены о том, что в дневные часы им лучше не появляться на улице. Это было так называемое "оранжевое предупреждение". Оно означает, что присутствие на улице без защиты приводит к ожогу кожи в течение всего пяти минут. (Есть еще "красное предупреждение", при котором кожа обжигается за три минуты.). Над Северным полюсом тоже есть дыра, она не такая большая и не такая глубокая, как в Антарктиде. Однако зима 2004-2005 года оказалась очень необычной. В январе 2005г над Северным полюсом содержание озона уменьшилось вдвое. Правда, уже в марте благодаря арктическим ветрам, которые из нижних слоев атмосферы гнали озон в сторону дыры, состояние пришло практически в норму. Тем не менее, в отдельные дни марта дыра становилась очень большой. Рис.19 Озоновая дыра [26]. Рис.20 Содержание озона [27]. Изображение, приведенное на рисунке 19, снято в сентябре 2000г со спутника NASA, TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) [26]. Оно демонстрирует озоновую дыру над Южным Полюсом. На рисунке 20 показано как изменялось содержание озона в стратосфере с 1955г. по 1995г. Количество озона приведено в так называемых единицах Добсона [27], в которых обычно представляют данные об озоне. В более понятном выражении: концентрация озона в озоновом слое составляет 10 частей на 1 миллион других атомов и молекул. Прежде чем перейти к дальнейшему еще раз подчеркнем, что жизнь на Земле без озонового слоя немыслима. Исчезновение озоносферы привело бы, кроме уже отмеченного ожога и, как следствие, рака кожи, к непредсказуемым последствиям: к мутациям растительного и животного мира, к уничтожению планктона и других водных организмов в океанах и т.д. Поэтому ясно, как важно понимание причин расщепления озона в стратосфере и образования дыр. Хотя основные характеристики этого процесса уже известны, эта проблема продолжает находиться в поле внимания ученых. Вкратце опишем, как образуется и разрушается озон в стратосфере. Образование озона (молекула озона состоит из трех атомов кислорода, химический символ О3) происходит в два этапа. 37 Сначала ультрафиолетовое излучение (УФ) расщепляет молекулу обычного кислорода О2 на два атома кислорода: УФ + О2 → О + О. (1) Затем свободный атом кислорода под воздействием солнечного света (СС) СС + О + О2 → О3. (2) соединяется с молекулой О2, образуя озон: Одновременно под воздействием ультрафиолета происходит и обратный процесс, расщепление молекул озона: УФ + О3 → О + О2. (3) Таким образом, озоновый слой постоянно находится в динамическом очень тонком равновесии образования и разрушения, которое легко могут нарушать внешние факторы. В 1974 году профессора Шервуд Роулэнд и Марио Молина обнаружили эффект распада атмосферного озона под воздействием хлора, входящего в состав фреонов. (Через 21 год после этого открытия им за него присудили Нобелевскую премию). Хлорофлюорокарбоны (CFC ) – по простому, фреоны, начали применять в технике охлаждения и кондиционирования с 1950г. В то время никто не подозревал сколь вредно воздействие фреона на озоновый слой. Фреоны, разрушаясь под воздействием солнечной радиации, освобождают хлор, который затем отрывает от молекул озона третий атом. Сам хлор в соединения не вступает, но служит катализатором. Поэтому один атом хлора способен погубить много молекул озона. СС + Cl + 2О3 → 3О2. + Cl (4) Таким образом, в результате использования фреона атмосфера теряет озон. Из сказанного выше (реакция 3) следует, что озон распадается и за счет солнечной радиации. Это особенно заметно в годы повышенной активности Солнца (Напомним, что Солнце имеет 11 летний цикл активности). Однако вклад естественного уменьшения озона учитывается довольно точно и доказательство антропологического эффекта обеднения атмосферы озоном оказывается убедительным. Особенно сильно подвержена обеднению стратосфера над Южным Полюсом, настолько, что обеднение приводит к образованию над Антарктидой озоновой дыры. Озоновая дыра образуется в результате трех факторов. Первый фактор динамический. Это опускание холодного воздуха из стратосферы вниз. На опускающийся поток воздействуют силы Кариолиса (возникающей в результате вращения Земли), что приводит поток к закручиванию. Образуется так называемый циркумполярный вихрь, который держит весь воздух внутри себя, не дает ему расплываться наружу. Второй фактор. При низкой температуре, характерной для Антарктики, образуются ледяные частицы, включающие азотную кислоту, на поверхности которых происходит активация более пассивных хлорных соединений в менее пассивные. Они благодаря наличию циркумполярного вихря накапливаются в течение всей зимы. И, наконец, третий фактор. Весной, когда появляется солнечный свет, наполовину активированные хлорные компоненты быстро распадаются, дают атомы хлора, которые начинают цепным путем разрушать озон. В результате описанного механизма обеднения стратосферы озоном, наблюдается сезонный цикл глубины и площади дыры. Весной она углубляется, а к осени частично восстанавливается. В полярной Арктике озоновая дыра не так велика, потому что не так низка температура, для того, чтобы возник сильный циркумполярный вихрь и 38 образовались ледяные частицы. Поэтому дыра там есть, но не такая большая и глубокая, как на Южном Полюсе. Мы уже отмечали, что уменьшение содержания озона в атмосфере очень опасно для всего живого на Земле. Поэтому человечество стало на путь ограничения выброса фреона в атмосферу. Были приняты Венская, конвенция (1985г) и составлен Монреальский протокол (1987г). Эти документы к 2002 году были ратифицированы 183 государствами. В результате принятых обязательств выброс фреонов в атмосферу, который в 1986 году достигал 1.1 миллион тонн в год, к 1996 году снизился до 160 тысяч тонн. Если бы Конвенция не была принята, к 2010 году выброс достиг бы 8 миллионов тонн в год. Анализируя приведенные результаты ограничения на выброс озоноразрушающих веществ в атмосферу, ученые заключают, что озоновый кризис в XI веке планете не грозит, а на протяжение ближайших 100 лет озоновый слой полностью восстановится. Важен ещё один вывод из истории борьбы общества с озоноой дырой. А именно, она показывает, что человечество может иметь успехи в разрешении глобальных проблем, надо иметь добрую волю и отказаться от ряда благ. Ведь замена производства содержащего фреон на технологию использующую продукты безопасные для озонового слоя стоили усилий и не малых денег. §2 Флора и фауна. Проблема, которую мы сейчас начнем обсуждать, по сравнению с уже рассмотренными, может показаться не столь важной. Однако, ученые специалисты зоологии и ботаники, а также движение зеленых весьма озабочены ею [28]. Речь идет о скорости вымирания некоторых видов животных, птиц и растений, которая в тысячи раз превосходит скорость естественного преобразования видов флоры и фауны. За всю историю существования жизни на поверхности Земли (400 миллионов лет) произошло всего пять массовых вымираний, в течение которых за относительно короткий срок исчезало большое число видов животных. Все это происходило сотни миллионов лет назад. Наиболее известно внезапное исчезновение динозавров. Это произошло 66 миллионов лет назад, возможно в результате падения огромного метеорита на Землю. Во всяком случае, причиной каждого из массовых вымираний являлись внезапные сильные изменения в господствующих экологических условиях. Они могли быть вызваны изменением климата, вулканическим извержением или столкновением Земли с очень тяжелым объектом. Полагают, что обитателей нашей планеты ожидает шестое массовое истребление и причиной его явится деятельность человека. Надо заметить, что исчезновение старых и появление новых типов животных и растений происходило и происходит непрерывно с частотой примерно от одного до десяти видов в год. Однако, эта естественная частота вымирания в 100 – 1000 раз меньше частоты, наблюдаемой сегодня. Приведем пару примеров. В настоящее время в Бразилии осталось только 10% прибрежного леса, в котором обитает огромное количество различного вида животных и птиц. С истреблением леса все они подвержены риску исчезновения. 39 Автор работы [28] приводит такие данные: некоторые рыбные промыслы, начавшие свою деятельность в 80 годах прошлого века, уже через десять лет потерпели крах, рыбы не стало. Она была истреблена. Индустрия рыболовства истощает большинство рыбных районов во всем мире. Всего сказанного и приведенных примеров достаточно, чтобы понять озабоченность специалистов описываемой проблемой. Её называют уменьшением биоразнообразия Земли. Заметим, что бесконтрольная эксплуатация природы, в конце концов, приведет к таким неблагоприятным условиям жизни, которые затронут и благополучие человека. В какой то мере проблема биоразнообразия сродни с проблемой устойчивой экономики, однако, их решения существенно отличаются. Причины этого будут ясны из дальнейшего текста. На первый взгляд, кажется, что исчезновение видов будет происходить там, где проживает большое количество людей и разного вида живых организмов. На самом деле это далеко не так. Например, наибольшая активность человека концентрируется в западной части Северной Америки и в Европе, однако как раз в этих регионах вымирание видов совсем не большое. Дело в том, что вымирание определяется весьма интересными географическими особенностями обитания живого мира. Есть несколько биогеографических законов, которые определяют судьбу видов. Оказывается, большинство птиц, позвоночных и земноводных проживают на очень ограниченных площадях и только очень малое количество их распространено на большие регионы. Далее, большая часть животных, ареал обитания которых мал, оказываются редкими. На площадях определенного размера степень разнообразия флоры и фауны очень разнится. Например, в Арктике проживает всего несколько видов, а разнообразие их в тропиках поражает воображение. Описанные биогеографические законы приводят к тому, что риску исчезновения оказываются подверженными редкие виды, проживающие на малых площадях. Это обстоятельство значительно упрощает задачу сохранения биоразнообразия. Прежде всего, надо обнаружить места подверженные риску, а затем, пока не поздно, приступить к их защите. Первый этап этой стратегии уже пройден. На Земле, во всех частях света, обнаружено всего 25 таких «горячих точек». Среди них: Калифорния (США), леса побережья Атлантического океана (Бразилия), Западные Африканские леса, Шри-Ланка, Мадагаскар, Кавказ и другие. Есть такие зоны риска и в Европе (их не много) и в Южной Азии. В особо тяжелом положении находятся леса в бассейне реки Амазонки. В целом, для того чтобы арендовать все горячие точки и сделать их заповедниками, нужна сумма приблизительно в 5 миллиардов долларов. Как не огромной она кажется, специалисты считают, что её можно найти. Они имеют в виду деньги, которые частные лица предоставляют многочисленным международным организациям по охране природы. Прежде чем привести характеристики горячей точки на Кавказе, заметим, что проблемы биоразнообразия всего горного Кавказа и Грузии неразделимы. Растительный и животный мир не знают межгосударственных границ. Общая площадь горячей точки на Кавказе составляет около 500 000 км2, из них не тронутыми остаются только 10%, часть которых (28%) представляет 40 заповедные зоны. На этой территории около 1600 растений и 2 вида млекопитающих имеют эндемический характер, т.е. обитают только на Кавказе. Все они подвержены риску исчезновения, если не будут приняты срочные меры по их защите. На рисунках 21 и 22 показаны два из таких видов. Рис.21 Кавказский тур [29]. Рис 22 Экзотическое горное растение, Amaryllidaceous [30]. Подытожим общую ситуацию с защитой флоры и фауны не Земле. Есть проблема, и есть пути выхода из неё. Так в чем же дело? Суть затруднений на пути её решения состоит в том, что подавляющее большинство горячих точек находятся в отстающих и развивающихся странах. Население их вынуждено жить за счет природных ресурсов, вырубая леса для загона скота и посевных площадей, истребляя в них птиц и животных для пропитания и пр. В связи с этим надо ответить на некоторые этические вопросы. Все богатые страны пришли к своему благополучию, нарушая равновесие в природе, о котором выше шла речь. Так почему же этот путь заказан отстающим и развивающимся регионам? Не приведет ли ограничение их деятельности к торможению прогресса в соответствующих странах? И вопросы, обращенные к планете в целом. Можем ли жить благополучно, не доводя живую природу до истребления? На этот вопрос специалисты отвечают: Да. И ещё: не требует ли сохранение видов возвращение в пре индустриальную эпоху? Специалисты отвечают: Нет. В таком случае, почему не решается проблема биоразнообразия за счет помощи богатых стран, хотя бы в форме аренды или покупки горячих точек, о которой речь шла выше? К сожалению, тут вступают в действие политические мотивы. Большинство из стран, которые нуждаются в указанной помощи, являются бывшими колониями в настоящее время благополучных регионов. Став независимыми, им трудно доверять бывшим колонизаторам и их сопротивление предлагаемым мерам можно понять. Наконец, есть и более мелкие причины, тормозящие защиту природы. Например, в отсталых странах нет (или их недостаточно) профессиональных кадров способных провести соответствующие мероприятия или следить за строгим выполнением договоренностей об охране природы и, в частности, заповедников. Не малые заботы приносят туристы, которые, удовлетворив своё любопытство, часто совсем небрежно относятся к природе. 41 И все же проблема биоразнообразия решаема и, надо надеяться у человечества найдется воля к её устранению. Об этом, также как к поддержанию устойчивой экономики, надо постоянно заботиться, поскольку требования и одной проблемы и другой будут со временем меняться. §3 Глобальное потепление и климат на планете. В предисловии к брошюре мы предупредили читателя о том, что проблема глобального потепления будет рассмотрена более подробно, чем все предыдущие. Нам хотелось, чтобы на примере этой проблемы у читателя сложилось хотя бы некоторое представление о том, какая работа и исследования стоят за всем тем, о чем было рассказано выше. Для того, чтобы предмет обсуждения сделать более конкретным, мы решили сразу же привести результаты исследований колебания глобальной температуры Земли за последние 1000 лет (рис. 23). Рис. 23 Колебания глобальной температуры Земли [31]. Зеленая «бахрома» это результаты индивидуальных косвенных измерений. Их усреднения показаны в виде довольно гладкой кривой, незначительно колеблющейся около отметки ноль. С 1902 года, специалисты начали вести прямые измерения глобальной температуры (красные показания). Они, конечно, гораздо более точны, а главное своими первыми точками совпадают с усредненными значениями косвенных измерений. Видно, что, начиная с 1900 года и до 1998г , температура неуклонно растет. Это явление и называется глобальным потеплением. Надо отметить, что приведенный рисунок, который специалисты называют «клюшкой», вызывает много споров. Эти споры носят более или менее 42 технический характер. Вне сомнений остается принципиальное утверждение, касающееся роста глобальной температуры в ХХ столетии. 1. Причины глобального потепления Глобальное потепление, также как глобальное похолодание, определяется балансом энергии приходящей на Землю и возвращаемой ею в Космос. Если количество энергии приходящее на нашу планету больше возвращаемой ею, то происходит глобальное потепление. Нарушение баланса в обратную сторону ведет к глобальному похолоданию. В обоих случаях озабоченность вызывает длительное одностороннее нарушение баланса. Отметим, что этот и следующий разделы опираются на работу [32]. .Рис. 24 Энергетический баланс [32]. На рисунке 24 широкая стрелка, идущая сверху вниз указывает направление прихода энергии от Солнца на Землю. Часть её отражается от верхних слоев атмосферы, вторая часть отражается от поверхности Земли, наконец, большая часть поглощается Землею с тем, чтобы впоследствии в виде тепла возвратить её в Космос. Но, как видно из рисунка, не всё излученное тепло уходит в Космос, часть его атмосфера возвращает на Землю. В нижеследующей таблице приведены количественные данные о каждой из отмеченной части и подытожен энергетический баланс на сегодняшний день. Первые три строки таблицы показывают, из каких компонентов складывается отраженная энергия, тоже самое для испускаемого тепла приведено в следующих трех строках. В конце таблицы подытожен энергетический баланс: полная энергия Солнца, приходящая на Землю (340 в/м2), полная исходящая энергия (-101 -238 = -339 в/м2). Как видно из таблицы сегодня баланс энергии нарушается на 1 в/м2, иными словами, на каждый квадратный метр поверхности Земли приходит на один ватт больше мощности, чем излучается. Это и есть мера глобального потепления планеты. 43 Таблица 4 Энергетический баланс сегодня [32]. -101 в/м2 1 Отраженная энергия, землей и атмосф 2 Естественные процессы -100 в/м2 3 Аэрозоли от деятельности челов -1 в/м2 4 5 Излучаемое тепло, сушей и океанами -238 в/м2 2 6 Естественные процессы -240 в/м 7 Газы, возвращающие тепло на З +2 в/м2 8 9 Полная энергия, приходящая на Землю 340 в/м2 10 Полная энергия, уходящая в Космос -339 в/м2 Из приведенных данных видно (7-ая строка), что нарушение баланса связано с газами, возвращающими тепло на поверхность Земли (+2 в/м2). Много это или мало, 1 в/м2? Лампочки, которыми украшают новогоднюю ёлку, имеют мощность 1 ватт. Вообразите земной шар, на котором горят ёлочные лампочки, расположенные по одной на каждом квадратном метре его поверхности. Зрелище впечатляющее, но к последствиям этой иллюминации следует отнестись весьма серьезно. На первый взгляд, кажется, что мизерное количество тепла от лампочек будет с легкостью рассеиваться сушей и океанами. На самом деле природа оказывается гораздо сложнее. Она стремится сохранить энергетический баланс. Это происходит за счет того, что глобальная температура Земли повышается, и Земля начинает возвращать в Космос большее количества тепла. Процесс обогрева планеты длительный. В океанах превращение солнечной радиации в тепло происходит в течение многих десятков лет. Исследования показали, что за 12 тысяч лет, прошедшие после последнего ледяного периода, на Землю пришло 6.5 в/м2, что привело к потеплению на 5оС. Это значит, что каждый излишний ватт увеличивает Этот фактор называют глобальную температуру на (0.75±0.25)оС. чувствительностью климата к дисбалансу энергии. Для понимания последствий глобального потепления оценка чувствительностью климата очень важна. В частности, она означает, что если концентрация газов, приводящих к дисбалансу энергии (при постоянных прочих условиях), будет сохраняться на том же уровне как сейчас, то температура Земли поднимется ещё на 0.5 – 1оС и установится. При этом, по мере повышения температуры, дисбаланс будет уменьшаться и, в идеальном случае, дойдет до 0 в/м2. На самом деле, как показывают исследования «истории климата», в природе непрерывно нарушался баланс энергии, приводя то к глобальному потеплению, то к глобальному похолоданию. Так что, мы говорили об установившейся температуре несколько условно, имея в виду только антропологическое влияние на неё. Как считают многие климатологи дальнейшее повышение концентрации газов, приводящих к дисбалансу, очень опасно. В чем эта опасность будет ясно из дальнейшего. 44 Для того, чтобы понять как можно удержать или уменьшить дисбаланс энергии надо знать из каких компонентов он возникает. Данные в форме диаграммы приведены на рисунке 25. Рис.25 Источники дисбаланса энергии [33]. На оси ординат рисунка отложены ватты на квадратный метр, которые несут источники дисбаланса энергии. Нулевой уровень соответствует балансу. Компоненты положительного уровня повышают температуру планеты; отрицательного – понижают. Поясним природу, компонентов, о которых идет речь. Различают три типа агентов, воздействующих на климат. Это, так называемые, парниковые газы, аэрозоли и естественные источники. Основные газы атмосферы, азот (78%), кислород (21%) и др., на глобальное потепление не оказывают влияния, т.к. они отражают излучение, падающее на Землю. В отличие от них, парниковые газы (часть из них возникает в результате деятельности человека) поглощают его. Они как бы покрывают поверхность Земли теплым одеялом. К ним относятся диоксид карбона (углекислый газ - СО2), метан (СН4), фреоны (CFC), оксид азота (веселящий газ – N2О) и озон (О3). Как видно из рисунка деятельность человека приводит не только к положительному дисбалансу. Некоторые факторы уменьшают его. К ним относятся, так называемые, «белые» или отражающие аэрозоли, изменение структуры облаков под воздействием аэрозолей, вырубка лесов, которая уменьшает тепло, поглощаемое земной поверхностью, т.к. лес даже зимой темный Из аэрозолей положительную энергию привносит только «черный углерод»: копоть, сажа – продукты неполного сгорания топлива. Их образованию способствует озон, в нижних слоях атмосферы (в тропосфере). Кроме того, положительный уровень имеет и естественный источник тепла: в настоящее время ось Земли относительно своей орбиты и орбиты больших планет Солнечной Системы находятся в положении, при котором Солнце вызывает естественное потепление. 45 Если просуммировать вклады различных агентов в дисбаланс энергии, то в пределах ошибок, указанных на рисунке вертикальными черточками, получается как раз 1 w/m2. Прежде чем перейти к обсуждению следствий глобального потепления, обсудим научную тему, которая называется историей климата. 2 История климата Ученые научились «читать историю климата», т.е. изучать его изменение во времени по свойствам толщи льда в таких больших ледяных массивах, какими покрыты Антарктида и Гренландия. Извлекая из этих массивов столбы льда, они различают в них отдельные слои, возникшие в различные эпохи. Лед, извлеченный из глубины в несколько километров, несет информацию о временах, прошедших сотни тысяч лет назад. Послойный анализ льда показал следующую удивительную картину (Рис. 26). Рис. 26 Страницы книги «История климата» [32]. Данные, приведенные на рисунке 26, получены на станции «Восток», совместными усилиями ученых России, США и Франции. В январе 1998г им удалось проникнуть на рекордную глубину ледяного покрова Антарктиды, 3 623м, что соответствует глубине веков 400 тысяч лет. На рисунке 26 представлены изменения во времени двух величин, характеризующих климат в заданную эпоху. Верхний график – это относительное содержание углекислого газа, СО2, (количество на миллион других молекул), нижний – это температура планеты относительно средней температуры в прошедшие 1000 лет. 46 «История климата» содержит ещё две «главы», рассказывающие об изменении со временем содержания метана и пыли в атмосфере Земли. Метан полностью повторяет временной ход количества углекислого газа и температуры, а концентрация пыли находится с ними в противофазе. Она достигает максимума в сухое, холодное время [35]. Информацию о количествах газов и пыли ученые получают, исследуя состав вмороженных во льдах пузырьков воздуха. На рисунке отмечены два межледниковых периода, которые носят названия Эемский и Голоцен. Обратите внимание. Температура во время Эемского межледниковья без влияния человека поднялась выше теперешней. Как видно из всех исследуемых параметров, условия не Земле регулярно менялись практически с постоянным периодом около 100 тысяч лет. (Обратите внимание, время на оси абсцисс отложено в обратную сторону и отсчитывается от настоящего момента). Температура после каждого ледникового периода начинала подниматься, т.е. Земля входила в стадию глобального потепления, при этом характерные изменения происходили и с содержанием парниковых газов. Их количество росло в межледниковые эпохи. В настоящее время мы находимся в стадии очередного межледникового периода, глобального потепления, который называют Голоценом. Следует подчеркнуть следующие обстоятельства. Первое. Наша планета неоднократно переживала эпохи глобального потепления, практически всегда без «злостного» участия человека. Как думают некоторые ученые, если б не деятельность человека, приводящая к образованию парниковых газов и черных аэрозолей, то уже около одного тысячелетия на планете началась бы эпоха похолодания. Несмотря на это, человечество должно заботиться об уменьшении выброса в атмосферу вредных газов и черных аэрозолей, т.к. дальнейшее потепление чревато опасными последствиями. Второе. Известно, что homo sapiens sapiens, т.е. мы, возник 130 тысяч лет назад во время Эемского межледникового периода. Ему удалость пережить не только этот жаркий период в истории климата, но и последний ледниковый период, который датируется 20 тысячами лет назад. Очевидно, что при нашей развитой цивилизации человечеству удастся справиться с очередным испытанием, которое его ждет во время Голоцена, но условия жизни будут гораздо менее комфортабельными, чем сегодня. Поэтому забота об уменьшении антропологического вклада в потепление должна быть частью всё той же развитой цивилизации. Наконец, обратите внимание на то, что глобальная температура на Земле, даже в самые холодные времена, была всего на 8 градусов ниже температуры прошлого миллениума. Поэтому, увеличение глобальной температуры на несколько градусов Цельсия, это совсем не мало. Хотя она кажется незначительной, на фоне того, что в каждый данный момент разница температур между наиболее горячими и наиболее холодными точками на Земле, составляет около 50оС. Тоже относится к сезонному изменению температуры в заданном месте Земли. Например, в Москве зимой холода достигают -25оС, а летом бывает жара +25оС и выше. 47 Многое из того, что изложено в настоящем и предыдущем разделах, также как рисунок 25, заимствованы из работы [32]. В следующем разделе приводятся сведения, почерпнутые из статьи [36]. Закончим этот раздел с объяснения довольно сложной циклической картины изменения климата со временем (рис.26). Она связана с изменениями орбиты и осей вращения Земли. Все они носят периодический характер и отражают следующие явления: - изменение формы орбиты под влиянием других планет солнечной системы (период 100 000 лет); - изменение наклона оси вращения Земли относительно Солнца (период 41 000 лет); - прецессия оси собственного вращения Земли (период 22 000 лет). 3. Когда началось воздействие человека на климат? Для идей развиваемых автором работы [36] наиболее важным является последний 22 000 летний период, в котором мы живем, и в течение которого активная деятельность человека могла повлиять на климат. Смысл прецессии и связанный с нею период температурных изменений поясняют рисунки 27 и 28. Рисунок 27 показывает, как с периодом 22 000 лет ось вращения Земли меняет свое направление, совершая один оборот, соответствующий пунктирному кругу. Рис.27 Прецессия оси вращения Земли [36]. Известно, что Солнце смещено относительно центра эллипсоидальной орбиты Земли (Рис. 28). Один раз за 22 000 лет Земля оказывается на самом близком расстоянии от Солнца (левая часть рисунка 28) и при этом её ось направлена в сторону Солнца. В эти годы в северном полушарии бывает самое горячее лето. Через 11 000 лет (правая часть рисунка) ось продолжает смотреть на Солнце, но летом оно уже далеко от Земли. 48 Рис.28 Максимум и минимум солнечной радиации в северном полушарии [36] Влияние этого эффекта на климатические параметры Земли демонстрируют рисунки 29 и 30 (данные, получены на станции «Восток», Антарктида.). На рисунках значения радиации приведены в единицах ватт/м2; метан в частях на миллиард молекул воздуха, а СО2 тоже в частях, но на миллион молекул воздуха. Рис.29 Изменение радиации Солнца и количества метана в атмосфере [36]. Рис.30 Изменение количества углекислого газа (СО2) [36]. Видно (Рис. 29), что количество метана в атмосфере строго следует ходу изменения приходящей радиации. Однако, содержания метана в последние 10 000 лет испытывает некоторое отклонение от хода радиации. На рисунке 31 (см. ниже) эта тенденция проявляется нагляднее. Ход изменения содержания СО2 в атмосфере более сложен (Рис. 30), поскольку на него влияют все периоды, которым следуют орбита и оси Земли. Но и в этом случае видны всплески количества СО2 через каждые 22 000 лет. Автор [34] и в этом графике усматривает нечто странное, происходящее в последние 10 000 лет. 49 Рисунки 31 и 32 демонстрирует изменение количества метана и углекислого газа в атмосфере Земли в течении последних 10 – 11 тысяч лет. Рис.31 Изменение количества CH4 [36]. Рис.32 Изменение количества СО2 [36]. Рисунок показывает, что естественный спад количества парниковых газов в атмосфере, который начался 11 000 лет назад, резко сменился на довольно быстрый рост. В статье [36] это явление объясняется влиянием деятельности человека на природу, начавшимся не 200 лет назад (общепринятая точка зрения), а с незапамятных времен, когда человечество начало заниматься агрикультурой. Уже 8 000 лет назад, в конце каменного века, люди начали вырубать леса, освобождая площади для посева зерновых, в результате чего атмосфера начала пополняться углекислым газом. 5 000 лет назад произошел следующий прогресс в сельском хозяйстве. Люди научились выводить рисовую культуру. При этом приходилось затоплять земли вблизи рек. Это вызвало рост содержания метана. Заметим, что не все климатологи разделяют изложенную точку зрения. Идеи автора тем более спорны, что антропологическая доля даже в сегодняшнем дисбалансе энергии определяется не однозначно. Трудно представить, что деятельность 100 - 300 тысяч человек, населяющих в то время планету, могла влиять на глобальные характеристики атмосферы. Тем не менее, интересны выводы, к которым приходит автор цитируемой работы. Он считает, что, тысячелетняя деятельность человека, может быть, спасла нас от очередного ледникового периода. На этой основе он приходит к следующему прогнозу (Рис.33). Средняя температура на планете будет повышаться еще примерно 150–200 лет. Затем, в результате дефицита традиционного горючего (уголь, нефть, газ), она начнет быстро падать. Это и демонстрирует рисунок 33. Итак, 20 000 лет назад на Земле была самая низкая температура (левый нижний угол), характерная для ледникового периода. Затем, в результате естественного глобального потепления, она поднялась до определенного уровня и начала падать и продолжала бы падение вплоть до очередного оледенения, которое началось бы около несколько тысяч лет назад. Но еще загодя (8 000 лет назад) человек начал свою сельскохозяйственную деятельность и продлил стадию глобального потепления вплоть до сегодняшнего дня. 50 Рис.33 Временной ход температуры в прошлом и будущем [36]. Далее эпоха индустриализации приведет к повышению температуры ещё на 3-4 С по сравнению с сегодняшней. Интересно, что такое повышение температуры предсказывается специальной климатологической комиссией ООН (IPCC) [37]. Сведения об этой комиссии и критика её оценок будут приведены через несколько страниц. Как мы уже отмечали, идеи автора статьи [36] приняты далеко не всеми экспертами в области исследования климата. В данном вопросе погрешность его анализа состоит в том, что автор не учитывает технический прогресс, в результате которого в ближайшие десятилетия новые технологии уменьшат выброс парниковых газов, а также активизируется использование нетрадиционного топлива. Это демонстрируется в резюме параграфа рисунком 43. о 4 Климат и погода Прежде, чем перейти к следующим темам, следует отметить разницу в понятиях климат и погода. Как мы уже видели, изменения климата происходят очень медленно, в течении столетий. Поэтому наши школьные представления о климатических поясах остаются верными и сегодня: арктический, умеренный, континентальный, резко континентальный, тропический и др. знакомы нам с детства. С ними связаны сезонное и суточное поведение погоды. Однако, погода далеко не всегда следует этим общим тенденциям. Её причуды приходилось переживать каждому из нас. Кто в Грузии не знает сезонного весеннего (мартовского) ветра, попросту называемого Суп Саркис. А наводнения, смерчи, цунами! Все эти явления никак не связаны с климатом в тех или иных регионах, но играют определяющую роль в погоде иногда и не один день. Мы сделали это отступление по той причине, что часто «нервозную» погоду, неожиданно холодную или жаркую, дождливую или напротив очень сухую связывают с изменением климата и, в частности с последствиями глобального потепления. Как 51 мы постараемся показать это несправедливое обвинение в адрес климатических явлений. 5. Последствия глобального потепления Основными факторами, определяющими климат, являются круговороты воды в природе. К ним относятся: подводные течения в Атлантическом и Тихом океанах, дождевой круговорот, а также испарения океанов и морей, с последующими выпадениями осадков на сушу и в водные пространства, пополнения рек, которые далее стекают опять же в океаны и т.д. Наиболее быстрое влияние на климат имеет дождевой круговорот. В этом случае решающую роль играет растительный мир планеты. Дождевая вода, падая на землю, не проникает в её глубину, а поглощается корнями растений, а затем, испаряясь их листвой, возвращается в атмосферу. Этим процессом обеспечивается дождевой круговорот. Как только растительный покров планеты или части планеты уменьшается, вода перестает возвращаться в атмосферу, выпадает меньшее количество дождей и начинается засуха. К сожалению, этот процесс сам себя стимулирует. В результате засухи жухнет листва растений, она испаряет меньше воды, и засуха становится более жесткой. Если засуха продолжается много лет подряд, то может возникнуть необратимый процесс. Полагают, что Сахара, некогда цветущий регион, утопающий в садах, 5 000 лет назад подверглась многолетней засухе и превратилась в одну из самых жарких пустынь. Самым общим последствием глобального потепления является поднятие уровня океанов и морей. Большая часть населения планеты живет на побережье океанов, морей и рек. Инфраструктура этих регионов составляет триллионы долларов. Представьте себе, что уровень моря поднимется на несколько десятков сантиметров, большая часть побережья будет затоплена, населению придется оставить привычные места, и переместится вглубь материков. Конечно, всё это произойдет не в одночасье. В 1988г. ООН организовала Международную комиссию, ответственную за анализ последствий климатических изменений (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change [37]). По оценке комиссии повышение уровня моря произойдет не раньше, чем через 100 лет. Это будет следствием увеличения температуры планеты ещё на нескольких градусов Цельсия. Автор работы [32] считает эту оценку крайне оптимистичной, прежде всего потому, что в ней учитывается только термическое расширение воды в результате поднятия температуры океанов. По его мнению, весьма сильно на уровень моря может влиять таяние ледниковых покровов. Хотя повышение температуры на несколько градусов не может вызвать таяние при температуре покровов -30Со, однако, как считает автор процессы, происходящие на поверхности ледяных покровов весьма сложны и могут приводить к неожиданным последствиям. В качестве подтверждения своих сомнений автор работы [32] приводит следующий аргумент. Во время Эемского межледникового периода глобальная температура была всего лишь на 2-4 градуса выше теперешней. При этом уровень морей и океанов был на несколько метров выше. Правда, важно в течение какого времени произошло это поднятие уровня. 52 Для примера, на рисунке 34 показано сползание ледяного покрова Гренландии в практически вертикальную шахту, образованную водами Ледовитого океана Рис.34 Сползание в океан ледяного покрова Гренландии [38]. Вопрос повышения уровня морей и океанов будет подробно обсужден в разделе, посвященном Южному Полушарию, в частности Антарктиде. Сейчас же сформулируем основной вывод, на котором настаивает автор работы [34]: увеличение концентрации парниковых газов и черных аэрозолей выше сегодняшней крайне нежелательно и даже опасно. Надо иметь в виду, что автор этой работы придерживается крайней точки зрения считая, что деятельность человека приводит к большой доле парниковых газов. Однако есть ученые, которые выражают более осторожное мнение. Они формулируют его следующим образом: «антропологический вклад в парниковые газы не исключен». Тем не менее, первая точка зрения более оптимистична, т.к. в принципе позволяет регулировать количество «вредных» газов. Далее последствия глобального потепления в Северном и Южном полушариях будем обсуждать раздельно. 6. Северное полушарие [39] Подводные течения Северного полушария (Гольфстрим) омывают с востока Северную Америку и с запада Европу (на рисунке 35 красные кривые, стрелки, идущие вверх). Теплые течения вызывают теплые ветры (широкие стрелки на верху рисунка), которые обеспечивают комфортный климат не только для человека, но и для растений и животного мира, населяющих соответствующие регионы. В обратном направлении на большой глубине двигаются потоки холодной соленой воды, берущие начало в Ледовитом океане (синие кривые стрелки, идущие вниз). Не будь их, в Южной Америке и в Африке было бы гораздо жарче. 53 Рис 35 Подводные течения Северного полушария в настоящее время [39] В результате глобального потепления, талые пресные воды Ледовитого океана потеплеют, и их потоки не будут опускаться на дно Атлантического океана. Они же вытеснят теплые течения и не дадут им добраться до берегов Северной Америки и Европы. Рис 36 Подводные течения Северного полушария в результате глобального потепления [39]. Исчезнут теплые ветры, вместо них над Европой будут проноситься холодные сухие слои воздуха. Легко себе представить, как изменится климат 54 Северного полушария. Климат Аляски и Сибири утвердится на северных континентах. Соответственно в Африке и Южной Америке станет еще более жарко и сухо. Так описывается будущее Северного полушария в работе [39]. Как мы видели таяние Ледовитого Океана чревато увеличением объема пресной воды, что очень неблагоприятно воздействует на климат северного полушария. Озабоченные этой ситуацией ученые снова поднимают вопрос о повороте течения сибирских рек. Конечно, это ещё только умозрительный проект, экологические последствия его воплощения в жизнь непредсказуемы, но сама постановка вопроса показывает, сколь серьезна проблема опреснения вод Ледовитого океана. Несколько слов о непосредственном влиянии глобального потепления на природные условия в Грузии. Закавказье и в частности Грузия удалены как от Европы и Северной Америки, где ожидается сильное похолодание, так и от Африки, где климат станет ещё жарче и суше. Поэтому оба крайних варианта изменения климата нам не грозят, но промежуточное расположение между указанными регионами может привести к очень нестабильной погоде с дождями, ливнями и ветрами. Кроме того, поднятие уровня морей и океанов напрямую угрожают побережью Черного моря. Могут ли специально сооруженные прибрежные дамбы защитить часть земель от затопления? Наверно, этот вопрос должен быть поставлен в повестку перспективного (возможно, отдаленного) планирования. 7. Южное полушарие. Температура поверхности Атлантического, Тихого и Индийского океанов регулирует погоду в регионах Южного полушария. Возможные изменения её могут вызвать опасные штормы, ураганы и смерчи. Смерчи называют по разному: торнадо, тайфун, циклон. Похожим по внешнему проявлению представляется явление, называемое, цунами. Цунами возникает во время подвижек земной коры на глубине океана. В Южном полушарии сейсмических зон много и все они могут вызывать цунами. Как уже говорилось, цунами похожи на смерчи. Смерч представляет собой вращающийся водяной столб (вихрь), перемещающийся с огромной скоростью по поверхности океана. Попадая на сушу, он довольно быстро теряет свою силу, но при этом успевает унести много жизней и нанести огромный материальный ущерб. Поэтому очень важно найти способы влияния на развитие смерчей, для чего надо изучить причины их возникновения. В настоящее время сложилось следующее представление о происхождении смерчей. Более или менее случайно в неком месте океана возникает такое большое повышение температуры поверхности, которое может вызвать само- подпитывающееся развитие смерча. Над этим участком возникает теплый, влажный воздух. Он поднимается в верхние слои атмосферы, там 55 конденсируется и над указанным местом выпадает дождь. Однако конденсация приводит к повышению температуры уже в верхних слоях атмосферы, теплый воздух поднимается еще выше, непогода усиливается. Одновременно и на поверхности океана происходят явления, способствующие развитию шторма. Над местом, с которого началось образование смерча, возникает зона пониженного давления. К нему начинают стекаться теплые воды и процесс само усиливается. Возникает мощный столб влажного теплого воздуха, по существу, столб воды, который, вращаясь (в результате вращения Земли вокруг своей оси) движется с огромной скоростью. Подходя к суше, он вызывает огромные разрушения и приводит к жертвам. Достаточно вспомнить серию смерчей обрушившихся на южные штаты Америки осенью 2005г. Заметим, что смерчи наблюдаются только в средних широтах Южного полушария. Вблизи экватора силы Кариолиса слабы и столб воды не закручивается, а в приполюсных широтах температура океанов не достаточно высока. Надо иметь в виду, что далеко не всякое потепление поверхности океана приводит к ужасным последствиям. Для возникновения смерча необходимо выполнение многих условий. Именно это обстоятельство позволяет надеяться на возможность управления процессом формирования смерчей, с тем, чтобы уменьшить их опасные последствия или изменить их путь, в обход населенных пунктов. В настоящее время исследования таких возможностей ведутся путем компьютерного моделирования процессов ведущих к образованию смерчей. В работе [40] рассказывается о том, как путем подбора соответствующих начальных условий (в частности, температуры и влажности на поверхности океана) авторам удалось подобрать модель, описывающую два разрушительных смерча, которые обрушились в 1992г. на Гавайский остров Кауи (Иники) и на Флориду (Эндрю). Далее авторы подобрали такие «воздействия» на смерчи, которые отвели путь Иники от острова Кауи и существенно ослабили Эндрю. Эти исследования ещё далеки от завершения, но уже сейчас видно, что работа в этом направлении не безнадежна, но технические возможности нашей цивилизации позволят регулировать смерчи не раньше чем через 20-30 лет. Среди возможных способов воздействия на поведение смерча в будущем авторы видят разрушение водяного столба смерча путем распыления над ним веществ типа йодистого серебра или изменение направления его движения с помощью разлива огромного пятна специальных масел, в последствии разлагаемых микроорганизмами. Наконец, возможно использование орбитальных космических кораблей, оснащенных зеркалами, фокусирующими солнечный свет на ячейки, преобразующие его в микроволновый диапазон. Далее эти волны будут направляться либо на смерч, либо вокруг него. Отметим ещё одно явление периодически потрясающее погоду Южного полушария. Это теплое и холодное течения, которые возникают каждые несколько лет между Южной Америкой и Индонезией. Их называют Эль-Ниньо и Ла-Ниньо. Обычно от берегов Перу в стороны Индонезии распространяется теплое течение, обозначенное на рисунке 37 красной стрелкой. Во время Эль-Ниньо 56 появляется обратное течение (салатовая стрелка), приносящее на поверхность океана и в регион много тепла. Рис.37 [42] Течения в Тихом океане [41] Рис. 38 Смерч в Тихом океане Течение Эль-Ниньо имеет тот же возраст, что и сам океан. Эль-Ниньо цикличен и появляется раз в несколько лет. Во время него возникают сильные колебания атмосферного давления над Тихим океаном. В результате наводнений, штормов и засухи гибнут люди, материальный ущерб составляет миллиарды долларов. Во время Эль-Ниньо 1997 года в Индонезии и Малайзии земля высохла настолько, что разводимый человеком огонь стал стремительно распространяться, приведя к более чем 100 пожарам и охватив смогом обширные районы Юго-Восточной Азии. В то же время усилились пожары в тропических лесах Амазонки. Пожары превратили в пепел леса Индонезии, потом забушевали на просторах Австралии. Ливни зачастили над чилийской пустыней Атаками, которая отличается особой сухостью. На Центральную и Южную Америку обрушивались дожди и ураганы. Явление Ла-Ниньо - противоположность Эль-Ниньо, проявляется как понижение поверхностной температуры воды ниже климатической нормы на востоке тропической зоны Тихого океана. В этот период на востоке Тихого океана устанавливается непривычно холодная погода. Во время формирования Ла-Ниньо пассатные (восточные) ветры с западного побережья обеих Америк значительно усиливаются. Ветры сдвигают зону теплой воды и "язык" холодных вод растягивается на 5000 км, именно в том месте (Эквадор - острова Самоа), где при Эль-Ниньо должен быть пояс теплых вод. В этот период в Индокитае, Индии и Австралии наблюдаются мощные муссонные дожди. Страны Карибского бассейна и США при этом страдают от засухи и смерчей. Ла-Ниньо, как и ЭльНиньо, чаще всего возникает с декабря по март. Различие в том, что Эль-Ниньо возникает в среднем один раз в три-четыре года, а Ла-Ниньо - раз в шесть-семь лет. Оба явления несут с собой повышенное количество ураганов, но во время Ла-Ниньо их бывает в три-четыре раза больше, чем при Эль-Ниньо. 57 Таким образом, оба описанных явления приводят к глобальным погодным аномалиям, возникающим вопреки климатическим условиям регионов. Обратите внимания на то, что они не имеют никакого отношения к глобальному потеплению, поскольку существуют также давно, как сам Тихий океан. Мы специально подчеркиваем разницу между климатом и метеоусловиями для того, чтобы читатель не связывал погодные аномалии, которые сейчас происходят, с глобальным потеплением. Его следствия пока не наступили, но они обязательно проявят себя, если человечество не начнет заниматься этой проблемой со всей серьезностью, которую она требует. 8. Антарктида Вернемся к вопросу о повышении уровня моря в результате таяния ледяных покровов. 12 000 лет назад катастрофические явления происходили в Северном полушарии [43]. Армада огромных айсбергов сползла в Атлантический океан с ледяных покровов Северной Америки и Европы. Они еще не таяли, но огромное количество вытесненной ими воды захватывала сушу с устрашающей скоростью. Уровень воды в течение десятилетий поднимался примерно на 1 метр в год. Рисунок 40 поясняет, почему так быстро поднимается уровень моря. Рис.39. Восточный берег Антарктиды [44]. Рис.40 Айсберг [43]. Подводная часть айсберга намного больше его наземной части. Вся она находилась на континенте и, внезапно оказавшись в воде, вытеснила воду на побережье. В это же время ничего подобного не происходило в районе Антарктики. Континент оставался спокойным. Однако в последние годы ученые обратили внимание на движение в сторону океана ледяных лавин Западной Антарктики. По процессам, происходящим с ледяным покровом, гляциологи делят Антарктику на три основные части: Западная и Восточная Антарктика и Антарктический полуостров. На рисунке 41 они разделены красными пунктирными линиями. 58 Рис.41 Ледяная география Антарктики [43]. Начнем описание с Антарктического полуострова. По мнению ученых, средняя температура этой области Антарктики строго следует глобальному потеплению. Начиная с 1950г. она возросла на 2оС. Поскольку среднегодовая температура в этом районе не превышает -34оС, льды здесь таят очень медленно. Соответственно этот регион не вызывает опасения климатологов. Поведение ледяного покрова Западной и Восточной частей Антарктики сильно различаются. Восточная часть практически стабильна, тогда как динамика Западной весьма опасна. Разница связывается с характером почвы под ледниками. В Западной части материк находится ниже уровня моря, а в Восточной он возвышается над морем, т.е. грунт в этом регионе сухой. Рассмотрим ледяную географию Западной Антарктики. Здесь есть четыре опасных региона: Шельфы Ронне и Росса, к которым двигаются (скользят) ледяные лавины (потоки) Ронне и Росс, берег моря Амундсена и подводные льды около побережья шельфа Росса. Скорость сползания лавин определяется почвой под лавиной. Если она мокрая, то лавина движется, а на сухой подложке она покоится. Гляциологи думают, что движение лавин способствует осушению почвы, поэтому после их подвижного периода следует период стагнации. Долгое время эксперты не могли прийти к общему мнению относительно последствий движения лавин. Очевидно, что, доходя до шельфов льды заполняют их. Если шельф переполнится, то глыбы льда, айсберги, окажутся в воде и вытеснят её на сушу. Однако в настоящее 59 время лавины практически стоят и эффект глобального поднятия уровня моря за счет процессов в Антарктике только вдвое превысит «естественный» прирост, 2мм в год. Это значит, что каждые 500 лет море поднимается на 1 метр. Но есть ещё два опасных региона. Наблюдения, сделанные со спутника, показали, что с крутого берега моря Амундсена в него сползают существенные массы льда. Именно они обеспечивают дополнительный прирост уровня моря, который в результате составляет 2мм в год, вместо 1мм за счет термического расширения. Обнаружено также, что подводные льды около побережья шельфа Росса, которые 20 000 лет назад простирались от западного мыса до восточного, постепенно таяли (рис. 42). В настоящее время они остались только на самой границе с лавиной Росса. Рис.42 Уменьшение подводных ледников [43]. Рисунок 42 представляет собой карту Юго-Восточной части Антарктиды в увеличенном масштабе. Он демонстрирует уменьшение подводных льдов в течении прошедших 20 000 лет. На сегодняшний день общее мнение гляциологов состоит в следующем: состояние ледяных покровов Антарктиды стабильно, их таяние поднимает уровень моря не больше, чем 2мм в год, однако следует помнить, что движение ледяных лавин в этой части света очень сложно, практически непредсказуемо. Мы же от себя напомним читателю, что споры о судьбе льда в Антарктиде, о его влиянии на скорость повышения уровня моря, т.е. по существу о судьбе народов населяющих нашу планеты, длились более 30 лет и только совсем недавно ученые пришли к заключению, которое было сформулировано в предыдущем предложении. 9. Заключение о климате 60 В настоящее время над проблемами, связанными с возможными климатическими изменениями, работают ученые, эксперты и компетентные официальные лица, занимающиеся ими по долгу своих обязанностей. В рамках ООН организована межгосударственная комиссия, которая составляет прогноз климата на XXI-е столетие. ООН также создала Конвенцию по климатическим изменениям, имеющую цель разработать меры стабилизирующие состав атмосферы для того, чтобы «устранить вредное антропологическое вмешательство в климатическую систему». Рисунком 43 мы демонстрируем одно из предсказаний этой комиссии с тем, чтобы показать, что развитие техники и технологии за последние годы привело к более оптимистическим показателям, чем предсказывалось комиссией на базе данных до 1975г. Рис.43 Количество энергии, затрачиваемое США в год [32]. На рисунке потребляемая энергия США приводится в единицах 1015 BUT (1018 джоулей), закрашенные области соответствуют различным источникам энергии, снизу вверх: возобновляемые, ядерные, нефть и газ, уголь. Верхняя пунктирная кривая соответствует правительственному предсказанию по ситуации на 1975г. Нижняя - отражает отчет комиссии ООН, учитывающий реальное положение по данным до 2002г. Видно, что в 2002 году США тратит гораздо меньше энергии, чем предсказывалось на основе экстраполяции данных до1975 года. Затраты энергии, потребляемой США, уменьшились по сравнению с ожидаемой за счет увеличения эффективности её использования – наглядная демонстрация достижения науки, техники и технологии. Так какие же меры следует предпринимать человечеству для того, чтобы уменьшить свое вредное воздействие на экологию? История учит, что те народы, которые сдались перед длительными климатическими изменениями, потерпели крах, тогда как другие - вовремя принявшие меры успешно пережили их. В качестве примера можно привести викингов, переселившихся из Европы в Гренландию в конце первого 61 тысячелетия. Не выдержав климатических изменений в начале малого ледникового периода (1200-1300гг), викинги покинули свои поселения, и далее их след исчез. Живущие в то же время, на той же территории древние племена инуитов благодаря своей активной деятельности пережили этот период. Еще один пример, исчезновение племени майя. Ученые считают, что оно погибло в результате продолжительной засухи. Это объяснение подтверждается многочисленными скульптурными изображениями бога дождя, которые обнаружены на месте проживания майя. Итак, нельзя надеятся на помощь свыше. Кроме тех радикальных мер, обсуждением которых мы завершим брошюру, специалисты рекомендуют готовиться к возможному изменению климата. Например, в засушливых регионах надо культивировать и разводить засухоустойчивые сорта растений, особенно зерновых. Надо подготовить глубокие колодцы, надо восстанавливать лес, внедряя молодые саженцы на все территории, высвобождаемые из под зерновых. Государственные организации совместно с учеными, инженерами, бизнесменами и экономистами должны разрабатывать и внедрять методы более эффективного использования энергии и стимулировать развитие экологически чистых источников энергии, таких как мирная атомная энергия. Надо очень заботливо относиться к ресурсам воды. Откачка глубинных вод в промышленных целях уменьшает количество воды, поступающее из рек в океаны, что в свою очередь нарушает дождевой круговорот чреватый засухой. С этой целью следует организовать международное соглашение об ограничении расхода воды в определенных регионах. Конечно, все способы уменьшения вреда от деятельности человека весьма и весьма дорого стоят, но и цена современной цивилизации велика, а разум способен спасти её от возможной климатической катастрофы. В качестве примера рисунок 44 демонстрирует новый способ уменьшения выброса углекислого газа в атмосферу. Это газодобывающая башня в Алжире. Она качает газ для Европейского рынка. Башня снабжена химическим разделителем полезного от сопутствующего углекислого газа, который затем закачивается на 2км вглубь грунта [45]. Рис.44 Газовая башня [45]. Проблеме глобального потепления мы уделили несоизмеримо много внимания, совсем не потому, что она наиболее сложна или опасна для человека и всего живого на Земле. Просто мы считаем, что средства массовой информации несколько излишне нагнетают ажиотаж вокруг этой проблемы, а кроме того в её 62 исследовании и решении отражаются все методы и заботы, с которыми были связаны и другие глобальные проблемы. Закончим эту проблему ответом на вопрос, который часто задают экспертам, да и себе: Что я могу сделать для того, чтобы помочь в борьбе с глобальным потеплением? Ответ звучит так: Есть много простых шагов, которые Вы можете предпринять прямо сейчас. Сделайте сбережение энергии частью вашей дневной рутины. Например, если вы используете для освещения флуоресцирующую лампу, то за время ее гарантийного срока, она уменьшит выброса в атмосферу углекислого газа на 240кг. Выбирая специальный тип холодильника с этикеткой «Энергетическая Звезда», который затрачивает меньше энергии, чем обычный, вы можете уменьшить загрязнение атмосферы углекислым газом в целом около одной тонны. Множество подобных рекомендаций можно получить, связавшись с международной организацией именуемой NRDC (Natural Resources Defense Council) [46]. Приведенный ответ может показаться несколько наивным и упрощенным. Пусть он Вас не обижает. Таков возможный вклад в обсуждаемый вопрос каждого человека, не несущего ответственность за решение проблемы в целом. На более высоком уровне им занимаются компетентные лица и организации, деятельность которых мы уже неоднократно освещали. 63
