Климат Земли и его естественные колебания

На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.

Солнечное излучение

Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, так как развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. «парадоксу слабого молодого Солнца».

На более  коротких временных отрезках также  наблюдаются изменения солнечной  активности: 11-летний солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений, наблюдаемых между 1900 и 1950 годами. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца.

Изменения орбиты

По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной  активности, поскольку небольшие  отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Такие изменения положения орбиты называются циклами Миланковича, они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, ее спутника Луны и других планет. Изменения орбиты считаются главными причинами чередования гляциальных и интергляциальных циклов последнего ледникового периода. Результатом прецессии земной орбиты являются и менее масштабные изменения, такие как периодическое увеличение и уменьшение площади пустыни Сахара.

Вулканизм

Одно  сильное извержение вулкана способно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью несколько лет. Например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 году существенно повлияло на климат. Гигантские извержения, формирующие крупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов. В начале ученые полагали, что причиной похолодания является эмитированная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует достигнуть поверхности Земли солнечному излучению. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.

Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО₂, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО₂. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО₂, эмитированного вулканами.

2.1.3. Антропогенное воздействие на изменение климата.

Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых  случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).

Главными  проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО₂ в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

Сжигание топлива

Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО₂ в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО₂ в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2040 годами.

Аэрозоли

Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

Цементная промышленность

Производство  цемента является интенсивным источником выбросов СО₂. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO₃) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 5 % выбросов СО₂ индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора). При затворении цемента то же количество СО₂ поглощается из атмосферы при протекании обратной реакции СаО + СО₂ = СаСО₃. Поэтому производство и потребление цемента изменяет только локальные концентрации СО₂ в атмосфере, не изменяя среднее значение.

Землепользование

Существенное  влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.

Согласно  исследованию 2007 года Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.

Скотоводство

Согласно  отчету ООН «Длинная тень скотоводства»  от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В  тропических лесах Амазонки 70% вырубки  лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО₂, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.

Этот  показатель был пересмотрен в 2009 году двумя учёными из Worldwatch Institute: они оценили вклад животноводства в выбросы парниковых газов в 51 % общемирового.

Заключение.

Из  выше  перечисленных  материалов   можно   сделать вывод, что в  современную  эпоху  глобальный  климат  уже  в  некоторой  мере изменен в результате  хозяйственной  деятельности  человека.  Эти  изменения обусловлены главным образом увеличением массы аэрозоля и углекислого газа  в атмосфере.

Современные  антропогенные  изменения   глобального   климата   сравнительно невелики, что частично объясняется противоположным  влиянием  на  температуру воздуха  роста концентрации аэрозоля и углекислого  газа.  Тем  не  менее  эти  изменения имеют определенное практическое значение, в  основном  в  связи  с влиянием  режима   осадков   на   сельскохозяйственное   производство.   При сохранении  современных   темпов   хозяйственного   развития   антропогенные изменения  могут  быстро  возрасти  и  достигнуть   масштабов,   превышающих масштабы естественных колебаний климата, происходивших в течение  последнего столетия.

В  дальнейшем  при  этих  условиях  изменения  климата будут  усиливаться,  причем  в  21  веке  они  могут  стать   сравнимыми   с естественными  колебаниями  климата.  Очевидно,   что   столь   значительные изменения климата могут оказать громадное влияние на природу  нашей  планеты и многие стороны хозяйственной деятельности человека.

В  связи  с  этим   возникают   задачи   предсказания антропогенных изменений климата, которые возникнут при  различных  вариантах хозяйственного  развития,  и  разработки  методов   регулирования   климата, которые должны предотвратить  его  изменения  в  нежелательном  направлении.

Наличие этих задач  существенно  изменяет  значение  исследований  изменений климата и  особенно  изучения  причин  этих  изменений.  Если  раньше  такие исследования имели  в  значительной  мере  познавательные  цели,  то  сейчас выясняется  необходимость  их  выполнения  для   оптимального   планирования развития народного хозяйства.

Следует  указать  на  международный  аспект  проблемы антропогенных изменений  климата,  который  приобретает  особенно   большое значение при подготовке крупномасштабных воздействий на климат.  Воздействие на  глобальный  климат  приведет  к  изменению  климатических   условий   на территорий многих стран, причем характер этих  изменений  в  разных  районах будет различным. В связи  с  этим  в  работе  Е.  К.  Федорова  неоднократно указывалось,  что  осуществление  любого  крупного  проекта  воздействия  на климат возможно только на основе международного сотрудничества.

Сейчас  есть  основания  для   поставки   вопроса   о заключении    международного    соглашения,    запрещающего    осуществление несогласованных воздействий на климат. Такие воздействия должны  разрешаться только  на  основе  проектов, рассмотренных и одобренных   ответственными международными органами. Это соглашение должно  охватывать  как  мероприятия по  направленному воздействию на  климат,  так и  те  виды  хозяйственной деятельности   человека,   которые   могут   привести   к   непреднамеренным применениям глобальных климатических условий. 

Список использованной литературы.

1. Погосян Х.П. Общая циркуляция атмосферы. Л., 1952
2. Блютген И. География климатов, т. 1–2. М., 1972–1973
3. Витвицкий Г.Н. Зональность климата Земли. М., 1980
4. Ясаманов Н.А. Древние климаты Земли. Л., 1985
5. Колебания климата за последнее тысячелетие. Л., 1988
6. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994