О.А. Барабанова, И.Н. Безкоровайная, Е.Б. Бухарова [и др.]
Экология: курс лекций
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 325 с.

Глава 2. Глобальные проблемы биосферы

Лекция 11. Климат, изменения климата в прошлом и настоящем

11.1. Изменения климата в прошлом и настоящем

Климат – многолетний режим погоды, определяемый географической широтой местности, высотой над уровнем моря, удаленностью местности от океана, рельефом суши и др. факторами.

В 1935 г. на метеорологическом конгрессе в Варшаве было предписано в качестве климатических величин принимать величины, осредненные за предшествующее тридцатилетие. Стало быть, в 1935 г. в качестве стандартного климата были приняты средние значения, допустим, среднемесячных или среднегодовых температур или количества осадков за 1901–1930 гг. Сейчас таковыми считаются 1971–2000 гг.

Климатическая система – самая сложная физическая система на планете. Она включает в себя все подвижные геосферы Земли, т. е. атмосферу, гидросферу, литосферу, биосферу вместе с человеком и всей его уже довольно масштабной антропогенной деятельностью.

Климат планеты определяется ее массой, расстоянием от Солнца и составом атмосферы. Атмосфера Земли состоит на 78 % из азота, 21 % кислорода. Оставшийся 1 % – водяной пар, СО₂ (0,03–0,04%), озон, метан, закись азота и др. Они задерживают часть тепла, испускаемого нагретой Солнцем земной поверхностью, и таким образом действуют, как одеяло, сохраняя на земной поверхности температуру примерно на 30 °С выше той, которая могла бы быть, если атмосфера состояла бы только из кислорода и азота. Эта природная система контроля температуры Земли получила название естественный парниковый эффект. Однако в последнее время вследствие антропогенной деятельности уровни основных парниковых газов повышаются, изменяя способность атмосферы поглощать энергию. Более плотный покров парниковых газов нарушает баланс между поступающей и исходящей энергией. В результате на планете устанавливается усиленный парниковый эффект, имеющий чрезвычайно неблагоприятные последствия.

Приблизительно три четверти увеличения атмосферной концентрации СО₂ в 1990-е гг. обусловлено сжиганием ископаемых видов топлива, а остальная часть приходится на изменения в землепользовании, включая вырубку лесов (в том числе для сельскохозяйственных нужд, расширения городов, под дороги и т. д.).

В прошлом климат Земли менялся не один раз. Исследования осадочных отложений земной коры, определение состава атмосферного воздуха по микроскопическим пузырькам воздуха, включенным в глетчерный лед, показывают, что на протяжении сотен миллионов лет в минувшие геологические эпохи климат нашей планеты весьма существенно отличался от нынешнего. Всего 10 000 лет назад Северная Европа и значительная часть Северной Америки были покрыты льдами. В то время над Европой лежал ледовый щит, содержащий примерно такой же объем льда, как современная Антарктида. Над Москвой максимальная толщина льда составляла 300–400 м, центр же ледового щита располагался над Скандинавией. Вторая такая же Антарктида располагалась над Северной Америкой. Эти ледовые щиты депонировали в себе такое огромное количество воды, что уровень Мирового океана был на 120 м ниже современного. Это значит, что все континенты, кроме Антарктиды, соединялись друг с другом сухопутными мостами и это явилось непосредственной причиной заселения Австралии и Америки. Сейчас уже определенно доказано, что заселение Америки происходило через так называемый Берингов мост.

Современные климатологи считают, что наступлением и отступлением ледниковых периодов управляет Берингов пролив. Происходит это таким образом. В силу каких-то пока не ясных причин – скорее всего, уменьшения солнечной активности – на планете снижается температура, и часть воды океанов замерзает. Из-за уменьшения объема жидкой воды Мирового океана пролив обнажается и превращается в Берингов перешеек, препятствующий поступлению вод Тихого океана в Арктику. При этом понижается уровень арктических вод, который тут же восполняется более теплой водой из Атлантического океана – арктические льды тают, и перешеек снова становится проливом. Ледниковый период заканчивается. Циклы «закрыть-открыть» пролив длятся многие тысячи лет.

По мере освобождения Земли от континентальных щитов наступил довольно продолжительный период, при котором температура была существенно выше современной: на 1–1,5 ºC. Этот период получил название климатического оптимума голоцена. Еще до того как появилась наука этот же самый период запечатлелся в памяти многих поколений людей как «золотой» век, отобранный у людей за совершенные ими грехи. В эпосах любого народа мира, у любой культуры мира существует представление о «золотом» веке. Это век чрезвычайно благоприятных природных и климатических условий, и это именно то, что предшествовало появлению человеческой цивилизации, тот самый климат, который властвовал на планете примерно в течение 4 тыс. лет (от 9 000 до 5 000 лет назад).

Другими выдающимися климатическими событиями являются так называемое потепление римского времени, потом снова значительное похолодание эпохи Великого переселения народов и далее (из того, что более или менее хорошо известно) – это пик на рубеже I и II тысячелетия, так называемый средневековый климатический оптимум. Он получил известность, в частности, благодаря тому, что в это время произошло заселение Гренландии норманнами.

Динамика температуры Северного полушария в голоцене (в отклонениях от нормы 1951–1980 гг.) представлена на рис. 21. Как видно из рисунка, все изменения температуры сосредоточены в довольно узком диапазоне – 6 °С – разница глобальной температуры двух состояний Земли (ледниковый и межледниковый период). Это связано с работой климатической системы планеты.

Рис. 21. Динамика температуры Северного полушария в голоцене (в отклонениях от нормы 1951–1980 гг.) (по В. Клименко, 2010)

Однако в настоящее время климат планеты стремительно меняется. По данным Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата (IPCC), в период с 1906 по 2005 г. средняя температура Земли выросла на 0,74 градуса по Цельсию. МГЭИК также убеждена, что этот рост продолжится и в будущем. Из последних двадцати лет ХХ в. семнадцать оказались самыми теплыми за всю историю метеорологических наблюдений (начиная с середины XVII в.), а 1995 г. был на 0,75 °С теплее климатической нормы конца прошлого века. Реальность потепления в настоящее время подтверждается наблюдениями за состоянием полярных шапок Земли. В частности, американские исследователи отмечают, что за последние 40 лет растаяло более 40 тыс. км³ полярного льда. Есть и другие доказательства потепления климата. Так, например, группа шведских климатологов и океанологов проанализировала спутниковые данные за период с 1978 по 1995 г., которые позволяют определить состояние морских льдов в Арктике. Установлено, что за эти годы площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане сократилась приблизительно на 610 тыс. км². Время ледостава на озерах и реках средних и высоких широт Северного полушария сократилось за последнее столетие на 1–2 недели. Так, озеро Байкал замерзает на 11 дней позже и освобождается ото льда на пять дней раньше, чем 100 лет назад.

В среднем на территории России за 100 лет (1901–2000 гг.) стало теплее на 0,9 °С. В последние 50 лет скорость потепления увеличилась до 2,7 °С/100 лет, а после 1970 г. тренд потепления составил уже 4 °С /100 лет. На территории Сибири потепление идет с более высокой скоростью. Только за последние 100 лет 70 % береговых линий отступили в глубь, а уровень Мирового океана поднялся в среднем от 10 до 20 см. С потеплением климата возрастает число и разрушительная сила тайфунов. В период с 1920 по 1970 г. в мире фиксировалось около 40 ураганов в год. Но примерно с середины 1980-х гг. число ураганов удвоилось.