книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Глава 7. Космогенно-климатические опасные природные процессы

Лишь в субтропиках и тропиках было сухо, и уровень озер снижался. В на­ чале межледниковых эпох, сразу после очень быстрого потепления, были наиболее низкие уровни — почти вдвое.

а

Рис. 7.10. Периоды похолоданий и распределения оледенений на Русской рав­ нине (а) и предполагаемое изменение уровня Каспийского моря (б) [Селиванов А.О., 19901

7.3

Явление Эль-Ниньо. Климатические и экологические следствия

Явление Эль-Ниньо — это аномальное потепление поверхностных вод в экваториальной зоне Тихого океана, связанное с гло­ бальными вариациями атмосферного давления. Наличие аномалии приво­ дит к изменению погоды в огромном по плошади регионе. Явлению ЭльНиньо также присуща цикличность проявлений.

В последние годы в результате применения новой технологии в мор­ ских научных исследованиях впервые использовалась сеть закрепленных в океане автономных буев (международная программа «Тропическая атмо­ сфера и океан» (ТАО)). Они дистанционно регистрировали и передавали по спутниковым каналам связи значения температуры, скорости ветра и

231

Раздел II. Опасные природные процессы

другие метеорологические параметры атмосферы и океана. Благодаря это­ му появилась возможность построить более совершенные модели феноме­ на Эль-Ниньо за 1997—1998 гг. [Вебстер П-Дж., Пальмер Т.-Н. «Нейчур». 11.12.1997 г.].

По этой схеме процесс формирования самого сильного теплого тече­ ния в океане в наше столетие представляется следующим образом. В обыч­ ных погодных условиях, когда фаза Эль-Ниньо еше не наступила, теплые поверхностные воды океана транспортируются и удерживаются восточны­ ми ветрами (пассатами) в западной зоне тропической части Тихого океа­ на, где формируется так называемый тропический теплый бассейн (ТТБ). Следует отметить, что глубина этого теплого пласта воды достигает 100— 200 м. Формирование такого огромного резервуара тепла — главное усло­ вие для перехода к режиму феномена Эль-Ниньо.

При этом в результате нагона воды уровень океана у берегов Индоне­ зии на 2 фута выше, чем у берегов Южной Америки. В то же время темпе­ ратура поверхности воды на западе в тропической зоне составляет в среднем 29—30°С, а на востоке 22—24°С. Небольшое охлаждение поверхности на вос­ токе является результатом апвеллинга, т.е. подъема глубинных холодных вод на поверхность океана при подсосе воды пассатными ветрами. Одновремен­ но над ТТБ в атмосфере образуется самый большой район теплоты и стаци­ онарного неустойчивого равновесия в системе океан — атмосфера (когда все силы уравновешены и ТТБ неподвижен).

По неизвестным пока причинам с интервалом 3—7 лет пассаты осла­ бевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляют­ ся на восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане (рис. 7.11). На восточной площади Тихого океана, в его тропической экваториальной части, происходит резкое повышение температуры поверх­ ностного слоя океана. Это и есть наступление фазы Эль-Ниньо. Его нача­ ло отмечено длительным натиском шквальных западных ветров, служащих пусковым механизмом новой фазы. Они сменяют обычные слабые пасса­ ты над теплой западной частью Тихого океана и препятствуют подъему на поверхность холодных глубинных вод. В результате происходит блокиров­ ка апвеллинга. Апвеллинг возникает благодаря совместному воздействию направленного к экватору Перуанского течения и сгонных ветров, отжи­ мающих теплые поверхностные воды от берега. Благодаря апвеллингу хо­ лодная вода насыщается биогенными элементами, в основном фосфатами

инитратами, которые служат пишей для фотосинтезирующего планктона

ив конечном итоге обусловливают поддержание самой крупной в мире по­ пуляции анчоуса. Явление блокировки апвеллинга наблюдается в конце года во время рождественских праздников, отсюда и его название (по-испански Эль-Ниньо — младенец Христос). При интенсивных явлениях Эль-Ниньо гибнут планктон, анчоус, птицы остаются без пиши, а рыбаки без добычи — наступает экологическая катастрофа.

232

Раздел If Опасные природные процессы

Хотя сами процессы, развивающиеся при фазе Эль-Ниньо, региональ­ ны, тем не менее их последствия носят глобальный характер. Эль-Ниньо обычно сопутствуют экологические катастрофы: засухи, пожары, ливневые дожди, вызывающие затопление огромных территорий густонаселенных рай­ онов, что приводит к гибели людей и уничтожению скота и урожая в разных районах Земли. Эль-Ниньо оказывает заметное влияние на состояние миро­ вой экономики. По данным американских специалистов, в 1982—1983 гг. экономический ущерб от последствий Эль-Ниньо составил 13 млрд долл., а по оценкам ведущей страховой компании мира Munich Re, ущерб от природ­ ных катаклизмов в первой половине 1998 г. оценивался в 24 млрд долл.

Теплый западный бассейн обычно через год после Эль-Ниньо вступает в противоположную фазу — так называемую Ла-Нинья, когда восточная часть Тихого океана охлаждается. Фазы потепления и похолодания перемежаются с нормальным состоянием, когда идет накопление теплоты в западном бассей­ не (ТТБ) и восстанавливается состояние стационарного неустойчивого равно­ весия. В чем же секрет глобального воздействия на климат Земли Эль-Ниньо? Климатолог П.Дж. Вебстер считает: «Прежде всего — в нелинейности и неравновесности климатической системы. Эль-Ниньо не может вызвать мгно­ венные изменения в самой атмосфере, но феномен влияет на стохастический выбор наиболее вероятного состояния возмущенной атмосферы».

По модели российских исследователей, тайфуны в северо-западной ча­ сти Тихого океана, выбрасывая в атмосферу большое количество тепла, ох­ лаждают поверхностный слой, не затрагивая большие глубины. Это пре­ пятствует образованию новых циклонов, и избыточная глубинная энергия реализуется через усиление мощных меридиональных течений в северном направлении. Таким образом, разница температур поверхностной воды ме­ жду тропиками и высокими широтами резко уменьшается. Из-за этого ос­ лабляются пассаты. При ослаблении пассатов нарушается тепловой баланс, и потоки теплых вод западного бассейна устремляются на восток.

Признаки наступления теплого течения просматриваются в температуре верхнего слоя океана, во влажности, скорости ветра. Обнинские ученые раз­ работали специальный индекс, рассчитанный на основе этих и других хара­ ктеристик, и выявили связь индекса с количеством тайфунов и феноменом Эль-Ниньо за последние 30 лет.

Интересна и другая корреляция. Чандлеровские колебания полюса име­ ют две составляющие: 1,2 года — это вынужденные колебания и 1год — сво­ бодные колебания. Общий множитель — 6 лет. Интенсивные Эль-Ниньо случаются с периодом 6—7 лет. Узлы лунной орбиты непрерывно перемеша­ ются по эклиптике к западу с периодом 18,6 года, а перигей лунной орбиты идет к востоку с периодом 8,85 года. Соединение их происходит через 6 лет.

Известно, что течение возникает раз в 2—7 лет. Последнее Эль-Ниньо. начавшее набирать силу с декабря 1996 г. и завершившееся лишь в 1998 г., может стать феноменом века. Только прямые убытки от него составили, по мнению экспертов. 14 млрд долл. Во многих странах мира была зарегистри­

234

Глава "7 Кос могенно-к шматические опосные природные процесш

рована рекордно теплая погода в зимние периоды, а по государствам Тихоокеанского бассейна прокатились опустошительные ураганы, наблюдались катастрофические наводнения и в Африке. Итог суров: 21,7 тыс. погибших, 541 тыс. переболевших болезнями природных катастроф (в основном холе­ рой и малярией), 117 млн раненых и пострадавших от недоедания. Прос­ матривается связь экстремальных Эль-Ниньо с явлениями засух на Земле. Вне всякого сомнения, наблюдающееся потепление климата усилит все эти взаимосвязанные явления.

7.4

Причины современного потепления климата. Возможные последствия. Меры защиты

Мы являемся свидетелями изменения климата на планете, его глобального потепления. Примеры: 1) увеличивается на 1/6 за последние 20 лет плошадь акваторий Тихого океана с температурой по­ верхностного слоя выше 26—27°С (важный фактор зарождения и развития тропических циклонов); 2) растет средняя температура Земли; 3) идет по­ вышение уровня Мирового океана вследствие таяния ледников; 4) усилива­ ется мощь атмосферных явлений (циклонов, ливней, засух и т.д.). Каковы причины такого потепления?

Земля получает энергию от Солнца в виде электромагнитного и кор­ пускулярного излучения. Солнце излучает в единицу времени энергию, ко­ личество которой определяется по формуле:

L = 4itR^oTc = 3,83 х 1026 Вт.

где Rc — радиус Солнца; Тс — температура его поверхности; а — коэффи­ циент пропорциональности (постоянная Стефана — Больцмана).

Очень малая часть солнечной энергии попадает на Землю. Ее можно оценить как отношение площади земного шара (я R7) к площади поверх­ ности (4 па]) сферы с радиусом земной орбиты сс3, что в численном выра­ жении составляет 1,75 х 1017 Вт.

Часть солнечной энергии сразу отражается в космос. Доля отраженной энергии А называется альбедо (от лат. albus — белый). По спутниковым данным, А = 0,28. Остальная часть энергии поглощается Землей, что дела­ ет ее теплее космоса. Тепло не накапливается, так как происходит его

235

Раздел II. Опасные природные процессы

электромагнитное излучение в космос. Таким образом, энергетический ба­ ланс Земли — это равенство между энергией, поступающей от Солнца и поглощаемой Землей, и энергией, излучаемой от Земли в космос:

Отсюда можно найти среднюю температуру поверхности Земли:

Эта температура заметно ниже, чем мы наблюдаем в действительности. Разумеется, необходимо еще учесть и поток энергии из земных недр, но он на 3 порядка меньше потока солнечного излучения [Пашков Л.Т., 1990].

Причина такого расхождения объясняется особенностями лучистого теплообмена в атмосфере Земли.

В спектре излучения Солнца максимум приходится на интервал длин волн, зависящих от температуры излучателя (0,1—0,7 мкм). Для Земли он сдвинут далеко в инфракрасную область и невидим для глаза. Атмосфера Земли обладает следующим свойством: она прозрачна для видимого света и не пропускает обратно значительную часть энергии, приходящуюся на инфракрасную область спектра (рис. 7.12). Поэтому температура у поверх­ ности повышается до новой равновесной температуры, которая выше по­ лученной нами. Аналогичный эффект наблюдается в парнике, отсюда и название — «парниковый эффект».

Заметим, что повышение температуры возникает также и при умень­ шении альбедо Земли.

Основные компоненты атмосферы — азот, кислород и инертные газы — прозрачны для всех лучей. Но углекислый газ С 02 и водяной пар Н20 по­ глощают энергию инфракрасного излучения. Концентрация водяных паров

ватмосфере определяется физическими условиями на поверхности Земли и

всамой атмосфере. Если концентрация паров повышается, то избыток их конденсируется.

Углекислый газ, как и водяной пар, является продуктом сжигания ор­ ганического топлива на ТЭЦ и в технических двигателях. Кроме того, он образуется в процессе производства цемента, выделяется при извержениях вулканов, при гниении органики и при дыхании организмов, в том числе почвенных микроорганизмов. Часть углекислого газа поглощается океаном, растворяясь в приповерхностных водах, часть — расходуется в процессе фо­ тосинтеза (рис. 7.13). В зависимости от преобладания тех или иных процес­ сов содержание углекислого газа может колебаться. Однако в настоящее время концентрация С 02 увеличивается в результате сжигания огромного количества органического топлива (табл. 7.1).

236

Раздел II. Опасные природные процессы

Таблица 7.1

Изменения концентрации углекислого газа (к уровню 1880 г.) [Пашков Л.Т., 1990]

При оценке антропогенных источников С 02 принято, что интенсив­ ность его образования увеличивается на 4,3% в год и в атмосфере удержи­ вается 50% образующегося количества.

Исследования, проведенные в период между 1980 и 1985 гг., показали, что необходимо принимать во внимание и другие газы, вызывающие пар­ никовый эффект. — такие, как метан, закись озота. озон и хлорфторуглеводороды, поскольку их содержание в атмосфере также увеличивается.

Несмотря на различия в оценке причин глобального потепления, в мире растет озабоченность возможными последствиями этого процесса. Мировое научное сообщество накопило огромный объем информации по этой проб­ леме, но он пока недостаточен для достоверного прогноза глобальных кли­ матических изменений. Мало исследован механизм положительных обратных связей, который может усилить негативный эффект потепления. Так, на­ пример, увеличение летних температур может привести к быстрому протаиванию вечной мерзлоты в высоких широтах. В результате из глубинных торфяников высвободятся большие объемы метана и углекислого газа, ко­ торые поступят в атмосферу, что усилит парниковый эффект.

По данным Всемирной метеорологической организации, 90-е годы XX в. были самым теплым десятилетием за последнее тысячелетие. Несомненно, в XXI в. тенденция потепления климата сохранится и, возможно, даже уси­ лится (рис. 7.14).

Так, по разным сценариям МГЭПИК при удвоении концентрации угле­ кислого гава или при постепенном увеличении его содержания в атмосфере на 1% в год в XXI в. следует ожидать потепления климата Северного полу­ шария на 1,5—3°С (рис. 7.15, 7.16). Региональные проявления потепления неодинаковы: рост температур в тропических широтах будет не столь зна­ чительным, как в умеренном поясе.

Обратимся к конкретному анализу возможных изменений климата и его последствий для востока Евразии (рис. 7.17). Восточная Евразия, вклю­ чающая азиатскую часть России, Китай, Монголию, страны Корейского полуострова, Японию, — это один из важнейших геополитических и гео-

238

Раздел //. Опасные природные процессы

Рис. 7.75. Отклонение от средних многолетних температур [Алексеева Н.Н., 2001; сайт: http://geo.lseptember.m/2001/40/2.htm]

Рис. 7.16. Отклонение от средней многолетней нормы осадков [Алексеева Н.Н..

2001; сайт: http://geo.lseptember.rU/2001/40/2.htm]

Рис. 7.17. Схема некоторых возможных последствий глобального потепления на

востоке Евразии [Алексеева Н .Н ., 2001; сайт: http://geo.lseptem ber.ru/2001/40/2.htm ‘

240