Климатические изменения в арктике доклад
Обновлено: 30.06.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Факультет естественных наук, математики и технологий
Кафедра географии, безопасности жизнедеятельности и технологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по физической географии России
на тему: Динамика климатических показателей Арктики в условиях потепления климата
Выполнил: ст. гр. БЖ-18
Макаров Д. С. 3 курс,
очная форма обучения
Научный руководитель: к.г.н., доцент кафедры географии, безопасности жизнедеятельности и технологии Козырева Ксения Сергеевна
Актуальность исследования. В современном мире над нашей планетой повисла большая экологическая проблема - это проблема глобального потепления. На планете жизнь процветает около 4 миллиардов лет и за всё это время колебания климата были весьма радикальными. По антропологическим данным можно говорить и том, климат на земле не был постоянным. Холодные ледниковые периоды сменялись теплыми. Потепление климата и его последствия в разных регионах сказывается по-разному, но сильнее всего изменение климата проявляется в Арктике. Морской ледяной покров в Арктике играет очень важную роль в климатической системе планеты. Повышение температуры климата в данном регионе приводит к отступлению ледников, таянию вечной мерзлоты и льдов. Также есть и другие последствия потепления климата, к ним можно отнести: повышение уровня воды морей в результате чего люди будут терять свои места обитания; вымирание биологических видов животных и растений; негативное влияние на урожайность.
Объект исследования: Климат Арктики.
Предмет исследования: Изменение характеристик климатических показателей в Арктике в условиях потепления климата.
Цель исследования: Проанализировать изменение характеристик климатических показателей в Арктике в условиях потепления климата.
Задачи исследования:
- изучить состояние климата Арктики и его значение для климата планеты;
- рассмотреть динамику климатические показателей в Арктике в условиях потепления климата.
Методы исследования: изучение и анализ научной литературы, систематизация и обобщение, картографический.
Структура исследования. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемых источников.
Таким образом, исследование арктического региона начинались с открытия мореплавателями островов, проливов и других географических объектов. Исследования климатических показателей данного региона началось сравнительно недавно. Значительный вклад в эти исследования внесли страны, имеющие выход к Арктике: Норвегия, Канада, США, Россия (СССР).
Климат Арктического региона играет очень важную роль для всей планеты, за последний век ученные наблюдают потепление климата, что приводит к таянию морского льда, снега на этой территории. Последствия таяния льда и снега могут катастрофически сказаться на планете, так как лед служит гигантским отражателем. Солнечная радиация, поступающая на землю, отражается ото льда обратно в космос. Однако, когда лед тает, открывая океанские воды, их более темная поверхность поглощает поступающую энергию. В результате этого потепление усиливается. Вместе с таянием льдов и снега опресняется и сам океан.
На сегодняшний день в Арктике ученые изучают климатические показатели, влияющие на ее изменения, на (рис. 1) показаны эти показатели.
Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Данилов А.И.
Климатические изменения оказывают влияние на природные комплексы, на экосистемы, социально-экономическое развитие. Особенно чувствительны к этим изменениям арктические районы, прежде всего их криосфера . Одним из проявлений такой чувствительности является возможное усиление природной дегазации в континентальной и морской Арктике вследствие оттаивания вечномерзлых пород. В силу положительной обратной связи между температурой атмосферы и содержанием парниковых газов происходит дополнительный нагрев воздуха. Учитывая, что Арктика вносит заметный вклад в планетарную эмиссию метана отмеченные эффекты требуют достоверной количественной оценки.
Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Данилов А.И.
Формирование геоэкологических условий прибрежно-морской области Западного Ямала при изменении климата
Влияние климатических изменений на транспортную инфраструктуру в Арктической зоне и на территориях распространения вечной мерзлоты
RECENT CLIMATE CHANGES IN THE ARCTIC: MANIFESTATIONS AND RISKS
Climate change has an impact on natural systems, ecosystems, and socio-economic development. The arctic regions, especially their cryosphere , are very sensitive to these changes. One of the manifestations of such sensitivity is the possible strengthening of natural degassing in the continental and marine Arctic as a result of the permafrost thawing. Due to the positive feedback between the temperature of the atmosphere and the greenhouse gases content, additional air heating occurs. Considering that the Arctic makes a significant contribution to the planetary emission of methane, the noted effects require a reliable quantitative assessment.
СОВРЕМЕННЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В АРКТИКЕ: ПРОЯВЛЕНИЯ
Данилов А.И., Арктический и антарктический НИИ Росгидромета
Аннотация. Климатические изменения оказывают влияние на природные комплексы, на экосистемы, социально-экономическое развитие. Особенно чувствительны к этим изменениям арктические районы, прежде всего их криосфера. Одним из проявлений такой чувствительности является возможное усиление природной дегазации в континентальной и морской Арктике вследствие оттаивания вечномерзлых пород. В силу положительной обратной связи между температурой атмосферы и содержанием парниковых газов происходит дополнительный нагрев воздуха. Учитывая, что Арктика вносит заметный вклад в планетарную эмиссию метана отмеченные эффекты требуют достоверной количественной оценки.
Ключевые слова: Арктика, климат, дегазация, криосфера
RECENT CLIMATE CHANGES IN THE ARCTIC: MANIFESTATIONS AND RISKS
Danilov А.Г, Rosgidromet Arctic and Antarctic Science Research Institute
Abstract. Climate change has an impact on natural systems, ecosystems, and socioeconomic development. The arctic regions, especially their cryosphere, are very sensitive to these changes. One of the manifestations of such sensitivity is the possible strengthening of natural degassing in the continental and marine Arctic as a result of the permafrost thawing. Due to the positive feedback between the temperature of the atmosphere and the greenhouse gases content, additional air heating occurs. Considering that the Arctic makes a significant contribution to the planetary emission of methane, the noted effects require a reliable quantitative assessment.
Keywords: Arctic, climate, degassing, cryosphere
Выводы Межправительственной группы экспертов по изменению климата [1], о несомненном современном глобальном потеплении климата, находят подтверждение в
Материалы представлены в авторской редакции
данных наблюдений. На территории Российской федерации потепление климата происходит примерно в 2,5 раза интенсивнее, чем в среднем по Земному шару [2]. За период 1976-2016 гг. оно составило 0,45°С за 10 лет. Наибольшая скорость роста среднегодовой температуры отмечается на побережье Северного Ледовитого океана, особенно в Азиатской части России (на Таймыре - более +0,9°С/10 лет) Весной и осенью максимум потепления наблюдается на побережье Восточно-Сибирского моря, а зимой -на северо-западе Европейской части России. Климатические изменения в разной степени проявляются практически во всех компонентах окружающей природной среды Арктики, влияют на характер известных нам природных угроз, меняют их интенсивность, повторяемость, географию. Сохраняется тенденция на сокращение площади морских льдов в Северном Ледовитом океане в сентябре месяце, когда после летнего таяния достигается годовой минимум этого параметра.
Рекордный минимум площади морского льда за тридцать с лишним лет космических наблюдений был достигнут в 2012 г. (3,39 млн. кв. км В 2017 г она составила 4.74 млн млн. кв. км
Морской лед в Арктике может стать сезонным, подобно ледяному покрову неарктических морей. Межгодовые изменения площади льда имеют высокую корреляцию с летней температурой воздуха в морской Арктике, рис 1. Особенно значительны изменения ледовых условий в арктических морях рис. 2, где одновременно отмечается ускорение в отступлении льдистых и рыхлых берегов арктических морей, за счет чего Россия теряет в год около 16 км кв. территории Вследствие потепления возможны
изменения частоты и интенсивности экстремальных явлений погоды, в Арктике отмечается рост количества опасных явлений..
В последние десятилетия на многих участках криолитозоны происходит рост температуры верхнего слоя многолетнемерзлых грунтов (МГГ), а в отдельных регионах отмечается увеличение глубины сезонного протаивания, что приводит к нарушениям инфраструктуры, создает дополнительные геориски, подобные воронкам газовых выбросов, на п-овах Ямал и Гыдан, а также обуславливает дополнительную эмиссию метана.
Все без исключения современные климатические модели дают потепление климата [3]. С высокой вероятностью Арктика будет теплеть в этом веке сильнее, чем планета в среднем. При этом Арктика является одним из наиболее уязвимых к изменению климата регионов Земли. Выводы Пятого оценочного доклада МГЭИК утверждают, что температурные изменения начиная со второй половины 20-го века не менее чем на половину обусловлены антропогенным воздействием при определяющей роли углекислого газа в долгопериодных изменениях климата. Вклад метана, как парникового газа, постоянно возрастает, с доиндустриального периода почти на 150% (вклад углекислого газа вырос на 40%).
Наибольший рост приземной температуры ожидается зимой, причем он усиливается к северу, достигая максимальных значений в Арктике.
Рис.2. Площадь, занятая морским льдом в сентябре в Сибирских арктических морях (моря: Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское) по данным ААНИИ.
Изменения криолитозоны имеют первостепенное значение для России. Наибольшие риски изменения образа жизни под влиянием климатических изменений ожидают коренные малочисленные народы Севера, чей уклад и традиционные виды
экономической деятельности (рыболовство, оленеводство, сельское хозяйство и т. п.) напрямую зависят от климатических условий.
Значительная часть Российской Арктики индустриально развита и имеет разветвленную транспортную инфраструктуру. Устойчивость и надежность объектов инфраструктуры напрямую зависят от несущей способности многолетних мерзлых грунтов (ММГ), которая уменьшается с ростом температуры. Уже выявлены многочисленные проблемы и имеют место случаи частичного и полного разрушения объектов из-за деградации ММГ [4]. Кроме того, многочисленные деструктивные геоморфологические процессы, развивающиеся при деградации ММГ, в том числе оползни, береговая эрозия, термокарстовые просадки, ведут к изменению гидрологического режима, заболачиванию, исчезновению и возникновению озер, гибели леса. Существенно, что усиление эмиссии парниковых газов, в особенности метана, при таянии ММГ влияет на углеродный цикл и на глобальный климат. Среднегодовая планетарная эмиссия метана по оценкам МГЭИК составляет около 600 Мг, треть которой - естественная. Вклад арктических стран в естественную эмиссию, главным образом от заболоченных земель, составляет 30-50 %. Оттаивание болот (оценки 6-8 Тг в год) повышает температуру на доли градуса. Проблема роста дегазации в Арктике вследствие потепления и является одной из наиболее обсуждаемой в последние годы. Оценки скоростей эмиссии метана в Арктике расходятся на порядок величины. Например, диапазон оценок эмиссии метана от морей Восточной Арктики (МВА) составляет от 1 до 17 Тг СН4 в год [5]. Возможно более реалистичной является величина 4 Тг СН4 /год, что совпадает с данными дистанционного зондирования. В работе [6] был сделан вывод, что выброс метана от морей СЛО лишь несколько меньше поступления метана от континентальной Арктики, причем 2/3 морских выбросов сосредоточено в районе МЗА. Значительная часть выброса метана от морей происходит вдоль северного побережья Норвегии и западных побережий Новой Земли и Шпицбергена с шириной полосы не более 60 км и на глубине моря в диапазоне от 100 до 300 м. Кроме этих районов, повышенные концентрации метана наблюдаются вдоль северо-западных берегов Охотского моря и Курильской гряды, западного берега Гренландии, над полыньей Баффинова залива. Расходятся мнения ученых относительно скорости дестабилизации газогидратов шельфа, вследствие деградации мерзлых газонепроницаемых слоев [8]. Медленная эмиссия по модельным оценкам дает незначительный вклад в повышение
Серьезную озабоченность вызывают экстремальные опасные геокриологические явления, подобные воронкам газовых выбросов на п-овах Ямал и Гыдан, Предполагается, что подобные явления были и раньше. Однако появление новых воронок в районах наиболее заметного повышения температуры заставляет исследовать связь таких событий с происходящим потеплением. Оценки с помощью моделей показывают, что их образование можно объяснить повышением приповерхностной темпера туры в регионах Северной Евразии, в частности на Ямале, в последние годы (с диссоциацией реликтовых гидратов, "переживших" потепление в оптимуме голоцена). Существенное увеличение риска таких эффектов в континентальной криолитозоне Северного полушария можно ожидать при региональном потеплении более чем на 2°С относительно современного климата [10].
Арктике и её вклада в климатические изменения, разработать методы прогнозирования экстремальных геокриологических явлений.
1. ЫГЭИК, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 p.
2. Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (Катцов В.М., Семенов С.М., ред.), Росгидромет, 2014, 1009 с.
3. П.В. Спорышев, В.М. Катцов, В.П. Мелешко, Г.В. Алексеев, И.Л. Кароль, В. М. Мирвис. Причины наблюдаемых изменений климата, Труды ГГО, вып. 574, 2014 г., с. 59.
4. Доклад о климатических рисках на территории РФ, Климатический центр Росгидромета, Санкт-Петербург, 2017 г. с.12-14.
5. Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., Lobkovsky L., Yusupov V., Salyuk A., Salomatin A., Chernykh D.,Kosmach D., Panteleev G., Nicolsky D., Samarkin V., Joye S., Charkin A., Dudarev O., Meluzov A., Gustafsson O. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methanefuxes and role of sea ice // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2015. Vol. 373. Issue 2052. P. 1-13.
6. AMAP Assessment Methane as an Arctic climate forcer. 2015.
7. Л.Н. Юрганов, А. Лейфер Оценки эмиссии метана от некоторых арктическихи приарктических районов по данным орбитальногоинтерферометра IASI Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 173-183.
8. Анисимов О.А., Ю.Г.Забойкина, В.А.Кокарев, Л.Н. Юрганов Возможные причины эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики. Лед и снег, 2014 Г., №2(126), сс. 69-81.
9. М.Н. Григорьев. Исследования деградации многолетнемерзлых пород морей Восточной Сибири (по результатам экспедиций 2014-2016 гг.), Проблемы Арктики и Антарктики, №1(111), 2017 г, с.89-96.
10. М. М. Аржанов, И. И. Мохов Оценка степени устойчивости континентальных реликтовых метангидратов в оптимуме голоцена и при современных климатических условиях. Доклады РАН, 2017, том 476, № 4, с. 456-460.
Арктический регион является в настоящее время все более привлекательным для мировой общественности, многих государств, которые начинают рассматривать Арктику не в качестве отдаленного и незначимого региона, а как регион с большим экономическим потенциалом и возможностями развития.
.jpg)
Не в последнюю очередь, изменившееся отношение к Арктике связано с происходящими там климатическими изменениями, которые в целом отражают глобальную тенденцию к переменам в климатических условиях. Ведь глобальное потепление и тенденция к более высоким температурам, жаркому климату могут привести к тому, что арктические климатические условия станут более благоприятными для жизни людей и интенсификации экономической деятельности в регионе.
В Арктике ситуация усугубляется тем, что данный регион значительно более восприимчив к изменениям климата и процессы, связанные с ними, происходят в регионе быстрее [1].
Значимыми проблемами являются сложные климатические и природные условия, наиболее ярко отражающиеся в штормах, снежных лавинах, огромном количестве айсбергов, которые представляют серьезную угрозу для жителей арктического региона, компаний, ведущих свой бизнес здесь, арктических государств в целом [2]. Стоит отметить, что климатические изменения оказывают разрушительное воздействие не только на природные условия в Арктике, но и непосредственно сказываются на экономическом положении арктических стран. Подобные климатические изменения требуют значительных государственных расходов на поддержание более-менее стабильной экологической обстановки.
[1] Воздействие изменения климата на российскую Арктику: анализ и пути решения проблемы. WWF России. – М., 2008. С.6
[2] Никитина Е. Н. Изменение климата в Арктике: адаптация в ответ на новые вызовы // Контуры глобальных трансформаций: политика, экономика, право. – 2019. – Т. 12. – №. 5. С.178
Айсберги
Айсберги в Арктике могут стать более многочисленными в виду таяния льдов и разделения единого ледяного покрова.
Говоря непосредственно о вызовах, стоит отметить, что одной из таких проблем является сокращение количества ледяного покрова в Арктике, что представляет собой опасный сигнал для всей арктической природы, флоры и фауны [1]. Помимо сокращения льдов в морях Северного Ледовитого океана Арктика испытывает деструктивные для ее экосистемы последствия повышения температуры, что зависит от изменений циркуляции воздушных масс и усилением солнечной активности, которая непосредственно влияет на атмосферу планеты и особенно полярных областей [2].
[1] Никитина Е. Н. Изменение климата в Арктике: адаптация в ответ на новые вызовы // Контуры глобальных трансформаций: политика, экономика, право. – 2019. – Т. 12. – №. 5. С.182
[2] Шерстюков Б. Г. Климатические условия Арктики и новые подходы к прогнозу изменения климата //Арктика и север. – 2016. – №. 24. С.44 и 47
Также повышение температуры в Арктике будет связано с уже названным уменьшением количества льда и его ранним дрейфом (перемещением). Здесь подразумевается следующее неблагоприятное последствие для климата Арктики: лед, который отлично отражает солнечные лучи, позволяет снижать воздействие солнечного тепла на арктическую экосистему. В случае же сокращения льдов многие территории Арктики становятся более подверженными поглощению этого тепла и, как следствие, подобные процессы приводят к повышению температуры [1].
Сокращение ледяного покрова в Арктике
Количество льда уменьшилось особенно сильно в российской части Арктики.
К данным трансформациям в климате Арктики можно добавить еще одно существенное изменение, которое заключается в возможном разрушении многолетнего слоя льда под землей, что приведет к серьезным экономическим потерям, так как будет происходить ухудшение прочности грунтовых пластов земли, на которых базируется огромное количество промышленных объектов в Арктике [1]. Не менее значимой угрозой является проблема возможного повышения уровня моря в результате повышения температуры, что ставит серьезные вызовы не только арктической природе, но и местному населению [2].
[1] Воздействие изменения климата на российскую Арктику: анализ и пути решения проблемы. WWF России. – М., 2008. С.10
Уже сейчас можно наблюдать, как под воздействием усилившихся штормов, увеличения уровня моря наносится вред жителям прибрежных поселений. Так, в результате мощных наводнений в 2013 году в населенных пунктах Гален и Едейский наслег были затоплены или разрушены сотни жилых домов и другие объекты инфраструктуры [1]. Многие поселения жителей Арктики приходится перемещать в другие, более защищенные от наводнений места [2].
[1] Гаврильева Т. Н. и др. Наводнения в Арктике: воздействие на жизнь местных общин в России и США // Всероссийский экономический журнал ЭКО. – 2017. – №. 8 (518). С.104
Стоит отдельно отметить уже ранее упомянутую угрозу арктическому животному миру. В частности, приведенные выше климатические изменения оказывают негативное воздействие на белых медведей, которые фактически теряют источники пропитания. Это связано с разрушением единого ледяного покрова, что фактически разграничивает на разных ледниках тюленей-источник пищи белых медведей и их самих [1]. Изменение климата в Арктике ведет к сокращению оленьих стад [2], создает дополнительные угрозы существованию белух, песцов, тюленей [3].
[1] Воздействие изменения климата на российскую Арктику: анализ и пути решения проблемы. WWF России. – М., 2008. С.18
Арктические государства осознают необходимость борьбы с негативными последствиями изменения климата. Однако, в целом это очень сложный, затратный процесс, который, даже в случае предпринятых мер, не позволит полностью решить проблему, поскольку изменение климата обусловлено целым рядом причин, которые наслаивались друг на друга на протяжении длительного периода человеческой трудовой деятельности. Так, парниковые газы, даже в случае их сокращения, продолжат оказывать воздействие на арктический климат [1].
Но, несмотря на трудную реализацию политики по поддержанию климата, арктическим государствам все же необходимо предпринимать действия по борьбе с негативными аспектами климатических изменений. Так, ряд этих государств (Норвегия, Россия, Дания, США) берут на себя задачу по сокращению выбросов парниковых газов [1].
В Канаде активно развиваются стратегии и планы по мониторингу возможных угроз, связанных с горнодобывающей и деловой активностью как на уровне отдельных компаний и провинций, так и на государственном уровне [2].
В Норвегии, Швеции, Финляндии правительства уделяют внимание климатической повестке, определяя в качестве задач необходимость борьбы со стихийными бедствиями, проведение строительных работ в условиях меняющегося климата Арктики соответствующим образом [3].
[2] Никитина Е. Н. Изменение климата в Арктике: адаптация в ответ на новые вызовы // Контуры глобальных трансформаций: политика, экономика, право. – 2019. – Т. 12. – №. 5. С.190-192
Таким образом, в наши дни климатические трансформации в Арктике являются актуальной проблемой, поскольку данный регион становится все более привлекательным для многих государств благодаря своему богатому ресурсному, экономическому и транспортному потенциалу. Происходящие здесь изменения ставят ряд вызовов перед государствами, компаниями, местным населением, заставляя прилагать огромные усилия для нейтрализации негативных последствий изменения климата.
В сентябре 2019 г. Россия стала 187-й страной, присоединившейся к Парижскому соглашению по климату 2015 г. Изменение климата – одна из основных современных глобальных проблем. Изменения климата в Арктическом регионе оказывают огромное влияние на развитие общества и экономику во всем мире, поскольку климатические изменения в Арктике идут более высокими темпами. Для оценки рисков изменения арктических систем особое значение имеет оценка современного и будущего состояния многолетнемерзлых грунтов.
Криолитозона широко распространена на суше всех континентов земного шара. В мире мерзлые породы занимают около 36 млн км2, что составляет около 24% от всей площади суши. Они занимают около 70% территории России, 50% – Канады, 60% – Аляски, 65% – Монголии, 22% – Китая. Мерзлые породы – это естественно-историческое образование, неоднократно возникавшее в процессе геологического развития в различных частях планеты. Тепловое состояние многолетнемерзлых пород связано с теплообменом на поверхности Земли между литосферой и атмосферой. В то же время этот теплообмен совершается в определенной геологической и географической среде, определяющей состав мерзлых пород и специфику их развития.
Наибольший практический интерес к исследованиям последствий влияния изменений климата в Арктике связан с тем, что в макрорегионе залегает более четверти мировых запасов углеводородов. Сейчас темпы и интенсивность освоения этих территорий возрастают. Преобладающая часть месторождений нефти и газа России находится на территории распространения вечной мерзлоты.
Выполнение поставленных Президентом Российской Федерации В.В.Путиным задач по обеспечению к 2024 г. объемов транспортировки по Северному морскому пути в объемах 80 млн тонн, требуют детализированной оценки рисков добычи и транспортировки ресурсов. На данном этапе развития для транспортной инфраструктуры характерна значительная зависимость от сезонных и погодных условий. Слаборазвитая транспортная инфраструктура затрудняет добычу полезных ископаемых и делает ее значительно дороже. Недостаточно развиты железнодорожный и автомобильный транспорт. Например, на 1000 кв. км территории Ненецкого автономного округа приходится лишь 0,32 км автодорог общего пользования с твердым покрытием. Автодороги представлены зимниками. Единственный вид транспорта – авиационный.
На арктическом шельфе пока не развита крупномасштабная добыча нефти и газа и поэтому отсутствует крупная сеть транспортной инфраструктуры. Сложности при разработке месторождений на шельфе связаны с низкими температурами воздуха, ледовыми условиями добычи и транспортировки, необходимостью соблюдения более жестких экологических требований. Проектирование сооружений нефтегазового комплекса требует выяснения инженерно-геологических условий на больших территориях, прогноза последствий освоения, овладения набором возможных технических решений по применению тех или иных типов и конструкций и инженерной защиты территории.
Проблемы климата давно вышли за рамки национальных интересов. Не только научная, но и мировая политическая общественность признают необходимость и неотложность их изучения с целью выявления позитивных, неблагоприятных и катастрофических последствий глобального изменения климата для природной среды, экономики и социальной сферы, а также разработки экономических и политических стратегий адаптации к предстоящему потеплению.
Изучение климатических изменений и реакция криолитозоны на них – одно из ключевых направлений в современном мерзлотоведении. Проблема глобального потепления возникла еще в 1960-х. Потепление климата в различных регионах выражено по-разному. В некоторых регионах оно выражено слабо или практически не наблюдается, в других – потепление превышает 1,50С за последние 30 лет. Максимальное потепление характерно для континентальных районов, а на морских побережьях оно выражено слабо. Установлено также, что глобальная температура планеты за последние 200 лет повысилась на 0,50С, при этом на 0,40С за последние 30 лет. Факт потепления установлен, но пока не выявлено, способствуют ли этому естественные причины или активная техногенная деятельность. Последствия изменения климата многообразны. Если произойдет оттаивание мерзлых толщ в криолитозоне, то из-за значительного содержания в них льда, средняя осадка грунтов может составлять 10 метров и более.
Уровень мирового океана за последние 100 лет уже повысился на 10–25 см, из-за термического расширения воды и таяния льда. За счет таяния ледников уровень океана может подняться еще на 1–3 м. Так за последние 5 тыс. лет береговая линия п-ва Ямал сместилась в сторону суши на 15–20 км, а сейчас она перемещается со скоростью 4–6 м/год. За счет увеличения количества воды в Мировом Океане, повышения его температуры и снижения солености изменится характер и направленность теплых и холодных течений. Объем влагозапасов на севере Западной Сибири может вырасти на 20–40%, что приведет к сильному заболачиванию территории.
В настоящее время уже фиксируются такие последствия изменения климата как уменьшение оледенения Земли, исчезновение ряда ледогрунтовых островов в шельфовой зоне Северного Ледовитого океана, широкое распространение деградирующей криолитозоны (как сверху, так и снизу). По результатам наблюдений на Тянь-Шане за период с 1960 по 1980-е площадь оледенения сократилась на 11%. Объем стока ледников увеличился на 15%. При такой высокой скорости таяния ледников они могут исчезнуть за 160–200 лет. В Западной Сибири в ближайшие 20–30 лет южная граница мерзлоты может переместиться к северу на 50–80 км, южная граница сплошной криолитозоны на 150–200 км к северу.
С деградацией приповерхностных многолетнемерзлых грунтов связана активизация таких геологических процессов, как термокарст, солифлюкция, термоэрозия, криогенные оползни и другие образования преимущественно отрицательных форм рельефа. Следствием является формирование оврагов, полостей, озерных котловин и заболоченных территорий, приводящее к нарушениям ландшафтов. Потепление климата окажет сильное влияние на инженерные сооружения. Одно из возможных последствий – осадка поверхности грунта при оттаивании. Согласно экспертным оценкам, площадь, где сохранится режим сезонного оттаивания может сократиться от современного значения в 16,6 до 7,9 млн кв. км к концу XXI века. При этом произойдет увеличение глубин сезонного оттаивания на 0,2 – 0,6 м.
Повышение температуры грунтов способствует переходу грунтов из твердомерзлого состояния в пластично-мерзлое и оттаявшее. Изначально мерзлые грунты обладают высокими показателями прочности, так как грунтовые частицы связывают льдоцементационные связи. Но при оттаивании мерзлые грунты превращаются в разжиженные массы, не способные выдержать нагрузки от сооружений. Изменения параметров природной среды. при выходе за пределы расчетного диапазона, могут вызвать повреждение объектов инфраструктуры, их частичное или полное разрушение.
Существующая инфраструктура северных регионов достаточно хорошо адаптирована к современным мерзлотно-климатическим условиям и ее устойчивость будет определяться не абсолютным, а относительным изменением несущей способности мерзлого грунта. В области наибольшего геокриологического риска попадают Чукотка, бассейны верхнего течения Индигирки и Колымы, юго-восточная часть Якутии, значительная часть Западно-Сибирской равнины, побережье Карского моря, Новая Земля, а также часть островной мерзлоты на севере европейской территории. В этих районах имеется развитая инфраструктура, в частности газо- и нефтедобывающие комплексы, система трубопроводов Надым-Пур-Таз на северо-западе Сибири, Билибинская атомная станция и связанные с ней линии электропередач от Черского на Колыме до Певека на побережье Восточно-Сибирского моря. Деградация мерзлоты на побережье Карского моря может привести к значительному усилению береговой эрозии, за счет которой в настоящее время берег отступает ежегодно на 2–4 метра. Особую опасность представляет ослабление вечной мерзлоты на Новой Земле в зонах расположения хранилищ радиоактивных отходов.
Даже без значительных температурных изменений широкое распространение засоленных грунтов на арктическом шельфе окажет негативное влияние на инженерные сооружения. Засоленные грунты даже при отрицательной температуре могут оттаять и потерять несущую способность при незначительном изменении температурных условий. Уже сейчас для сооружений, спроектированных и построенных в 1950-х во многих регионах (например, в Забайкалье), выявлено, что в процессе потепления климата большинство из них претерпело значительные деформации.
Для оценки геокриологических последствий потепления климата наиболее информативны данные мониторинга криолитозоны. В настоящее время криолитозона, особенно зона со сплошным распространением мерзлых пород, достаточно устойчива в современных условиях изменяющегося климата. Но потепление климата в будущем, совмещенное с интенсивным техногенезом, представляет серьезную опасность для функционирования природно-технических систем севера.
Уже более 20 лет осуществляется международная программа по циркумполярному мониторингу деятельного слоя (CALM) и международный проект по термическому состоянию вечной мерзлоты (TSP). В них участвуют практически все страны, на территории которых наблюдаются явления многолетнего, сезонного и кратковременного промерзания грунтов. В оценках реакции криолитозоны на современные и прогнозируемые изменения климата недостаточно учитывается специфика теплообмена толщи многолетнемерзлых пород с внешней средой. Все внешние воздействия на мерзлые толщи осуществляются через систему покровов – растительный, почвы, грунты деятельного слоя. Сложность состоит в том, что свойства покровов и интенсивность их влияния изменяется в зависимости от сезона года. Ситуация еще более осложняется, когда происходят направленные изменения климата, которые вызывают изменения в других компонентах природной среды, являющихся важными факторами теплообмена атмосферы и мерзлой толщи. Так возникает ряд связей, которые приводят к тому, что мерзлые толщи реагируют на изменения, например, температуры с разной интенсивностью.
Изменение условий на поверхности, сопровождающее потеплении или похолодание, может сильно трансформировать направленность мерзлотного процесса, и привести к развитию или деградации мерзлых толщ. В одних ландшафтных условиях оно будет действовать в том же направлении, что и климатический тренд, усиливая его, в других – в противоположном, ослабляя климатический тренд. Пространственные закономерности имеют аналогию и во временных закономерностях развития криолитозоны. Таким образом, характер взаимодействия климатических и мерзлотных характеристик сложный и неоднозначный.
Сейчас большинство прогнозных моделей, описывающих взаимодействие климата и многолетнемерзлых пород однофакторные, учитывающие только прямые связи криолитозоны с отдельными показателями природной среды, например с температурой воздуха. Для полного понимания происходящих процессов и определения вклада и каждого фактора необходимо создание обширной системы мониторинга за природной средой, включающей наблюдения за климатическими и геокриологическими параметрами. Площадки наблюдений необходимо оборудовать на различных геоморфологических уровнях и ландшафтах для оценки и анализа вклада каждого фактора и их комбинации.
При анализе современной динамики криолитозоны в связи с изменениями климата, а также при разработке прогнозных сценариев изменения криолитозоны необходимо анализировать всю совокупность свойств меняющегося вслед за изменениями климата ландшафта и его отдельных компонентов и в особенности эффекты, противодействующие проявлению ведущего процесса. Этот анализ должен быть основан на региональных особенностях взаимосвязей в системе: климат – ландшафт – криолитозона.
Часто для оценки динамики климата используются данные моделирования и изучения климатов прошлого. Связь климата с космическими факторами и геологическими характеристиками, хотя и установлена, но недостаточно изучена количественно. В настоящее время накоплено достаточное количество данных о климате отдельных, наиболее освоенных и обжитых районов, например по Западной Европе. Но на большей части арктических территорий наблюдений не проводится. При этом выявлено, что имеются региональные различия. Экстраполяции результатов измерений и соответствующие климатические прогнозы являются гипотетическими, основанными на небольшой продолжительности наблюдений.
Одной из задач инженерного мерзлотоведения является прогноз экзогенных явлений, оценка устойчивости и долговечности существующих сооружений, разработка мероприятий и технологий закрепления грунтов оснований, а также мероприятий, которые необходимо учитывать при перспективном строительстве и хозяйственном освоении северных регионов. Эти работы могут быть выполнены с учетом знания закономерностей, получаемых в области механики мерзлых грунтов, которые бы раскрывали механизм и позволяли выполнять прогнозы формирования напряженно-деформированного состояния мерзлых грунтов в широком диапазоне тепловых и механических нагрузок и времени их воздействия.
Для поиска наиболее оптимальных путей и инструментов при решении вопроса климата необходимо достаточное количество данных и оценка ответных действий человека на происходящие в природной среде изменения. Для накопления информации о природной среде и ее параметрах, а также формирования базы данных необходимо проводить постоянные наблюдения на всей территории Арктики. Создание крупномасштабной сети мониторинга за природной средой – один из основных инструментов наблюдения за природной средой, на основе использования которого возможна разработка и создание управляющих решений. Для наблюдений за верхними слоями грунтов необходимо устраивать наблюдательные площадки с различным термометрическим оборудованием. Сеть мониторинга должна состоять из стационарных пунктов наблюдений различной иерархии – стационаров, профилей, площадок и скважин. Основная цель исследований заключается в осуществлении геокриологических прогнозов, разработке мер контроля и управления параметрами криолитозоны.
Для дальнейшего устойчивого развития северных территорий необходима разработка мер по снижению рисков и адаптации к происходящим изменениям, а также учет использования новых возможностей природной обстановки.
В настоящее время достаточно новое направление деятельности крупных промышленных компаний Арктики – разработка мер по адаптации. Такие мероприятия применяются к производствам и инфраструктуре, расположенным в зонах вечной мерзлоты, в прибрежных районах и на шельфе, а также к используемым технологиям, особо уязвимым по отношению к экстремальным природным явлениям. Адаптационные мероприятия включают создание инфраструктурных объектов по защите водных ресурсов, уменьшению береговой эрозии, снижению рисков наводнений и подтоплений населенных пунктов и промышленных предприятий. Также необходимо совершенствование систем реагирования на чрезвычайные ситуации и предупреждения населения. Необходимо применять уже известные меры и использовать новейшие данные. К ним относится использование новых строительных технологий и практик, используемых в условиях деградации мерзлоты; меры по развитию транспортной инфраструктуры в изменяющихся природных условиях; инструменты по планированию населенных пунктов. Конкретные направления работ должны определяться региональными приоритетами и местной спецификой отдельных субъектов России.
В условиях меняющегося климата необходимо также научно-техническое сопровождение проектирования и строительства промышленных объектов. Особого внимания требует разработка основных технических решений по основаниям, фундаментам крупных инженерных объектов. В их число входит: стабилизация температуры мерзлых грунтов оснований с применением тепловых экранов, охлаждающих установок сезонного и круглогодичного типа, армирование поверхности грунтов георешетками и геосетками; устройство большепролетных ростверков повышенной несущей способности, многоуровневая система водоотвода. Также необходимо проводить районирование территории по степени устойчивости к потеплению климата. Под крупные хозяйственные объекты необходимо проводить комплекс детальных инженерно-геокриологических исследований, в том числе крупномасштабное инженерно-геокриологическое картирование, изучение физико-механических свойств мерзлых, засоленных и охлажденных грунтов, экологические исследования. На основе данных полевых, лабораторных исследований и проведения математического моделирования составляется инженерно-геокриологической прогноз.
Для транспортной инфраструктуры необходимо систематизировать мероприятия по строительству и эксплуатации автомобильных и железных дорог. Они должны включать способы регулирования теплообмена на поверхности грунта, совместное использование термосифонов и теплоизоляторов для стабилизации мерзлого основания, мониторинг земляного полотна дорог. Необходимо разработать показатели учета климатических изменений при оценке риска потерь функциональности объектов транспортной инфраструктуры в результате опасных природных явлений и использовать их в технико-экономических расчетах при проектировании, строительстве и эксплуатации транспортных объектов.
Международное сотрудничество в рамках реализации положений Парижского соглашения предполагает формирование комплекса мер по снижению негативного воздействия человека на климат, для оценки эффективности мер, необходимо создание профессиональных систем объективного мониторинга. Осуществление работ по геотехническому мониторингу криолитозоны в комплексе с анализом метеорологических данных позволит охарактеризовать современные изменения температуры верхних горизонтов многолетнемерзлых грунтов на всей территории Арктики и определить условия и факторы, влияющие на формирование температурного режима грунтов. При появлении базы данных, станет возможным установление закономерностей изменения природных обстановок и создание достоверных прогнозных моделей климата будущего.
На Шпицбергене среднегодовая температура повысилась на 5,6 °C с 1961 года.
1. Таяние вечной мерзлоты
Оттаивание мерзлоты создает сразу несколько проблем.
Во-первых, происходит выброс парниковых газов (метана и органического углерода), законсервированных в земле.
Вечная мерзлота содержит почти в два раза больше углерода, чем сейчас находится в атмосфере. Если его освободить, средняя температура Земли повысится, что ускорит глобальное потепление.
Во-вторых, оттаивание мерзлоты делает почву мягкой и зыбкой , провоцирует разрушение горных пород и оползни, которые, в свою очередь, могут вызвать цунами. Все это угрожает дикой природе, жилой, транспортной и промышленной инфраструктуре. Здания, построенные несколько десятилетий назад, не были рассчитаны на резкое повышение температур. Потепление климата приводит к просадке свай, деформации зданий и дорог и в итоге к техногенным катастрофам .
В-третьих, оттаивание захоронений животных может привести к инфекционным вспышкам. Например, в 2002 году из-за сокращения арктического льда появился смертельный для морских котиков вирус чумы морских свиней (PDV). Он вызвал гибель тысячи особей.
2. Нарушение экосистемы
Увеличение средних температур в Арктике приводит к изменениям растительности и нарушениям естественных циклов и рациона питания у животных. Популяция полярных медведей может оказаться под угрозой вымирания из-за сокращения численности тюленей – основы рациона белого медведя. В свою очередь, сокращение популяции тюленей вызвано исчезновением ледового покрова. Тюлени адаптированы к тому, чтобы размножаться на льду, и потепление ставит под угрозу их выживание.
3. Разрушение традиционного уклада коренных народов Севера
Потепление в Арктике приводит к исчезновению множества видов мхов и лишайников, которыми питаются северные олени, затоплению пастбищ и образованию болотистой местности. Такие перемены угрожают популяции оленей и создают проблемы для коренных жителей Севера, чья жизнь во многом зависит от оленеводства. Оленеводы будут вынуждены кормить свои стада производственными кормами, закупка которых в долгосрочной перспективе невыгодна и нецелесообразна.
А вот рыболовный потенциал у берегов Арктики может увеличиться. Из-за повышения температуры в море рыба перемещается на север в поисках более холодной воды. По мере таяния морского льда доступ к коммерческому рыболовству на Севере будет расширяться.
4. Энергопереход и экономическая нестабильность
Сегодня 10 процентов мировой добычи нефти и 25 процентов добычи газа приходится на арктические регионы. Глобальный тренд на переход на возобновляемую энергию повлечет снижение спроса на углеводороды и поставит под угрозу экономическую стабильность региона. Отток инвестиций и сокращение рабочих мест на Севере негативно скажется на благосостоянии местных жителей. Важно развивать в регионе другие направления для экономического развития. Это может быть туризм, новые индустрии, например, мусороперерабатывающие заводы или мощные дата-центры, которым низкие температуры позволяют использовать меньше энергии для охлаждения.
Как спасти Арктику?
Если мы говорим про переход на возобновляемую энергию, то должны учитывать важный социальный аспект, связанный с оленеводством. С одной стороны, установка ветровых турбин принесет дополнительные инвестиции и создаст рабочие места. С другой – она может сделать пастбища непригодными для оленей и нарушить их миграционные маршруты между зимними и летними пастбищами. Все эти вопросы необходимо учитывать при разработке стратегии перехода на возобновляемую энергию. И одной из ключевых задач в этом процессе является активное участие коренных народов в принятии решений.
Оленевод и газопровод: кочевники Ямала в эпоху перемен
Сокращение морского пути для грузоперевозок между континентами – это также новая экономическая возможность для региона. Но реализация этой возможности связана с созданием масштабной инфраструктуры — портов, автомагистралей, систем связи. Разработка подобных проектов должна обязательно происходить с учетом защиты окружающей среды и традиционного уклада жизни коренных народов. Также при любом новом строительстве важно учитывать риски, связанные с таянием вечной мерзлоты, и использовать новые технологии, которые будут готовы к изменению условий
Так как Арктика – это регион, изменения в котором влияют на весь мир, проработка решений, новых программ и стратегий должна проводиться в рамках международного сотрудничества. Одной из ключевых межправительственных организаций, занимающихся вопросами Арктики, является Арктический совет. В него входит восемь арктических государств и 38 наблюдателей, цель которых — налаживать международное сотрудничество в вопросах защиты экологии Арктики и ее устойчивого развития.
В 2021 году Россия на два года стала председателем Арктического совета, и для страны это возможность привлечь внимание к проблемам Арктики и сосредоточить усилия международного сообщества на их решении.
Автор
Читайте также: