Назовите причины естественного изменения климата кратко

Обновлено: 02.07.2024

Содержание

Проблема в теории и истории

8000 тысяч лет назад началась сельскохозяйственная деятельность в узком поясе: от долины Нила через Междуречье и долину Инда до территории, находящейся между Янцзы и Хуанхэ. Там люди начали выращивать пшеницу, ячмень и другие злаки.

5000 лет назад люди стали активно выращивать рис. Это, в свою очередь, требует искусственной ирригации земель. Следовательно, естественные ландшафты превращаются в антропогенные болота, что является источником метана.

Факторы изменения климата

Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли.

изменение размеров, рельефа и взаимного расположения материков и океанов,
изменение светимости солнца,
изменения параметров орбиты и оси Земли,
изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
изменение концентрации парниковых газов (СО₂ и CH₄) в атмосфере,
изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.

Климатические изменения на Земле

Погода — это ежедневное состояние атмосферы. Погода является хаотичной нелинейной динамической системой. Климат — это усредненное состояние погоды и он предсказуем. Климат включает в себя такие показатели, как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат. Погода, состояние атмосферы в рассматриваемом месте в определённый момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, месяц, год). Многолетний режим П. называют климатом. П. характеризуют метеорологическими элементами: давлением, температурой, влажностью воздуха, силой и направлением ветра, облачностью (продолжительностью солнечного сияния), атмосферными осадками, дальностью видимости, наличием туманов, метелей, гроз и др. атмосферными явлениями. По мере расширения хозяйственной деятельности соответственно расширяется и понятие П. Так, с развитием авиации возникло понятие о П. в свободной атмосфере; возросло значение такого элемента П., как атмосферная видимость. К характеристикам П. могут быть отнесены также данные о притоке солнечной радиации, атмосферной турбулентности, некоторые характеристики электрического состояния воздуха.

Оледенения

Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов лет — это смена гляциальных (ледниковые эпохи) и интергляциальных (межледниковьями) эпох текущего ледникового периода, обусловленные изменениями орбиты и оси Земли. Изменение состояния континентальных льдов и колебания уровня моря в пределах 130 метров являются в большинстве регионов ключевыми следствиями изменения климата.

Изменчивость мирового океана

В масштабе десятилетий климатические изменения могут быть результатом взаимодействия атмосферы и мирового океана. Многие флуктуации климата, включая наиболее известную южную осцилляцию Эль-Ниньо, а также североатлантическую и арктическую осцилляции, происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещению этой энергии в различные части океана. В более длительном масштабе в океанах происходит термохалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат.

Климатическая память

В более общем аспекте изменчивость климатической системы является формой гистерезиса, т. е. это значит, что настоящее состояние климата является не только следствием влияния определенных факторов, но также и всей историей его состояния. Например, за десять лет засухи озера частично высыхают, растения погибают, и площадь пустынь увеличивается. Эти условия вызывают, в свою очередь, менее обильные дожди в последующие за засухой годы. Т. о. изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определенным образом на внешние воздействия, и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.

Не климатические факторы и их влияние на изменение климата

Парниковые газы

Принято считать, что парниковые газы являются главной причиной глобального потепления. Парниковые газы имеют также значение для понимания климатической истории Земли. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли.

Растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального потепления, начиная с 1950 года. Согласно данным Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2007 года, концентрация СО₂ в атмосфере в 2005 году составила 379 чнм, в доиндустриальный период она составляла 280 чнм.

Чтобы предотвратить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи - до 350 частей на миллион (0,035%) (сейчас - 385 частей на миллион и увеличивается на 2 миллионные доли (0,0002%) в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов). [1]

Имеется скептическое отношение к геоинженерным методам изъятия углекислоты из атмосферы, в частности, к предложениям захоранивать углекислый газ в тектонических трещинах или закачивать его в породы на океанском дне: изъятие 50 миллионных долей газа по этой технологии будет стоить, по меньшей мере, 20 триллионов долларов, что в два раза больше национального долга США. [1]

Тектоника литосферных плит

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

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. Первоначально предполагалось, что причиной похолодания является выброшенная 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.

Антропогенное воздействие на изменение климата

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

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

Этот показатель был пересмотрен в 2009 году двумя учёными из Worldwatch Institute: они оценили вклад животноводства в выбросы парниковых газов в 51 % общемирового [2] .

Взаимодействие факторов

Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м 2 .

Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м 2 . Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.

В масштабе нескольких столетий на 2005 год по сравнению с 1750 годом имеется комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м 2 . Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 град С. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С

Гипотеза о циклических изменениях климата

Чередование прохладно-влажных и тепло-сухих периодов в интервале 35-45 лет, выдвинута еще в конце XIX в. русскими учеными Э.А.Брикнером и А.И.Воейковым. Впоследствии эти научные положения были существенно развиты А.В.Шнитниковым в виде стройной теории о внутривековой и многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария. В основу системы доказательств положены факты о характере изменения горного оледенения Евразии и Северной Америки, уровней наполнения внутренних водоемов, в том числе Каспийского моря, уровня Мирового океана, изменчивость ледовой обстановки в Арктике, исторические сведения о климате.

Климат Земли меняется в течение десятилетий, столетий и тысячелетий. Это обусловлено изменениями положения и движения Земли в Солнечной системе, светимости Солнца, параметров орбиты и скорости вращения Земли вокруг оси, размеров и взаимного расположения материков и океанов, влиянием вулканической активности на прозрачность атмосферы, её состав и воздействием других природных факторов.

2. Как возможное изменение климата повлияет на биоту Земли?

В средних широтах повышение температуры на 1–3,5 °С будет эквивалентно смещению изотерм на 150–550 км по широте в сторону полюсов или на 150–550 м по высоте. Соответственно начнётся перемещение растений и животных. Скорость изменений климата будет выше, чем способность некоторых видов приспосабливаться к новым условиям. Ряд видов может быть потерян. Могут исчезнуть некоторые типы лесов. Леса умеренного пояса потеряют часть деревьев.

3. Как изменение климата повлияет на Мировой океан?

Изменение климата может также воздействовать на циркуляцию вод океана. Это приведёт к изменению биологической продуктивности, структуры и функции морских экосистем. При повышении температуры приземного слоя воздуха на 1 и 3,5 °С уровень Мирового океана к 2100 г. поднимется соответственно на 0,3 и 1,1 м. Уровень океана будет продолжать расти в течение нескольких столетий после 2100 г., даже если концентрация парниковых газов стабилизируется. Также изменится температура МО и соответственно могут измениться течения.

2. От простого к сложному.

1. Какие изменения климата следует ожидать в Беларуси в XXI в.?

Будет расти среднегодовая температура, летом больше дней с аномальной жарой. Количество осадков будет уменьшаться, особенно на юго-востоке.

2. В чём сущность стратегии международного сотрудничества в решении проблем, связанных с изменением климата?

Предстоящее изменение климата и его последствия — это крупнейшая проблема выживания человечества, требующая международного сотрудничества для координации действий каждой страны. Стратегия сотрудничества включает два основных компонента: управление и приспособление. При стратегии управления основные усилия направлены на снижение выбросов парниковых газов, прежде всего углекислого газа. При осуществлении стратегии приспособления разрабатываются, например, комплексные проекты защиты конкретных прибрежных зон от повышения уровня моря. Основной документ, регулирующий сотрудничество в области изменения климата, — Конвенция ООН по изменению климата, принятая в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде и развитию. В соответствии с Конвенцией, страны-участницы должны взять на себя обязательство сократить выброс парниковых газов.

3. От теории к практике.

1. Определите, какие изменения климата характерны для вашей местности. Как они могут повлиять на развитие сельского хозяйства?

В Минском районе растет среднегодовая температур и соответственно САТ и БАТ, поэтому может расширяться перечень растений, выращиваемых на территории (скоро можно будет выращивать виноград и арбузы),

+ Температура повысится, соответственно увеличится БАТ и САТ.

+ Увеличится количество осадков на территории.

+ В результате многолетней мерзлоты оттает почва.

- В результате таяния ленников территория может быть затоплена.

- До конца не изучены последствия таяния многолетней мерзлоты, может так быть, что на данной территории вообще будет запрещена хозяйственная деятельность.

Магнитное поле Солнца меняется каждые 11 лет: вслед за периодом увеличения яркости звезды наступает период затемнения. Обычно такие колебания не оказывают сильного влияния на климат Земли, но существуют и более значительные циклы.

За последние полвека Солнце потускнело, в то время как Земля, наоборот, нагрелась. И глобальное потепление здесь совсем ни при чем.

2. Краткосрочные колебания климата

На количество осадков и температуру влияют не только сезонные погодные условия, но и другие краткосрочные циклы. Например, эффект Эль-Ниньо вызывает изменения в циркуляции вод тропической части Тихого океана в период от двух до семи лет. Такие колебания приводят к теплым и очень влажным погодным условиям с декабря по февраль на северном побережье Перу и в Эквадоре.

3. Вулканическая сера

Мощные извержения вулканов приводят к попаданию в стратосферу частиц серной кислоты, которые экранируют солнечный свет, охлаждая климат. В результате появляется больше морских льдов, и они, в свою очередь, тоже отражают солнечный свет. Таким образом глобальное охлаждение продлевается и усиливается.

Например, извержение вулкана Илопанго в Сальвадоре между 539 и 540 годами н.э. стало причиной охлаждения климата примерно на 2 °C, которое продолжалось 20 лет. Недавнее извержение Пинатубо на Филиппинах в 1991 году охладило глобальный климат на 0,6 °C на 15 месяцев.

4. Тектоника плит

5. Орбитальные колебания

Орбита Земли колеблется, когда Солнце, Луна или другие планеты меняют свои положения относительно нее. Такие циклические колебания — их называют циклами Миланковича — приводят к тому, что в средних широтах количество солнечного света изменяется. Следовательно, меняется и климат.

Около 11,7 тыс. лет назад циклы Миланковича вызывали на Земле ледниковые периоды или, наоборот, возвращали планету из них. Когда из-за колебаний земной орбиты лето на севере стало теплее, растаяли огромные ледяные щиты в Северной Америке, Европе и Азии. Затем северное лето вновь стало холодным, и ледяные щиты снова выросли.

Сегодня Земля приближается к еще одному минимуму солнечного света на севере. Парадоксально, но без выбросов углекислого газа в атмосферу человечество вступило бы в новый ледниковый период в течение следующих 1,5 тыс. лет.

Под климатом подразумевают многолетний режим погоды, установившийся в том или ином регионе. Климат, как и погода, подвержен изменениям, хотя и значительно более медленным. В последние десятилетия климатологи фиксируют значительное повышение среднегодовой температуры на планете. Каковы причины и последствия изменения климата на Земле, и какие есть пути решения этой глобальной проблемы?

Причины изменения климата Земли

На климат планеты влияет множество факторов. Главным источником тепла для Земли является Солнце, поэтому активность нашего светила очень важна. Также играет роль и орбита, по которой планета вращается вокруг звезды. Геофизик Миланкович показал, что существуют климатические циклы, связанные с изменением траектории движения Земли. Именно из-за них в прошлом ледники то наступали на сушу (во время ледниковых периодов), то отступали к полюсам.

Вулканизм также влияет на среднегодовую температуру на планете. Давно замечено, что после особо мощных извержений происходит значительное похолодание. Так было, например, в 1816 г., когда после извержения вулкана Тамбора в 1815 г. температура в мире упала на 2,5°С. Дело в том, что пепел, попадающий в атмосферу, отражает солнечные лучи и уменьшает количество тепла, доходящего до планеты.

Можно отметить ещё как минимум три важных механизма, влияющих на климат Земли. Во-первых, это парниковый эффект. Существуют особые парниковые газы, которые хорошо пропускают солнечный свет, но поглощают тепло в инфракрасном диапазоне. К ним относят водяной пар, углекислый газ, озон, метан, оксиды азота. Чем больше их в атмосфере, тем жарче на планете.

Во-вторых, Земля отражает часть солнечного света, причем отражающая способность разных участков суши, которую называют альбедо, различна и зависит от их цвета. Так, снег отражает до 90% падающего на него света, а древесный уголь – только 4%. Таким образом, в Антарктиде альбедо крайне высоко, чем отчасти объясняются низкие температуры на материке. Облака также вносят свой вклад, отражая солнечный свет. Среднее альбедо Земли сегодня равно 30,6%.

В-третьих, океан способен поглощать углекислый газ, однако его поглощающая способность падает при росте температуры воды. Таким образом, повышение среднегодовой температуры вызывает нагрев океана, что ведет к дополнительному выбросу углекислого газа (а также водяного пара) в атмосферу и усилению парникового эффекта.

Большинство ученых полагают, что причиной нынешнего потепления является деятельность человека. Дело в том, что с развитием промышленности люди стали сжигать уголь и нефть для получения энергии. Однако в результате их горения в атмосферу попадает углекислый газ, что усиливает парниковый эффект. Исследования показывают сильную корреляцию между концентрацией углекислого газа и средней температурой планеты в последние десятилетия.

Также на климат влияет и иная деятельность человека. Леса поглощают углекислый газ в ходе фотосинтеза, поэтому их вырубка усиливает парниковый эффект. Развитие животноводство ведет к образованию метана, который вырабатывают животные при пищеварении. По некоторым оценкам, на домашний скот приходится 18% от формируемых парниковых газов, в то время как на весь транспорт – только 13%.

Последствия потепления

Многие люди старшего поколения уже заметили, что во времена их детства зимы были холоднее, а весна не наступала так рано, как сейчас. Это прямое следствие глобального потепления. С 1979 г. средняя температура растет примерно на 0,18 °С за десятилетие. Предполагается, что в будущем температура в странах Персидского залива может вырасти настолько, что регион станет непригодным для жизни человека. Также из-за высокой жары повышается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в летние месяцы.

Повышение температуры приводит к таянию льдов, а значит, и к повышению уровня воды в Мировом океане. При этом многие города построены как раз на берегах морей и океанов, а потому они могут быть затоплены уже к концу XXI века. По некоторым оценкам, уровень воды в мире может подняться на 5–7 метров. При наихудшем развитии событий, при котором растает ледовая шапка в Антарктиде, океан поднимется на 70 метров, однако льды на самом южном континенте Земли образовались 35-45 млн лет назад и с тех пор ни разу не таяли.

Меняется и распределение осадков в мире. Регионы вблизи экватора больше страдают от засухи, в то время как в других регионах выпадает больше дождей. Увеличилась частота наводнений и ураганов.

Урожайность суши также зависит от климата. В ряде стран Африки и Азии она падает, в то же время рост концентрации углекислого газа, а также более раннее наступление весны увеличивает размер урожаев в России, Европе, США. Засухи в южных странах могут спровоцировать голод и усилить миграцию в северном направлении.

Экосистемы очень чувствительны к климатическим изменениям. Многие из них разрушаются из-за глобального потепления, но вместе с тем образуются и новые. Так, некоторые виды животных начинают активнее мигрировать из средней полосы в полярные области, которые раньше были слишком холодны для них. А вот, например, белым медведям мигрировать некуда, поэтому им грозит вымирание.

Пути решения проблемы

Очень важно сокращать долю ископаемых источников энергии (нефть, уголь) в мировом энергобалансе и наращивать иные типы выработки электроэнергии. Строительство АЭС, ГЭС, ветровых и солнечных электростанций помогает снизить общие выбросы в атмосферу. Особенно позитивной тенденцией является резкий рост производства электромобилей, которые начали в 2010-х годах вытеснять своих собратьев с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Интересно, что некоторые ученые разрабатывают технологии с так называемой отрицательной эмиссией углерода. Например, можно выращивать растения, поглощающие из атмосферы углерод, сжигать их, а образующиеся при этом отходы хоронить под землей. Компания Global Research Technologies уже построила установку, способную буквально выкачивать углекислый газ из атмосферы. Впрочем, для существенных результатов потребуется строительство сотен тысяч подобных заводов. Тем не менее, даже обычная посадка деревьев помогает уменьшать количество углерода в атмосфере.

Однако не допустить критического перегрева планеты можно не только за счет ограничения эмиссии углерода в атмосферу. Другой способ заключается в увеличении отражающей способности Земли. Так, в некоторых странах уже стремятся красить крыши новых домов в белый цвет, что позволяет несколько снизить температуру в городах. Добавляя специальные пигменты, а также битое стекло в асфальт, можно увеличить его альбедо с 20 до 40%. Возможно, в будущем удастся создать в космосе систему из гигантских солнечных экранов, которые, с одной стороны, будут вырабатывать энергию и передавать ее на Землю, а с другой – закрывать нашу планету от Солнца и тем самым охлаждать ее. Считается, что повышение альбедо всего на 1% способно компенсировать удвоение содержания углекислого газа в атмосфере.

Читайте также: