Чем обусловлены колебания климата на земле кратко

Обновлено: 07.07.2024

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.

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.

1. Последние годы мы видим попытки трактовать наблюдаемое повышение средней температуры приземного слоя атмосферы Земли в пределах одного градуса Цельсия в предшествующие 40-50 лет как "глобальное потепление" (ГТ). Обусловленное все возрастающим выбросом парниковых газов (в основном – углекислого) промышленными предприятиями.

2. Более корректное представление данных наблюдений, проводимых глобальной сетью метеостанций примерно с 1880 года, показывает, что за прошедшее с тех пор время имели место два примерно 30-летних цикла (1910-40, 1980-2010 годы) довольно быстрого повышения средней температуры Земли. И два периода стагнации температуры (1880-1910, 1940-80 годы):

Не исключено, что без антропогенного фактора упомянутые периоды стагнации оказались бы периодами "глобального похолодания" (ГХ).

3. Спектральные наблюдения нижних слоев атмосферы Марса в течение последних 4-х десятилетий 20-го века показали, что ГТ в этот период имело место и на Марсе. Без наличия там какой-либо промышленности, но с темпом роста температуры примерно втрое большим чем на Земле (к сожалению, ссылку на эту информацию, опубликованную не менее 15 лет назад, утерял).

Основные выводы:
а) Полный цикл краткосрочных глобальных "потеплений" (ГТ) и "похолоданий" (ГХ) имеет длительность примерно в 70-80 лет.
б) Указанный цикл имеет, скорее всего, не земное (в том числе – не промышленное) происхождение.
в) Не исключено, что примерно до середины нынешнего века на Земле будет идти процесс ГХ в рамках одного градуса Цельсия или стагнация средней температуры.

2. Среднесрочные факты:

1. Температурные масштабы нынешнего ГТ заметно меньше того ГТ, которое имело место в 9-10 вв. н.э. (открытие широкой полосы лесов в Гренландии Эриком Рыжим, экспансия славян из Киевской Руси на северо-восток и многое другое) при полном отсутствии в те времена какой-либо промышленности.

2. Примерно аналогичное п.1 по интенсивности ГХ имело место в 16-17 вв. н.э. ("малый" ледниковый период, совпавший с Маундеровским минимумом числа пятен на Солнце). Его проявление легко наблюдать по картинам голландских мастеров, изображающих катание на коньках по каналам, которые нынче не замерзают, и в характере одежды тех времен. От него же мы получили в наследство и скрипки Страдивари (из плотной древесины очень медленно растущих в тот период деревьев).

Основное выводы:
а) Температурные размахи колебаний в среднесрочных ГТ и ГХ выше чем в краткосрочных, а сам факт проявления таких ГТ и ГХ никак не связан с человеческой деятельностью.
б) Совпадение малого ледникового периода с Маундеровским минимумом намекает на определенную роль Солнца в климатических процессах.

3. Долгосрочные факты:

1. Примерно 40-50 тысяч лет назад началась экспансия человека современного вида из Африки через Ближний Восток в занятую тогда неандертальцами Европу (наиболее древняя из стоянок сапиенсов найдена в Воронежской области и имеет возраст примерно в 35 тысяч лет). Для такой экспансии теплолюбивых африканцев должны были сложиться достаточно благоприятные климатические условия. Но однозначных сведений о характере климата в этот период я не видел.

2. Затем наступил ледниковый период, во время которого многолетние ледники доходили почти до широт севера Воронежа и Саратова. Населявшие в то время Европу неандертальцы как подвид Ноmо к концу этого периода полностью вымерли (гипотезы относительно причин их исчезновения не обсуждаю).

Основное выводы:
а) Чем длительнее выделяемый из известных данных цикл изменения климата, тем масштабнее он по размаху колебаний средней температуры Земли.
б) Катаклизмы типа извержения супервулканов могут привести к резким, но заведомо не столь длительным, изменениям климата. Поэтому имеет смысл искать внеземные факторы.

4. Сверхдолгосрочные факты:

1. Примерно 500-600 миллионов лет назад на Земле было великое оледенение (Земля-снежок), длившееся более десяти миллионов лет. Льдом была покрыта вся планета, включая ее экваториальную область. Средняя температура на Земле была ниже нынешней на 15-20 градусов. После его завершения на Земле наступил расцвет многоклеточных организмов.

2. Примерно в интервале 300-350 миллионов лет назад на Земле был каменноугольный период. В это время время практически вся суша планеты, включая приполярные области, была покрыта тропической растительностью. Средняя температура на Земле в максимуме был примерно на 15 градусов выше нынешней.

Основной вывод:
Вероятность того, что столь масштабные изменения климата Земли могли быть обусловлены чисто земными процессами, следует считать ничтожно малой. Имеет смысл изучить циклы активности Солнца.

2. Среднесрочные факты:

3. Долгосрочные факты:

4. Сверхдолгосрочные факты:

Читайте также: