4. изменение количества тепла, запасаемого в глубинах океана;
Вторая и третья причины в свою очередь могут возникнуть вследствие:
- изменений радиационных потоков, связанных с изменением состава атмосферы
- изменений прозрачности атмосферы, вызванных либо вулканической деятельностью, либо антропогенными поступлениями аэрозоля, либо вариациями облачности;
- изменений количества отраженной поверхностью энергии (изменений альбедо);
- изменений потока длинноволнового излучения, идущего от поверхности или поглощаемого водяным паром в атмосфере.
Солнечное излучение.
Известно, что светимость Солнца изменяется только за очень большие промежутки времени, а высокочастотная часть спектра испытывает флуктуации в масштабах времени от суток до года.
Вариации солнечного излучения в пределах ±0,1 % происходят в течение 27-суточного периода вращения экваториальных областей Солнца вокруг его оси [3].
Непосредственных свидетельств наличия климатических значений вариаций солнечного излучения в масштабах от одного года до тысячи лет не имеется. Влияние солнечных пятен на климат пока еще не установлено, поскольку наличие этой связи не подтверждено достаточным числом статистических данных. В любом случае эффекты, вероятно, очень малы. Было обнаружено наличие корреляции между солнечным излучением и числом солнечных пятен [5], обнаружены также изменения интенсивности излучения в течение 11-летнего цикла солнечной активности, но они составляют около 0,05% (спутниковые данные). Такие вариации излучения должны оказывать ничтожно малое влияние на среднюю глобальную температуру – во всяком случае, обнаружить его невозможно.
Вариации параметров орбиты Земли.
Изменения параметров земной орбиты влияют на климат в масштабах тысячелетий, так как вызывают изменения широтного и сезонного хода интенсивности солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы. Локальное изменение интенсивности могут превышать 10%. Основываясь на анализе результатов моделирования, пришли к заключению о том, что, поскольку большие массивы суши в настоящее время расположены в северном полушарии, наличие нелинейной связи между альбедо и площадью льдов может привести к образованию в этом полушарии больших ледяных массивов при тех изменениях орбиты земли., которые уменьшают летнюю инсоляцию.
Вариации орбитальных параметров сказываются на широтном и сезонном ходе инсоляции также и за гораздо более короткие промежутки времени. Но этот факт очень мал.
Вулканы.
При извержении вулканов в стратосферу выбрасывается пыль и соединения серы, которые превращаются в аэрозоли. Принято считать, что именно аэрозоли оказывают влияние на радиацию [5]. Отдельные извержения могут приводить к понижению средней глобальной приземной температуры воздуха на 0,3 К и нагреву на несколько кельвинов тех слоев стратосферы, где сосредоточен вулканический аэрозоль, так как он экранирует идущее к поверхности излучение и частично его поглощает. Данные наблюдений показывают, что охлаждение у поверхности происходит в течение нескольких месяцев.
Состав атмосферы.
Многие малые газовые составляющие атмосферы поглощают и переизлучают энергию в разных интервалах солнечного спектра. Наиболее важными из них являются Н2О, СО2, О3, N2О, СН4. Присутствие водяного пара в атмосфере вызвано естественными причинами, а наличие других в ней – естественными, но в большей мере внешними (антропогенными) воздействиями. Концентрации этих газов изменяется под влиянием антропогенных воздействий, возможны также их естественные вариации, так как в геохимических циклах имеются обратные связи с климатической системой.
Изменение концентрации любого из этих газов сказывается на распределении потоков излучения в атмосфере по высоте: увеличение количества такого газа может привести к заметному нагреву тропосферы и охлаждению стратосферы.
Наиболее важным фактором изменений климата является увеличение концентрации СО2. Остальные газы также вносят дополнительный вклад в потепление климата. Особенно важны закись азота, метан и озон [3].
Атмосфера, содержащая так называемые парниковые газы, слабо поглощает солнечную коротковолновую радиацию, которая в большей части достигает земной поверхности, но задерживает длинноволновое (тепловое) излучение, идущее от поверхности, тем самым значительно уменьшая теплоотдачу земли в космическое пространство. Это и принимается за главную причину повышения температуры атмосферного воздуха, и чем выше концентрация в воздухе парниковых газов, поглощающих инфракрасное излучение, тем, как считается, большим оказывается прогрев атмосферы. Свое название эффект разогрева атмосферы под влиянием поглощения парниковыми газами теплового излучения, идущего от поверхности Земли (greenhouseeffeсt), получил по аналогии с теплицами, перекрытыми стеклянными крышами, поскольку стекло также легко пропускает видимый спектр солнечного излучения, но задерживает инфракрасное излучение. Однако главный эффект всех теплиц и парников такого типа в другом – в изоляции заполняющего их воздуха от его конвективного перемешивания с наружным воздухом [4].
1.2.1 Парниковые газы
Парниковые газы - такие газообразные составляющие атмосферы, как природного, так и антропогенного происхождения, которые поглощают и переизлучают инфракрасное излучение.
Накопитель - компоненты климатической системы, в которых происходит накопление парниковых газов.
Поглотитель - любой процесс, вид деятельности или механизм, который абсорбирует парниковый газы.
Источник - любой процесс, вид деятельности, в результате которого в атмосферу поступают парниковые газы [7].
Углекислый газ - диоксид углерода, постоянно образуется в природе при окислении органических веществ: гниении растительных и животных остатков, дыхании. Его основным источником служат антропогенные процессы: сжигание органического топлива (уголь, газ, нефть и продукты ее переработки, горючие сланцы, дрова). Все эти вещества состоят в основном из углерода и водорода. Поэтому их еще называют органическим, углеводородным топливом. За счет их сжигания в атмосферу поступает до 80% двуокиси углерода.
При горении, как известно, поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Вследствие этого процесса, каждый год человечество выбрасывает в атмосферу 7 миллиардов тонн углекислого газа. Одновременно с этим на Земле вырубаются леса – один из самых главных потребителей углекислого газа, причем, вырубаются со скоростью 12 гектаров в минуту. Вот и получается, что углекислого газа в атмосферу поступает все больше и больше, а потребляется растениями все меньше и меньше.
Причины роста содержания СО2 в атмосфере:
1. сжигание ископаемого топлива;
2. сведение лесов;
3. земледелие;
4. перевыпас и ряд других нарушений [3].
Круговорот углекислого газа на Земле нарушается, поэтому в последние годы содержание углекислого газа в атмосфере не просто увеличивается – увеличиваются темпы прироста. А чем его больше, тем сильнее парниковый эффект.
Следующими по вкладу в парниковый эффект являются метан СН4 и закись азота N2O. Концентрация того и другого газа определяется как естественными, так и антропогенными причинами.
Так, естественным источником СН4 являются переувлажненные почвы, в которых происходят процессы анаэробного разложения. Метан еще называют болотным газом. В немалых количествах поставляют его и обширные мангровые заросли в тропиках. Попадает он в атмосферу и из тектонических разломов и трещин при землетрясениях. Велики и антропогенные выбросы метана. По оценкам, естественные и антропогенные выбросы составляют примерно 70% и 30%, но последние стремительно растут.
На высоте 15-20 км под действием солнечных лучей он разлагается на водород и углерод, который, соединяясь с кислородом, образует СО2.
Есть предположение, что метан – основная причина потепления. В частности доктор геолого-минералогических наук Н.А. Ясаманов, предполагают, что в нынешнем глобальном потеплении "повинен" в основном метан. Также концентрация метана увеличивается в процессе интенсификации сельскохозяйственной деятельности.
К естественным поставщикам N2O в атмосферу относятся океан и почвы. Антропогенная добавка связана с сжиганием топлива и биомассы, вымыванием азотных удобрений.
Интенсивность выделения N2Ов следнее время быстро возрастает (от 0,1% до 1,3% в год). Такой рост вызван главным образом более широким применением минеральных удобрений. Время жизни N2О велико – 170 лет.
Доля влияния на глобальное потепление каждого газа показано в таблице 1.
Табл.1. Основные парниковые газы, их источники и доля влияния на глобальное потепление (данные 2000 г.) [6].
| Газ | Основные источники | Доля влияния на глобальное потепление, % |
| Углекислый | Производство, транспортировка и сжигание | 64 |
| газ С02 | ископаемого топлива (86%) Сведение тропических лесов и сжигание биомассы (12%) Остальные источники (2%) | |
| МетанСН4 | Утечка природного газа Производство топлива Жизнедеятельность животных (пищеварительная ферментация) Рисовые плантации Сведение лесов | 20 |
| Закись азотаN2О | Применение азотных удобрений | 6 |
| Сжигание биомассы Сжигание ископаемого топлива |
1.2.2 Циклы М. Миланковича
«Мы живем в ледниковый период». Так была названа вышедшая в 1967 г. книга доктора наук, будущего академика В.М. Котлякова. А чем плох для наших дней заголовок: « Мы живем в эру циклов М, Миланковича»? В сущности, оба названия говорят об одном и том же. Еще в 1970 гг. с помощью палеотемпературных шкал по изотопам кислорода из глубоководных отложений Индийского и Тихого океанов было доказано, что упомянутым циклам природа Земли обязана своими регулярными превращениями из теплой зеленой в белую холодную в течение последних 1,7 млн. лет. Закономерно, что 11,6 тыс. лет назад поступило межледнековье – голоцен, в поздней фазе которого ныне находится наш мир. В 1970-е гг. было также установлено, что около 120 тыс. лет назад, т.е. в межледниковую эпоху, последнюю перед голоценовым (современном) потеплением климата уровень океана был на 2-10 м выше современного. Значит, наблюдаемая послеледниковая природная трансгрессия мирового океана еще не достигла своего максимума, а размеры оледенения на континентах, а также островах – соответствующего минимума.