Н.А. Ясаманов, докторгеолого-минералогических наук
Чтопроисходит с погодой? Прошлым летом жители средней полосы страны изнывали отжары, многие районы задыхались в дыму горящих торфяников, а Европу и юг Россииохватило катастрофическое наводнение, на Кавказ обрушились сокрушительныесмерчи. С ноября же в большинстве регионов установились лютые морозы (на северетемпература неделями держалась ниже –40°, в Подмосковье опускалась до –35°).Прошедший декабрь оказался седьмым среди самых холодных с 1879 г. за все времярегулярных наблюдений («рекордсмен» – 1933 г.). В то же время лишь дваждысредняя температура июля была выше, чем в 2002 г. В преддверии Всемирнойконференции по климату, открывающейся в Москве, мы публикуем один из взглядовна природу явления.
Вотуже четверть века идут споры о глобальном потеплении. Не только специалисты, нои общественность, а также СМИ озабочены изменениями климата, все чаще задаваясьвопросами: каков антропогенный вклад в парниковый эффект, неизбежен ли подъемглобальных температур или возможен спад и т. п. А в это время приборыбесстрастно фиксируют рост температур, и мы отмечаем уникальные погодныеаномалии. То в середине мая 2001 г. Подмосковье поражают продолжительныезаморозки, когда температура несколько дней держится у отметки –5 °С. Тослишком быстро заканчивается лето, и уже в августе начинается дождливая ихолодная осень. То слишком рано вскрываются реки и начинается половодье,сопровождающееся наводнениями. То, как в ноябре 2002 г., после теплой осени вЕвропейской части страны неожиданно устанавливаются температуры на 15–20градусов ниже средних многолетних, а в Восточной Сибири столбик термометра неподнимается выше –40 °С (в Якутии – морозы под шестьдесят!). И где жепотепление?
Чтои говорить, первая половина зимы 2002/2003 гг. впечатляет. Не секрет, что вПодмосковье уже привыкли к относительно теплым («гнилым») зимам спродолжительными оттепелями. Так, в январе 2002 г. оттепель продолжалась свышедвух недель. В результате температуры января, как, впрочем, и декабря 2001 г.,оказались намного выше средних.
Набытовом уровне потепление проявляется в том, что теплых дней в году становитсябольше (не обязательно летом). Глобальное потепление выражается не только вросте средних температур, но и в изменении процессов, влияющих на погоду.
Ихустойчивое протекание нарушается, и возникают погодные аномалии, число которыхс каждым годом все больше. Это и необычайно обильные и длительные снегопады вКраснодарском крае и Ставрополье зимой 2001/2002, и сильнейшие наводнения вЕвропе летом 2002 г. и зимой 2002/2003, и невиданные холода в Индии этой зимой.
Было ли потепление?
Глобальныепроцессы изменения климата вызывают не только плавный рост средних температур,но и их скачки, т. е. периоды аномально высоких и аномально низких температур.Вот только длительность последних во второй половине XX в. заметно сокращалась.
Опотеплении неопровержимо свидетельствуют приборы. Пока среднегодовыетемпературы в разных регионах и на Земле в целом повысились всего на десятыедоли градуса. Но спорят сегодня в основном уже не столько о факте потепления,сколько о его причинах и следствиях, а также о тех или иных сценариях развитиясобытий. Впрочем, некоторые участники дискуссий все еще не смирились спотеплением, ссылаясь на недостоверность, неточность или неверную интерпретациюметеорологических данных и несовершенство климатических моделей.
Парниковые газы
Говоряо глобальном потеплении, нельзя не упомянуть о парниковом эффекте и порождающихего парниковых газах в атмосфере. Это водяной пар, углекислый газ, метан,хлорфторуглероды (фреоны), обеспечивающие в целом около 98% парниковогоэффекта. Остальное приходится на инертные благородные газы. Около 60%парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнеепарниковый эффект, а их концентрация, в свою очередь, зависит от приземныхтемператур и площади водной поверхности. В конце 60-х годов ХХ в. ученыеобратили внимание на роль углекислоты в парниковом эффекте и задумались о еенакоплении в атмосфере: выбросы CO2 в энергетике, на транспорте, в металлургии,химической промышленности и других отраслях стремительно росли. Это такподействовало на впечатлительную международную общественность (прежде всегомногочисленные экологические НПО), что сегодня ряд «климатических активистов»парниковый эффект и антропогенные выбросы CO2 в атмосферу считают синонимами.Между тем довольно тяжелый углекислый газ не поднимается в верхние слоиатмосферы. Все его выбросы остаются в нижней тропосфере, откуда сравнительнобыстро поглощаются растительностью и почвенными организмами или растворяются вводах рек, озер, морей и океанов. Особенно много углекислого газа поглощаетМировой океан. При этом большая часть CO2 тратится на постройку скелета водныхорганизмов и усваивается фитопланктоном, а избыток аккумулируется в донныхосадках в форме карбонатов.
Главный участник
Допоследнего времени явно недооценивалась роль метана в парниковом эффекте. Аведь этот легкий газ с земной поверхности быстро попадает на границу тропосферыи стратосферы. Мало того, что он сам активно участвует в парниковом эффекте, навысоте 15–20 км под действием солнечных лучей он разлагается на водород иуглерод, который, соединяясь с кислородом, образует углекислый газ. Врезультате этого глобального процесса в верхних слоях атмосферы поглощаетсякислород и разрушаются молекулы озона. Содержание метана в атмосфере растетвдвое быстрее, чем концентрация углекислого газа. Возникающий из метана вверхних слоях тропосферы углекислый газ медленно опускается к земнойповерхности. Он не только активно участвует в парниковом эффекте, но и заметнопополняет запасы атмосферной углекислоты, т. е. чем больше метана попадает ватмосферу, тем больше в ней образуется углекислого газа.
Сколькоже в природе метана и откуда он поступает в атмосферу? Точно подсчитатьколичество выделяющегося метана нелегко. Но можно выделить природные иантропогенные его источники и оценить их мощность. Метан образуется в болотахпри гниении органики. Недаром его еще называют болотным газом. Поступает он ватмосферу и из обширных мангровых зарослей, широкой полосой протянувшихся нанизменных приморских равнинах в тропических областях (от 5° с. ш. до 10° ю.ш.). Кроме того, метан попадает в атмосферу из зон тектонических разломов, какна суше, так и на дне океана. Особенно много его выделяется вдоль рифтовыхвпадин срединно-океанических хребтов, в областях столкновения литосферных плит,где происходят активные вулканические подводные извержения, и на шельфе, гденакапливается и преобразуется органическое вещество. Выделяется метан и извозникающих при землетрясениях трещин и разломов в районах скопления нефти игазоконденсантов, месторождений бурого и каменного угля, горючих сланцев ивообще толщ осадочных пород, богатых органикой.
Великии антропогенные выбросы метана. Он выделяется при разведке и добыче полезныхископаемых, их транспортировке и переработке, при неполном сгоранииминерального топлива в двигателях внутреннего сгорания и тепловых электростанциях,в сельском хозяйстве (особенно на рисовых полях и животноводческих фермах). Пооценкам, естественные и антропогенные выбросы составляют примерно 70% и 30%, нопоследние стремительно растут.
Еслив ближайшие годы не будет сильных извержений вулканов (как Кракатау в 1883 г.или Тамбор в 1815 г.), на Земле продолжится рост температур. Но нельзя строитьпрогнозы, не поняв, как влияет на глобальное потепление рост содержания метанав атмосфере и его превращение в углекислоту.
Путешествие в прошлое
Информацияо климатах давних эпох надежно сохранена в горных и осадочных породах в видеископаемых остатков животных и растений. Современные методики позволяют оценитьклимат древности довольно точно. Начиная с докембрия, по мере приближения ксовременной эпохе климатические характеристики расшифровывают все полнее идостовернее.
Завремя существования Земли было по меньшей мере 6–7 глобальных оледенений (вконце архея – начале протерозоя, 2,5 млрд лет назад; в рифее – 850 и 650 млнлет назад, в ордовике – 450 млн лет назад, в конце каменноугольного периода –280 млн лет назад, а самое недавнее началось в конце неогена – 2 млн лет назади продолжилось в четвертичном периоде). Последнее оледенение завершилось вначале голоцена (15 тыс. лет назад). С тех пор климат на Земле менялся то всторону потепления, то похолодания, но ледниковый покров на планете постепенносокращался.
Вовремя оледенений средние температуры на Земле опускались до 8–10 °С (ныне 14°).Огромные площади покрывались мощными ледниковыми щитами – ледники достигали40–45° северной и южной широт. Тропический и субтропический климат сохранялсятолько в узкой полосе у экватора.
Однакогораздо дольше, чем оледенения, на Земле господствовал очень теплый климат.Средние температуры повышались до 20–22 °С. На полюсах не только отсутствовалиледяные шапки, но и росли деревья. Даже в эоцене (50–55 млн лет назад, что погеологическим меркам недалеко от современной эпохи) температура воды в СеверномЛедовитом океане была, как в современном Черном море. На Шпицбергене и островахКанадского Арктического архипелага росли хвойные и широколиственные леса. Вгеологических слоях, возникших в то время, найдены отпечатки теплолюбивыхрастений и даже пальм, а также скелеты крокодилов и других теплолюбивых животных.
Однакоуже около 30 млн лет назад в Антарктиде возникли первые ледники. Спустя еще 25млн лет они появились и в Северном полушарии (сначала в Гренландии, а затем наостровах Северного океана, который постепенно покрылся многолетним льдом).Наступил четвертичный ледниковый период. Впрочем, и в этот период ледники нераз отступали. В одну из таких эпох, в микулинское межледниковье (125 тыс. летназад), Северный Ледовитый океан покрывался льдом только зимой, а на местетундры и лесотундры росли сплошные леса. Всего за 1,5 млн лет ледниковые эпохипо крайней мере четырежды сменялись межледниковьями.
Впоследние годы профессором А.А. Величко составлены палеоклиматические картыЕвропейской части России. На них видно, как менялся климат в последний миллионлет. Почти все это время гораздо севернее, чем ныне, располагались области сумеренным и тропическим климатом. Если во время оледенений средняя температурабыла значительно ниже современной (примерно 20 тыс. лет назад ледники не толькопокрывали всю Скандинавию, но и достигали Валдайской возвышенности), то вмежледниковья — на несколько градусов превышала современную. И тогда местотундры занимала тайга и даже хвойно-лиственные леса, а на месте тайги рослидубово-грабовые и дубово-липовые леса. Границы лесостепей находилисьзначительно севернее нынешних, а на юге Европейской части России располагалисьстепи и полупустыни.
Почему меняется климат
Вчем же причины таких кардинальных перемен? Зная это, не только легче понять,почему меняется климат в современную эпоху, но и строить прогнозы.
Первое,что напрашивается в качестве причины климатических флуктуаций, – этопериодическое изменение положения Земли в космическом пространстве и, сталобыть, неравномерное поступление солнечной энергии. Это, действительно, важная причина,но она ответственна только за продолжительные (десятки миллионов лет)климатические изменения. Так что для прогнозов на десятки и даже сотни летискать причины изменений климата в космосе не стоит. Кроме того, чистокосмическими причинами не объяснить колебания содержания CO2 ватмосфере, запечатленные растительностью в результате фотосинтеза.
Втораяпричина — состояние атмосферы, ее прозрачность и концентрация парниковых газов.Ведь атмосфера пропускает не всю солнечную радиацию. Часть ее она рассеивает иотражает обратно в космическое пространство, и лишь 44% потока излучениядостигает земной поверхности. Атмосферный озон, как известно, задерживаетультрафиолет.
Современнаяатмосфера — результат долгой эволюции. Когда-то в ней не было кислорода иазота, а были только углекислый газ, водяной пар, метан, аммиак, водород ипары кислот. Первый миллиард лет в атмосфере преобладал углекислый газ, но кконцу этого периода в ней появились азот и кислород. Содержание кислородадостигло максимума 500 млн лет назад. А еще раньше возник озоновый экран,защитивший живые существа от ультрафиолетового излучения и позволивший жизнивыйти на сушу.
Высокаяконцентрация CO2 в атмосфере обеспечивала парниковый эффект ивысокие температуры в самые теплые эпохи геологического прошлого. Однаковременами концентрация сильно менялась. Как только она становилось меньше,наступали похолодания. Согласованные изменения концентрации CO2 итемпературы (как в геологическом прошлом, так и в настоящем) дали поводсчитать, что именно от содержания CO2 зависел парниковый эффект иприземная температура. При этом оставался вопрос: откуда в атмосфере бралсяизбыток CO2 и как он расходовался?
Выделяющийсяиз земных недр и почвы CO2 поглощался растительностью и почвеннымимикроорганизмами и вследствие высокой плотности не мог подниматься в атмосферу.Основным его поглотителем, как уже отмечалось, служат гидросфера ирастительность, поглощающая и перерабатывающая CO2 при фотосинтезе.Чем больше CO2 в атмосфере и чем выше температура, тем больше наЗемле фитомасса. При отсутствии притока CO2 растительность настолькоинтенсивно поглощает его из атмосферы, что его содержание падает, и начинаетсяпохолодание. Это четко прослеживается при анализе палеоклиматов. Какими быпричинами ни вызывались потепления или похолодания, всегда отмечаласькорреляция между содержанием CO2 в атмосфере и растительнымпокровом.
Ну,а что же происходит ныне? На фоне потепления рост содержания CO2 ватмосфере все больше связывают с антропогенным выбросами. Но ведь в прошлом,когда не было человека, оно регулировалось природными процессами. Его приток изземных недр, как и от антропогенных выбросов, невелик, ибо он гораздо тяжелеевоздуха. Его не поднимут в тропосферу даже потоки горячего воздуха и дыма. Ноон мог образоваться в результате разложения восходящих потоков метана,нарастающих, например, при любых подвижках земной коры. Так, из анализагеологического прошлого следует, что потеплениям всегда предшествовалирасширение морского дна и расхождение континентов.
Подводяитоги, можно высказать предположение, что в нынешнем глобальном потеплении«повинен» в основном метан, как уже отмечалось, интенсивно поступающий ватмосферу из разных источников. Проверить это непосредственными наблюденияминепросто, ибо скорость его перемещения в атмосфере высока, а срок жизни мал. Нонеуклонный рост содержания в атмосфере метана, фиксируемый в последниедесятилетия, заставляет усомниться в том, что потепление вызвано лишьантропогенными факторами. А взяться ему есть откуда! И в нашу эпоху происходятмедленные перемещения литосферных плит, а на континентах (Байкал,Восточно-Африканские Великие озера) и морском дне (Красное море, Индийский иАтлантический океаны) образуются гигантские рифты, что сопровождается наземнымии особенно подводными базальтовыми излияниями. Все эти процессы могутсопровождаться масштабными выбросами метана в атмосферу, что, как мы видели,способно вызвать потепление, неоднократно отмечавшееся в прошлом.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.ecolife.ru/