Если вам не нравится погода в Новой Англии, подождите несколько минут.
 1.svg)
Согласно статистике, если бы погода не менялась, то девять из десяти человек, никогда бы не начали беседу между собой.
Но вот, что говорят на этот счет мудрые шотландцы: «Не бывает плохой погоды, бывает плохая одежда!»
Несмотря на быстро меняющуюся погоду, мы можем описать ее основные особенности из года в год, от сезона к сезону: например, зима – холодная, лето – жаркое, осень – дождливая. Попросту говоря, есть основные особенности погоды. Эти основные особенности и есть климат.
Климат – это многолетний режим погоды, в формулировке Всемирной метеорологической организации — за 30 лет.
Локальный климат зависит от географического местоположения местности.
Как Вы думаете, какие из перечисленных фактов могут рассматриваться как глобальное изменение климата?
Климатические изменения —
природный процесс
Мы все слышим о происходящем сегодня глобальном изменении климата. Как, на Ваш взгляд, менялась среднегодовая температура на Земле за последний миллион лет?
Примерно каждые 100 тыс. лет наступало короткое потепление, за которым следовало длительное похолодание. Это оказывало существенные последствия для климата и всех живых существ. Во время одного из таких похолоданий примерно 60 млн лет назад вымерли динозавры. Это был постепенный процесс, вероятно, длившийся более тысячи лет.
(L. Koenig, NASA)
С момента завершения последнего ледникового периода, почти 12 000 лет назад, климат был относительно стабильным. Однако, температурный провал, породивший цивилизацию около 3100 года до н. э., был самым большим — температура тогда упала почти на градус. Что такое понижение температуры на один градус, если речь идет о среднегодовой температуре по полушарию? Когда в среднем температура на планете падает на градус — это сигнал того, что региональные и сезонные (зима, лето) понижения могут достигать 7–8 и даже 10 градусов, а колебания осадков составляют до 300 мм в год. Что такое 300 мм в год? Для регионов с сухим климатом это 200% от номинальной величины. Другими словами, среднеполушарное падение температуры на градус вызывает такие драматические изменения климата «на местах», которые просто не могут не сказаться на человеческой жизнедеятельности.
(Dansguard et al., 1968; Schönwiese, 1995; Keigwin, 1996)
За последние 2000 лет ясно выделяются несколько климатических циклов похолодания и потепления, сменяющих друг друга. Прочитайте характеристики климатических периодов Земли и выберите наиболее вероятную, с Вашей точки зрения, характеристику каждого из таких периодов.
Чисто экологическое убийство
В начале 1990-х годов были собраны первые данные метеорологических исследований древней Центральной Америки, свидетельствующие о том, что Цивилизация Майя была обречена на гибель вследствие существенного изменения климата, произошедшего в период 950-1250 гг.. Эту эпоху тёплого климата в северном полушарии называют Средневековым климатическим оптимумом. В IX веке на земли майя пришла суровая засуха. А XI век принес самую страшную засуху за две тысячи лет - "мегазасуху". Первая волна засухи уничтожила поселения майя на юге, а вторая принесла гибель их северным территориям. После этой второй волны засух цивилизации майя уже не суждено было восстановиться.
Критические (т.е. способные существенно повлиять) факторы изменения климата Земли и примеры их проявления:
Изучая Малый ледниковый период, мы видим, что в то время как в Европе и некоторых других регионах наступило похолодание, в других частях света, как Центральная Америка, наоборот, было зафиксировано повышение температуры. Самый главный факт заключается в том, что изменение климата было разным для разных территорий.
(Mann et al., 2009)
А теперь посмотрим на карту текущих изменений температуры на Земле. Потепление происходит повсеместно, за исключением одной небольшой территории в Атлантике.
Парниковый эффект
Система Земля-атмосфера постоянно пытается поддерживать баланс между энергией, которая достигает Земли от Солнца, и энергией, которая поступает от Земли обратно в космос. Если «энергетический бюджет» Земли изменяется, например, в результате природных явлений, таких как извержения вулканов, либо в результате деятельности человека, то возникает дисбаланс в системе Земля-атмосфера, и температура Земли повышается или понижается, чтобы восстановить этот энергетический баланс.
Из чего же складывается «энергетический бюджет» Земли?
И каково влияние парниковых газов на систему Земля-атмосфера?
Парниковый эффект на Земле возникает оттого, что солнечное тепло, отразившись от земной поверхности, задерживается атмосферой. Как Вы думаете, какой газ, входящий в атмосферу, вносит самый большой вклад в парниковый эффект на Земле?
Присутствие в атмосфере водяного пара поднимает среднюю температуру у поверхности Земли более чем на 20°С. Углекислый газ дает к этой величине прибавку еще в несколько градусов. Метан тоже дает большой удельный вклад в парниковый эффект, но ввиду малого содержания метана в атмосфере его общее влияние пока относительно невелико. Среди всех перечисленных газов Озон вносит самый несущественный вклад в парниковый эффект. Если бы не водяной пар парниковый эффект, средняя температура на поверхности Земли составляла бы −18°C, то есть реки и океаны всегда были бы замерзшими, и нигде не росли бы растения. Благодаря естественному парниковому эффекту средняя температура на Земле достигает +15⁰°C.
Исследования подтверждают, что хозяйственная деятельность майя изменила экосистемы тропических лесов. Растущий спрос на продовольствие вынуждал майя расширять площади своих сельхозугодий. Чтобы выжить, они начали вырубать тропические леса, превращая их во водно-болотные угодья. Расширение сети сельскохозяйственных каналов привело к увеличению объема выбросов в воздух углекислого газа и метана. Даже столь небольшие изменения, возможно, согрели планету.
Человек усилил
Парниковый эффект на 5%
Часть парниковых газов действительно высвобождается в атмосферу в результате природных процессов, например, при дыхании людей, животных и при извержении вулканов в воздух попадает углекислый газ (СО2). Метан выделяется болотами, озерами и Мировым океаном, жвачными животными и даже насекомыми.
К изменению климата может привести повышение солнечной активности или падение метеоритов. За последние 2,5 тыс. лет главной причиной роста и резких падений температуры были извержения вулканов. Однако, ни один из этих факторов не объясняет потепление, наблюдаемое в последние 50 лет.
Давайте посмотрим, что наука узнала об изменениях климата нашей планеты за последние полмиллиона лет, благодаря ледяным кернам, добытым учеными в Антарктиде и Гренландии.
— температура
Красный график сверху — температура. Мы живем в теплый период, называемый Голоценом (современный межледниковый), который находится на нулевой точке справа. Примерно 30 000 лет назад в Антарктике был предшествующий холодный период, когда температура была примерно на 10 градусов ниже, чем сейчас. Предыдущий межледниковый период был 120 000 лет назад и т. д. Мы видим эти циклы, каждый из которых длится около 100 000 лет, с более короткими теплыми и более длинными холодными периодами.
— концентрация пыли в атмосфере
Желтый график наверху — это концентрация пыли в атмосфере, которая в холодные периоды была в 20-30 раз выше, чем сейчас. Это означает, что климат тогда был более засушливым, а циркуляция воздуха была более интенсивной. Кроме того, площадь поверхности континентов была больше, чем сейчас, потому что уровень моря был на 120 метров ниже. При этом много воды хранилось на континентах в виде ледяных щитов.
— парниковые газы
Наконец, зеленые графики описывают концентрацию парниковых газов: верхний — для CO2, а нижний — для метана. Только изучив керны льда, мы смогли увидеть, что температура и концентрация CO2 имеют действительно тесную корреляцию.
Но означает ли это, что парниковые газы изначально были причиной климатических изменений? Скорее всего, нет! Изначальный сдвиг был вызван колебаниями солнечной инсоляции (циклами Миланковича). А затем небольшой, фактически очень слабый начальный толчок каким-то образом усилился за счет обратной связи в климатической системе, в океанах, в ледяном покрове. Тогда главным двигателем повышения температуры стали парниковые газы.
Теперь, когда мы уверены, что нынешняя концентрация CO2 ненормальна, пора поднять вопрос о ее происхождении. Вызвана ли она естественными или антропогенными причинами? Чтобы ответить, нужно для начала взглянуть на углеродный цикл нашей планеты.
Атомы одного и того же вещества могут содержать разное количество определённых частиц – нейтронов. По их количеству можно определить, откуда в атмосфере взялся углекислый газ – от дыхания живых организмов или от сжигания угля, нефти и природного газа.
М.: WWF, 2013. – 220 с.)
До того, как человеческая деятельность начала серьезно влиять на состав атмосферы, количество углерода в атмосфере составляло около 600 миллиардов тонн (600 гигатонн, Гт). Ежегодно растения потребляли около 120 Гт углерода. Так что все деревья на Земле могли использовать весь атмосферный углерод всего за пять-шесть лет. Но этого никогда не происходило, потому что растения также выбрасывают углерод обратно в атмосферу в процессе дыхания, а также во время разложения после смерти. Кроме того, CO2 легко растворяется в воде, поэтому он попадает в океан, где существует в виде растворенного органического и неорганического углерода. Здесь он потребляется морской микробиотой и растениями. Но океан также выбрасывает углерод обратно в атмосферу, и весь этот углерод в прошлом был уравновешен. Кроме этого, много углерода накоплено в ископаемом топливе — несколько тысяч миллиардов тонн. И еще одно место хранения гигантского объема углерода — вечная мерзлота. Наконец, у нас есть вулканы, которые выбрасывают CO2, хотя на самом деле, в относительно небольшом объеме, всего около 0,1 Гт в год.
Потом на сцену вышло человечество. Мы начали добывать уголь, нефть и газ и использовать эти органические окаменелости в качестве топлива для получения энергии и тепла. С наступлением эпохи развитой индустриализации каждый год мы стали выбрасывать в атмосферу около 10 миллиардов тонн углерода — это в сто раз больше, чем все вулканы на нашей планете!
Углеродный след – это вклад отдельного человека в выбросы СО2. Перечисленные на плашках действия, считаются экологами наиболее эффективными для уменьшения выбросов. Расставьте их в порядке приоритета, перетащив в форму, расположенную ниже.
(S. Wynes and K. A Nicholas, 2017)
поглощает
120 кг CO2
В течение одного года обычное дерево выделяет объем кислорода, необходимый для семьи из 3 человек.
1 дерево в среднем в течение 1 года поглощает 120 кг CO2, и примерно столько же выделяет кислорода.
1 автомобиль поглощает этот же объем кислорода (120 кг) примерно при сжигании 1 бака бензина (около 50 литров).
Главный источник выбросов парниковых газов — сжигание ископаемого топлива (угля, нефти и газа). В далеком прошлом, когда на Земле было на десять градусов теплее, в мире очень хорошо росли растения. Они поглощали СО2 из атмосферы, отмирали, позже образовывались уголь, нефть и газ. А теперь человек, сжигая топливо, с беспрецедентной скоростью возвращает СО2 в атмосферу. Основными поглотителями и переработчиками углекислого газа на земле являются моря и леса. Потеря лесных и водно-болотных территорий, которые могли бы накапливать CO2, также усиливает эффект потепления.
Как Вы думаете, в каком климатическом поясе произрастает большинство лесов Земли?
«Лесная» статистика
~400 млн лет назад
< 1% времени лесов
75% в растениях
50% в подстилке и почве
10 тыс. лет назад
5 тыс. лет назад
Бореальные леса – северные леса Земли. Это крупнейший сухопутный биом планеты, площадь которого составляет 15 млн км². Жители Евразии называют эти леса «тайга». Именно в южной подзоне тайги находятся Ленинградская область и Юго-Восточная Финляндия. Здесь бореальная растительность наиболее разнообразна. Для таежных лесов особо характерны хвойные деревья, и основные из них – ель (Picea), сосна (Pinus) и лиственница (Larix). Каждый из этих видов формирует вокруг себя определенный тип тайги – уникальную среду, подходящую для произрастания определенного набора растений. Особенности развития хвойных растений во многом определяются состоянием среды не только текущего года, но и предшествующего. Повышение температуры и влажности воздуха, а также усиление солнечной радиации в июле предшествующего года заметно ускоряют развитие деревьев. Из лиственных самыми распространенными для южной тайги являются береза (Pendula), осина (Populus tremula) и ива (Salix). Ученые установили, что береза и тополь активно поглощают CO2, быстро растут и могут стать основой лесных карбоновых ферм. Благодаря 15 га березового массива удастся избавиться от углекислого газа, выработанного 2 тысячами автомашин. Так как же с потеплением климата изменится ареал типичной бореальной флоры южной тайги?
Ель обыкновенная
Береза повислая
Дуб черешчатый
Клен остролистный
Липа мелколистная
Более подробную информацию о бореальных лесах, их растительности и роли для климата планеты, Вы можете получить, пройдя квест «Климатические загадки тайги». Выполнять задания квеста можно как на местности, так и удаленно online.
Увеличение зеленой массы растения происходит путем образования в его клетках углеводов. Растение вырабатывает их в процессе фотосинтеза. Для фотосинтеза деревья поглощают углекислый газ и воду. Со времени промышленной революции содержание углекислого газа в атмосфере стремительно возрастает. Как Вы думаете, как это отразилось на деревьях?
Глобальное потепление
ГБУ «Гидрометцентр России»
В случае потепления и вызванного им таяния ледников, талые воды поступают в океан. Даже при небольшом повышении температуры талые воды Гренландии могут вызвать сильное опреснение поверхностного слоя океана. Это происходит как раз там, где пришедшие с юга воды опускаются вниз. Если плотность воды понизится (а это происходит при опреснении), она перестанет «тонуть» и приводить тем самым в движение так называемую петлю Брокера, частью которой и является Гольфстрим, а он и переносит теплые воды и обеспечивает мягкий климат Европы.
Ледниковый период
Последний ледниковый период произошел 11 тыс. лет назад, когда в результате таяния мощных ледников на севере Северной Америки массы талой воды, переполнив существовавшее там очень крупное озеро Агассис устремились через район Великих озер и реку Св. Лаврентия на восток, вызвав сильнейшее опреснение Северной Атлантики. Гольфстрим остановился тогда на тысячу лет, вызвав сильнейшее похолодание в Европе.
Какие последствия глобального потепления наиболее вероятны для климата Северной Европы к концу 21 в.?
Уровень Мирового океана +19
уровень Мирового океана может составить +160 см
90% ледяного покрова начало таять
ледник Окйокуль исчез
Белые медведи исчезнут через 20 лет
То, что испарится над Европой, пойдет дождем над Петербургом
Климатические проекции
Сегодня мировое сообщество пытается остановить глобальное потепление. Все слышали о Парижском соглашении по климату. О чем же оно? Парижское соглашение 2015 года заключено в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата и предусматривает:
Учеными разработано 5 сценариев, иногда говорят «моделей» климатических проекций в зависимости от ограничения концентрации выбросов парниковых газов. Эти сценарии называются Репрезентативные траектории концентраций (РТК - Репрезентативные траектории концентраций). Индекс сценария характеризует величину глобального антропогенного воздействия, достигаемого в 2100 г:
| РТК | Воздействие | Температура | Динамика выбросов |
| 1.9 | 1.9 W/м2 | ~1.5 °C | Очень значительное сокращение выбросов |
| 2.6 | 2.6 W/м2 | ~2.0 °C | Значительное сокращение выбросов |
| 4.5 | 4.6 W/м2 | ~2.4 °C | Незначительное сокращение выбросов |
| 6.0 | 6.9 W/м2 | ~3.8 °C | Стабилизация выбросов на существующем уровне |
| 8.5 | 8.5 W/м2 | ~4.5 °C | Увеличение выбросов |
По оценкам Программы ООН по окружающей среде, даже если страны выполнят обязательства, взятые в рамках Парижского соглашения, температура в мире повысится на 3,2°C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Несмотря на кратковременное снижение выбросов углекислого газа, вызванное пандемией COVID-19, усилия по сокращению выбросов парниковых газов пока не приводят ни к замедлению потепления, ни к снижению темпов роста концентрации этих газов. Почему? Газ CO2 достаточно стабилен, что делает систему Земля-атмосфера довольно инертной. Как только мы выбрасываем большое количество CO2 в атмосферу, он остается там на десятилетия, а то и столетия. Углерод не уйдет быстро. Температура атмосферы нашей планеты еще не находится в равновесии с CO2, поэтому даже если мы перестанем увеличивать объем выбросов углекислого газа, как мы пытаемся сделать в последние годы, температура все равно будет расти как реакция на уже имеющийся CO2.
Какие изменения
климата нас ждут?
Сценарии развития потепления не могут предсказать климат регионов. Однако, основываясь на метеостатистике, гидрометеорологи с помощью ансамбля глобальных климатических моделей представили расчеты будущих изменений климата в 21 веке.
В течение 21 века:
 1.svg)
Ленинградская область и Финляндия:
Как же при этом изменится климат Ленинградской области и Финляндии?
Если темп климатических изменений сохранится, а не уменьшится, то к 2050 г. климат городов Северной Европы станет похож на Южноевропейские города.
Проведенный специалистами в соответствии с модельными оценками анализ выявил следующие тенденции изменения климата Ленинградской области к концу 21 века
- Диапазон изменчивости суточной суммы осадков в зимний сезон увеличится, тогда как уменьшится годовая сумма осадков. Интенсивность осадков может увеличиться на 0,25 мм в сутки, или примерно на 10%; число суток с сильными осадками увеличится с 27% до 31%. Произойдет повышение годовых минимумов приземной температуры воздуха на 4–6°С. При этом ожидается сокращение на 6–8 суток эпизодов с экстремально низкой температурой воздуха зимой, а число морозных дней сократится на две и более недели.
- Изменения годового максимума температуры не превысят 3°С. Такие изменения увеличат вероятность возникновения оттепелей зимой, сокращения периода с устойчивым снежным покровом.
Основываясь на этих критериях, дайте свой прогноз положительных и отрицательных для хозяйства последствий изменения климата в Ленинградской области\Финляндии, заполнив пропуски во фразах, используя предложенные ниже слова (перетащить слово во фразу):
Последствия потепления климата в Ленинградской области и Финляндии:
В 1274 году Хубилай, внук Чингисхана, собрал гигантский флот и, погрузив на него 37-тысячную армию, отправился на завоевание японских островов. Поначалу ему сопутствовал успех, он захватил несколько островов, разбил оборонявшие их отряды. Однако внезапно начавшийся тайфун уничтожил флот Хубилая.
Монгольский правитель не оставил мысли о завоевании Японии. В последующие семь лет он построил еще более мощный флот и в 1281 году погрузил на него 100-тысячную армию. Но история повторилась с пугающей точностью – внезапно налетевший тайфун вновь потопил монгольский флот, перечеркнув надежды Хубилая на полное владычество в регионе. Японцы окрестили спасительные тайфуны словом "камикадзе" (в переводе с японского – божественный ветер).
Климат и Мировой океан
Мировой океан поглощает большую часть избыточного тепла, образующегося вследствие парникового эффекта, однако океан реагирует на изменение климата крайне медленно. Это означает, что даже если человечество полностью перейдет на альтернативные источники энергии и перестанет вырубать леса, выбросы углекислого газа, уже попавшие в атмосферу, будут продолжать нагревать океаны.
К 2050 году ряд прибрежных городов и малых островных государств будут ежегодно затапливаться. До сих пор столь масштабные наводнения происходили там не чаще 1 раза в 100 лет.
По мере отступления ледников, питающиеся от них реки начнут мелеть, и жители населенных пунктов, расположенных вниз по течению, столкнутся с нехваткой питьевой воды.
Повышение кислотности вод мирового океана из-за роста выбросов углекислого газа угрожает популяции промысловых рыб, которые являются основным источником питания для миллионов людей.
с 1901 по 2010 гг. средняя скорость составляла 1,7 мм в год,v с 1971 по 2010 гг. – 2,0 мм в год,
с 1993 по 2010 годами – 3,2 мм в год
Подробнее (на английском языке) , (Rowley et al. 2007)
Существуют две причины повышения уровня Мирового океана:
1) таяние ледников Гренландии и Антарктиды, в результате чего в Мировой океан поступает дополнительный объём воды;
2) термическое расширение воды. При повышении температуры вода расширяется и занимает больший объём в пространстве.
В данный момент треть населения Земли живет а 100-километровой прибрежной зоне. Отрицательные последствия подъема уровня Мирового океана коснутся в первую очередь именно этих людей. Скомпонуйте эти угрозы, вставив недостающие слова из имеющегося ниже набора:
Из-за таяния вечной мерзлоты в Арктике и Сибири в атмосферу выбрасывается все больше метана и углекислого газа. А это, как известно, ускоряет глобальное потепление: тем самым образуется замкнутый круг.
Ещё одно следствие подъёма уровня моря – размыв и разрушение волнами и прибоем берегов.
Особенно сильно разрушение затронуло побережье Арктики. Раньше берега были лучше защищены льдом, теперь из-за потепления льда стало меньше, а штормов больше, и разрушение берегов резко ускорилось. Есть районы, где берега отступают на 10–25 м и более в год!
Потепление в Арктике
Для Арктики разработаны особые сценарии изменения климата в зависимости от уровня выбросов парниковых газов. Рассмотрим два из них.
Экстенсивный сценарий А2: В 21 в. мировое сообщество в основном должно сосредоточиться на экономическом росте. Население будет расти быстрее, чем по сценарию В2, и к 2100 году достигнет 15 млрд человек. Мировой валовой продукт окажется немного выше, чем по сценарию В2. Однако распределение валового продукта и технической вооруженности будет неравномерным. Энергия, полученная при сжигании угля, составит 53% всей вырабатываемой энергии. Использование только лишь 28% энергоресурсов не будет сопровождаться выбросами СО2 в атмосферу Земли. В результате в 2100 г. в Арктике по сравнению с началом века станет существенно теплее – на 7°С. А уровень Мирового океана вырастет более, чем на 30 см.
Интенсивный сценарий В2: В 21 в. мировая цивилизация серьезно займется охраной окружающей среды и уничтожением на планете социального неравенства, а все решения мировое сообщество будет принимать с учетом местных условий. По этому сценарию население в 2100 г. достигнет 10,4 млрд человек. Экономические блага и достижения техники достаточно равномерно распределятся по всему миру. Сжигание угля будет давать всего лишь 22% всей вырабатываемой энергии, а 49% энергии станет производиться без выбросов СО2. В результате средняя температура в Арктике к 2100 году также возрастет существенно – на 5°С. А уровень Мирового океана вырастет более, чем на 40 см.
Не путайте Арктику и Антарктиду! Используя пиктограммы, установите отличительные особенности Арктики и Антарктиды.
 1.svg)
 1.svg)
 1.svg)
