252

Editorial Board:

Dr. Igor Buksha (Ukraine)

Dr. Roman Corobov (Moldova)

Acad. Petro Gozhik (Ukraine)

Dr. Pavel Groisman (USA)

Acad. Valeryi Eremeev (Ukraine) Acad. Vitalyi Ivanov (Ukraine) Prof. Gennady Korotaev (Ukraine) Dr. Yuriy Kostyuchenko (Ukraine) Prof. Vadym Lyalko (Ukraine) – Chief Editor Acad. Leonid Rudenko (Ukraine) Dr. Igor Shkolnik (Russia) Acad. Vyacheslav Shestopalov (Ukraine) Prof. Anatoly Shvidenko (Russia-Austria) Acad. Yaroslav Yatskiv (Ukraine) Изменения земных систем в Восточной Европе. КИЇВ НАУКОВА ДУМКА 2010.

Earth systems change over eastern Europe УДК 553.98(477+575.18+571.66):558.8. ISBN: 978-966-95419- Монография описывает современное состояние и перспективы исследований в области изучения текущих и прогнозных климатических изменений, изменений экосистем и связанных с ними угроз стабильному развитию общества. В отличие от большинства изданий по этому направлению, в предложенной монографии основное внимание уделено анализу моделей и интерпретации результатов наблюдений на региональном, а не на глобальном уровне, что позволяет использовать приведенные данные как научную базу принятия решений в сфере государственного управления, в частности, управления природными ресурсами, долгосрочного планирования аграрной политики, управления рисками, внедрения стратегий адаптации к глобальным изменениям и т.п.

Научная ценность работы состоит в аргументированном изложении отдельных составляющих, обозначающих изменения окружающей среды: водного баланса поверхности, количественных и качественных изменений растительного покрова, особенностей определения углеродного баланса, регионально адаптированных моделей атмосферных процессов, анализа чрезвычайных ситуаций, применению новейших методов наблюдений и т.п.

Территория исследований включает зону умеренного климата Европы, что делает предложенную работу исключительно актуальной как для Украины, так и для других стран Восточной Европы, входящих в эту зону (Болгария, Румыния, Венгрия, Молдова, Польша, Белоруссия, страны Прибалтики и Европейская часть России).

Решение поставленной задачи является настолько сложным, что требует привлечения ресурса не только нескольких национальных научных учреждений, но и нескольких стран и международных исследовательских центров. Поэтому в состав авторского коллектива и редакционной коллегии входят ведущие специалисты ключевых исследовательских учреждений Украины и стран Центральной и Восточной Европы. Особого внимания заслуживает возможность привлечения к анализу приведенных результатов опыта международных агентств и научных сообществ, в частности, Международного института прикладного системного анализа (IIASA) и Международной научной программы «Партнерская инициатива в области наук о Земле по изучению Северной Евразии (NEESPI)».

Для геологов, географов, экологов и других специалистов, аспирантов и студентов, которые интересуются вопросами глобальных и региональных изменений природных условий на Земле.

Рецензенты:

член-корреспондент НАН Украины А.Д. Федоровский, член-коррeспондент НАН Украины О.Ю. Митропольский Утверждено к печати ученым советом Научного центра аэрокосмических исследований Земли Института геологических наук НАН Украины и Бюро отделения наук о Земле НАН Украины Издание осуществлено по государственному контракту на выпуск научной печатной продукции Редакция медико-биологической, химической и геологической литературы Редакторы: © А.А. Апостолов, В.Н. Белокопытов, А.С. Богуславский, С.В. Бойченко, Н.Е. Борщевский, А.П. Видьмаченко, Г.Е. Годенко, П.Ф. Гожик, П.Я. Гройсман, И.Н. Дворецкая, В.Г. Дубин, Я.К.

Еловичева, В.Н. Еремеев, Б.В. Ефимов, Г.М. Жолобак, А.Б. Климчук, С.К. Коновалов, Г.К. Коротаев, Ю.В. Костюченко, Е.И. Левчик, Е.М. Лемешко, Л. Линднер, Н.С. Лобода, М.М. Лычак, В. И. Лялько, Л. Маркс, Б. Марциняк, Д.М. Мовчан, А.В. Мороженко, Т. Огуз, В.П. Палиенко, О.Н. Петренко, М.А.

Попов, В.П. Разов, А.И. Сахацкий, Э.И. Серга, О.Н. Сибирцева, Р.А. Спица, С.В. Сябряй, А.В.

Фесенко, Л.Н. Шевченко, Ю.Р. Шеляг-Сосонко, В.М. Шестопалов, Б.П. Школьник, З.М. Шпортюк, А.В. Яцик, Я.С. Яцкив.

Видьмаченко А.П., Мороженко А.В., Яцкив Я.С.

2.2.4. Глобальные изменения климата Земли (с. 254-306).

Vidmachenko A. P.; Morozhenko A. V.; Yatskiv Y. S.

2.2.4. Global changes in the Earth's climate Содержание Введение 1. История изменения климата на Земле 2. Погода и климат.

3. Природные и антропогенные причины изменений климата 3.1. Тектоника литосферных плит 3.2. Виновник климатических изменений – океан.

3.3. Изменение светимости Солнца. Солнечная активность 3.4. Изменение угла оси вращения Земли и её орбиты 3.5. Аэрозоли. Вулканическая активность.

3.6. Неизвестные взаимодействия между Солнцем и планетами Солнечной системы.

3.7. Антропогенное влияние 3.8. Влияние озона на изменение климата.

3.9. Факторы, ускоряющие и замедляющие глобальное потепление 4. Возможные сценарии и последствия глобального потепления.

4.1. Глобальное потепление будет происходить постепенно.

4.2. Глобальное потепление будет происходить относительно быстро.

4.3. Глобальное потепление в некоторых частях Земли сменится кратковременным похолоданием 4.4. Глобальное потепление сменится глобальным похолоданием 4.5. Парниковая катастрофа 4.6. Экономические последствия изменения климата 5. Способы предотвращения глобального потепления.

Прогноз Выводы для Украины.

Заключение Колебания климата и его природная изменчивость всегда оказывали существенное влияние на развитие жизни на Земле, а в последние тысячелетия и на развитие цивилизации. Длительное время от капризов природы (засухи или чрезвычайные ливни) периодически страдали те или иные локальные регионы. Однако, к концу XX века изменения климата стали настолько масштабными, что влиянию стихий подвергаются ранее благополучные регионы, т.е., изменения приобрели планетарных масштабов. Во второй половине ХХ века стало очевидно, что за счет антропогенного воздействия общая климатическая ситуация меняется гораздо быстрее, чем в прежние времена. Повысилась температура воздуха у поверхности суши, потеплела вода в океанах, а вслед за тем начали усиленно исчезать ледовики, вследствие чего, с одной стороны из-за подъема уровня вод мирового океана начали уходить под воду не только береговые участки ряда районов, но и целые острова, а с другой стороны из-за изменения динамики атмосферы участились ураганы чрезвычайной мощности, наводнения и засухи. В дополнение к этому в начале 1970-х годов было зарегистрировано вначале над Антарктикой, а позже и над рядом промышленно развитых регионов значительное уменьшение мощности озонового слоя.

Поскольку это совпало со значительным увеличением обусловленного производственной деятельностью человека в первую очередь углекислого газа, то глобальные изменения климата и мощности озонового слоя было при писано именно производственной деятельности человека, что заставило ученых всего мира направить усилия на исследование природы климатических изменений и их воздействия на биосферу и общество.

В 1976 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) сделала первое заявление об угрозе глобальному климату, а в 1979 г. учредила Всемирную климатическую программу (ВКП). В 1979, а затем в 1990 г. под эгидой ВМО прошли две Всемирные климатические конференции, которые заложили основу для понимания происходящих климатических изменений и принятия мировым сообществом рамочной Конвенции ООН по изменению климата (РКИК) и Киотского протокола к ней (1992 г.) С этого времени начались активные исследования колебаний климата, появились модели, объясняющие данное явление не только естественными причинами, но и деятельностью человека. То есть, в конце второго тысячелетия появились первые симптомы возможной катастрофы для землян, а именно: уменьшение мощности озонового слоя и глобальное потепление. Практически сразу же безальтернативно были названы и виновники этих явлений: увеличение концентрации фреонов и так называемых тепличных газов. Однако это было сделано не столько на основании всесторонних научных исследований, сколько под влиянием деятельности отдельных организаций, ратующих за сохранение окружающей среды. Проблема изменения мощности озонового слоя сейчас несколько потеряла свою остроту. К сожалению, этого нельзя сказать относительно проблемы потепления, так как его следствия с каждым годом становятся все более угрожающими.

Именно поэтому были подписаны многочисленные международные соглашения о мероприятиях по борьбе с ними, что безусловно является положительным. Но остается вопрос о действенности этих мероприятий. Дело в том, что сейчас практически отсутствуют комплексные наблюдательные исследования физико-химических свойств Земли, по данным о которых было бы возможно строго моделировать процессы в глобальных масштабах и определить наиболее эффективные механизмы, которые служат причиной ослабления стратосферного озонового слоя, глобального потепления и расставить приоритеты в их влияниях.

Человечество в принципе может принять достаточно эффективные меры по сохранению существующего климата. Однако все такие меры весьма дорогостоящие и их применение может привести к большему экономическому ущербу, чем, собственно, от изменений климата. Кроме того, масштабные преобразования экономики для стабилизации климата требуют достаточно длительного периода времени, измеряемого десятилетиями и сравнимого со временем наступления возможного качественного изменения климата.

Для решения возникшей глобальной проблемы требуется координация усилий политических деятелей и специалистов из самых разных отраслей знаний: экономистов, математиков, физиков, медиков, социологов и др. Поэтому, при поддержке Программы ООН по окружающей среде и Всемирной Метеорологической организации в 1988 г. была создана авторитетная Международная комиссия по изменениям климата. Основные цели этой комиссии таковы: оценить доступную научную информацию по изменениям климата; оценить социально-экономические последствия климатических изменений и их воздействий на окружающую среду; сформулировать стратегию реагирования на эти изменения. За истекшее десятилетие эта комиссия проделала большую работу по накоплению и анализу информации и подготовила серию отчетов, содержащих рекомендации, уже послужившие основой для принятия ряда важнейших международных соглашений (Рамочная конвенция по изменениям климата,1992 г., Рио-де-Жанейро;

соглашения по ограничениям выбросов СО2, 1997 г., Япония). Они служат основой при разработке соответствующих межгосударственных соглашений по стабилизации климата.

Однако введение любых таких ограничений требует весьма существенных (а зачастую и весьма дорогостоящих) перестроек в экономике.

1. История изменения климата на Земле.

До начала XX века в мире господствовало представление, что климат со временем не меняется. Но сейчас понятно, что это неверная точка зрения и что климат испытывает значительные колебания. Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что климат Земли не был постоянным. Уже давно отметили, что в далеком прошлом Земля неоднократно испытывала катастрофические изменения климата (например, ледниковый период, всемирный потоп, гибель динозавров, мамонтов и другое). В тёплые периоды среднегодовая температура Арктических широт поднималась до 7-13°С, а температура самого холодного месяца составляла 4-6°С. На смену тёплым периодам рано или поздно приходили похолодания, во время которых льды достигали современных тропических широт.

Ледниковые эпохи связаны с солнечными пятнами: когда на Солнце их было мало, на Земле делалось холоднее. Точно так же ледниковые периоды связаны с морскими течениями, потому что те способны переносить большое количество энергии. Сегодня считается, что указания на начало и окончание оледенений следует искать именно в реорганизации океанических течений, в изменении земной орбиты и вариациях солнечной активности. Известно, что чем больше масса льда, тем выше пропорция изотопа кислорода-18 в морской воде и в разных осадочных породах. Таким образом можно узнать, какие климатические изменения испытывала наше планета. Причинами этого могут быть изменения состояния земной атмосферы, на реальность чего указывают результаты определения химического состава в маленьких пузырьках воздуха, например, в глубоких слоях снега и льда в Антарктике и температуры по изотопному составу этих пузырьков.

Так, в 1960-1998 гг. в Гренландии и Антарктиде СССР (затем Россия) [11-15] и США пробурили десяток скважин в ледниках. Они позволили получить материал для климатических выводов за последние 800 тыс лет: газовый и пылевой состав древних атмосфер, по изотопам кислорода и дейтерия возобновлены температуры и т.п. [19-23, 33, 34, 40]. Сопоставление данных с наблюдениями метеостанций в последнее столетие показали хорошую сходимость вычисленных по льду и наблюдаемых результатов.

Оказалось, что в течение последних 800 тыс лет имели место значительные изменения физических параметров и химического состава атмосферы (в том числе и конценетрации углекислого газа), которые сопровождались значительными изменениями температуры (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Изменение глобальной температуры Земли за последние 800 тыс лет.

Рассчитанные изменения инсоляции (Рис. 3) очень незначительны. По-видимому, эти изменения служат только инициаторами, которые запускают перестройку глобальной климатической системы (в частности – систему океанической циркуляции) – своеобразными спусковыми крючками. Но тогда должны существовать усиливающие механизмы, действие которых и приводит к регулярному изменению глобального похолодания на глобальное потепление и наоборот.

Рис. 2. Материал ледников из пробуренных скважин.

Как видно из Рис. 1, 3, характер изменений глобальной температуры Земли и изменений количества углекислого газа СО2 – практически совпадают. То есть, увеличение концентрации СО2 объязательно сопровождается увеличением температуры.

Из графиков следует, что резкое изменение температуры в пределах 8 °С является скорее нормой, а не феноменом. Причем, количество основного парникового газа СО увеличивается после потепления, возможно, освобождаясь при таянии льда [40, 41, 42]. И алгоритм изменения климатических циклов один и тот же:

1) планетарное пиковое увеличение сильно поглощающей солнечное излучение пыли (может быть из-за вулканизма) 2) вследствие этого наступает „большое потепление“ (на 6-10 °С);

3) усиленное таяние ледовиков, поднятие уровня мирового океана 4) „большое похолодание“ (на 4-8 °С), которое изменяется меньшим потеплением (на 2-4 °С) 5) ледниковый период, в который из-за уменьшения осадков, существенно увеличиваются пылевые бури переносимая ветрами пыль загрязняет снега и ледники 6) усиливается количество поглощенной солнечного излучения, вследствие чего наступает очередное потепление.

Как видно из Рис. 1, 3 и 4, сами климатические циклы длятся 100-150 тыс лет. При этом межледниковый период занимает 10-20 тыс лет, а ледниковый — 80-130 тыс лет. Во времена „больших потеплений“ уровень мирового океана повышается на 80-120 м, а во времена „больших похолоданий“ уровень Мирового океана снижается на те же 80-120 м.

В настоящий момент мы живем в межледниковую эпоху, которая, судя по возможным аналогиям, заканчивается, а поэтому в будущем должен наступить очередной ледниковый период.

Рис. 3. Динамика показателей климата Антарктиды за 800 тыс. лет: а - изменение инсоляции c широтой. b - относительное содержание дейтерия D во льду. c - содержание тяжелого изотопа кислорода 18O. При потеплении содержание 18O в океанической воде понижается; d — содержание пыли во льду. Пыль преимущественно откладывается в период оледенений. Пики на обеих линиях отвечают потеплением. Они хорошо объясняются изменениями орбиты Земли (эксцентриситет орбиты, прецессия и нутация) (циклы Миланковича).

Человечество также было свидетелем ряда климатических изменений. В начале второго тысячелетия (11-13 века) исторические хроники свидетельствуют о том, что большая площадь Гренландии не была покрыта льдами (возможно, именно поэтому норвежские мореплаватели её окрестили «зеленой землей»). Затем климат Земли стал суровей, и Гренландия практически полностью покрылась льдами. В 15-17 века суровые зимы достигли своего апогея. О суровости зим того времени свидетельствуют многие исторические летописи и художественные произведения.

Рис. 4. Характер изменений количества углекислого газа СО2 и изменений глобальной температуры Земли.

Так, в 17 веке можно было кататься на коньках по каналам Амстердама. Сейчас же каналы Голландии уже давным давно не замерзают, тогда как в средневековые зимы замерзала даже река Темза в Англии. В 18 веке было отмечено незначительное потепление, которое достигло своего максимума в 1770 г. 19 век снова ознаменовался очередным похолоданием, которое продолжалось вплоть до 1900 г.

С начала 20 века началось довольно быстрое потепление. Уже к 1940 году в Гренландском море количество льдов сократилось вдвое, в Баренцевом – почти на треть, в Советском (сейчас- русском) секторе Арктики площадь льдов в сумме сократилась почти на половину (1 млн. км2). В этот период времени даже обычные суда спокойно проплывали северным морским путём от западных до восточных окраин СССР. Именно тогда было зафиксировано значительное повышение температуры арктических морей, отмечено значительное отступание ледников в Альпах и на Кавказе. Общая площадь льда Кавказа снизилась на 10%, а толщина льда местами уменьшилась почти на 100 м.

Повышение температуры в Гренландии составило 5°С, а на Шпицбергене – даже 9°С.

Ничего подобного в течение последних двух тысяч лет не наблюдалось. К этому добавим, что потепление произошло в основном после 1976 г., т.е., за 33 года. Хотя, несмотря на то, что земной шар сейчас намного теплее, чем в 30–40-х гг. 20 века, Арктика все еще намного холоднее, чем в 30-х годах и ледовитость морей сейчас большая.

С 1901 по 2000 гг. средняя годовая глобальная температура возросла на 0,6±0,2 0С.

Однако во времени этот процесс протекал неравномерно (см. Рис. 5).

Рис. 5. Изменение глобального климата между 1880 и 2007 гг.

Хансен [5] классифицирует изменения глобального климата между 1900 и 2000 в трех сегментах времени: потепление 1907-1945 гг. (нагревание, которое может быть обусловлено как увеличением количества тепличных газов так и естественным изменением климата), небольшое относительное глобальное похолодание на 0.1°C в 1944гг. (которое объясняют увеличением аэрозоля в воздухе; это привело к увеличению облачности и к повышению “блокировки” поступающего излучения. Увеличение аэрозолей связывают с увеличением использования каменного угля) и интенсивное потепление, начавшееся в 1976 г. (вызвано нагреванием в восточном регионе Тихого океана системой «Эль Ниньйо», Индийского океана, Атлантики и Северного ледовитого океана). Как видно из Рис. 5, самым теплым десятилетием были 1990-е годы. Следует отметить, что потепление имеет место только в тропосфере, в пределах нескольких километров от поверхности Земли, а в верхних слоях атмосферы температура снижается.

Прежние климатические модели были основаны, как правило, на предпосылке постоянства климата. Исходя из этого представления выбирались климатические переменные и интервал времени для их оценки. Однако если полвека назад традиционный набор климатических переменных вполне устраивал метеорологов, то в условиях меняющегося климата их уже недостаточно. Меняющийся климат требует применения новых математических методов. В частности, для изучения климатических временных рядов больше подходят алгоритмы анализа нестационарных случайных процессов.

Текущее изменение климата характеризуют скользящие средние величины климатических переменных (например, за 10, 22, 110 лет и т.п.), а также значения трендов. Современные расчетные климатические модели учитывают не только температуру и осадки, но и множество дополнительных параметров, в том числе содержание в атмосфере углекислого газа, который образуется и при сгорании топлива и вызывает парниковый эффект.

На территории восточной Европы общая тенденция изменения климата во второй половине ХХ века такая же, что и на планете в целом: повышается средняя годовая температура приземного воздуха. Наиболее интенсивный положительный тренд отмечен в Прибайкалье – Забайкалье, а также в Приморье и в Средней Сибири (до 3,5оС за 100 лет).

Крупные положительные аномалии температуры сохранялись в этих регионах в течение последних 11-12 лет. Но изменение климата – процесс неоднородный. Так, в целом потепление более заметно зимой и весной (тренд составил соответственно 4,7 и 2,9оС за 100 лет), тогда как в теплое время года рост температуры слабее. Кроме того, по земной поверхности районы потепления чередуются с районами заметного похолодания. При этом, температура приземного воздуха – один из основных показателей происходящих изменений, а следующей по важности климатической переменной – являются атмосферные осадки. Исследователями отмечается, что в последние 50 лет на северовостоке Евразии проявляется тенденция к уменьшению годовых и сезонных сумм осадков;

тогда как на территории восточной Европы прослеживается слабая тенденция к их росту.

Как видно из Рис. 6 в 1976 г. начался устойчивый рост температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и резкое изменение темпов увеличения концентрации СО2.

Рис. 6. Изменение сонцентрации СО2 и ее корреляция со средней глобальной температурой за последние 127 лет.

Это вызвало очередное ускорение таяния льдов (Рис. 7-10) Арктики, Антарктики и повышение зимних температур в умеренных широтах. Так, за последние 50 лет, толщина арктических льдов уменьшилась на 40%, а на некоторых территориях Сибири крепкие морозы давно остались в прошлом [6]. Особенно наглядно о глобальных изменениях климата свидетельствуют старые фотографии ледников (все фото сделаны в одном и том же месяце), которые являются одними из самых чувствительных показателей изменения климата в настоящее время.