«а.О. кокорин, е.В. Смирнова, Д.Г. замолодчиков ИзмененИе клИмата кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ а.О. кокорин, е.В. Смирнова, Д.Г. замолодчиков ИзмененИе клИмата кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ москва — 2013 УДК ...»

Сначала в вводном подразделе рассматриваются изменения климата на Северо-Западе страны в целом. Затем следуют 4 подраздела — для каждого из регионов. Материал построен так, что для изучения вопросов местного изменения климата достаточно вводного подраздела и подраздела, посвященного данному региону. Это, конечно, привело к ряду повторов, но, по мнению авторов, упрощает использование информации. Для каждого региона приводятся данные о тенденциях изменения температуры и осадков, а также их прогноз на ближайшие десятилетия, составленный в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова8.

Сайт Главной геофизической обсерватории: http://www.voeikovmgo.ru. Нужно выбрать справа вверху раздел «Изменение климата России в XXI веке».

ВВеДенИе Для отдельных метеостанций дан примерный прогноз изменения средних, максимальных и минимальных за год температур, специально подготовленный в Институте глобального климата и экологии Росгидромета и РАН. Эта информация может быть полезна для дополнительных занятий по географии вашего региона.

Кроме того, для каждого региона дана сводная таблица социальных, экономических и экологических проблем, которые могут быть вызваны наблюдаемыми изменениями климата. Таблица также содержит информацию о вероятных последствиях изменений климата и предлагаемых мерах. Меры, перечисленные в таблице, призваны помочь региону адаптироваться к новым климатическим условиям, избежать сильных негативных эффектов и, насколько возможно, воспользоваться позитивными факторами. Собран очень широкий спектр явлений, поэтому данная информация может использоваться при рассмотрении комплексного воздействия человека на природу региона, например, в курсе экологии или основ безопасности жизнедеятельности. Однако в этом разделе мы не говорим о том, как отдельный человек, например, школьник, может помочь снизить глобальное воздействие на климатическую систему.

Конкретным действиям, доступным каждому, посвящены пятый и шестой тематические разделы. В них рассматриваются сбережение тепла в зданиях и экономия электроэнергии. Ранее в первом тематическом разделе подчеркивается, что самым сильным воздействием человека на климатическую систему являются выбросы СО2, образующиеся при сжигании ископаемого топлива (угля, газа, нефтепродуктов) преимущественно для производства тепла и энергии. В пятом и шестом тематических разделах даются практические советы по сбережению тепла и электроэнергии, которым могут следовать школьники.

Для лучшего понимания логической связи между материалами первого и пятого-шестого разделов мы подготовили справочные приложения 1 и 2. В приложении 1 дается подробная информация об источниках выбросов СО2 и других газов, вызывающих парниковый эффект, которая может помочь читателю понять важную роль сбережения тепла и электроэнергии в снижении воздействия человека на климат. В приложении 2 приведена информация об углеродном и экологическом «следе» человечества. Она призвана облегчить понимание роли воздействия на климат в широком спектре всех видов нашего влияния на природу.

Учащиеся могут вести самостоятельные наблюдения за климатическими параметрами, а также выполнять более сложные ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ ВВеДенИе работы. Пример такой работы дан в приложении 3, где рассматриваются наблюдения за последствиями очень интересного явления — ледяного дождя. Подобные практические занятия могут быть частью изучения курсов географии, физики, биологии и других дисциплин.

Примеры конкретных действий по сбережению тепла и электроэнергии приводятся в приложении 4. Эти действия непосредственно связаны со знаниями, которые учащиеся получают в курсе физики, а расчеты требуют математических навыков. Поэтому материалы тематических разделов 5, 6 и приложений 1, 2 и 4 могут использоваться для практических занятий по физике и математике.

В приложении 5 дается примерная программа факультативного курса «Климат и энергосбережение» для учащихся 10–11-х классов общеобразовательных учреждений. Излагаются цели, задачи и ожидаемые результаты курса, его тематическое планирование.

В конце книги приведен список литературы и интернет-источников, которыми могут воспользоваться и педагоги, и учащиеся.

Для удобства пользования он разделен на 2 части. В первой приведено около 10 главных источников (все на русском языке и с интернет-доступом), включая базовые материалы Росгидромета, во второй части собрано более 30 дополнительных источников.

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Изменение климата на планете В наши дни об изменении климата говорят все — ученые, политики, бизнесмены. Об этом пишут в газетах и журналах, ведутся споры в Интернете, по телевидению выступают известные специалисты.

Понять суть проблемы нелегко, настолько противоположны взгляды и суждения. Потепление или похолодание? Какова причина изменения климата: деятельность человека или естественные процессы1?

Рис. 1.1. Составляющие климатической системы, основные климатообразующие  процессы и их взаимодействия Источник: IPCC 4AR, vol. 1, Climate Change 2007.The Physical Science Basis.p. 104, www.ipcc.ch.

Более детально см.: Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Приведенная на рис. 1.1 схема климатической системы Земли показывает, что климат планеты формируется как Солнцем, так и всеми средами нашей планеты: атмосферой, гидросферой, биосферой, вулканами, ледовым покровом и т.д., которые находятся в постоянном взаимодействии. При этом на них все сильнее воздействует хозяйственная деятельность человека, которая изменяет саму поверхность Земли и загрязняет все окружающие нас среды.

Рассмотрение роли каждой из сред со всеми ее взаимодействиями с «соседями», вероятно, потребовало бы создания учебного курса, рассчитанного на несколько лет обучения. Поэтому в качестве первого опыта изложения предмета «изменение климата» ниже предлагается кратко рассмотреть лишь главные факторы, продвигаясь от прошлых геологических эпох к настоящему времени.

климат менялся всегда Климат на Земле изменялся во все времена, в том числе задолго до того, как свою роль в этом начала играть деятельность человека. В геологической истории Земли встречались и более теплые периоды, чем в последние миллионы лет. На рис. 1.2 показано, как сильно колебалась температура в разные геологические эпохи и как это соотносилось с покрытием суши льдом. Всемирная метеорологическая организация условилась отсчитывать изменения климата от средних значений за 1961–1990 годы, что показано на рисунке, поэтому можно сказать, что 500 млн лет назад было на 7 °С теплее, а 300 млн лет назад на 1 °С холоднее, чем в 60–90-е годы прошлого века. Покрытие суши льдом сильно понижало температуру на всей планете. Это установили по отметкам, которые лед оставляет на горных породах.

Кроме того, анализ геологических образцов, донных отложений океанов и других данных показывает, что теплые периоды совпадают с периодами высокого содержания CO2 в атмосфере2.

Концентрации газов в атмосфере принято выражать в молярных долях, что означает, сколько молекул данного газа приходится на миллион молекул газовой смеси, образующей воздух.

Сейчас в воздухе примерно 390 частей CO2 на миллион (ppm3), IPCC 4AR, vol. 1, Climate Change 2007. The Physical Science Basis. www.ipcc.ch.

В климатической литературе принято использовать английскую аббревиатуру: ppm — parts per million. ppm — единицы мольного состава газовой смеси или отношение числамолейСО2намиллионмолейвсех составляющих воздуха, что то же самое, что и число молекул газа на миллион молекул всех газов воздуха.

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете 400 млн лет назад СО2 было в 10 раз больше — несколько тысяч ppm, а 300 млн лет назад — лишь несколько сотен ppm.

Рассматривая причины столь сильных изменений климата за полмиллиарда лет, ученые анализируют всевозможные геологические, астрономические, биологические, геомагнитные и другие факторы. Говоря в целом о ситуации в течение сотен миллионов лет, нужно подчеркнуть главенствующую роль расположения суши относительно полюсов и экватора — тектонические процессы и дрейф континентов. Большую часть времени полярные районы были свободны от суши, там не накапливались ледниковые щиты, которые бы сильно отражали солнечное излучение. В результате в среднем было гораздо теплее, чем сейчас.

Более подробное рассмотрение последних 60 млн лет показывает, что нынешнее покрытие льдом Антарктиды началось примерно 40 млн лет назад, а оледенение Гренландии — менее 10 млн лет назад. Как видно на рис. 1.3, оба этих процесса сопровождались очень существенным снижением температуры, в результате чего она приблизилась к современному уровню.

Вспомним, что, следуя правилам Всемирной метеорологической организации, изменения климата отсчитываются от ситуации, Рис. 1.3. Изменения температуры Мирового океана за последние 60 млн лет   (оценка по содержанию изотопа кислорода-18 в глубоководных океанских отложениях) Источник: http://www.columbia.edu/~mhs119/TargetCO2/TargetFig3.pdf детальное описание см. в Hansen, J. E., and Mki. Sato, 2011:

Paleoclimate implications for human-made climate change. In Climate Change: Inferences from Paleoclimate and Regional Aspects. Berger, Andr; Mesinger, Fedor; Sijacki, Djordje (Eds.) Springer, 2012, тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Примерно 60 млн лет назад произошло хорошо известное и активно обсуждаемое вымирание динозавров. Выдвигаются разные причины — астрономические, например: падение гигантского метеорита в районе нынешнего Карибского моря, после чего некоторое время Земля была затенена пылью и для динозавров стало слишком холодно. Или биологические: та или иная конкуренция с более «совершенными» живыми организмами и т.п.

На рис. 1.3 также показан «резкий» всплеск температуры примерно 55 млн лет назад. Многие ученые объясняют его размораживанием метангидратов (снегообразных соединений метана, имеющихся на дне морей и океанов). Метан — сильный парниковый газ, и его выбросы ведут к повышению температуры. Потепление было очень сильным. С одной стороны, в шкале миллионов лет оно было очень кратким, примерно 70 тыс. лет. С другой, 70 тыс.

лет — очень длительный срок, если рассматривать его в масштабе XX–XXI веков. Потом все вернулось к состоянию, определяемому иными факторами, в частности, расположением континентов и оледенением суши.

Последние миллионы лет:

радиационный баланс земли Основным фактором изменения климата в последние миллионы лет был и есть радиационный баланс Земли — разница между приходящим солнечным излучением и излучением нашей планеты в космос.

Радиационный баланс Земли постоянно менялся, но причины изменений были разные. Для каждого конкретного случая — ледниковых периодов, колебаний температуры в прошлом тысячелетии, нынешней ситуации — необходимо устанавливать свои причины. Есть три основных фактора изменения радиационного баланса Земли, показанные на рис. 1.44.

1.Изменениепоступающегосолнечногоизлучения (инсоляции), связанное с изменением орбиты Земли и/или светимостью Солнца.

2.Изменениеальбедо — доли солнечного излучения, которое отражается Землей обратно в космос. Альбедо зависит от многих факторов, например, от того, какая часть планеты покрыта белым IPCC 4AR, vol. 1, Climate Change 2007. The Physical Science Basis. www.ipcc.ch.

Рис. 1.4   Радиационный   мелкими твердыми и жидкими частицами (аэрозолями). Такие чабаланс Земли  стицы выбрасывают вулканы, создают пыльные бури, но в наше и парниковый   Climate Change 2007. The Physical Science Basis. p. 115, www.ipcc.ch.

процессы и дрейф континентов, но это очень медленные процессы, влияние которых велико только при рассмотрении миллионов Антарктида была свободна ото льда. Она была темной и отражала мало солнечного света, что влияло на климат в сторону потепИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете ления. Если бы сейчас на месте Антарктиды был океан, ледовый покров Земли в целом был бы меньше и климат теплее. Если бы суша (а это всего 30% поверхности планеты) концентрировалась на полюсах, то площадь оледенения планеты была бы больше, а климат — гораздо холоднее.

3.Изменениеинфракраснойрадиации,излучаемойЗемлей обратновкосмос. Наша планета, как всякое нагретое тело, излучает инфракрасную радиацию. Только около 10% этой радиации уходит в космос, остальные 90% поглощают газы, составляющие атмосферу Земли. Данный эффект был описан учеными еще в начале XIX века, при этом была подмечена аналогия с парником, пленка которого пропускает солнечный свет, но не выпускает тепло (инфракрасное излучение, испускаемое грядками). Поэтому сам эффект был назван парниковым, а соответствующие газы — парниковыми. Главные составляющие атмосферы Земли, азот и кислород, инфракрасное излучение не поглощают, таковы свойства их молекул. Поглощает тепловое излучение Земли в основном водяной пар; за ним идут углекислый газ, метан, а в последние годы добавились новые газы, созданные человеком: фреоны, фторсодержащие углеводороды, гексафторид серы и т.д.

Парниковый эффект очень важен для нашей планеты, без него средняя температура воздуха у поверхности Земли была бы не примерно +14 (как сейчас), а –19 °С, и жизнь была бы очень затруднительна. Иногда спрашивают, не грозит ли планете «парниковая катастрофа», не превратится ли Земля в Венеру, плотно покрытую облаками и очень жаркую. Этого не произойдет, так как особенности поглощения инфракрасного излучения Земли таковы, что даже очень сильный рост содержания водяного пара и СО не приведет к росту парникового эффекта выше определенного предела. Поэтому жизни на планете катастрофа не угрожает, хотя изменения могут быть очень большими.

Сейчас речь идет о том, что человек усилил парниковый эффект, хотя и не сильно, на несколько процентов, но существенно. Человек повысил содержание в атмосфере СО2 и метана (а также пыли, сажи и других веществ). По мнению ученых, даже усиление парникового эффекта на 2–3 °С приведет к большим проблемам, ведь, как будет показано ниже, это не плавное и приятное потепление, а рост неустойчивости — «экстремальности» — климата5.

Более детально см.: Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. — М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru;

IPCC 4AR, vol. 1, Climate Change 2007. The Physical Science Basis. www.ipcc.ch Рис. 1.5   Изменения   орбиты Земли  (циклы Миланковича), которые  определяют наступление ледниковых периодов.  наклона (наклонения) оси Земли;

эксцентриситета орбиты (степени ее отклонения от круга, эксцентриситет круговой орбиты равен нулю);

P — прецессия, то есть круговое изменение направто есть сильно изменяет широтное и сезонное распределение солления оси вращения Источник: IPCC 4AR, vol.

1, Climate Change 2007. The они взаимодействуют с сезонными эффектами. Когда эксцентриситет мал (орбита Земли близка к круговой), как это было около 400 тыс. лет назад и будет в течение следующих 100 тыс. лет, тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете сезонные изменения инсоляции, вызванные прецессией, меньше, чем когда эксцентриситет больше (орбита Земли — более вытянутый эллипс).

Последний миллион лет ледниковые периоды инициируются минимумами летней инсоляции в высоких широтах Северного полушария, когда выпавший зимой снег сохраняется весь год и, накапливаясь, превращается в ледниковые щиты Северного полушария. Белый снег и лед отражают солнечное излучение, и становится еще холоднее. При этом уровень океана может падать почти на 100 м7. Именно в такой период древние люди перешли из Евразии в Америку, вероятно, в основном по суше, а частично — по узкому проливу, покрытому льдом.

Воздействие ледниковых периодов на Евразию, приход и уход ледников и изменение растительного покрова рассмотрены ниже, в теме «Лес и климат». С другой стороны, Южное полушарие мало подвергалось воздействию ледниковых периодов. Антарктида в последние миллионы лет была постоянно покрыта льдом и снегом, а изменения орбиты Земли слишком слабы, чтобы это изменить.

Углекислый газ тоже играет важную роль в ледниковых периодах, хотя и не является их причиной. В Антарктиде ученые сумели отобрать пробы льда по всей толщине ледникового щита, а это почти 4 км, или около миллиона лет накопления снега. В превратившемся в лед снеге остались пузырьки воздуха, которые можно проанализировать и определить состав воздуха в течение сотен тысяч лет. Концентрация CO2 в холодные ледниковые времена была низкой — 160–190 ppm, а в теплые межледниковые периоды — высокой, до 300 ppm. По анализу изотопов кислорода ученые восстановили температуру прошлого: в последний миллион лет на нашей планете временами было теплее, чем сейчас.

Приходы ледниковых периодов и теплые межледниковые времена видны как периодические минимумы и максимумы всех параметров (температуры, концентраций СО2, СН4, уровня океана) на рис. 1.6.

Hansen, J.E., and Mki. Sato, 2011: Paleoclimate implications for human-made climate change. In ClimateChange:InferencesfromPaleoclimateandRegionalAspects. Berger, Andr; Mesinger, Fedor; Sijacki, Djordje (Eds.) Springer, 2012, 270 pp. http://www.

springer.com/environment/global+change+-+climate+change/book/978-3-7091-0972-4;

Rahmstorf, S., 2007: A semi-empirical approach to projecting future sea-level rise, Science, 315, 368-370; Hansen, J.E., 2007: Scientific reticence and sea level rise. Environ.Res.Lett., 2, 024002 (6 pp.) Содержание CO2 в атмосфере следует за температурными изменениями в Антарктиде с запаздыванием на несколько столетий. Так, биосфера Земли реагирует на изменение температуры.

холоднее, содержание СО2 падает, ослабляется парниковый эффект и становится еще холоднее. В конце ледникового периоРис. 1.6   Температура,   концентрации СО2  и метана, уровень  Мирового океана  за последние   800 тыс. лет Источник: Hansen, J.E., and Mki. Sato, 2011: Paleoclimate climate change. In Climate Change: Inferences from Paleoclimate and Regional Aspects. Berger, Andr;

Mesinger, Fedor; Sijacki, Djordje (Eds.) Springer, 2012, 270 pp.

http://www.springer.com/ environment/global+change+climate+change/book/978–3– 7091–0972– тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете да становится теплее, концентрация СО2 в атмосфере больше, и температура растет быстрее за счет усиления парникового эффекта.

Последний ледниковый период начался примерно 110, а закончился 13 тыс. лет назад. Более подробно его ход, а также динамика климата 20–5 тыс. лет назад рассмотрены ниже в тематическом разделе «Лес и климат». Там анализируется, как колебания температуры влияли на растительность, и приведены карты ее распределения в разные тысячелетия.

Примерно 5–7 тыс. лет назад климат был несколько более теплым и влажным, чем сейчас, — был пройден пик межледниковья (так называемый оптимум голоцена). Вероятно, такие условия были благоприятны для древнего человека и развития цивилизации, но заметим, что теперь у человека иные экономические условия, иная численность и расселение по планете, иная продолжительность и стандарты жизни. Поэтому было бы ошибочно думать, что «аналогичное» потепление на пару градусов будет благом и для нашей современной цивилизации. Затем около 5 тыс. лет назад климат постепенно похолодал и стал близок к современному.

Сейчас мы находимся в теплом межледниковом периоде и медленно движемся к следующему ледниковому периоду, который наступит через несколько десятков тысяч лет. Более точно определить время сильного похолодания пока не удается, но большинство ученых полагает, что у нас еще есть как минимум 20 тыс. лет.

Поэтому рассматривая ниже климат последнего тысячелетия, а затем прошлого и нынешнего столетий, мы пока можем «забыть»

об орбите Земли и ледниковых периодах и обратить внимание на иные факторы: океанские циклы, вулканы и Солнце.

естественные изменения климата в последние столетия:

океанские циклы, вулканы и Солнце Факторы, которые обусловили изменения климата в последние сотни лет, конечно, действовали всегда. Однако для более далеких времен у нас не хватает данных, чтобы отследить их относительно небольшое и краткосрочное влияние. Как было сказано выше, ученые определили, насколько климат 5–6 тыс. лет до нашей эры отличался от климата 13–14 тыс. лет назад. Но они ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ были, но какие конкретно, сказать нельзя. Можно лишь утверждать, что они были относительно краткосрочными и небольшими, гораздо меньшими, чем вариации климата, которые мы видели при рассмотрении климатической истории Земли за сотни и признаны учеными как надежные. Один из основных — дендрохронология: определение изменений температуры по шириРис. 1.7   Вариации   температуры  деревьев, в распоряжении ученых немало остатков деревянных в различных   строений, где есть очень старые бревна. Другие методы основарегионах мира   за последние   по косвенным данно не более (рис. 1.7).

ным о растительном покрове, годичным и другим источни- вестно все. Уровень знаний растет, но при этом оценка роли Climate Change 2007. The Physical Science Basis. p. 468, www.ipcc.ch тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете вариаций с периодом в несколько десятков лет, которые обычно называют океанскими циклами. Собственно, другого названия быть и не может, так как почти вся энергия климатической системы Земли сосредоточена именно в океане. В долгосрочных колебаниях атмосферные процессы могут серьезно влиять на климат, только если в них участвует океан.

Океанские циклы. Сейчас активно исследуются физические механизмы, которые могут приводить к циклическим изменениям в океане с периодом от 1–2 до ста и более лет. Картина очень непростая — идет единая циркуляция поверхностных и глубинных вод и их взаимодействие с атмосферой. Океанские течения объединены в огромный планетарный конвейер, причем трехмерный — есть поверхностные течения, а есть глубинные. В одних частях конвейера движение вод может быть более быстрым, а в других очень медленным, но охватывающим огромные массы воды. Теперь представим себе, что движение и температура различных частей этого конвейера могут «пульсировать». Когда чуть теплее поверхностные воды — над ними теплее атмосфера, когда чуть теплее глубинные воды — атмосфера холоднее. Энергия как бы «перетекает» из глубин на поверхность и обратно, из одной части океана или атмосферы в другую и «возвращается» назад, причем это может занимать десятки лет, но общее количество энергии остается практически неизменным. Одним из механизмов превращения непрерывного движения в циклический процесс может являться конвекция, которая из-за вязкости воды возникает только при определенной разнице в плотности воды, зависящей от ее температуры и солености.

До этого температура глубинных вод может медленно нарастать, но конвекции не будет. Когда же разница достигнет определенного предела, начнется быстрое конвективное движение.

Ученые выявляют и изучают многолетние колебания океана и атмосферы по всему земному шару. Приведем только два примера. Для Атлантики характерны вариации с периодом примерно в 60-70 лет (рис. 1.8). Такие вариации сильно влияют на местный климат, в частности, на температуру в западной Гренландии (голубая линия на рис. 1.7). Вероятно поэтому, когда викинги ее открыли и назвали «Зеленой землей», там было относительно тепло, а в Швеции могло быть холодно, что только усилило контраст. Однако возможно и влияние океанских вариаций в глобальном масштабе (рис. 1.8).

Попробуем на примере вариаций в Атлантике (так называемого Атлантического мультидекадного колебания) сопоставить ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ Рис. 1.8   Рост глобальной  приземной температуры воздуха в последние  130 лет и его   примерное   сопоставление   с «теплыми»   и «холодными»   фазами   Атлантического  мультидекадного  колебания Источник: По данным: Росгидромет «Изменение климата»

вып. 34, май 2012 г. www.

meteorf.ru или www.globalclimate-change.ru. Названия фаз Атлантического колебания даны условно и приведены в кавычках. Данное явление описывается специальным индексом (AMO — Atlantic Multidecadal Oscillation Index).

Периоды его роста условно названы здесь «холодными»

фазами, а периоды, когда фазы данного цикла и изменения глобальной температуры воздуиндекс постоянен и относительно высок — «теплыми». ха (см. рис. 1.8). В XX веке «теплая» фаза данного колебания приИсточник данных об АМО:

База данных US NOAA Earth System Research Laboratory, имеется в открытом доступе годы пришелся максимум солнечной активности. Поэтому на основании этих колебаний нельзя сказать, какие десятилетия XXI века будут холоднее, а какие теплее. Однако даже поверхностное сопоставление, показанное на рис. 1.8, говорит о том, что, возможно, эти с 1850 года8. Однако внутри данного десятилетия рост температуры не прослеживается: нельзя сказать, что 2006–2010 годы были тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Другой пример: воздействие на температуру воздуха на планете океанского явления Эль-Ниньо, или Южной осцилляции9.

Оно проявляется на огромной территории в южной части Тихого океана, от Индонезии до Южной Америки. Физическая природа явления очень сложна и еще далеко не до конца изучена. Схематически можно сказать, что очень теплая вода, сосредоточенная в 100–200-метровом слое в центральной части Тихого океана, «вдруг» тонким слоем начинает растекаться по поверхности океана, охватывая огромную площадь. Обычно холодные воды у берегов Перу вдруг сменяются более теплыми, очень сухая погода сменяется ливнями и т.д. Действие Эль-Ниньо очень заметно на всей планете. Именно с ним ученые связывают то, что 2011 год на планете был холоднее, чем 2009 и 2010 годы. На рис. 1.9 синим цветом выделены годы, когда Южная осцилляция была в определенной фазе своего циклического развития. В частности, когда на Эль-Ниньо (по испански ElNio — Малыш, Мальчик), или Южная осцилляция — колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, имеющее заметное влияние на климат. В более узком смысле Эль-Ниньо — фаза Южной осцилляции, в которой область нагретых приповерхностных вод смещается к востоку. При этом ослабевают или вообще прекращаются пассаты, замедляется подъем глубинных вод в восточной части Тихого океана, у берегов Перу. Противоположная фаза осцилляции называется Ла-Нинья (LaNia — Малышка, Девочка). Характерное время осцилляции — от 3 до 8 лет, однако сила и продолжительность Эль-Ниньо сильно варьируются.

тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете начало года температура поверхностного слоя воды в центральной и восточной частях экваториальной зоны Тихого океана была на 1,5–2 °С ниже среднего значения за 1961–1990 годы. В такие годы на всей планете было холоднее.

Роль вулканов в формировании климата очень важна, нократкосрочна.После извержений с выносом большого количества пепла и других частиц в стратосферу (если частицы не достигают стратосферы, то они быстро оседают) Земля на один-три года затеняется и температура на всей планете опускается примерно на 0,2–0,4 °С, что очень существенно. Например, в 1991 году после извержения вулкана Пенатубо охлаждающее действие выброшенных им частиц было почти в два раза больше, чем нагревающее действие СО2, поступающего от всех источников на планете. Потом частицы оседают и климатическая система «забывает» об извержении. Заметим, что такие извержения случаются редко, за последние десятилетия они были только в 1963 (Агунг), 1982 (Эль-Чичон) и 1991 (Пенатубо) годах. Недавние извержения в Исландии и в других регионах стратосферу не затронули и на климат не повлияли.

Ещеоднапричинаклиматическихизменений—вариации солнечногоизлучения. Известен 11-летний солнечный цикл. Наблюдения за Солнцем, начатые еще в XVII столетии, также позволяют проследить 40–45-, 60–70-, 100- и 200-летнюю изменчивость. При этом поток приходящей от Солнца энергии меняется слабо, но есть более сложные эффекты, которые тоже могут воздействовать на климат. Исследуется влияние Солнца на содержание в атмосфере озона (который является парниковым газом, хотя его вклад в общий парниковый эффект очень невелик); влияние на стратосферные облака (в ясную погоду от их количества зависят ночные температуры).С другой стороны, изучение влияния Солнца и других космических факторов на геомагнитные явления не выявило климатических эффектов.

Известен Маундеровский минимум солнечной активности (примерно 1640–1715 годы), когда было несколько холоднее, и это можно заметить на рис. 1.7. Повлияло Солнце на климат и в XX веке, в конце 1930-х годов был пик солнечной активности, а в Арктике льдов было относительно немного. Более слабый, но все же заметный максимум 200-летнего цикла Солнца был отмечен в 1980–1990-е годы. А восходящая ветвь 11-летнего цикла пришлась примерно на 1997–2003 годы. Тогда в прессе можно было прочесть, что потепление на Земле вызвано активностью Солнца. Климатологи с этим не соглашались, что затем получило ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете подтверждение — потепление растет, хотя активность Солнца идет на убыль. Поэтому можно услышать утверждения о похолодании в самое ближайшее время. Так и могло бы быть, если бы не вмешательство других факторов, гораздо более сильных. Это, вероятно, указанные выше естественные океанские циклы и, главное, усиление парникового эффекта из-за роста концентрации в атмосфере СО2, метана и других парниковых газов антропогенного происхождения, о чем пойдет речь ниже.

Заметим, тот факт, что естественные факторы вызывали изменения климата в прошлом, не означает, что нынешнее изменение климата также вызвано естественными причинами10. Аналогичным образом то, что лесные пожары с давних пор вызываются естественными причинами, например ударами молний, не означает, что пожары не могут быть вызваны беспечностью человека.

Главная климатическая особенность последних десятилетий Теплые дни зимой, выпадающий только в январе снег, наводнения и засухи бывали и во времена А. С. Пушкина11, и даже, как мы видели выше, когда викинги около 1000 лет назад открыли Гренландию. Но никогда в истории человечества не было ни столь высокой концентрации СО2 в атмосфере, ни столь резкого ее роста, наблюдаемого с 1960–1980-х годов. Именно это является главной климатической особенностью последних десятилетий.

По записям температуры приземного слоя воздуха, в частности, за XX век почти ничего нельзя сказать о нынешнем изменении климата — подобно тому, как только по кашлю нельзя точно определить заболевание: это может быть грипп, бронхит или туберкулез.

В 1930-е годы во время экспедиции «Челюскина» в Арктике тоже было теплее, чем в ХХ веке в целом. Но существенного роста концентрации СО2 в атмосфере тогда еще не наблюдалось, а рост температуры был и в тропосфере, и в стратосфере. Это был равномерный прогрев всего атмосферного столба. Сейчас прогрев отмечается только в тропосфере, а выше, в стратосфере, идет охлаждение.

Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru (см. главу 6 тома данного доклада «Антропогенный вклад в изменение климата»).

А.С. Пушкин. Евгений Онегин. «Снегвыпалтольковянваре.Натретьевночь.Проснувшисьрано,ВокноувиделаТатьяна,Поутрупобелевшийдвор,Куртины,кровли изабор,Настеклахлегкиеузоры,Деревьявзимнемсеребре,Сороквеселыхнадворе, ИмягкоустланныегорыЗимыблистательнымковром».

тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Проблема антропогенного изменения климата кроется в изменении химического и физического состава атмосферы, а не в росте температуры. Непосредственно человек почти не воздействует на климатическую систему, но загрязняет атмосферу пылью, сажей, увеличивает концентрацию СО2 и метана, выбрасывает новые синтезированные парниковые газы, вырубает леса и изменяет альбедо, летает на самолетах и увеличивает количество перистых облаков и т.п. Эти воздействия могут как нагревать планету (как выбросы СО2, метана, N2O и других парниковых газов, сажи), так и охлаждать (как загрязнение атмосферы аэрозолями).

Ученые детально рассматривают все виды воздействий и сводят их к общему знаменателю — прогреву или охлаждению атмосферы в виде потока энергии в Вт/м2 в секунду. Все потоки энергии — приход от Солнца, поглощение, отражение и излучение атмосферой, поверхностью Земли и облачным покровом, затраты на испарение и скрытая теплота конденсации — составляют ее глобальный баланс. Расчеты показали, что для планеты в целом самым главным и сильным воздействием человека сейчас является повышение концентрации СО212. Поэтому ниже рассматривается прежде всего СО2.

Конечно, человек может и непосредственно прогревать атмосферу — сжигать топливо и нагревать окружающую среду. Наглядный пример этого — «тепловые острова» городов, в которых температура может повышаться более чем на 5 °C по сравнению с температурой за границей города. Но в глобальном масштабе это очень маленькое воздействие, не оказывающее влияния на климат планеты или даже области или края.

Еще раз подчеркнем, что учеными анализируются все возможные факторы, в том числе геологические и геомагнитные, в частности, вулканическая активность как прямой источник тепла и СО2; наличие космической пыли и космического излучения, но они не считаются существенным фактором современных изменений климата13.

Концентрацию СО2 легко измерить, и такие наблюдения ведутся примерно на 300 станциях по всему миру. Но конкретное место в данном случае не важно: СО2 хорошо перемешивается в атмоОценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации». М.: Росгидромет, 2008 г. Баланс энергии — см. том 1, с. 10; роль различных воздействий — см. том 1, с. 95. http//:climate2008.igce.ru Подробные пояснения см. Бюллетень Росгидромета «Изменение климата». Вып. 34, май 2012 г. www.meteorf.ru или www.global-climate-change.ru ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете сфере, и рост концентрации практически одинаков по всему миру (рис. 1.10). Глобальный рост концентрации СО2 зависит не от локальных выбросов, а от выбросов во всем мире. Также быстро растут концентрации СН4 и N2O, что также обусловлено деятельностью человека. Метан поступает в атмосферу от добычи природного газа, от домашних животных и с рисовых полей. Оксид азота (I) — при внесении в почву азотных удобрений (см. приложение 1).

Рассмотрим глобальный круговорот СО2. Его можно представить как две огромные петли (темно-синие петли на рис. 1.11). Правая — газообмен атмосферы с наземной биотой, а левая — ее газообмен с океаном. Восходящая ветвь первой петли (эмиссия СО в атмосферу) — это дыхание растений и животных, почвенных организмов, разложение органического вещества. Нисходящая ветвь (поглощение СО2 из атмосферы) — фотосинтез наземных растений. Вторая петля — физический процесс газообмена океана с атмосферой, который тесно связан с третьей петлей (светлоголубая петля на рис. 1.11), которая находится уже в океане. Это дыхание и фотосинтез фитопланктона.

Когда человек начал добывать уголь, а потом нефть и газ, он вмешался в круговорот СО2. Поясним это на примере угля (сжигание газа, нефтепродуктов и торфа, а также уничтожение лесов в принципе действуют так же). Миллионы лет назад уголь образовался из растительных остатков. Тем самым тогда из атмосферы его образовывалось за сотни тысяч и миллионы лет. Поэтому баланса нет, а есть несбалансированный природными процессами По данным: Land Use, Land-Use Change and Forestry, IPCC, 2000 — Robert T. Watson, Ian R. Noble, Bert Bolin, N. H. Ravindranath, David J. Verardo and David J. Dokken (Eds.), Cambridge University Press, UK. pp 375.http://www.ipcc.ch/ipccreports/sres/land_use/index.

php?idp=19; P. Falkowskiet. al. The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System. Science 13 October 2000: Vol.

290 no. 5490 pp. 291–296 DOI: 10.1126/science.290.5490.291 http://www.sciencemag.org/content/290/5490/291; NASA Earth Observatory.

The Carbon Cycle, 2011.http://earthobservatory.nasa.gov/Features/CarbonCycle/; данные о выбросах энергетики и промышленности за 2011 г. Trends in global CO2 emissions, 2012 report, EC Joint Research Center, PBL Netherlands. http://edgar.jrc.ec.europa.eu/ CO2REPORT2012.pdf тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете земными экосистемами, атмосферой и океаном огромны — в и более раз больше, чем поток СО2 от сжигания ископаемого топлива (см. рис. 1.11). Может быть, эти огромные потоки как-то меняются естественным образом и это приводит к росту концентрации СО2 в атмосфере. Почему виноват человек? На это четко указывает анализ корреляции между антропогенными выбросами СО2, изменением соотношения изотопов углерода (С12 и С13) и ростом общего содержания СО2 в атмосфере. Тот СО2, которым прирастает атмосфера, имеет изотопный состав, характерный для продуктов сжигания угля, нефти и газа. Конечно, основную часть, более 99%, в любом случае составляет С12О2. Но в СО от сжигания топлива С13О2 гораздо меньше, чем в СО2, поступающем от фотосинтеза.

Концентрация СО2 в атмосфере неумолимо растет каждый год:

и в холодный, и в теплый. Это не удивительно, ведь источники роста — выбросы электростанций и котельных, транспорт, промышленные предприятия. Всюду, где сжигается уголь, газ, нефтепродукты, торф, в атмосферу поступает СО2.

Куда девается СО2? Сейчас более половины СО2 накапливается в атмосфере, около 1/6 поглощается наземными экосистемами, а примерно 1/3 поглощается океаном (см. красные стрелки на рис. 1.11) и в конечном счете в виде известняка (карбоната кальция, СаСО3), преимущественно раковин морских организмов фораминифер, осаждается на дне (рис. 1.12).

Сможет ли океан и дальше поглощать СО2 в той же пропорции в будущем и превращать углерод, накопленный в угле, нефти, природном газе и торфе, в осадочные породы на океанском дне? Увы, и сам океан, как бы огромен он ни был, уже реагирует и на рост концентрации СО2 в атмосфере, и на общее усиление парникового эффекта. Наиболее выделяются два эффекта.

Температура   лой средой — растворение в воде большего количества СО2 приокеанских вод  водит к эффекту, аналогичному добавлению кислоты. Увеличивав проливе Фрама  (течение из Атконцентрацию ионов водорода (равна отрицательному десятичлантики в Арктику к западу от Шпицсреде рH = 7, в кислых средах < 7, в щелочных >7. За последние бергена, измерения Источник: Richter-Menge, J., M. O. Jeffries and J. E. Overland, Eds., 2011: Arctic Report Card 2011, http://www.arctic.noaa.

и дальнейшую реакцию фитопланктона — основы жизни в океане — предсказать пока невозможно. Однако в большем числе научных работ говорится не о росте, а о снижении поглощения СО2, тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Если воздействия столь наглядны и ведут к прогреву, то почему же тогда в вашем регионе не теплеет каждый год? Во-первых, воздействие человека накладывается на естественные процессы, которые имеют те или иные периоды потепления и похолодания.

Они были рассмотрены выше.

Во-вторых, речь идет обо всей планете, и наиболее четкие тенденции видны на большой территории. Для того чтобы видеть динамику происходящих изменений, нужно смотреть на всю территорию России, а лучше — на всю поверхность океана и суши.

В-третьих, изменения средних температур очень невелики относительно растущего размаха колебаний — от необычно теплой погоды к холодной и снова к теплой. Мы замечаем, прежде всего, необычные, более частые, аномальные погодные явления, которые вместе с ростом уровня моря, таянием льдов и «вечной»

мерзлоты являются главной проблемой нынешнего изменения климата. Два последующих раздела посвящены именно этим важнейшим особенностям последних десятилетий.

Рост температуры в мире и в России С начала XX века рост температуры приземного слоя воздуха на планете составил 0,8 °С. Средняя температура в наши дни уже не 13,7 °С, а 14,5 °С (см. рис. 1.8). На рассмотренные выше океанские циклы, вариации солнечной активности и извержения вулканов, которые определяли изменения климата в последние столетия, теперь накладывается антропогенное воздействие14.

Изменяя состав атмосферы, человек влияет и в сторону потепления, и в сторону похолодания. Загрязнение атмосферы пылью дает похолодание, а СО2 и другими парниковыми газами, сажей — в сторону потепления.

По данным последнего обзора Всемирной метеорологической организации, тенденция для мира в целом — потепление.

Об этом говорят данные трех самых крупных метеорологических центров: США, Великобритании и Японии (рис. 1.14). При этом рост температуры гораздо больше, чем расхождения между данными разных центров.

Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru (см. главу 6 тома данного доклада «Антропогенный вклад в изменение климата»).

Рис. 1.14   Средняя глобаль- медленное потепление, проявляющееся на всей территории страная температура  ны в целом заметнее, чем в отдельных регионах (рис. 1.15).

приземного слоя  воздуха Как правило, если где-то холоднее нормы (тенденция не проявляется), как зимой 2010–2011 годов в европейской части РосИсточник: Всемирная метеорологическая организация (Заявление ВМО о состоянии глобального климата в 2011 г.

на русском языке) http://www. части территории Сибири (рис. 1.16).

wmo.int/pages/prog/wcp/wcdmp/ documents/1085_ru.pdf Учеными была проведена количественная оценка вклада человека в текущее изменение климата. Двухтомный доклад, в подготовке которого участвовали все работающие по проблеме климата тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете наблюдаемоеувеличениеконцентрацийантропогенныхпарниковыхгазовобусловливаетбольшуючастьглобальногопотепления начинаяссерединыXXвека»15.

В данном докладе ученые не говорят о 100% вероятности, но разве 90% недостаточно для того, чтобы осознать серьезность проблемы и начать предпринимать меры? «Меры против чего?» — спросите вы. Конечно, должны приниматься меры не против незначительного глобального потепления (это лишь индикатор процесса изменения климата), а для остановки роста числа опасных гидрометеорологических явлений в целом (наводнений, засух, штормовых ветров, аномальных осадков, жары или мороза и т.п., всего, кроме извержений вулканов и цунами, которые с климатической системой не связаны). Речь о них пойдет ниже.

Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru Рис. 1.16   Средняя   температура   на территории   России в 2011 году.  Цвета от синего отклонения температуры от средней в 1961–1990 гг.

Источник: Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2011 год. М.: Росгидромет, www.meteorf.ru (оно пока невелико), а изменение, точнее, разбалансировка климата. То есть корректно говорить не о потеплении (как глобальной краткосрочной тенденции) или похолодании (как тенденции тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Но при этом в феврале 2010 года был побит рекорд «жары» на полюсе холода в Оймяконе: было всего –15,3 °С, а в это же время на Олимпийских играх в канадском Ванкувере не хватало ни снега, ни холода. Росгидромет в «Докладах об особенностях климата на территории Российской Федерации» подчеркивает, что холодные зимы в отдельной части или даже на большей части территории России не указывают на смену тенденции.

Появляется иное измерение климата — его экстремальность.

Если раньше мы говорили о морском климате с мягкой зимой и влажным летом и континентальном климате с жарким летом и холодной зимой, то теперь одновременно зима может быть аномально холодной и «жаркой», лето — и сухим, и дождливым. Так от месяца к месяцу колеблется наша новая погода.

Росгидромет давно фиксирует увеличение числа опасных явлений, причем подсчитываются три параметра. Первый — число опасных метеорологических явлений (штормовые ветра, сильные дожди, снегопады, аномальная жара и аномальный холод, метели, смерчи, гололед, заморозки и т.п.), они прямо связаны с погодой и климатом. В 2012 году таких явлений было 536, в 2011-м — 401, в 2010-м — 511, в 2006–2009 годах — 390–446.

За последние годы рост числа явлений проследить сложно, но по сравнению с 1998–2003 годами их стало в 2 раза больше. В основном рост наблюдается за счет более теплого времени года.

Каких-то совершенно новых для той или иной местности явлений не фиксируется, но случается, что очень редкие события, например, ледяной дождь16, происходят чаще и воспринимаются людьми как новые для их региона.

Второй параметр — общее число опасных явлений, включая агрометеорологические и гидрологические, в последние годы составляет 800–1000. Третий — явления, которые нанесли значительный ущерб отраслям экономики и жизнедеятельности населения. За последние 15 лет их число на территории России увеличилось вдвое: с 150–200 до 300–450 явлений в год, в 2012 году был поставлен рекорд — 469 явлений (рис. 1.17). Рост ущерба связан с двумя факторами: ростом метеорологических опасных явлений и ростом уязвимости всей инфраструктуры — мостов, дорог, линий электропередач, плотин, домов и других строений, которые часто возводятся без учета возможных чрезвычайных ситуаций.

Ледяной дождь — очень редкое явление, которое иногда воспринимается как ранее невиданное. Такая ситуация в более неустойчивом климате и при резких перепадах погоды возникает чаще. Более подробно см. ниже, приложение 3.

Рис. 1.17   Число опасных  гидрометеорологических явлений,  которые нанесли  значительный  Источник: Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2012 год. — М.: Росгидромет, 2013 www.meteorf.ru действительно жарких дней больше, а холодных меньше. На средней диаграмме — только увеличение вариабельности, больше Заметим, что прогноз погоды и прогноз климата — вещи разные. Успех в одном не означает успеха в другом, и наоборот: неуспех в одном не ведет к неуспеху в другом. То, что погоду сложно точно предсказать даже на неделю, не означает, что нельзя предсказать изменение климата. Но при этом используется вероятностное описание, говорится о том, насколько чаще или реже будут Работы по прогнозированию изменения частоты опасных гидрометеорологических явлений активно ведутся во всем мире. Пока удается давать прогноз только в очень обобщенном виде. Например, в последнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата, вышедшем в 2012 году17, рассчитано, насколько чаще будут случаться явления, которые сейчас наблюдаются раз в 20 или 50 лет. Так, для севера Евразии экстремально тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете к середине XXI века будут в три раза чаще — раз в 7 лет. К концу века они могут повторяться уже раз в 3–5 лет, то есть станут более типичным явлением.

Сейчас активно обсуждается вопрос о причинах аномальной жары на европейской части страны в 2010 году. Есть работы, говорящие, что причины естественные, наступлению такой жары могло содействовать Эль-Ниньо (см. рис. 1.9) и циркуляция воздуха в Арктике18. Однако в большинстве научных статей выражается мнение, что антропогенное воздействие все же было. Ориентировочный вывод таков: естественные циклы могли привести к экстремальной жаре, но с вероятностью 80% внесло свой вклад и антропогенное воздействие, оцениваемое примерно как 20%.

Расчеты показали, что если в климате 1960 года подобная экстремальная жара могла бы наблюдаться один раз примерно в 100 лет, то в более теплом климате 2000 года — уже в три раза чаще, примерно один раз в 30 лет19. Если продолжить эти оценки на будущее, то к середине века такая жара будет примерно раз в 10 лет, а к концу века, при неблагоприятных сценариях сильного антропогенного воздействия, раз в 3 года.

Аналогичным образом выглядит и прогноз для сильных осадков и наводнений на вторую половину XXI века. В научных докладах можно встретить такие фразы: «Если воздействие человека на климат будет минимально, то сильные наводнения, вероятно, будут случаться раз в пять лет, а если максимально — то раз в три года». Под «минимально» и «максимально» ученые имеют в виду совершенно конкретные сценарии изменения выбросов парниковых газов, аэрозольных частиц и т.п., то есть конкретные и реалистичные варианты развития мировой экономики и энергетики20.

Из этого видно, что от нас зависит немало.

Бюллетень «Изменение климата», № 38, 2012 г., с. 24 http://meteorf.ru или http://www.

global-climate-change.ru http://eco.ria.ru/weather/20120221/571599637.html, более детально см. F. E. L. Otto, N. Massey, G. J. van Oldenborgh, R. G. Jones, and M. R. Allen.Reconciling two approaches to attribution of the 2010 Russian heat wave.Geophys.Res. Lett., 39, 4, doi:10.1029/ 2011GL050422, 2012 http://europa.agu.org. См. также: Груза Г. В., Ранькова Э. Я. Оценка возможного вклада глобального потепления в генезис экстремально жарких летних сезонов на европейской территории РФ. Известия РАН. Физика атмосферы и океана, том 47, № 6, ноябрь–декабрь 2011 г. http://www.maikonline.com/maik/showIssues.do?juid =REO6YUZVA&year=2011&lang=ru Более подробно см. ниже тематический раздел по региональным изменениям климата, а также сайт Главной геофизической обсерватории, где имеется интерактивная прогностическая карта. http://www.voeikovmgo.ru/ru/izmenenie-klimata-rossii-v-xxi-veke (на сайте ГГО http://www.voeikovmgo.ru можно выбрать справа вверху раздел «Изменение климата России в XXI веке»).

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Разница между сценариями проявляется только через 50–80 лет.

Более близкое будущее фактически предопределено уже произошедшими изменениями состава атмосферы. Ведь даже если человек немедленно и очень резко сократит выбросы СО2, то его концентрация в атмосфере будет снижаться очень медленно.

По мнению директора Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова — нашего ведущего научного учреждения, занимающегося прогнозом изменений климата, В. М. Катцова, «говоряосерединеХХIвека,достаточноуверенноможноговорить отом,чтовлияниеантропогенногофакторабудетусиливаться, даже если человечество вдруг станет интенсивно сокращать выбросы парниковых газов. Климатической системе присуща значительная инерция, прежде всего из-за такого «тяжелого»

ее компонента, как океан. То, что мы наблюдаем сегодня, является реакцией на концентрации парниковых газов, накопленные ватмосфередесятилетияназад.Тожесамоеотноситсяикбудущему:нашисегодняшниеусилияпосокращениювыбросовклиматическая система «почувствует» лишь во второй половине XXIвека»21.

Далеко не все опасные гидрометеорологические явления в той или иной степени удается связать с воздействием человека. Вероятно, каких-то явлений может становиться больше по естественным причинам, на них могут влиять, например, океанские циклы.

Тут еще очень много неясного.

Есть и эффект иного рода. Так, ущерб от тайфунов растет, но нельзя сказать, что тайфунов становится больше. Ущерб вызван тем, что все больше людей живет в зонах высокого риска. Во многих местах земли не хватает, и люди начинают селиться слишком близко к морю или на островах, часто строят совсем ветхие жилища.

Для наводнений мы видим сочетание двух факторов: рост ущерба как от увеличения числа наводнений, так и от проживания все большего количества людей в опасных зонах. Нередко ущерб многократно усиливается элементарной бесхозяйственностью или бездумным строительством дамб и прочих объектов, наличие которых приводит к наводнениям. Например, так было во время наводнения в Бангкоке в 2011 году и во время наводнения в Крымске в июле 2012 года.

Санкт-Петербург, 28 июня 2011 г.

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Опасны не нынешние, а будущие изменения климата Нерешенных вопросов в климатической науке еще очень много.

Тем не менее, в вышедшем в 2009 году обобщающем докладе наши ученые сошлись во мнении, что серьезнейшей причиной изменений климата в последние десятилетия является антропогенное воздействие22. Действия человека, в частности, по выбросам СО2 можно спрогнозировать (ведь это, прежде всего, ход развития мировой энергетики — потребление угля, газа и нефти), а значит и дать прогноз изменений климата. Именно он и вызывает опасения, поскольку сулит гораздо более серьезные потери от опасных гидрометеорологических явлений, чем мы видим сейчас.

Нарастание случаев необычной погоды, штормовых ветров, сильных осадков, наводнений и засух, а также в целом понимание причин и неизбежности ущерба — именно это и тревожит экологов. Для нашей страны также важно таяние и деградация «вечной»

мерзлоты (подробнее см. тематический раздел по Арктике).

Другой эффект — повышение уровня океана и постепенное затопление малых островов, низко расположенных, но в наше время густонаселенных местностей и больших городов. Это относится, прежде всего, к Юго-Восточной Азии, но не надо забывать и о других прибрежных городах, включая Санкт-Петербург.

Приведенные выше на рис. 1.6 (стр. 28) палеоклиматические данные показывают, что на 1°С потепления или похолодания приходится примерно 15 м подъема или снижения уровня океана. За последнюю сотню лет потеплело на 0,8 °С, а уровень океана вырос всего примерно на 20 см (сейчас он растет на 3–5 см за 10 лет как за счет теплового расширения воды в верхнем слое океана, так и за счет разрушения и таяния ледников). При этом ученые говорят о росте уровня океана на 0,5–1,5 м к концу XXI века23.

Причина «несоответствия» во временном масштабе — 15 м на 1°С — соответствует равновесному состоянию, в которое клиОценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. http//:climate2008.igce.ru (см. главу 6 тома данного доклада «Антропогенный вклад в изменение климата»).

Подробный анализ прогнозов подъема уровня океана см. Turn Down the Heat. Why a 4 °C Warmer World Must be Avoided. 2012, Potsdam Institute for Climate Impact Research and Climate Analytics for World Bank, http://climatechange.worldbank.org/ ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете матическая система Земли приходит сотни и, вероятно, даже тысячи лет. Это значит, что даже если резко снизить антропогенное воздействие на климат, то уровень океана будет постепенно расти сотни и тысячи лет. В принципе рост может составить даже несколько десятков метров. Процесс этот нелинеен, и пока не известно, насколько нелинеен. Не «выстрелит» ли уровень океана в конце XXI века или в середине XXII века? Или, может быть, процесс столь медленный — десятки тысяч лет, и нам на помощь придет новый ледниковый период, который обратит данный процесс вспять? Сейчас на эти вопросы ответа нет, но, вероятно, лучше следовать принципу предосторожности и ориентироваться на худшие варианты развития событий.

Природа ко многому может приспособиться, но ей нужно время. Процесс изменений не должен быть очень быстрым, иначе потерь не избежать. Плавность означает, что человечество должно замедлить рост выбросов парниковых газов, а потом постепенно его снижать. В вышедшем в 2007 году международном докладе ученые уже дали примерный ответ об относительно безопасном уровне выбросов и необходимых действиях: к середине XXI века глобальные антропогенные выбросы парниковых газов надо снизить в 2 раза от уровня 1990 года. В этом случае рост средней температуры будет 2 °С или лишь несколько больше, что должно позволить избежать наиболее опасных явлений и большого ущерба24.

Посмотрим, чем опасно «незначительное» (с точки зрения большинства обывателей) повышение температуры на несколько градусов на планете (рис. 1.19).

По продовольствию снижение урожаев в Африке и Азии ожидается при любом повышении температуры, но до определенного предела оно может компенсироваться ростом урожаев в более северных и развитых странах. При росте глобальной температуры более чем на 4 °С снижение урожайности приобретает всемирный характер и требует дорогостоящих методов ведения сельского хозяйства и использования новых сортов.

Особую тревогу вызывает ожидаемый дефицит пресной воды.

До «порога» в 2 °С от этого страдают лишь отдельные засушливые регионы, а при большем повышении средней температуры дефицит приобретает массовый характер. По имеющимся оценкам, тогда на всех континентах, в том числе в Центральной Азии IPCC 4AR, vol. 1–3, Climate Change 2007.www.ipcc.ch ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете и на юге России, до трети населения будет страдать от нехватки воды.

Про повышение уровня Мирового океана уже говорилось выше. Фактически его подъем на 1 м уже неизбежен, это лишь вопрос времени. Не будет ли хуже — это принципиально важно для больших городов и низменных территорий Юго-Восточной Азии и, конечно, островных государств.

С океаном связана и другая проблема — повышение кислотности его вод. Коралловые рифы страдают уже сейчас. При неблагоприятном развитии событий ожидается быстрый рост числа видов водных организмов, которые будут на грани вымирания.

В целом аналогичная ситуация и с наземными экосистемами.

По имеющимся оценкам, если глобальная температура повысится на 3–4 °С, то от 30 до 50% всех видов окажутся на грани вымирания. Конечно, жизни на Земле угрозы не будет, но необратимые потери биоразнообразия могут быть очень велики.

Об еще одном факторе — экстремальных погодных явлениях выше уже говорилось (см. рис 1.17, более подробно для наших регионов эта проблема рассматривается ниже, в четвертом тематическом разделе).

Кроме того, экологов очень беспокоит рост риска быстрых и необратимых изменений в климатической системе. Например, резкого изменения Гольфстрима, вероятность которого пока считается крайне малой, но к середине XXII века может сильно возрасти.

Конечно, лучше, чтобы рост средней температуры остановился на уровне 1,5 °С, тогда можно будет спасти практически все, даже малые, островные государства, которым грозит затопление.

На первый взгляд, уже поздно, и столь сильно рост выбросов уже не остановить. Однако, как не раз подчеркивалось выше, наши знания о нынешних изменениях климата не полны. Возможно, лучшее знание естественных циклов или отклика климатической системы на рост концентрации парниковых газов в будущем позволит пересмотреть пределы достижимого.

По мнению экологических организаций, столкнувшись с очень серьезными потерями от изменений климата, человечество действительно резко сократит выбросы парниковых газов и даже обратит вспять рост концентрации СО2 в атмосфере. Технически такое возможно. Именно поэтому экологи не сбрасывают со счетов ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете цель «1,5 °С» и требуют, казалось бы, недостижимого, но столь желательного результата.

Имеются и другие идеи. Ряд ученых говорит, что ситуация с выбросами крайне негативна (справочная информация о выбросах приведена в приложении 1), что может потребоваться «геоинжиниринг» — искусственное воздействие на климатическую систему Земли25. Теоретически это возможно, например, предлагается защитить планету «экраном» из подкисленных серой мельчайших капелек воды, затеняющих нас от Солнца. Однако, по мнению подавляющего большинства ученых, это лишь сугубо теоретическая возможность, так как создание экрана может резко изменить глобальную атмосферную циркуляцию и даже не исключено досрочное и быстрое наступление ледникового периода. Поэтому подобные идеи нужно исследовать на компьютерных моделях, но не пытаться делать натурные эксперименты над всей планетой.

Прямое воздействие человека ограничивается сугубо локальными действиями. Например, можно воздействовать на туманы в аэропортах и на дорогах, улучшать погоду во время массовых мероприятий, но воздействовать на погоду или климат даже в отдельном регионе нельзя26.

У ученых большие опасения вызывает возможное ускорение изменений климата из-за обратных связей (рис. 1.20). Самую серьезную тревогу вызывает негативная реакция океана на рост концентрации СО2 в атмосфере. Под словом «негативная» понимается снижение его способности поглощать СО2 из атмосферы и еще более быстрый рост его концентрации в атмосфере.

Вторым глобальным эффектом называется риск эмиссии в атмосферу огромного количества метана, имеющегося в многолетнемерзлых грунтах на суше и в виде метангидратов (снегообразных соединений метана) на морском дне. Грунты оттаивают все сильнее. Метангидраты даже при небольшом повышении температуры могут начать разрушаться и превращаться в газ. Это актуально именно для Арктики, где они залегают на небольшой Вопросы геоинжиниринга обсуждались на международной научной конференции «Проблемы адаптации к изменению климата», Москва, 2011 г. Результаты конференции см. в бюллетене «Изменение климата» № 29 (ноябрь–декабрь 2011 г.) на сайтах Росгидромета www.meteorf.ru и www.global-climate-change.ru или http://climatechange.igce.ru.

Заседание совместной коллегии Комитета Союзного государства России и Беларуси по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения природной среды. Архангельск, 29–30 июня 2011 г. Сайт Росгидромета http://www.meteorf.ru / (раздел «Новости», 04.07.2011), интервью руководителя Росгидромета А. В. Фролова газете «Правда Севера» http://www.pravdasevera.ru/?id= тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете глубине. Немало в арктических почвах и болотах и органического вещества, которое при повышении температуры начнет разлагаться, что может привести к сильной эмиссии СО2 в атмосферу. Сейчас исследуются и другие возможные местные и глобальные обратные связи, в частности, влияние вырубки лесов на облачный покров.

Для Арктики немаловажны и выбросы сажевых частиц27.

Для мира в целом их роль в антропогенном воздействии на климат намного меньше, чем у парниковых газов. Однако, выпадая на белый — чистый арктический снег, сажа в несколько раз увеличивает поглощение солнечного излучения (кроме того, сажа — канцероген, который наносит прямой вред здоровью людей).

Согласно Климатической доктрине РФ, есть две возможности, которые нужно реализовывать одновременно28. Во-первых, надо адаптироваться к изменениям, причем действовать с запасом и рассчитывать не на минимальные (лучшие) изменения, а на худшие из прогнозов. Принимать меры надо вне зависимости от того, знаем ли мы все причины современного изменения климата. Во-вторых, нужно снижать выбросы парниковых газов, которые зависят, прежде всего, от выработки и расходования электроэнергии и тепла.

Действия по снижению выбросов должны одновременно предприниматься во всех странах (источники выбросов, их распределение по странам и видам человеческой деятельности см. приложение 1).

По мнению директора Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова, «если бы страны могли сейчас договоритьсяосокращениивыбросов,можнобылобыизбежатьилиочень сильноснизитьвероятностьтого,чтореализуются«жесткие»

(худшие) сценарии изменения климата. Немного времени, я думаю,учеловечестваещеесть,длятогочтобыеслинерешить, то смягчить эту проблему. Те, кто профессионально, всерьез размышляютобудущем,частоговорятовыборемеждуплохим ихудшим.Натоэтоивызовчеловечеству,чтолегкиеипростые решениянепросматриваются»29.

Более строгим научным понятием является термин black carbon (черный углерод), см.USEPA. Report to Congress on Black Carbon, March 2012, 338 pp. http://www.epa.gov/ blackcarbon. Основной компонентой черного углерода является именно сажа, поэтому на бытовом уровне допустимо говорить именно о выбросах сажи или сажевых частиц. Международная Рамочная коалиция «Климат и чистый воздух» см. http://www.unep.org/ccac Климатическая Доктрина РФ. 2009. Распоряжение Президента РФ от 17.12. № 861_рп «О Климатической Доктрине Российской Федерации». http://www.kremlin.ru/ news/6365 или http://президент.рф/acts/6365 см. также http://www.climatechange.ru/files/ Climate_Doctrine.doc Санкт-Петербург, 28 июня 2011 г.

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 1. ИзмененИе клИмата на Планете Резюме Проблема изменения климата — это не миф, а реальность, к которой следует отнестись серьезно.

• В масштабе десятков тысяч лет Земля движется к похолоданию — к новому ледниковому периоду, но в XXI–XXII веках ожидается глобальное потепление, вызванное деятельностью человека. Оно будет накладываться на естественную климатическую изменчивость — какие-то десятилетия могут быть теплее, а какие-то холоднее.

• Основная опасность состоит не в потеплении как таковом, а в его последствиях — разбалансировке климата и погоды, которая ведет к росту числа и интенсивности опасных гидрометеорологических явлений; повышению уровня Мирового океана; таянию многолетней мерзлоты и т.п.

• Людям, экономике, экосистемам необходима подготовка к таким изменениям, основанная на особенностях конкретного региона. Нужно понимание роли каждого человека, организации, города и региона в проблеме климата, а также знание и выполнение конкретных действий, как ослабляющих негативное влияние людей на климат (снижение выбросов парниковых газов, сажи, сохранение лесов и т.п.), так и позволяющих свести ущерб к минимуму (меры по адаптации).

Имеющиеся данные и рекомендации на будущие 10–30 лет приводятся ниже для конкретных регионов России (тематический раздел 4), отдельно для Арктики (тематический раздел 2) и для лесов России (тематический раздел 3).

ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ ИзмененИе клИмата. кнИГа ДлЯ УЧИтелеЙ СтаРШИХ клаССОВ тема 2. ЧтО менЯетСЯ В аРктИке И наСкОлЬкО ЭтО СеРЬезнО?

Каждый год ученые дают оценку тому, что происходит в Арктике, какие изменения обнаружены за истекший год и в целом за последние несколько десятилетий. В ежегодном докладе Росгидромета об особенностях климата есть специальные разделы, посвященные Арктике и многолетней мерзлоте1. Самые свежие арктические новости освещаются в ежемесячных бюллетенях «Изменение климата»2, а оперативная информация, например, по состоянию льдов размещается на сайте Арктического и антарктического научно исследовательского института (ААНИИ)3.

Также каждый год выходит обобщающий доклад Национального агентства США по исследованию атмосферы и океана (NOAA)4, в подготовке которого участвует более ста ученых из всех арктических стран. На этих источниках и основывается данный тематический раздел.

Ниже мы рассмотрим пять арктических сред: атмосфера, состояние льдов и океанских вод, морские экосистемы, наземные экосистемы и гидрологический режим и криосфера. Далее, следуя докладу NOAA, постараемся оценить изменения по трехбалльной шкале: 3 балла — сильные изменения; 2 балла — есть ряд изменений, 1 балл — мало или нет изменений.

атмосфера Рост температуры приземного слоя воздуха в Арктике намного сильнее, чем в более низких широтах. Если за последние 30–40 лет средний рост температуры в мире составил 0,6 °С, то в Арктике — в 2,5 раза больше (рис. 2.1). Более того, в Арктике рост средней за год температуры наблюдается во всех ее частях, в отличие от более южных регионов, где формируется «пятнистая» картина:

в большинстве мест стало теплее, но где-то холоднее. Причина этого явления кроется в разных механизмах потепления.

Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2011 год.

М.: Росгидромет, 2012 (доклады выходят ежегодно). www.meteorf.ru См. также http://climatechange.igce.ru Изменение климата, Ежемесячный электронный бюллетень. М.: Росгидромет.

www.meteorf.ru или www.global-climate-change.ru В частности, данные ААНИИ см. http://www.aari.nw.ru/main.php?lg=0, раздел «Оперативные данные», Обзорные ледовые карты и др.

Richter-Menge, J., M.O. Jeffries and J.E. Overland, Eds., 2012: Arctic Report Card 2011, http://www.arctic.noaa.gov/reportcard.

Рис. 2.1   Рост среднегодовой температуры  приземного слоя  воздуха в Арктике  в целом   (60–90° с.ш.) Источник: Richter-Menge, J., M. O. Jeffries and J. E. Overland, Eds., 2012: ArcticReport Card 2011, http://www.arctic.noaa.

gov/reportcard по данным www.cru.uea.ac.uk/cru/data/ temperature но более сильным меридиональным (север–юг и юг–север) переносом воздушных масс. В результате вокруг Арктики наблюдается то вторжение очень теплого воздуха с юга, то очень холодного с севера. В частности, с этим были связаны сильные морозы, которые с середины января до середины февраля 2012 года наблюдались в Европе и на европейской части России.

видим не плавное потепление, а постоянные «качели», охватывающие Северный Ледовитый океан и соседние регионы. Например, в декабре 2009 года и в феврале 2010 года в высоких тема 2. ЧтО менЯетСЯ В аРктИке И наСкОлЬкО ЭтО СеРЬезнО?

Размах «качелей» в среднем за сезон может превышать 10 °С (правый рисунок) на (5° в плюс и 5° в минус), рис. 2.2, а в отдельные дни и недели Чукотке и в Канаде достигать даже 20 °С. Понятно, что на фоне столь «нервного» было «жарко», а на В Арктике всюду стало теплее, но главное, что климат стал более Проанализировав атмосферные изменения в Арктике, можно Источник: Richter-Menge, J., сделать вывод о том, что они значительные, оценка — 3 балла. Eds., 2012: Arctic Report Card Наблюдения за состоянием льдов и вод Северного Ледовитого океана показывает, что за последние 10 лет Арктика сильно изменилась. В качестве причин, кроме отмеченных выше изменений в атмосфере, существуют еще два явления. Первое — повышение температуры поступающих в Арктику атлантических вод примерно на 0,5 °С (см. рис. 1.13 и рис. 4.9). Второе — снижение количества льда. Эти явления взаимно усиливают друг друга: более теплая вода приводит к таянию льдов, а свободная ото льда поверхность воды быстрее прогревается.

Льды сокращаются быстрее, чем ожидалось, и ученые исследуют, какие еще процессы могут усиливать эффект. В канадском, аляскинском и чукотском секторах Северного Ледовитого океана имеется круговое течение Бофорта, где льды движутся под действием ветра. Наблюдения за перемещением льдов ведутся с конца 1940-х годов, и до конца XX века там отмечались циклические вариации с периодом в 5–8 лет. Площадь льда была то меньше, то больше.

Но в последние 10–15 лет ситуация изменилась. Теперь в районе Площадь арктиче- рают» лед из российских арктических морей.

ских льдов (летний  редине сентября)  воздействовать на циркуляцию воздушных масс и приводить к ветв 1972–2012 гг.  По данным: National Snow and Ice Data Center (USA) Национальный центр данных по снегу и льду США (NSIDC) http://nsidc.org/data/ google_earth/index.html#sea_ 2007–2012 г. см. http://nsidc.

org/arcticseaicenews/2012/09/ arctic-sea-ice-extent-settles-atКартина состояния льдов подтверждается и картой анализа record-seasonal-minimum/ см. http://www.aari.nw.ru/main.

кращения площади льдов приходится именно на Российскую Аркphp?lg=0, раздел «Оператику. По данным ААНИИ, лед очень сильно «ушел» к полюсу — тивные данные», Обзорные ледовые карты) к северу от Земли Франца-Иосифа во второй половине сентября тема 2. ЧтО менЯетСЯ В аРктИке И наСкОлЬкО ЭтО СеРЬезнО?

за период с 1979 по 2000 год (18,3 млн км2), предыдущий рекорд Рис. 2.4   не считают данное явление противоречащим общей тенденции глобального потепления. Более того, оно вписывается в общую летнего минимукартину. Более теплая в целом в Антарктиде температура приво- ма в 1979, 2000  дит к усилению циркумполярных ветров, которые «раздувают» и 2012 годах.   Сравнивать тренды, касающиеся летнего и зимнего льда, очень где лед покрывает сложно, поскольку в разные сезоны «главными» становятся раз- 80–100% площади, свободной ото льда воды и возникающая в итоге обратная связь.