Климат в прошлом и настоящем, и долгосрочные прогнозы

     Из  этого можно сделать вывод  о трудности исследования изменений  термического режима Земли в прошлом  по эмпирическим данным, так как  погрешности определения температуры, как методом анализа изотопного состава, так и другими известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.

     Другая  трудность изучения климатов прошлого обусловлена неясностью положения  различных областей по отношению  к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения полюсов.

     Климатические условия мезозойской эры и  третичного периода характеризировались  двумя основными закономерностями:

     На  протяжении этого времени средняя  температура воздуха у земной поверхности была значительно выше современной, в особенности в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;

     В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция  к снижению температуры воздуха, в особенности в высоких широтах.

     Эти закономерности объясняются изменением содержания углекислого газа в атмосфере  и изменением положения континентов. Более высокая концентрация углекислого  газа обеспечивала повышение средней  температуры воздуха примерно на 5 градусов по сравнению с современными условиями. Низкий уровень континентов повышал интенсивность меридионального теплообмена в океанах, что увеличивало температуру воздуха в умеренных и высоких широтах.

     Повышение уровня континентов уменьшало интенсивность меридионального теплообмена в океанах и приводило к постоянному снижению температуры в умеренных и высоких широтах.

     При общей высокой устойчивости термического режима в мезозойское и третичное  время, обусловленной отсутствием  полярных льдов, в течение сравнительно редко коротких интервалов могли происходить резкие понижения температуры воздуха и верхних слоев водоемов. Эти понижения были обусловлены совпадением во времени ряда вулканических извержений взрывного характера. 
 

Современные изменения климата

     Наиболее  крупное изменение климата за время инструментальных наблюдений началось в конце 19 века. Оно характеризовалось  постепенным повышением температуры  воздуха на всех широтах северного  полушария во все сезоны года, причем наиболее сильное потепление происходило в высоких широтах и в холодное время года. Потепление ускорилось в 10-х годах 20 века и достигло максимума в 30-х годах, когда средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась приблизительно на 0,6 градусов по сравнению с концом 19 века. В 40-х годах процесс потепления сменился похолоданием, которое продолжается до настоящего времени. Это похолодание было довольно медленным и пока еще не достигло масштабов предшествующего ему потепления.

     Хотя  данные о современном изменении  климата в южном полушарии имеют менее определенный характер по сравнению с данными для северного полушария, есть основания считать, что в первой половине 20 века в южном полушарии также происходило потепление.

     В северном полушарии повышение температуры  воздуха сопровождалось сохранением площади полярных льдов, отсутствием границы вечной мерзлоты в более высокие широты, продвижением к северу границы леса и тундры и другими изменениями природных условий.

     Существенное  значение имело отмечавшееся в эпоху  потепления изменение режима атмосферных осадков. Количество осадков в ряде районов недостаточного увлажнения при потеплении климата уменьшилось, в особенности в холодное время года. Это привело к уменьшению стока рек и падению уровня некоторых замкнутых водоемов.

     Особую  известность получило произошедшее в 30-х годах резкое снижение уровня Каспийского моря, обусловленное  главным образом уменьшением  стока Волги. Наряду с этим в эпоху  потепления во внутриконтинентальных  районах умеренных широт Европы, Азии и Северной Америки возросла частота засух, охватывающих большие территории.

     Потепление, достигшее максимума в 30-х годах, по-видимому, определялось увеличением  прозрачности стратосферы, повысившим поток солнечной радиации, поступающей  в тропосферу (метеорологическую  солнечную постоянную). Это привело к возрастанию средней планетарной температуры воздуха у земной поверхности.

     Изменения температуры воздуха на различных  широтах и в различные сезоны зависели от оптической толщины стратосферного аэрозоля и от перемещения границы морских полярных льдов. Обусловленное потеплением отступления морских арктических льдов привело к дополнительному, заметному повышению температуры воздуха в холодное время года в высоких широтах северного полушария.

     Представляется  вероятным, что изменения прозрачности стратосферы, произошедшие в первой половине 20 века, были связаны с режимом вулканической деятельности и, в частности, с изменением поступления в стратосферу продуктов вулканических извержений, включая в особенности сернистый газ. Хотя этот вывод основан на значительном материале наблюдений, он, однако, является менее очевидным по сравнению с приведенной выше основной частью объяснения причин потепления.

     Следует указать, что это объяснение относится  только к главным чертам изменения  климата, которое произошло в первой половине 20 века. Наряду с общими закономерностями процесса изменения климата этот процесс характеризовался многими особенностями, относящимися к колебаниям климата за более короткие периоды времени и к колебаниям климата в отдельных географических районах.

     Но  такие колебания климата были в значительной мере обусловлены  изменениями циркуляций атмосферы  и гидросферы, которые имели в  некоторых случаях случайный  характер, а в других случаях были следствием автоколебальных процессов.

     Есть  основания думать, что в последние 20-30 лет изменения климата начали в известной мере зависеть от деятельности человека. Хотя потепление первой половины 20 века оказало определенное влияние  на хозяйственную деятельность человека и явилось наиболее крупным изменением климата за эпоху инструментальных наблюдений, его масштабы были незначительны по сравнению с теми изменениями климата, которые имели место в течение голоцена, не говоря уже о плейстоцене, когда развивались крупные оледенения.

     Тем не менее, изучение потепления, произошедшего в первой половине 20 века, имеет большое значение для выяснения механизма изменений климата, освещенным массовыми данными надежных инструментальных наблюдений.

     В связи с этим всякая количественная теория изменений климата должна быть, прежде всего, проверена по материалам, относящимся к потеплению первой половины 20 века.

Климат  будущего

Перспективы изменений климата

     При изучении климатических условий  будущего следует сначала остановиться на тех изменениях, которые могут произойти вследствие естественных причин. Эти изменения могут зависеть от следующих причин:

     Вулканическая деятельность. Из изучения современных  изменений климата следует, что  колебания вулканической активности могут влиять на климатические условия для периодов времени, равных годам и десятилетиям. Возможно, также влияние вулканизма на изменения климата за периоды порядка столетий и за длительные интервалы времени;

     Астрономические факторы. Изменение положения поверхности  Земли по отношению к Солнцу создает изменения климата с временными масштабами в десятки тысяч лет;

     Состав  атмосферного воздуха. В конце третичного и в четвертичное время, определенное влияние на климат оказывало убывание содержания углекислого газа в атмосфере. Принимая во внимание скорость этого убывания и соответствующие ему изменения температуры воздуха, можно заключить, что влияние естественных изменений содержания углекислоты на климат существенно для интервалов времени более ста тысяч лет;

     Строение  земной поверхности. Изменение рельефа и связанные с ними изменения положения берегов морей и океанов могут заметно изменить климатические условия на больших пространствах за периоды времени, не меньше сотен тысяч - миллионов лет;

     Солнечная постоянная. Оставляя в стороне вопрос о существовании влияющих на климат короткопериодических колебаний солнечной постоянной, следует принять во внимание возможность медленных изменений солнечной радиации, обусловленных эволюцией солнца. Также изменения могут существенно влиять на климатические условия за периоды не менее ста миллионов лет.

     Наряду  с изменениями, обусловленными внешними факторами, климатические условия  меняются в результате автоколебательных  процессов в системе атмосфера  – океан - полярные льды. Также изменения  относятся к периодам времени порядка годов – десятилетий и, возможно, также к периодам в сотни и даже тысячи лет. Указанные в этом перечне временные масштабы действия различных факторов на изменения климата в основном согласуются с аналогичными оценками Митчелла и других авторов. Сейчас существует проблема предсказания изменений климата в результате деятельности человека, которая существенно отличается от проблемы прогноза погоды. Ведь для нее необходимо принять во внимание изменение во времени показателей хозяйственной деятельности человека. В связи с этим задача предсказания климата содержит два основных элемента – прогноз развития ряда аспектов хозяйственной деятельности и расчет тех изменений климата, которые соответствуют изменению соответствующих показателей деятельности человека.

Возможный экологический кризис

     Современная деятельность человека, так же как  и его деятельность в прошлом, существенно изменила природную  среду на большей части нашей  планеты, эти изменения до недавнего  времени были только суммой многих локальных воздействий на природные процессы. Они приобрели планетарный характер не в результате изменения человеком природных процессов глобального масштаба, а потому, что локальные воздействия распространились на большие пространства. Иначе говоря, изменение фауны в Европе и Азии не влияло на фауну Америки, регулирование стока американских рек не изменило режима стока африканских рек и так далее. Только в самое последнее время началось воздействие человека на глобальные природные процессы, изменение которых может оказать влияние на природные условия всей планеты.

     Принимая  во внимание тенденции развития хозяйственной  деятельности человека в современную  эпоху, недавно было высказано предложение, что, дальнейшее развитие этой деятельности может привести к значительному изменению окружающей среды, в результате которого произойдет общий кризис экономики и резко сократится численность населения.

     К числу крупных проблем относится  вопрос о возможности изменения  под влиянием хозяйственной деятельности глобального климата нашей планеты. Особое значение этого вопроса заключается в том, что такое изменение может оказать существенное влияние на хозяйственную деятельность человека раньше всех других глобальных экологических нарушений.

     При определенных условиях влияние хозяйственной деятельности человека на климат может в сравнительно близком будущем привести к потеплению, сравнимому с потеплением первой половины 20 века, а затем намного превзойти это потепление. Таки образом, изменение климата, возможно, является первым реальным признаком глобального экологического кризиса, с которым столкнется человечество при стихийном развитии техники и экономики.

     Основной  причиной этого кризиса на его первой стадии будет переопределение количества осадков, выпадающих в различных районах земного шара, при их заметном уменьшении во многих районах неустойчивого увлажнения. Поскольку в этих районах расположены важнейшие области производства зерновых культур, изменение режима осадков может существенно затруднить проблему повышения урожайности для обеспечения продовольствием быстро растущего населения земного шара.

     По  этой причине вопрос о предотвращения нежелательных изменений глобального  климата является одной из существенных экологических проблем современности.

Проблема  регулирования климата

     Для предотвращения неблагоприятных изменений  климата, возникающих под влиянием хозяйственной деятельности человека, осуществляются различные мероприятия; наиболее широко ведется борьба с  загрязнением атмосферного воздуха. В  результате применения во многих развитых странах различных мер, включающих очистку воздуха, используемого промышленными предприятиями, транспортными средствами, отопительными устройствами и так далее, в последние годы достигнуто снижение уровня загрязнения воздуха в ряде городов. Однако во многих районах загрязнение воздуха усиливается, причем, имеется тенденция к росту глобального загрязнения атмосферы. Это указывает на большие трудности предотвращения роста количества антропогенного аэрозоля в атмосфере.