Реакция Мирового океана на потепление
Общая схема взаимодействия.В системе «океан—атмосфера» изменение одной составляющей требует ответной реакции другой. К настоящему времени опубликован ряд сценариев, где представлены последствия глобального потепления. Согласно наиболее осторожным из них, уровень к 2100 г. поднимется на 56,3 см, самые смелые называют величину 345 см.
Из схемы, объясняющей взаимодействие факторов, которые определяют подъем уровня Мирового океана (рис. 9.3), следует, что первым толчком процесса является повышение температуры земной поверхности вследствие парникового эффекта. Это потепление приведет к расширению воды и повышению уровня океана на 25 см на каждый градус ее потепления. Вторым фактором является увеличение испарения воды, вследствие чего при незначительном понижении температуры поверхности моря произойдет усиление парникового эффекта. Подъем глобальной температуры практически сразу отразится на температуре деятельного слоя океана, получающего энергию непосредственно от Солнца, но окажется незаметным для более глубоких слоев. Считают, что с потеплением произойдет ослабление океанической циркуляции (которая зависит от разности температур «нагревателя» и «холодильника»), а в связи с этим — перестройка поверхностной и глубинной циркуляции.
Влияние снежного и ледникового покровов на уровень океана.Наибольшие массы снега и льда, как известно, сосредоточены в Антарктиде и Гренландии. Вследствие того, что повышение температуры приполярных районов, судя по существующим моделям климата, будет большим, чем среднее планетарное, прямое влияние потепления на усиление таяния и испарения будет значительным. Косвенное влияние проявится в разрушении материкового и морского оледенения (дегляциация). Однако общее влияние этих процессов на оледенение Земли может сгладиться из-за возрастания количества осадков в виде снега в полярных районах за счет общего увлажнения климата.
Рис. 9.3. Соотношения факторов, влияющих на подъем уровня Мирового океана
Предварительные результаты экспериментов с использованием модели циркуляции атмосферы показали, что при удвоении содержания СО2 в атмосфере величина таяния может составить от 10,5 до 16,5 мм слоя воды в год при условии установления термического равновесия. Разрушение материковых льдов Антарктиды весьма вероятно, так как их подошва в западных и восточных районах находится ниже уровня океана.
Существуют доказательства того, что оледенение западной Антарктиды полностью исчезало в периоды глобальных потеплений недавнего геологического прошлого. Например, 120 тыс. лет назад уровень моря был на 5—6 м выше современного. К сожалению, скорость дегляциации изучена недостаточно для того, чтобы количественно оценить возможные эффекты. По некоторым данным, полное разрушение ледника западной Антарктиды может произойти за 200—500 лет, однако режим этого процесса пока не установлен.
Согласно теоретическим расчетам, величина подъема уровня океана за столетие равна 10—15 см, причем 5 см составляет эффект от термического расширения воды вследствие повышения температуры. Специальные наблюдения за уровнем Мирового океана, включая детальные исследования при помощи радиотелескопов, свидетельствуют, что на начало XXI в. не фиксируется повышение уровня океана даже на 1 мм. В этом случае мы сталкиваемся с проблемой верификации расчетных данных: соотношения теоретических разработок с реально наблюдаемыми фактами. Полувековой опыт строительства и активной эксплуатации намывных территорий в прибрежных частях океана вблизи Японии также свидетельствует о малой изменчивости уровня океана. Аналогичные данные имеются по Голландии. Обратный эффект наблюдается в Венеции, где накладываются процессы неотектонической неустойчивости береговой зоны Адриатики.
В табл. 9.3 приведены расчетные значения возможного подъема уровня моря в будущем в соответствии с различными сценариями этого процесса. Для сравнения в таблицу включены данные, основанные на экстраполяции в будущее тех изменений уровня океана, которые установлены по наблюдениям в прошлом.
Возможные последствия повышения уровня океана.Исследования показывают, что даже по самым скромным подсчетам последствия от поднятия уровня океана могут быть очень существенными. По утверждению экспертов, их пик ожидается после 2025 г., но низко расположенные участки испытают их раньше. Прежде всего это касается разрушения сооружений, находящихся в береговой зоне моря. Произойдут неблагоприятные изменения на дренированных низменных землях из-за подпора дренажных вод и последующего засоления.
Таблица 9.3. Оценка подъема уровня Мирового океана (см) в 2000—2100 гг. по разным сценариям
| Год | Сценарий | Историческая экстраполяция | ||
| базовый | средний | максимальный | ||
| 4,8 13,0 23,0 38,0 56,2 | 8,8/13,2 26,2/39,3 52,3/78,6 91,2/136,8 144,4/216,6 | 17,1 54,9 116,7 212,7 345,0 | 2-3 4,5-8,25 7-12 9,5-15,5 12-18 |
Примечание. В числителе — умеренный, в знаменателе — умеренно-сильный.
Вторжение соленых вод приведет к неблагоприятным процессам в эстуариях (как это имеет место в Азовском море вследствие уменьшения притока пресных вод и их замещения солеными). Обитающие в эстуариях биоценозы могут погибнуть, если не успеют переместиться выше по течению рек.
В ряде случаев следует учитывать необходимость защиты морской среды от смыва загрязняющих веществ, хранящихся или захороненных на берегу. Аналогичные исследования, выполненные для территории России, Украины, Евразии прогнозируют повсеместный размыв и отступание береговых зон, а также затопление низменных побережий.
Справедливости ради отметим, что наблюдения, проведенные в 90-х годах XX в. на многих побережьях Мирового океана, свидетельствуют об их стабильности, а местами даже об отступании береговой линии в сторону моря. Реальное увеличение содержания диоксида углерода и некоторых парниковых газов усиливает парниковый эффект планеты в небольшой мере, но все же это может способствовать потеплению климата и таянию льдов с увеличением объема морских вод, а как следствие — океанической трансгрессии, если полагать неизменными объемы нашей планеты. В настоящее время глобального наступления вод на сушу нет. Вполне возможно, что эффект от возрастания содержания парниковых газов гасится или нейтрализуется иными процессами.
9.4. Полярные льды и их планетарная роль
Неоднократно ставился вопрос: а что если растопить полярные льды, освободить Землю от оледенения и тем самым улучшить климат Арктики? Тогда появится возможность полнее использовать природные ресурсы арктических и субарктических районов, развивать земледелие за полярным кругом и др. П.М. Борисов полагал, что полярные льды можно растопить, построив плотину в Беринговом проливе для перекачки воды из Берингова моря в Северный Ледовитый океан. По оценкам Г. Флетчера, целесообразно освободить Арктику ото льда при помощи атомной энергии. Приводимые варианты решения одной проблемы базируются на разных подходах. Первый — преднамеренное косвенное воздействие на оледенение через изменение циркуляции путем строительства и перекачки вод — носит характер управления. Второй — прямое воздействие на термодинамический процесс — предполагает подход к природе с позиции силы.
Целесообразность изменения состояния географической оболочки в Северном полушарии в определенной мере зависит от того, насколько устойчивы оледенение и искусственно создаваемая безледная обстановка. Если равновесие в одном из случаев устойчиво, то система самопроизвольно будет возвращаться к нему, будучи выведенной из такого состояния.
М. И. Будыко теоретически доказал, что оба состояния Арктики (ледовое и безледное) неустойчивы. Следовательно, с помощью управляющих воздействий можно перевести систему из одного состояния в другое. Однако льды Арктики могут растаять и сами по себе при уменьшении облачности на севере Атлантического океана и снижении скорости испарения влаги с поверхности акватории. В результате температура океанских вод, поступающих из Северной Атлантики в Северный Ледовитый океан, повысится, а значит, усилится приток теплоты в Арктический бассейн. Благодаря неустойчивому термическому состоянию, свойственному Арктике, равновесие изменится (согласно принципу Ле-Шателье — Брауна) в направлении внешнего воздействия, т. е. в сторону повышения температуры, что и приведет к желаемому результату. Согласно данным о загрязнении Северной Атлантики, развитие системы непреднамеренно идет по пути, теоретически разработанному М. И. Будыко.
Известно, что оледенение Арктики продолжается относительно недолго. С возникновением ледового покрова увеличивается альбедо и, следовательно, снижается приходная часть радиационного баланса. Поэтому при образовании ледяных полей радиационный баланс Арктики уменьшается. Это может привести к возобновлению оледенения по схеме управления с положительной обратной связью, что свидетельствует о неустойчивости безледного состояния Арктики. Таким образом, воздействие на оледенение Арктики в виде разового таяния льдов может оказаться неэффективным. Оно должно быть пусть слабым, но постоянным.
Как может повлиять уничтожение льдов в Арктике на природу земного шара в целом?
Оледенение обеспечивает повышенную разность температур между низкими и высокими широтами, что влияет на эффективность работы тепловой машины. Температура нагревателя (экваториальная область) под влиянием оледенения понижается незначительно, а температура холодильника (полярные области) — существенно. Таким образом, под воздействием оледенения Арктики усиливается меридиональный перенос тепла в системе планетарной циркуляции атмосферы. Таяние льда приведет к снижению интенсивности меридианальной циркуляции и усилению широтной, что существенно отразится на климате умеренных широт (увеличение облачности, повышение зимних температур, снижение радиационного баланса и др.). В связи с уменьшением оттока тепла от экваториальных районов их температура повысится, возрастет температурный градиент между экваториальными областями и Антарктидой, а также между Северным и Южным полушариями. Это в свою очередь усилит меридиональный перенос тепла в Южное (более холодное) полушарие. Усилится термическая диссимметрия Земли: Южное полушарие станет холодильником по отношению к Северному. В связи с этим произойдут изменения глобальных систем циркуляции и, возможно, деградация оледенения Антарктиды.
Наконец, таяние льдов Арктики не пройдет бесследно для Гренландии и Южного полушария. Средняя температура льда Гренландии незначительно ниже нуля, т.е. ледяной щит находится в состоянии неустойчивого равновесия и при потеплении таяние неизбежно. В таком случае включается механизм положительной обратной связи: сокращение площади ледника—снижение его охлаждающего влияния — повышение уровня океана—уменьшение альбедо в освободившейся ото льда зоне — потепление—дальнейшее сокращение площади льда. В результате таяния ледников Гренландии уровень Мирового океана теоретически может подняться почти на 10 м. Это приведет к уменьшению площади суши на несколько миллионов квадратных километров и потеплению климата Земли, особенно в зимний период.
Таяние ледников Антарктиды, несомненно, явится бедствием для населения земного шара, так как приведет к заметному повышению уровня Мирового океана (суммарно около 60 м). Основная часть наиболее обжитых и освоенных районов, в том числе многие житницы мира, окажутся затопленными. Это неизбежно приведет к перемещению географических зон. На консервативные компоненты ландшафта (кора выветривания, почвы) будут накладываться не свойственные им подвижные компоненты (тип климата, увлажнение, растительность). В результате на всем земном шаре в ландшафтах установится переходный процесс, вплоть до выработки нового состояния равновесия. Пока нет возможности хотя бы приблизительно судить о характере изменений ландшафтов, поэтому можно воспользоваться палеогеографическими реконструкциями, выполненными для межледниковий. По данным К. К. Маркова, в межледниковые эпохи смещения ландшафтных зон составляли 5—15° широты, причем зоны высоких широт смещались существеннее, чем низких. Элементы прежних зон на той же территории включались в состав новой системы зональности, возникали реликтовые элементы, усложнялась общая структура ландшафтов. Оба неустойчивых состояния географической оболочки — ледниковое и неледниковое — способствуют тому, что всякое изменение, если оно воздействует на оледенение, приводит к возникновению неустойчивого колебательного режима взамен неустойчивого равновесного (метастабильного). При существующей тенденции потепления климата Земли задача состоит в сохранении оледенения Арктики, чтобы через системы положительной обратной связи процесс потепления и деградации оледенения не усилился до катастрофических масштабов. Для этого необходимо до минимума сократить антропогенную составляющую потепления климата и бережно относиться к существующим ледникам.