Вулканическая активность и глобальные изменения климата
Между тем, как отмечалось выше, в докладе IPCC основной причиной глобальных климатических изменений называется резкое увеличение в атмосфере Земли парниковых газов. В то же время, известно, что при извержениях вулканов в атмосферу Земли выбрасывается большой объем различных газов, в том числе парниковых: СО2 , CO, SO2, H2S, CS2, OCS, NO.
Концентрация углекислого газа колеблется от 1 до 10% от общей массы вулканических газов, 0,1-0,7% составляет СО (Gerlach N.M., 1980).
Наиболее пагубное влияние на глобальные климатические изменения оказывают серосодержащие газы вулканических извержений. При извержениях вулканов в атмосферу выбрасывается двуокись серы SO2, сероводород H2S, сероуглерод CS2, карбонисульфид OCS и частицы твердой серы. В работах Кейдла показано, что газ SO2 составляет примерно 10% от всех газовых выбросов вулканов, а его ежегодные выбросы составляют 2 ∙ 107 т. (Cadle R.D., 1975). Анализ выбросов вулканических газов показал, что основным серосодержащим газом является SO2(2-10 Мт/год). В целом, в вулканических газах доля сернистого газа составляет от 1 до 10% (Athaturov M.L. and others, 1986).
Представляет большой интерес анализ изменений концентрации СО2 в атмосфере Земли в геологической прошлом и сравнение этих данных с уровнем вулканической активности. Результаты этих исследований приведены на рис.70. (Athaturov M.L. and others, 1986).
Рис. 70. Изменения количества углекислого газа в атмосфере и скорость
образования вулканогенных пород в течение фанерозоя
(Athaturov M.L. and others, 1986)
На рис.70 видно, что концентрация углекислого газа в фанерозое изменялась от 0,1 до 0,4%. Вулканическую активность на графике характеризует скорость образования вулканогенных пород в течение фанерозоя. На рисунке хорошо видно, что в вулканической активности в фанерозоя ярко выражены циклы с периодами 80-100 млн. лет.
Результаты сравнения графиков на рис.70 показывают существование прямой зависимости концентрации СО2 от вулканической активности. На наш взгляд, интересной и важной особенностью этой зависимости является отчетливо наблюдаемое на рис.70 запаздывание увеличения концентрации СО2 по отношению к скорости образования вулканогенных пород. Это вполне логично исходя из принципа причинно-следственной связи: сначала повышается активность вулканических извержений, а затем увеличивается концентрация СО2 в атмосфере и последовательность этих процессов имеет определенную задержку во времени. Чем выше масштаб рассматриваемого периода цикличности, тем длительнее время запаздывания.
Углекислый газ прозрачен для коротковолновой радиации, но он поглощает длинноволновое излучение электромагнитных волн в нескольких диапазонах. В результате этого он является существенным фактором, создающим парниковый эффект, повышающий температуру нижнего слоя воздуха атмосферы Земли.
Рис. 71. Зависимость средней температуры воздуха от
концентрации углекислого газа (Будыко М.И., 1979 г.)
В исследованиях связи концентрации СО2 в атмосфере и среднегодовых изменений температуры используется логарифмическая зависимость, приведенная на рис.71. Будыко М.И. исследовал эту зависимость по эмпирическим данным на основе изучения геологического прошлого. В работах Будыко М.И. показано наличие прямой связи между вулканическими извержениями и глобальными климатическими изменениями (Будыко М.И., 1968 – 1984).
Нами приведен очень короткий обзор некоторых основных работ, показывающих наличие объективной и достоверной связи между вулканической активностью и глобальными климатическими изменениями.
Для выяснения степени возможного влияния цикличности в извержениях вулканов на глобальное потепление климата, В.Е. Хаин и Э.Н. Халилов сопоставили графики среднего изменения температур на Земле и среднего числа извержений магматических вулканов поясов сжатия Земли с 1850 по 2000 годы, рис.72 (В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2008).
Рис. 72. Сравнение графиков среднего изменения температур на Земле
и среднего числа извержений магматических вулканов поясов сжатия
Земли с 1850 по 2000 годы (Хаин В.Е., Халилов Э.Н., 2008 г.)
1 - график изменений температуры на Земле в Со (прогнозная часть графика
дополнена Хаиным В.Е., Халиловым Э.Н., 2008 г.)
(http://www.seed.slb.com/ru/scictr/watch/climate_change/index.htm);
2 - график вулканической активности;
3 - прямые, ограничивающие сдвоенные циклы вулканической
активности и изменений температуры;
4 - прогнозные части графиков среднего изменения
температур и вулканической активности;
5 – прямые, соединяющие экстремальные точки циклов вулканической
активности и вариаций среднегодовых температур.
Сравнение графиков показало высокое сходство характеров изменений во времени как среднегодовой температуры, так и вулканической активности. Оба графика можно условно разделить на три этапа: 1853-1915 гг.; 1916-1965 гг.; 1966 – 2000 гг. Каждый этап характеризуется резким повышением, как температуры, так и вулканической активности - в 1915 году и в 1965 годах. Примечательно, что на первом этапе на обоих графиках выделяется три цикла активизации, на втором этапе - два цикла, на третьем этапе также два неполных цикла.
Наиболее интересным фактом является запаздывание циклов повышения температуры по отношению к циклам увеличения вулканической активности. В основе этого запаздывания лежит причинно-следственная связь между этими двумя процессами. Эта же особенность нами была отмечена и при сравнении графиков вулканической активности и концентрации СО2 в атмосфере Земли в течение фанерозоя, рис.70.
Рассмотрим механизм причинно-следственной связи вулканической активности и изменения температуры на Земле. Повышение числа извержений вулканов приводит к увеличению поступления в атмосферу вулканических газов способствующих усилению парникового эффекта и, как следствие, приводящих к повышению температуры атмосферы. Высокое сходство графиков глобальных изменений температуры на нашей планете и вулканической активности Земли имеют логическое обоснование с точки зрения физических аспектов. Увеличение практически вдвое среднегодового числа извержений вулканов должно привести к увеличению вдвое поступающих в атмосферу газов при извержениях вулканов и, прежде всего СО2, которому отводится ведущая роль в формировании парникового эффекта и повышении среднегодовой температуры на Земле.
Рис. 73. Изменение содержания СО2 и CH4 в атмосфере, а также
роста населения на Земле с 1800 по 2000 гг. www.ipcc.ch
Рис. 74. Тренд вулканической активности
(Из работы В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2008 г.)
На рис.73 показаны тренды изменения содержания СО2, СН4 и роста населения Земли с 1800 г. по 2000 г. по данным IPCC. На рис.74 приведен тренд вулканической активности, отражающий общий характер увеличения числа извержений вулканов с 1850 г. по 2000 г. Сравнение этих графиков показывает их высокое сходство.
В реальности, факт увеличения роста населения и парниковых газов в атмосфере не является доказательством связи между этими двумя процессами. Как было показано в предыдущих разделах, за этот же период аналогичное увеличение наблюдается в сейсмической и вулканической активности и в ускорении дрейфа северного магнитного полюса, увеличении числа цунами и многих других процессов. Почему, при наличии такого большого числа природных факторов, IPCC уделяется внимание исключительно связи антропогенного фактора с глобальным потеплением?
Основной вопрос к сторонникам антропогенного происхождения глобального потепления: Как объяснить факт наличия в глобальных изменениях температур цикличности? Нет никаких научных доказательств того, что аналогичную цикличность имеет антропогенный фактор.
На рис.75 показано сравнение графиков глобального изменения температуры Земли (1) и вулканической активности (2) с 1900 по 2010 годы. На графиках хорошо наблюдается схожий характер изменений обоих параметров. Красные линии соединяют схожие циклы повышенных значений глобальных изменений температуры и числа извержений вулканов.
Рис. 75. Сравнение графиков глобальных изменений температуры и
вулканической активности Земли (составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)
1 – глобальные изменения среднегодовой температуры по данным IPCC:
голубым – график изменений среднегодовой температуры;
желтым – тренд изменения среднегодовой температуры;
2 – число извержений вулканов мира: темно-желтым – ежегодные числа извержений
вулканов; голубым – тренд числа извержений вулканов на основе 7-ми летних средних;
красные линии соединяют идентичные циклы повышенных
значений глобальной температуры и числа извержений вулканов на трендах.
Рис. 76. Сравнение графиков (трендов) глобальных изменений температуры и
вулканической активности Земли (составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)
Желтым – глобальные изменения среднегодовой температуры по данным IPCC.
голубым – число извержений вулканов мира; 1-7 циклы повышенных значений
глобальной температуры и извержений вулканов; A, B, C – идентифицированные
этапы в глобальном изменении температуры и вулканической активности.
Исследования, проведенные в работах В.Е. Хаина и Э.Н. Халилова о возможной связи вулканической активности Земли с глобальными температурными изменениями (В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2008) были уточнены и дополнены нами новыми подтверждающими данными в настоящем докладе (Э.Н. Халилов, 2010). На графиках приведенных на рис.76 период запаздывания повышения глобальной температуры по отношению к повышению вулканической активности, равен, в среднем, 4-7 лет. То есть, после повышения вулканической активности, в течение 4-7 лет повышается глобальная температура Земли. Это значить, что 4-7 лет требуется для повышения глобальной температуры, в результате парникового эффекта, вызванного газами вулканического происхождения. Повышение концентрации парниковых газов в атмосфере в результате извержений вулканов и других процессов дегазации мантии приводит к усилению парникового эффекта. Важно определить количественное соотношение между увеличением числа извержений вулканов и глобальными изменениями температуры.
Рис. 77. График зависимости глобальных изменений температуры от числа
извержений вулканов (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)
Красным – прямолинейный тренд.
Прямолинейный тренд на рис.77 свидетельствует о существовании прямой связи между глобальными изменениями температуры и числом извержений вулканов.
Полиноминальный тренд на рис.78 позволяет прийти к выводу, что наибольшее влияние на глобальные изменения температур начинается после достижение числа извержений вулканов 53.
Рис. 78. График зависимости глобальных изменений температуры от числа
извержений вулканов (Составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)
Красным - полиноминальный тренд второй степени.
Полиноминальный тренд показывает, что увеличение числа извержений вулканов на 20 (от 53 до 72 извержений) соответствует изменению температуры 0,56 ⁰С.