Реферат по экологии «Изменение климата на земле»

Если текущие  темпы сохранятся, то содержание углекислого  газа в атмосфере увеличится вдвое  к 2060 году по сравнением с доиндустриальным уровнем, а к концу столетия - в  четыре раза. Это очень обеспокоивает, так как жизненный цикл СО₂ в атмосфере составляет более ста лет, по сравнению с восьмидневным циклом водяного пара.

Метан, основной компонент природного газа, является причиной 15 % потепления в современное время. Генерируемый бактериями на рисовых полях, разлагающимся мусором, продуктами сельского хозяйства и ископаемого топлива, метан циркулирует в атмосфере около десятилетия. Сейчас его в атмосфере в 2,5 раза больше, чем в XVIII веке.

Другой парниковый газ - это оксид азота, продуцируемый как сельским хозяйством, так и промышленностью - различные растворители и хладагенты, как хлорфторуглероды (фреоны), которые запрещены международным соглашением вследствие их разрушающего действия на защитный озоновый слой Земли.

Неослабевающее  накопление парниковых газов в атмосфере  привело ученых к решению, что в нынешнем столетии средняя температура повысится от 1 до 3,5 ⁰С. Для многих это может показаться немного. Для объяснения приведем пример. Аномальное похолодание в Европе, длившееся с1570 по 1730 годы, вынудившее европейских фермеров забросить свои поля, было вызвано изменением температуры всего в пол градуса Цельсия. Можно представить какие последствия может иметь повышение температуры на 3,5 ⁰С.

Пути  исследования изменения  климата.

В современное  время становится популярным изобретение  разных компьютерных моделей изменения климата на Земле. Они основаны на вариантах взаимодействия различных климатических факторов, таких как почва, воздух, вода, ледники и солнечная энергия. Эти общие циркуляционные модели состоят из уравнений, показывающие изученные зависимости атмосферной физики и океанической циркуляции.

Для каждой части  планеты ученые рассчитали эффект таких  факторов как температура, вращение Земли, часть поверхности выше уровня моря и другие климатические условия.

Но насколько  правдоподобны эти проекты ? Совершенной считается модель, если при введение информации о климатических условий на Земле несколько сотен лет назад она выдает точное описание сегодняшнего климата. Очень редко сегодняшние модели выдают результат сопоставимый с настоящим глобальным климатом без различных неточностей.

От части это  объясняется тем, что только самые  мощные компьютеры могут справиться с этой задачей. А от части - тем, что  некоторые аспекты климатического изменения не до конца изучены. Создатели  моделей предупреждают, что их создания еще не достаточно совершенны, чтобы определять детальный эффект в конкретных регионах. Модели разбивают всю поверхность Земли на квадраты со стороной обычно 200 км, но такие факторы как океанические бури, шторм и облачная активность действуют на значительно меньших участках. В этих случаях модели могут определять примерный результат.

Компьютерные  модели обычно проектируют парниковый эффект в далеком будущем, и они  все лучше и лучше приспосабливаются  к быстро растущему объему знаний человечества. К тому же невероятно сложно правильно учесть влияние человека на всемирные колебание климата.

Согласно Кевину Тренберту, ведущему американскому  специалисту в Национальном центре атмосферных исследований в Колорадо, все компьютерные модели предсказывают глобальное потепление, но они могут определить только пределы изменения температуры. Потепление может составить один градус Цельсия в этом веке, или оно может быть в более чем в три раза больше. «Использование таких моделей - это важный и незаменимый инструмент, - говорит Тренберт, - но они не могут решить проблему парникового эффекта».

Влияние диоксида углерода на интенсивность парникового  эффекта.

Многое еще  должно быть изучено о круговороте  углерода и роли Мирового океана как  огромного хранилища углекислого газа. Как было сказано выше, человечество каждый год добавляет 7 миллиардов тонн углерода в форме СО₂ к имеющимся 750 миллиардам тонн. Но только около половины наших выбросов - 3 миллиарда тонн - остаются в воздухе. Это можно объяснить тем, что большая часть СО₂ используется земными и морскими растениями, хоронится в морских осадочных породах, поглощается морской водой или по другому абсорбируется. Из этой большой части СО₂ (около 4 миллиардов тонн) океаном поглощается около двух миллиардов тонн атмосферного диоксида углерода каждый год.

Все это увеличивает  число не отвеченных вопросов: Как  именно морская вода взаимодействует  с атмосферным воздухом, поглощая СО₂ ? Сколько еще углерода могут поглотить моря, и какой уровень глобального потепления может повлиять на их емкость ? Какова способность океанов поглощать и сохранять тепло, задержанное изменением климата ?

Роль облаков  и суспензированных частиц в воздушных  потоках, называемых аэрозолями не просто учесть при построении климатической  модели. Облака затеняют земную поверхность, приводя к похолоданию, но в зависимости от их высоты, плотности и других условий, они так же могут задерживать тепло, отраженное от земной поверхности, повышая интенсивность парникового эффекта. Действие аэрозолей также интересно. Некоторые из них изменяют водяной пар, конденсируя его в маленькие капельки, образующие облака. Эти облака очень плотные и затеняют поверхность Земли неделями. То есть они блокируют солнечный свет, пока не выпадут с осадками.

Комбинированный эффект может быть огромен: извержение вулкана Пинатуба в 1991 в Филиппинах выбросило в стратосферу колоссальный объем сульфатов, что явилось  причиной всемирного понижения температуры, которое длилось два года.

Таким образом, наши собственные загрязнения, вызванные, главным образом, сжиганием серосодержащего  угля и масел, могут временно сгладить эффект глобального потепления. Специалисты  оценивают, что в течение ХХ века аэрозоли снизили объем потепления на 20 %. В общем, температура поднималась с 1940-х, но с 1970 года снизилась. Эффект аэрозолей может помочь объяснить аномальное похолодание в середине прошлого века.

В 1996 году выбросы  углекислого газа в атмосферу составили 24 миллиарда тонн. Очень активная группа исследователей возражает против мнения о том, что одной из причин глобального потепления является деятельность человека. По ее мнению, главное заключается в естественных процессах изменения климата и повышении солнечной активности. Но, по словам Клауса Хассельмана, руководителя Немецкого климатологического центра в Гамбурге, только 5 % можно объяснить природными причинами, а остальные 95 % - это техногенный фактор, вызванный деятельностью человека.

Некоторые ученые также не связывают увеличение объема СО₂ с повышением температуры. По словам скептиков, если винить в повышении температуры увеличение выбросов СО₂ , то температура должна была подняться в течение послевоенного экономического бума, когда ископаемое топливо сжигалось в огромных количествах. Однако Джерри Мэлмен, директор Геофизической лаборатории динамики жидкостей, вычислил, что увеличение использование угля и масел быстро увеличило содержание серы в атмосфере, вызывая похолодание. После 1970 года термический эффект длинного жизненного цикла СО₂ и метана подавил быстро распадающиеся аэрозоли, вызывая повышение температуры. Таким образом, можно заключить, что влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта огромно и неоспоримо.

Однако увеличивающийся  парниковый эффект может не быть катастрофическим. В самом деле, высокие температуры  могут приветствоваться там, где  они достаточно редки. С 1900 года наибольшее потепление наблюдается от 40 до 70 ⁰ северной широты, включая Россию, Европу, северную часть США, где раньше всего начинались промышленные выбросы парниковых газов. Большая часть потепления относится к ночному времени, прежде всего, из-за увеличения облачного покрова, который задерживал исходящее тепло. Как следствие посевной сезон увеличился на неделю.

Более того парниковый эффект может быть хорошей новостью для некоторых фермеров. Высокая  концентрация СО₂ может иметь положительный эффект на растения, так как растения используют углекислый газ в процессе фотосинтеза, превращая его в живую ткань. Следовательно, больше растений означает больше поглощения СО₂ из атмосферы, замедляя глобальное потепление.

Это явление  было исследовано американскими  специалистами. Они решили создать  модель мира с двойным содержанием  СО₂ в воздухе. Для этого они использовали четырнадцатилетний сосновый лес в Северной Калифорнии. Газ нагнетался через трубки, установленные среди деревьев. Фотосинтез увеличился на 50-60 %. Но эффект вскоре стал обратным. Задыхающиеся деревья не справлялись с таким объемом углекислого газа. Преимущество в процессе фотосинтеза было потеряно. Это еще один пример как человеческие манипуляции приводят к неожиданным результатам.

Но эти небольшие  положительные аспекты парникового  эффекта не идут ни в какое сравнение  с отрицательными. Взять хотя бы опыт с сосновым лесом, где объем СО₂ был увеличен вдвое, а к концу этого века прогнозируется увеличение концентрации СО₂ в четыре раза. Можно представить какими катастрофическими могут быть последствия для растений. А это в свою очередь повысит объем СО₂ , так как чем меньше растений, тем больше концентрация СО₂ .

Глобальное  потепление.

Значимость потепления, определенная американскими учеными, может побудить распространенную катастрофу. Во-первых, потепление вызовет увеличение концентрации водяного пара в атмосфере (на 6 % больше с каждым градусом повышения температуры), что вызовет увеличение осадков и возможно большую напряженность погоды, в общем.

Хотя частота  дождей и снегопадов может увеличиться, наиболее ожидаемый эффект, который заключается в том, что средние колебания осадков могут быть еще более выраженными, как утверждает Томас Карл, американский специалист в области изменения климата. В местностях, предрасположенных к затоплениям и водным эрозиям, прогнозы будут ужасными. Увеличение осадков будет крайне неравномерно, затопляя наиболее влажные территории, сделает сухие местности еще более засушливыми.

В дополнение Карл предполагает, что тепловые волны  могут стать еще серьезнее  там, где местность имеет маленький  шанс охладится ночью. Трехградусное повышение средней температуры увеличит возможность возникновения опасных тепловых волн (выше 35 ⁰С) в средних широтах от одного раза в 12 лет до одного раза в 4 года.

Такие жестокие картины становятся все более  и более правдоподобными. Существует единодушное согласие, что глобальная средняя температура повысилась на пол градуса Цельсия с конца XVIII века, и 13 самых жарких лет наблюдались после 1980 года. По некоторым оценкам 1997 был самым жарким. Это неоспоримое доказательство, что человечество причастно к глобальному потеплению.

Еще потепление может быть частью естественного  цикла колебаний средней температуры, которая изменялась в пределах 6 ⁰С за последние 150 000 лет. Климатические колебания в течение тысячелетий зависят от периодических изменений солнечной активности, орбиты и наклона Земли, то есть от количества тепла, поступаемого на Землю.

Вращение Земли  не сохраняет постоянную позицию  по отношению к Солнцу. В 1930-х сербский математик Милутин Миланкович установил, что существует зависимость между тремя основными циклами движения Земли и ее климатом: 100 000-летний цикл земной орбиты, 41 000-летний цикл наклона земной оси, 23 000-летний цикл раскачивания земной оси.

Эффект этих циклов можно последить по графику  изменения объема ледяных покровов относительно солнечного освещения, который увеличивался, когда интенсивность солнечного освещения падала, позволяя снежному покровы продлевать период таяния и накапливаться со временем.

Согласно этим циклам мы сейчас находимся в середине периода похолодания. А в настоящее время наблюдается повышение температуры, как если бы мы находились в период потепления.

Доказательства  этих климатических изменений были взяты из состава льда, добытого из недр древних ледников Гренландии и Антарктиды и среди останков морских организмов в осадочных породах на морском дне.

Повышение и  понижение температуры за последние 750 000 лет было также исследовано  путем анализа древнего тибетского 300 метрового ледника - самого большого в средних широтах. Образцы льда были собраны с различных глубин. В каждом образце было измерено содержание особого изотопа кислорода ¹⁸О. Чем больше было его содержание, тем выше была температура в соответствующем периоде.

На основе этого  исследования был построен график. Полученная температура была наложена на график колебания интенсивности солнечного освещения, согласно 100 000-летнему циклу Миланковича.

750,000 лет назад  50,000 10,000 1,000 250 100 0

Возможно, что  около 1860 года, когда ученые впервые  занялись проблемой глобального потепления, планета еще находилась в периоде аномального похолодания. Настоящее потепление может быть вызвано окончанием этого периода, и парниковый эффект может быть наложен на это направление колебаний климата.