Содержание
Факторы, влияющие на изменение климата.
Изменение климата — колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени, выражающиеся в статистически достоверных отклонениях параметров погоды от многолетних значений за период времени от десятилетий до миллионов лет. Учитываются изменения как средних значений погодных параметров, так и изменения частоты экстремальных погодных явлений. Изучением изменений климата занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, по одной из версий, с недавних пор, деятельность человека. В последнее время термин «изменение климата» используется как правило (особенно в контексте экологической политики) для обозначения изменения в современном климате (см. глобальное потепление).
Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли.
- изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов,
- изменение светимости солнца,
- изменения параметров орбиты Земли,
- изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
- изменение концентрации парниковых газов (СО2 и CH4) в атмосфере,
- изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
- изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.
Климатические изменения на Земле
Погода — это ежедневное состояние атмосферы. Погода является хаотичной не линеарной динамической системой. Климат — это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат.
24.Химическое и радиоактивное загрязнение окружающей среды. «Зелёные столицы» Европы.
Представленная работа посвящена теме "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
Проблема данного исследования носит актуальный характер в современных условиях. Об этом свидетельствует частое изучение поднятых вопросов.
Тема "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" изучается на стыке сразу нескольких взаимосвязанных дисциплин. Для современного состояния науки характерен переход к глобальному рассмотрению проблем тематики "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
Вопросам исследования посвящено множество работ. В основном материал, изложенный в учебной литературе, носит общий характер, а в многочисленных монографиях по данной тематике рассмотрены более узкие вопросы проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)". Однако, требуется учет современных условий при исследовании проблематики обозначенной темы.
Высокая значимость и недостаточная практическая разработанность проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" определяют несомненную новизну данного исследования.
Дальнейшее внимание к вопросу о проблеме "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" необходимо в целях более глубокого и обоснованного разрешения частных актуальных проблем тематики данного исследования.
Актуальность настоящей работы обусловлена, с одной стороны, большим интересом к теме "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" в современной науке, с другой стороны, ее недостаточной разработанностью. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость.
Результаты могут быть использованы для разработки методики анализа "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
Теоретическое значение изучения проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" заключается в том, что избранная для рассмотрения проблематика находится на стыке сразу нескольких научных дисциплин.
Объектом данного исследования является анализ условий "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
При этом предметом исследования является рассмотрение отдельных вопросов, сформулированных в качестве задач данного исследования.
Целью исследования является изучение темы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" с точки зрения новейших отечественных и зарубежных исследований по сходной проблематике.
В рамках достижения поставленной цели автором были поставлены и решения следующие задачи:
1. Изучить теоретические аспекты и выявить природу "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)";
2. Сказать об актуальности проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" в современных условиях;
3. Изложить возможности решения тематики "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)";
4. Обозначить тенденции развития тематики "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)";
Работа имеет традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, состоящую из 3 глав, заключение и библиографический список.
Во введении обоснована актуальность выбора темы, поставлены цель и задачи исследования, охарактеризованы методы исследования и источники информации.
Глава первая раскрывает общие вопросы, раскрываются исторические аспекты проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)". Определяются основные понятия, обуславливается актуальность звучание вопросов "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
В главе второй более подробно рассмотрены содержание и современные проблемы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
Глава третья имеет практический характер и на основе отдельных данных делается анализ современного состояния, а также делается анализ перспектив и тенденций развития "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)".
По результатам исследования был вскрыт ряд проблем, имеющих отношение к рассматриваемой теме, и сделаны выводы о необходимости дальнейшего изучения/улучшения состояния вопроса.
Таким образом, актуальность данной проблемы определила выбор темы работы "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)", круг вопросов и логическую схему ее построения.
Теоретической и методологической основой проведения исследования явились законодательные акты, нормативные документы по теме работы.
Источниками информации для написания работы по теме "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)" послужили базовая учебная литература, фундаментальные теоретические труды крупнейших мыслителей в рассматриваемой области, результаты практических исследований видных отечественных и зарубежных авторов, статьи и обзоры в специализированных и периодических изданиях, посвященных тематике "Загрязнение окружающей среды (в том числе химическое, токсическое и радиоактивное, биологическое и генетическое)", справочная литература, прочие актуальные источники информации.
Еврокомиссия учредила новую премию «Зеленая столица Европы», чтобы оценить европейские города с точки зрения экологии, состояния окружающей среды и перспектив развития экотуризма.
В результате сравнения множества параметров, из 35 городов, претендовавших на получение «зеленой премии», было выбрано восемь финалистов: Амстердам, Бристоль, Копенгаген, Фрибург, Гамбург, Мюнстер, Осло и Стокгольм.
Но абсолютных победителя оказалось два: Стокгольм станет «Зеленой столицей Европы» в 2010 году и Гамбург – в 2011-м.
Столица Швеции, построенная на архипелаге из 14 островов, окружена лесопарковыми оазисами, до которых легко можно добраться из центра города благодаря очень эффективной транспортной системе. Два «зеленых сердца» Стокгольма – Дьюргарден (Djurgården) и Экопаркен (Ekoparken). Экопаркен – первый в мире городской национальный парк, площадью более 30 квадратных километров, имеет особую ценность для экологии. К 2050 году Стокгольм должен полностью перейти на альтернативные источники энергии и стать полностью независимым от невозобновляемых источников энергии, таких как газ, нефть и уголь.Второй по величине европейский порт и самый зеленый город Германии — Гамбург не случайно будет нести звание «Зеленой столицы» в 2011 году. Экологи отмечают эффективные природосберегающие технологии городского хозяйства, а туристы – обилие растений в Гамбурге. Кроме того, расположенный в городе парк Planten un Blomen, включает в себя огромный ботанический сад, тропическую оранжерею и самый обширный в Европе японский сад. А муниципальный Standpark считается самыми большим «зеленым театром» — в парке расположена открытая сцена, а также крупный планетарий.
Факторы, влияющие на климат
Климатические условия играют важную роль в жизни людей. Общепризнано существование более десятка климатообразующих факторов. Как наиболее существенные выделяются следующие:
· концентрация парниковых газов в атмосфере (углекислый газ, метан, закись азота, озон, и др.);
· движение воздушных масс
· концентрация тропосферных аэрозолей;
· солнечная радиация;
· вулканическая активность, вызывающая загрязнение стратосферы аэрозолями серной кислоты;
· автоколебания в системе атмосфера-океан (Эль Ниньо-Южное колебание);
· параметры орбиты Земли.
Было проанализировано воздействие этих факторов на радиационный баланс в пределах десятилетия и последнего столетия.
Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты.
Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:
а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;
б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры;
в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.
При рассмотрении вековой изменчивости климата оказалось, что именно накопление парниковых газов в атмосфере определило произошедшее повышение среднеглобальной температуры на 0.5°C. Однако объяснение нынешних и будущих изменений климата только антропогенным фактором покоится на весьма шатком фундаменте, хотя его роль со временем, безусловно, возрастает.
Парниковый эффект — это повышение температуры поверхности планеты и нижних слоев атмосферы планеты из-за того, что атмосфера пропускает солнечное излучение (как говорят, атмосфера прозрачна для солнечного излучения) и задерживает тепловое излучение планеты. Почему это может происходить? Тепловое излучение планеты задерживается (поглощается) сложными молекулами, например углекислым газом СО2, водой Н2О и другими. (Атмосфера прозрачна для солнечного излучения и непрозрачна для теплового излучения планеты). Именно вследствие парникового эффекта температура Венеры повышается с Т = — 44 С° до Т= 462 С°. Венера как бы укрыта слоем углекислого газа, как овощи в парнике — полиэтиленовой пленкой.
Парниковый эффект играет очень важную роль в формировании климата Земли. Например, на Титане из-за парникового эффекта температура повышается на 3 — 5 С°.
Солнечная радиация — это солнечное излучение. Уровень солнечной радиации измеряется на 1 м2земной поверхности в единицу времени (МДж/м2). Ее распределение зависит от широты местности, которой обусловлен угол падения солнечных лучей, и продолжительности дня, что в свою очередь влияет на продолжительность и интенсивность солнечного сияния, показатели суммарной солнечной радиации и среднюю температуру воздуха за год.
20% солнечной радиации, поступающей на Землю, отражается атмосферой. Остальная ее часть достигает земной поверхности — это прямая солнечная радиация. Часть радиации поглощается и рассеивается каплями воды, льда, частицами пыли, облаками.
Такая радиация называется рассеянной. Прямая и рассеянная составляют суммарную. Часть радиации отражается от поверхности Земли — это отраженная радиация.
Движения воздушных масс. Воздушная масса — большой объем воздуха в тропосфере, обладающий характерными свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью). Образование различных типов воздушных масс происходит в результате неравномерного нагревания земной поверхности. Вся система движения воздуха называется атмосферной циркуляцией.
Между воздушными массами располагаются переходные области шириной в несколько десятков километров. Эти области называются атмосферными фронтами. Атмосферные фронты находятся в постоянном движении. При этом происходит изменение погоды, смена воздушных масс. Фронты делятся на теплые и холодные.
Теплый фронт образуется, когда теплый воздух наступает на холодный и оттесняет его. Холодный фронт образуется, когда холодный воздух перемещается в сторону теплого и оттесняет его.
Теплый фронт приносит потепление, осадки. Холодный фронт приносит похолодание и прояснение. С атмосферными фронтами связано развитие циклонов и антициклонов.
Подстилающая земная поверхность влияет на распределение солнечной радиации, движение воздушных масс.
Анализ теплой биосферы мелового периода как аналога прогнозируемого потепления показал, что воздействия основных климатообразующих факторов (помимо углекислого газа) недостаточно для объяснения потепления такого масштаба в прошлом. Парниковый эффект необходимой величины отвечал бы многократному увеличению содержания СО2 в атмосфере. Толчком грандиозных климатических изменений в этот период развития Земли, вероятнее всего, стала положительная обратная связь между ростом температуры океанов и морей и увеличением концентрации атмосферной углекислоты.
Реакция молодых деревьев сосны, молодых апельсиновых деревьев, пшеницы на увеличение содержания СО2 в окружающей среде в диапазоне от 400 до 800 ppm почти линейна и положительна. Эти данные можно легко перенести на различные уровни обогащения СО2 и на различные виды растений. К воздействию возрастающего количества углекислого газа в атмосфере относится и увеличение массы лесов США (на 30% с 1950 г.). Больший стимулирующий эффект рост СО2 производит на растения, произрастающие в более засушливых (стрессовых) условиях. А интенсивный рост растительных сообществ, как утверждают авторы обзора, неизбежно приводит к увеличению суммарной массы животных и оказывает положительное воздействие на биоразнообразие в целом. Отсюда следует оптимистичный вывод: “В результате увеличения атмосферного СО2 мы живем во все более и более благоприятных условиях окружающей среды. Наши дети будут наслаждаться жизнью на Земле с гораздо большим количеством растений и животных. Это замечательный и непредвиденный подарок от индустриальной революции”.
Безусловно, колебания уровня СО2 в атмосфере имели место и в прошлые эпохи, однако никогда эти изменения не происходили столь быстро. Но если в прошлом климатическая и биологическая системы Земли в силу постепенности изменений состава атмосферы “успевали” перейти в новое устойчивое состояние и находились в квазиравновесии, то в современный период при интенсивном, чрезвычайно быстром изменении газового состава атмосферы все земные системы выходят из стационарного состояния. И если даже встать на позицию авторов, отрицающих гипотезу глобального потепления, нельзя не отметить, что последствия такого “выхода из квазистационара”, в частности климатические изменения, могут быть самыми серьезными.
Кроме того, согласно некоторым прогнозам, после достижения максимума концентрации СО2 в атмосфере она начнет падать из-за уменьшения антропогенных выбросов, поглощения углекислоты Мировым океаном и биотой. В этом случае растениям вновь придется адаптироваться к изменившейся среде обитания.
В связи с этим чрезвычайно интересны некоторые результаты математического моделирования сложных последствий возможного изменения климата Земли.
Эксперименты с трехмерной моделью объединенной системы океан-атмосфера, проведенные американскими исследователями, показали, что в ответ на потепление термохалинная северо-атлантическая циркуляция (Северо-Атлантическое течение) замедляется. Критическая величина концентрации СО2, вызывающая такой эффект, лежит между двумя и четырьмя доиндустриальными величинами содержания СО2 в атмосфере (она равна 280 ppm, а современная концентрация составляет около 360 ppm).
Используя более простую модель системы океан-атмосфера, специалисты провели детальный математический анализ описанных выше процессов. Согласно их расчетам, при росте концентрации углекислого газа на 1% в год (что соответствует современным темпам) Северо-Атлантическое течение замедляется, а при содержании СО2, равном 750 ppm, наступает его коллапс — полное прекращение циркуляции. При более медленном росте содержания углекислоты в атмосфере (и температуры воздуха) — например на 0.5% в год, при достижении концентрации 750 ppm циркуляция замедляется, но затем медленно восстанавливается. В случае ускоренного роста парниковых газов в атмосфере и связанного с ним потепления Северо-Атлантическое течение разрушается при более низких концентрациях СО2 — 650 ppm. Причины изменения течения в том, что потепление наземного воздуха вызывает рост температуры поверхностных слоев воды, а также повышение давления насыщенного пара в северных районах, а значит, и усиленную конденсацию, из-за чего возрастает масса распресненной воды на поверхности океана в Северной Атлантике.
Оба процесса приводят к усилению стратификации водяного столба и замедляют (или вовсе делают невозможным) постоянное формирование холодных глубинных вод в северной части Атлантики, когда поверхностные воды, охлаждаясь и становясь более тяжелыми, опускаются в придонные области и затем медленно перемещаются к тропикам.
Исследования такого рода последствий потепления атмосферы, проведенные недавно Р. Вудом с сотрудниками, дает еще более интересную картину возможных событий. Помимо уменьшения общего атлантического переноса на 25% при современных темпах роста парниковых газов произойдет “отключение” конвекции в Лабрадорском море — одном из двух северных центров формирования холодных глубинных вод. Причем это может иметь место уже в период от 2000 до 2030 г.
Указанные колебания Северо-Атлантического течения могут повлечь за собой весьма серьезные последствия. В частности, при отклонении распределения потоков тепла и температуры от современного в атлантическом регионе Северного полушария средние температуры приземного воздуха над Европой могут существенно понизиться. Более того, изменения в скорости Северо-Атлантического течения и нагрева поверхностных вод могут уменьшить поглощение океаном СО2(по расчетам упомянутых специалистов — на 30% при удвоении концентрации углекислого газа в воздухе), что следует учитывать и в прогнозах будущего состояния атмосферы, и в сценариях выбросов парниковых газов. Существенные изменения могут произойти и в морских экосистемах, включая популяции рыб и морских птиц, зависящих не только от специфических климатических условий, но и от питательных веществ, которые выносятся к поверхности холодными океаническими течениями. Здесь мы хотим подчеркнуть чрезвычайно важный момент, упомянутый выше: последствия роста парниковых газов в атмосфере, как видно, могут быть гораздо сложнее, чем однородное потепление приземной атмосферы.
При моделировании обмена углекислым газом приходится учитывать и воздействие на газоперенос состояния границы раздела океана и атмосферы. В течение ряда лет в лабораторных и натурных экспериментах исследовались интенсивность переноса СО2 в системе вода-воздух. Рассматривалось воздействие на газообмен ветроволновых условий и дисперсной среды, образующейся вблизи границы раздела двух фаз (брызги над поверхностью, пена, воздушные пузырьки в толще воды). Оказалось, что скорость газопереноса при изменении характера волнения от гравитационно-капиллярного к гравитационному существенно увеличивается. Этот эффект (помимо повышения температуры поверхностного слоя океана) может внести дополнительный вклад в поток углекислоты между океаном и атмосферой. С другой стороны, существенным стоком СО2 из атмосферы являются осадки, интенсивно вымывающие, как показали наши исследования, помимо других газовых примесей и углекислый газ. Расчеты с использованием данных о содержании растворенного углекислого газа в дождевой воде и годовой сумме осадков показали, что в океан ежегодно с дождями может поступать 0.2-1 Гт СО2, а общее количество углекислого газа, вымываемого из атмосферы, может достигать величины 0.7-2.0 Гт.
Поскольку атмосферный углекислый газ частично поглощают осадки и поверхностные пресные воды, в почвенном растворе повышается содержание СО2 и как следствие этого происходит подкисление среды. В опытах, проведенных в лаборатории, была предпринята попытка исследовать особенности воздействия растворенного в воде СО2 на накопление биомассы растениями. Проростки пшеницы выращивались на стандартных водных питательных средах, в которых в качестве дополнительных источников углерода, помимо атмосферного, служили растворенный молекулярный СО2 и бикарбонат-ион в различных концентрациях. Это достигалось варьированием времени насыщения водного раствора газообразным углекислым газом. Оказалось, что первоначальное повышение концентрации СО2 в питательной среде приводит к стимулированию наземной и корневой массы растений пшеницы. Однако при 2-3-кратном превышении над нормальным содержания растворенного углекислого газа наблюдалось торможение роста корней растений с изменением их морфологии. Возможно, при значительном подкислении среды происходит уменьшение ассимиляции других питательных веществ (азота, фосфора, калия, магния, кальция). Таким образом, опосредованное воздействие повышенной концентрации СО2 должно приниматься во внимание при оценке их влияния на рост растений.
Приведенные в приложении к петиции данные об интенсификации роста растений различных видов и возраста оставляют без ответа вопрос об условиях обеспеченности объектов изучения биогенными элементами. Следует подчеркнуть, что изменение концентрации СО2 должно быть строго сбалансировано с потреблением азота, фосфора, других питательных веществ, света, воды в продукционном процессе без нарушения экологического равновесия. Так, усиленный рост растений при высоких концентрациях СО2 наблюдался в среде, богатой питательными веществами. Например, на заболоченных землях в эстуарии Чесапикского залива (юго-запад США), где произрастают в основном С3 -растения, увеличение СО2 в воздухе до 700 ppm приводило к интенсификации роста растений и увеличению плотности их произрастания. Анализ более 700 агрономических работ показал, что при больших концентрациях СО2 в среде, урожай зерновых в среднем был больше на 34% (там, где в почву вносилось достаточное количество удобрений и воды — ресурсов, имеющихся в изобилии только в развитых странах). Чтобы поднять продуктивность сельскохозяйственных культур в условиях роста углекислоты в воздухе, очевидно понадобится не только значительное количество удобрений, но и средств защиты растений (гербициды, инсектициды, фунгициды и т.д.), а также обширные ирригационные работы. Резонно опасаться, что стоимость этих мероприятий и последствия для окружающей среды окажутся слишком существенными и несоразмерными.
Исследования выявили также роль конкуренции в экосистемах, которая приводит к снижению стимулирующего эффекта высоких концентраций СО2. Действительно, саженцы деревьев одного вида в умеренном климате (Новая Англия, США) и тропиках росли лучше при высокой концентрации атмосферного СО2, однако при совместном выращивании саженцев разных видов продуктивность таких сообществ при тех же условиях не повышалась. Вероятно, конкуренция за питательные вещества сдерживает реакцию растений на повышение углекислого газа.
Исследования показывают, что в листьях растений, сформировавшихся в условиях высоких концентраций углекислого газа, меньше содержание азота, а следовательно, белка. Поэтому ценность такой растительности как пищи для животных и насекомых значительно снижена. Действительно, в экспериментах насекомые начинали съедать существенно больше листьев этих растений по сравнению с растительностью в условиях нормальной концентрации СО2. Причем у насекомых замедляется развитие, они становятся более уязвимыми для хищников и паразитов. В результате популяция травоядных насекомых сокращается, сужается и пищевая база многих хищников. Могут измениться и другие экологические взаимосвязи. Установлено, например, что при повышенном уровне диоксида углерода ускоряется рост, цветение и старение растений. Изменение периода цветения может в свою очередь “сорвать” опыление растений из-за несовпадения цветения с пиком активности и распространенности опылителей. Поэтому не приходится говорить о росте видоразноообразия в условиях повышенной концентрации СО2. В целом на основании приведенных результатов научных исследований можно видеть, что будущая атмосфера Земли с высоким содержанием двуокиси углерода окажет прямое и значительное влияние на состав и функционирование экосистем.
Изучение адаптивной стратегии и реакции растений на колебания основных факторов, влияющих на изменение климата и характеристики окружающей среды, позволило уточнить некоторые прогнозы. Еще в 1987 г. был подготовлен сценарий агроклиматических последствий современных изменений климата и роста СО2 в атмосфере Земли для Северной Америки. Согласно проведенным оценкам, при увеличении концентрации СО2 до 400 ppm и росте средней глобальной температуры у земной поверхности на 0.5°С урожайность пшеницы в этих условиях увеличится на 7-10%. Но рост температур воздуха в северных широтах особенно проявится в зимнее время и вызовет чрезвычайно неблагоприятные частые зимние оттепели, которые могут привести к ослаблению морозостойкости озимых культур, вымерзанию посевов и повреждению их ледяной коркой. Прогнозируемое увеличение теплого периода вызовет необходимость селекции новых сортов с более продолжительным вегетационным периодом.
Что касается прогнозов урожайности основных сельскохозяйственных культур для России, то происходящий рост средних приземных температур воздуха и рост СО2 в атмосфере, казалось бы, должны иметь положительный эффект. Воздействие только роста углекислого газа в атмосфере может обеспечить рост продуктивности ведущих сельскохозяйственных культур — С3 -растений (хлебных злаков, картофеля, свеклы и др.) — в среднем на 20-30%, тогда как для С4 -растений (кукурузы, проса, сорго, амаранта) этот рост незначителен. Однако потепление, очевидно, повлечет за собой снижение уровня атмосферного увлажнения примерно на 10%, что осложнит земледелие особенно в южной части Европейской территории, в Поволжье, в степных районах Западной и Восточной Сибири. Здесь можно ожидать не только снижения сбора продукции с единицы площади, но и развития эрозионных процессов (особенно ветровых), ухудшения качества почв, в том числе потери ими гумуса, засоления, опустынивания значительных территорий. Было установлено, что насыщение приземного слоя атмосферы толщиной до 1 м избытком СО2 может откликнуться “эффектом пустыни”. Этот слой поглощает восходящие тепловые потоки, поэтому в результате его обогащения диоксидом углерода (в 1.5 раза в сравнении с нынешней нормой) локальная температура воздуха непосредственно у земной поверхности станет на несколько градусов выше средней температуры. Интенсивность испарения влаги из почвы увеличится, что приведет к ее иссушению. Из-за этого в целом по стране может снизиться производство зерна, кормов, сахарной свеклы, картофеля, семян подсолнечника, овощей и т.д. В результате изменятся пропорции между размещением населения и производством основных видов сельскохозяйственной продукции.
Наземные экосистемы, таким образом, весьма чувствительны к увеличению СО2 в атмосфере, причем, поглощая избыточный углерод в процессе фотосинтеза, в свою очередь способствуют и росту атмосферного углекислого газа. Не менее важную роль в формировании уровня СО2 в атмосфере играют процессы почвенного дыхания. Известно, что современное потепление климата вызывает усиленное выделение неорганического углерода из почв (особенно в северных широтах). Модельные расчеты, проведенные с целью оценки отклика наземных экосистем на глобальные изменения климата и уровня СО2 в атмосфере, показали, что в случае только роста СО2 (без климатических изменений) стимуляция фотосинтеза уменьшается при высоких значениях СО2, но выделение углерода из почв растет по мере его аккумуляции в растительности и почвах. Если содержание СО2 в атмосфере стабилизируется, чистая продукция экосистем (результирующий поток углерода между биотой и атмосферой) быстро падает до нуля, так как фотосинтез компенсируется дыханием растений и почв. Ответом наземных экосистем на климатические изменения без воздействия роста СО2, согласно этим расчетам, может стать уменьшение глобального потока углерода из атмосферы в биоту из-за усиления дыхания почв в северных экосистемах и уменьшения чистой первичной продукции в тропиках в результате падения влагосодержания почв. Этот результат подтверждается оценками, согласно которым воздействие потепления на дыхание почв превалирует над воздействием его на рост растений и уменьшает почвенный запас углерода. Совместное воздействие глобального потепления и роста СО2 в атмосфере может увеличить глобальную чистую продукцию экосистем и сток углерода в биоту, однако значительное возрастание почвенного дыхания может компенсировать этот сток в зимний и весенний периоды. Немаловажно, что эти прогнозы реакции наземных экосистем существенно зависят от видового состава растительных сообществ, обеспеченности питательными веществами, возраста древесных пород и значительно варьируют в пределах климатических зон.
Не климатические факторы и их влияние на изменение климата
Парниковые газы
Принято считать, что парниковые газы являются главной причиной глобального потепления. Парниковые газы имеют также значение для понимания климатической истории Земли. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли.
В течение последних 600 млн лет концентрация диоксида углерода в атмосфере варьировались от 200 до более чем 5 000 чнм из-за воздействия геологических и биологических процессов. Однако в 1999 г. Вейзер и др. показали, что на протяжении последних десятков миллионов лет нет строгой корреляции между концентрацией парниковых газов и изменением климата и что более важная роль принадлежит тектоническому движению литосферных плит. Позднее Ройер и др. использовали корреляцию СО2 — климат, чтобы вывести значение «чувствительности климата». Есть несколько примеров быстрых изменений концентрации парниковых газов в земной атмосфере, имеющих строгую корреляцию с сильным потеплением, среди которых термальный максимум палеоцена — эоцена, вымирание видов перми — триаса и конец варяжской «Земли — снежка» (snowball earth event).
Растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального потепления, начиная с 1950 года. Согласно данным Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2007 года, концентрация СО2 в атмосфере в 2005 году составила 379 чнм3, в доиндустриальный период она составляла 280 чнм3.
Чтобы предотвратить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи — до 350 частей на миллион (0,035%) (сейчас — 385 частей на миллион и увеличивается на 2 миллионные доли (0,0002%) в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов). [1]
Имеется скептическое отношение к геоинженерным методам изъятия углекислоты из атмосферы, в частности, к предложениям захоранивать углекислый газ в тектонических трещинах или закачивать его в породы на океанском дне: изъятие 50 миллионных долей газа по этой технологии будет стоить, по меньшей мере, 20 триллионов долларов, что в два раза больше национального долга США.
Тектоника литосферных плит
На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.
Солнечное излучение:
Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, так как развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. «парадоксу слабого молодого Солнца».На более коротких временных отрезках также наблюдаются изменения солнечной активности: 11-летний солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений, наблюдаемых между 1900 и 1950 годами. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца.
Изменения орбиты: По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Такие изменения положения орбиты называютсяциклами Миланковича, они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, ее спутникаЛуныи других планет. Изменения орбиты считаются главными причинами чередования гляциальных и интергляциальных циклов последнего ледникового периода. Результатомпрецессииземной орбиты являются и менее масштабные изменения, такие как периодическое увеличение и уменьшение площади пустыниСахара.
Вулканизм: Одно сильное извержение вулкана способно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью несколько лет. Например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 году существенно повлияло на климат. Гигантские извержения, формирующиекрупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причинойвымираниявидов. Вначале ученые полагали, что причиной похолодания является эмитированная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует достигнуть поверхности Земли солнечному излучению. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.
Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами.
Антропогенное воздействие на изменение климата:
Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат
Сжигание топлива:Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2040 годами.
Аэрозоли: Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.
Цементная промышленность: Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2. Диоксид углерода образуется, когдакарбонат кальция(CaCO3) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция(СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 5 % выбросов СО2индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора). При затворении цемента то же количество СО2поглощается из атмосферы при протекании обратной реакции СаО + СО2= СаСО3. Поэтому производство и потребление цемента изменяет только локальные концентрации СО2в атмосфере, не изменяя среднее значение.
Землепользование:Существенное влияние на климат оказывает землепользование.
Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.Согласно исследованию 2007 года Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.
Скотоводство:Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение. Этот показатель был пересмотрен в 2009 году двумя учёными из Worldwatch Institute: они оценили вклад животноводства в выбросы парниковых газов в 51 % общемирового
Взаимодействие факторов: Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м2.
Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м2. Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.
В масштабе нескольких столетий на 2005 год по сравнению с 1750 годом имеется комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м2. Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 град С. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С
Биосфера. Ее границы.
Биосфера — комплексная оболочка Земли, охватывающая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, заселенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера — глобальная экосистема с взаимосвязями, круговоротом веществ и превращением энергии.
Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент – это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.
Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Земля получает от Солнца ок. 1,3ґ1024 калорий в год. Около 40% этой энергии излучается обратно в космос; 15% поглощается атмосферой, почвой и водой; остальная энергия – это видимый свет, первичный источник энергии для всей жизни на Земле.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
Влияние растений на климат и водный режим
Фотосинтез – главный источник кислорода в земной атмосфере. Растения создают условия для дыхания миллиардам живых существ, включая людей. Потребности в кислороде лишь одного человека за 70–80 лет жизни составляют несколько десятков тонн. Если представить, что фотосинтез на планете прекратится, весь кислород атмосферы израсходуется всего за 2000 лет.
Содержание в воздухе азота, углекислого газа и ряда других соединений также зависит от жизнедеятельности различных организмов.
Поглощение и испарение воды наземными растениями влияет на водный режим их местообитаний и на климат в целом. За час выделяется до 2,5 г воды с каждого квадратного дециметра листвы. Это составляет ежечасно многие тонны воды с гектара. Одно только дерево березы испаряет в день до 100 л воды.
Увлажняя воздух, задерживая движение ветра, растительность создает особый микроклимат, смягчающий условия существования многих видов. В лесу колебания температуры в течение года и суток меньше, чем на открытых пространствах. Леса сильно изменяют также условия влажности: снижают уровень грунтовых вод, задерживают осадки, способствуют осаждению росы и тумана, предотвращают эрозию почвы. В них возникает особый световой режим, позволяющий тенелюбивым видам расти под пологом более светолюбивых.
Предыдущая3456789101112131415161718Следующая
Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 1077;