книги / Основы экологии

Рис. 4.5. Устойчивый рост концентрации углекислого газа (1) на фоне сезонных колебаний (2) в хорошо перемешивающемся атмосферном воздухе на научной станции Мауна Лоа на Гавайских островах

техногенное поступление оксида углерода в воздушный бассейн, атмосфера Земли могла бы очиститься от допол­ нительного поступления СО в течение одного месяца или, по крайней мере, нескольких лет.

Накопление углекислого газа в атмосфере способно вызвать неоднозначные изменения в биосфере. Усиление фотосинтеза и, как следствие, увеличение биологической продуктивности растительного покрова можно оценить как благоприятную реакцию биосферы на загрязнение атмосферы углекислым газом. Однако пока нет досто­ верных подтверждений этого процесса.

Прогнозы современных климатических изменений разноречивы. В настоящее время наиболее вероятным считается прогноз глобального потепления, связанный с увеличением содержания оксида углерода и других газов в воздушном бассейне (рис.4.5). Более высокое содержа­ ние углекислого газа в атмосфере усилит ее “парнико­ вый эффект”, который, в свою очередь, будет причиной потепления климата и изменений в распределении атмос­ ферных осадков. Если концентрация углекислого газа в атмосфере превысит доиндустриальный уровень в 2 раза, что вполне вероятно к середине XXI века, то темпера­ тура, по разным оценкам, повысится на 1,5—4,5 °С.

Одновременно с продуктами сгорания в атмосферу за год выбрасывается около 100 млн т твердых частиц. За предшествующий 1940 г. шестидесятилетний период про­ изошло повышение температуры воздуха на 0,6 °С, сме­ нившееся затем снижением ее на 0,4°. Видимо, охлажде­ ние, связанное с выбросами техногенной пыли, соизме­ римо с потеплением, обусловленным повышением кон­ центрации углекислого газа в атмосфере (Будыко, 1971). Однако наблюдавшиеся в последние годы в Северном полушарии климатические аномалии (теплые зимы в Европе и Сибири, невероятно жаркое лето в США) под­ тверждают вероятность исполнения прогноза о глобаль­ ном потеплении климата в результате усиления “парни­ кового эффекта” . Последствия этого потепления вызыва­ ют серьезную дискуссию, которая приводит к совершен­ но противоположным выводам.

Согласно наиболее распространенному представлению, потепление климата вызывает таяние ледниковых покро­ вов Гренландии и Антарктиды, а также горных ледни­ ков. Результатом этого явится подъем уровня Мирового океана и затопление низменных территорий, таяние веч­ ной мерзлоты в Евразии, перераспределение осадков и другие неблагоприятные для человечества последствия. Вырубка лесов, разрушение травяного покрова и антро­ погенное опустынивание могут внести существенные из­ менения в динамику климата.

Непосредственные наблюдения за ледниковым покро­ вом указывают на иной сценарий изменений в биосфере в результате потепления. Хотя ледниковый покров в от­ носительно низких широтах действительно отступает, в глубинных районах оледенение и ледники нарастают. Причина заключена в увеличении количества осадков (снега) в высоких широтах как следствии нагревания испаряющей поверхности моря. При сохранении совре­ менных темпов потепления до 3 °С уровень Мирового океана будет ежегодно снижаться на 7 мм, так как уве­ личивающееся содержание влаги в атмосфере будет акку­ мулироваться в полярных широтах и на существующем ледниковом покрове. Баланс полярного оледенения нару­ шится, если потепление превысит 5 °С. Только в этом слу­ чае начнется подъем уровня Мирового океана. Однако та­ кое потепление не прогнозируется до середины XXI века.

Ксожалению, сейчас невозможно ответить на вопрос

отом, устойчива ли существующая тенденция к потеп­ лению климата, или она —временный эпизод в охлажде­ нии атмосферы в преддверии очередного ледникового периода. В последнем случае современное антропогенное потепление, временно сдерживающее похолодание, мо­ жет привести к быстрой, резкой смене климатической ситуации, создав реальную угрозу существованию циви­ лизации в Северном полушарии.

4.4. ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ

Разнообразные проявления современных колебаний климата непосредственно связаны с изменениями в цир­ куляции атмосферы. По причине шарообразной формы Земли количество солнечной энергии, получаемой ее по­ верхностью на экваторе, больше, чем на полюсах. Темпе­ ратурный контраст между полюсами и экватором явля­ ется причиной общей циркуляции атмосферы, под кото­ рой климатологи понимают совокупность основных воз­ душных течений, приводящих к вертикальному и гори­ зонтальному обмену масс воздуха.

Сильно нагретый воздух на экваторе поднимается до верхней тропосферы и нижней стратосферы (рис.4.6), где формирует две области высокого давления (в Север­ ном и Южном полушариях), смещенные к субтропичес­ ким широтам. Опускаясь вниз до приземного слоя, он образует в каждом полушарии также две зоны высокого давления (антициклонов), к которым приурочены тро­ пические и субтропические аридные территории.

Над северным и южным полюсами, на высоте 2—4 км, в результате охлаждения воздуха над снежной и ледни­ ковой поверхностью возникает область пониженного давления, смещенная в приземном слое к субполярным широтам.

В направлении от субтропических широт к полюсам возникает движение воздуха. Поскольку линейная ско­ рость вращения Земли и ее атмосферы ближе к экватору больше, движущийся к полюсам воздух отклоняется впра­ во против вращения Земли, т.е. на восток, образуя по-

Рис. 4.7. Полярный вихрь в Северном полушарии

Опускающийся воздух в субтропической области анти­ циклонов течет не только в направлении полюсов, но и к экватору. В тропических широтах образуются устойчи­ вые воздушные течения северо-восточных (в Северном полушарии) и юго-восточных (в Южном полушарии) румбов, получившие над океанами название пассатов. Однако над ними в стратосфере господствует западный перенос воздушных масс.

В полярных областях, Арктике и Антарктиде, зона высокого давления выражена недостаточно четко, и пре­ обладание антициклонов над циклонами здесь невелико.

В эту общую закономерность зонального распределе­ ния. воздушных течений в тропосфере вносят коррективы большие участки суши — материки, особенно Евразия. Огромные размеры Евразии и сложность ее рельефа ока­ зывают значительное влияние на общую циркуляцию атмосферы, суть которого заключается в следующем.

Зимой в центре охлажденной Азии формируется об­ ласть высокого давления —Азиатский (Сибирский, Мон­ гольский, Центральноазиатский) антициклон. Летом он заменяется Азиатской депрессией, областью низкого давления. Другим из наиболее известных центров высо­ кого давления в Северном полушарии является субтро­ пический Азорский антициклон, расположенный у Азор­ ских островов в Северной Атлантике. Зимой эти два анти­ циклона связаны осью высокого давления, получившей название “большой оси материка Евразии” . Она еще име­ нуется в честь ее первооткрывателя осью А.И.Воейкова, описавшего это явление в 1884 г.

“Большая ось материка Евразии” четко прослежива­ ется на многолетних синоптических картах для зимнего периода. Зимой из южной части Восточной Сибири выдвигается полоса высокого давления, которая прохо­ дит южнее Уральских гор, через лесостепь Украины, Венгрию, Альпы Австрии и Швейцарию, Южную Фран­ цию и Испанию, достигая Азорского максимума. Анало­ гичная ось образуется и в летние месяцы. Зона высокого давления на востоке Восточно-Европейской равнины располагается между 48° и 60° с.ш.

Для оси высокого давления характерны сухая безоб­ лачная погода, затишье или слабые ветры, сильные мо­ розы зимой и жара летом. Она играет важную роль в зимней циркуляции атмосферы. Территория Беларуси расположена между 53° и 56° с.ш., севернее оси Воей­ кова, однако ее влияние на погодные условия республи­ ки прослеживаются на розе ветров, особенно в зимний период (рис.4.8).

На движение воздуха большое влияние оказывает характер подстилающей поверхности, в частности лес­ ные массивы, возвышенности и болота, которые облада­ ют значительной “шероховатостью” . Вырубка лесов и мелиорация болот, изменяя “шероховатые” и термичес­ кие свойства поверхности суши, особенно при снежном

Рис. 4.8. Роза ветров в январе (вверху) и июле (внизу) и изменение среднемноголетней суммы осадков (мм) за 1945-1994 гг. по сравнению с 1891-1940 гг.

покрове, создают реальную угрозу локального (местного) смещения оси высокого давления. Такое смещение веро­ ятно для Припятского Полесья, на котором после мелио­ ративных работ появились обширные безлесные про­ странства и теплоаккумулирующие обводненные болота были заменены теплоизоляционными торфяниками. К тому же Полесье, окруженное возвышенностями, зани­ мает наиболее низкое положение в центре Европейского континента с абсолютными отметками меньше 150 м для преобладающей части территории. Вероятность заполне­ ния этой низины холодным, более тяжелым воздухом оче­ видна.

Из других центров действия атмосферы для климата Евразии важна Исландская депрессия (Исландский ми­ нимум) — область низкого атмосферного давления в

северной части Атлантического океана. Здесь зарожда­ ются глубокие и устойчивые циклоны, несущие, особен­ но зимой* влажный воздух Атлантики к берегам Европы и внутрь континента. Положение этой депрессии во мно­ гом определяется расположением зоны высокого атмос­ ферного давления. Изменение их взаимозависимого на­ хождения определяет климатическую и погодную дина­ мику на обширных территориях. Следует подчеркнуть, что климатические последствия антропогенного измене­ ния поверхности суши, например при водно-земельных мелиорациях, слабо изучены и требуют серьезного науч­ ного исследования.

Общая циркуляция атмосферы включает в себя также муссонную циркуляцию, причиной которой являются летние и зимние температурные контрасты между океа­ нами и материками.

В общей циркуляции атмосферы участвует весь воздух тропосферы, который расчленяется на воздушные массы, сохраняющие свою индивидуальность, перемещаясь из одних областей Земли в другие. В широтном зональном распределении они разделяются на экваториальные, тро­ пические, умеренные (полярные) и арктические (в южном полушарии —антарктические). В меридиональном расчле­ нении, с учетом преобладающего переноса, они могут быть морскими (влажными) и континентальными (сухими). По отношению к температурным условиям поверхности пе­ ремещающиеся воздушные массы могут быть холодны­ ми или теплыми. Переходные зоны, или зоны сближе­ ния, в которых атмосферные процессы наиболее активны, называются атмосферными фронтами. Арктический фронт разделяет арктические и умеренные воздушные массы, полярный —умеренные и тропические, тропичес­ кий —тропические и экваториальные.

Неоднородности в потоке воздуха вызывают измене­ ние атмосферного давления у поверхности Земли: под областью растекания воздуха (например, над экватором) давление, уменьшается, над областью сходимости или опускания — повышается. В результате у поверхности возникают области повышенного и пониженного давления, так называемые центры действия атмосферы, в которых могут формироваться циклоны и антициклоны. Образование и перемещение циклонов и антициклонов

определяет погодные условия конкретных территорий, т.е. состояние атмосферы, давление воздуха, направле­ ние и скорость ветра, облачность, температуру, влажность воздуха, режим осадков идр.

Воздушные массы по своим температурам, содержа­ нию воды, пылевых частиц и аэрозолей отражают усло­ вия своего образования. В процессе перемещения их характеристики (газовый состав и физические данные) сохраняются, хотя и претерпевают существенные транс­ формации.

На современном этапе развития человечества в движе­ ние воздушных масс вовлекаются и переносятся на боль­ шие расстояния загрязняющие вещества, такие как оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси. Наибольшему загрязнению подвергаются территории умеренных широт Северного полушария. Именно здесь сосредоточены крупнейшие промышленные регионы мира, поставляющие в атмосферу огромное количество вредных загрязнителей. Кроме того, сюда с меридио­ нальной циркуляцией атмосферы могут поступать заг­ рязняющие вещества из экваториальных и тропических широт, а также из Арктики, в частности, при испыта­ нии атомного оружия в атмосфере. Договор 1963 г. о зап­ рещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в кос­ мическом пространстве и под водой явился важнейшим шагом на пути сохранения среды обитания человека и условий существования жизни на Земле.

Для решения народно-хозяйственных задач (развитие энергетики, размещение экологически опасных промыш­ ленных предприятий и др.) необходимо выполнять райо­ нирование Земли и ее конкретных территорий географи­ ческого ранга по условиям атмосферного переноса вещества. Этот перенос происходит в результате как об­ щей циркуляции, так и местных перемещений воздушных масс. Он может быть постоянным или переменным.

Среди бассейнов с постоянным переносом вещества выделяются следующие: 1) пассатные области с преоб­ ладающими восточными ветрами; 2) области с морским климатом западных берегов материков, где преобладают западные ветры и осуществляется перенос с моря на сушу; 3) океанические пространства умеренных широт с запад­ ными ветрами.

Рис. 4.9. Направления перемещения радиоактивного облака после аварии на ЧАЭС в 1986 г.

К бассейнам с переменным переносом вещества отно­ сятся: 1) муссонные области, где летом перенос происхо­ дит с моря на материк, зимой —с материка на море; 2) терри­ тории со средиземноморским типом климата, характери­ зующиеся летним переносом с суши на море, зимним —с моря на сушу; 3) внутриконтинентальные территории уме­ ренных широт с антициклональной деятельностью и перено­ сом из внутренних частей материков к внешним зимой и циклональной деятельностью и обратным переносом летом. В качестве примера внутриконтинентального переменного пе­ реноса загрязняющих веществ может служить перенос про­ дуктов аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. (рис.4.9).