Куча рефератов (Реферат по экологии (Бутаков А[1].С РК6-11))

Посмотреть архив целиком

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Факультет Робототехники и комплексной автоматизации

Кафедра системы автоматизированного проектирования















Реферат на тему: «Палеоклиматические изменения на Земле и их связь с различными причинами».
















Реферат выполнил

Студент группы РК6-11

Бутаков Александр Сергеевич








Москва, 2008

Оглавление


Введение 4

1. Палеоклиматические изменения в Сибири 6

2. Прогноз деградации вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8 °С. 13

Заключение 18

Список литературы 19



Введение

Климатическая система Земли охватывает атмосферу, океан, сушу, криосферу (лед и снег) и биосферу. Эта комплексная система описывается рядом параметров, часть из них очевидна: температура, атмосферные осадки, влажность воздуха и почв, состояние снежного и ледового покрова, уровень моря. Также климатическая система описывается и более сложными характеристиками: динамикой крупномасштабной циркуляции атмосферы и океана, частотой и силой экстремальных метеорологических явлений, границами среды обитания растений и животных. Часто при малой изменчивости “простых” параметров происходят значительные изменения “сложных”, что в основном и означает изменение климата.

Глобальные климатические, биологические, геологические и химические процессы и природные экосистемы тесно связаны между собой. Изменения в одном из процессов могут сказаться на других, причем вторичные эффекты могут по силе превосходить первичные. Позитивные для жизни человека изменения в одной из сфер могут перекрываться вызванными ими вторичными изменениями, пагубными для жизни людей, животных и растений. Газы и аэрозольные частицы, которые человечество выбрасывает в атмосферу с начала промышленной революции, изменяют не только состав атмосферы, но и энергетический баланс. Это, в свою очередь, влияет на взаимодействие между атмосферой и океаном – главный генератор экстремальных погодных явлений. Океан занимает большую часть планеты и именно течения и циркуляция вод определяют климат многих густонаселенных регионов мира. Потенциально очень опасно изменение циркуляции океанских вод, например, Гольфстрима, под действием глобального изменения климата.

Целью данной работы является изучение палеоклиматических изменений с районе Сибири.

Задачи:

1. Рассмотреть палеоклиматические изменения в Сибири,

2. Изучить прогноз деградации вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8 °С.

1. Палеоклиматические изменения в Сибири


Глобальное потепление это постепенное таяние вечной мерзлоты под воздействием происходящего потепления климата. Для страны, на 60% площади которой распространена вечная мерзлота, это очень важный фактор, влияющий на ее связность.

Современное потепление объясняется ростом парникового эффекта, который можно описать следующим образом:

1) падающее солнечное излучение (основная энергия которого сосредоточена в видимом диапазоне длин волн) частично отражается атмосферой, частично пропускается к поверхности Земли (после частичного рассеяния и поглощения атмосферой);

2) дошедшее до поверхности Земли солнечное излучение частично сразу отражается, частично поглощается и нагревает ее;

3) далее эта энергия переизлучается земной поверхностью обратно в космос в более длинноволновом, инфракрасном диапазоне (так как температура поверхности Земли много меньше температур, на которой излучает Солнце, что определяется расстоянием между ними);

4) но в этом диапазоне длин волн излучение значительно поглощается парниковыми газами атмосферы (в видимом диапазоне они практически не поглощают);

5) в дальнейшем молекулы парниковых газов переизлучают поступившую энергию по всем направлениям, и половина инфракрасного излучения возвращается обратно к поверхности Земли, дополнительно нагревая ее;

6) в ходе этих процессов происходит и нагрев атмосферы, ее нижних слоев.

По существующим прогнозам МГЭИК, основанным на моделировании изменений климата под воздействием антропогенного роста содержания парниковых газов в атмосфере, к концу нынешнего столетия средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,4 до 5,8°С, по сравнению с 1990 г.1 (не стоит забывать что к этому моменту она уже увеличилась приблизительно на 0,6°С (плюс-минус 0,2°С) по сравнению с прошлым веком). Однако к прогнозам этим подходить надо довольно осторожно – современное моделирование климатических изменений имеет существенные недостатки. Прежде всего, довольно часто это недостаточность и невысокая точность исходных данных. Так, например, если говорить только о парниковых газах, то потоки некоторых из них в атмосферу в результате сжигания горючих полезных ископаемых известны с точностью до процентов, а вот обмен ими между атмосферой и другими природными резервуарами известен существенно хуже. Большие сложности вызывает и само моделирование. В связи с огромной сложностью климато-экологической системы, чрезвычайно трудно осуществить качественное моделирование с учетом всей ее сложности, всех значимых обратных связей (что, кстати, часто игнорируется).

В случае повышения средней температуры поверхности Земли на несколько градусов, температура в высоких широтах растет существенно сильнее, в то время как в низких – медленнее. Это известно благодаря палеоклиматическим данным, и подтверждается современными наблюдениями. Так, в наиболее теплые эпохи за последние полмиллиарда лет (т.е. на протяжении фанерозоя), средняя температура поверхности Земли была выше современной (около +15 °С) приблизительно на 10-15 °С. А разность температур на экваторе и на полюсе в это время уменьшалась даже до 20 °С и менее2, что значительно меньше современного значения (почти в два раза).

Уменьшение градиента температур между экватором и полюсом в результате общего потепления объясняется существенным изменением меридионального теплопереноса в гидросфере и атмосфере. Важным фактором является и исчезновение ледяного покрова в теплые эпохи. Ледяной покров способствует охлаждению как общепланетарного климата, но в еще большей степени местного, и уменьшение ледяного покрова снижает его охлаждающее влияние. Охлаждение общепланетарного климата современным оледенением Арктики и Антарктики только лишь за счет отражения солнечного излучения составляет около 2 °С3. Кроме того, лед на поверхности океана препятствует теплообмену между относительно теплыми сейчас водами океана и более холодными приповерхностными слоями атмосферы. Также над наиболее крупными оледенениями планеты практически не работает парниковый эффект от водяного пара – самого главного на сегодняшний день парникового газа.

Таким образом, изменение температуры в высоких широтах в результате потепления, оказывается существенно выше, чем среднее изменение по планете. Так, ближе к концу мелового периода, среднегодовые температуры на палеоширотах 65-82oс.ш. составляли 7-13°С, при небольших сезонных колебаниях, что сходно с современным термическим режимом Крыма4, а на экваторе в то же время температура отличалась от современной незначительно (на пару-тройку градусов). Даже относительно небольшое глобальное потепление первой половины ХХ века (по сравнению с концом ХIХ века) – около 0,6°С, вызванное, вероятно, прежде всего снижением вулканической активности и уменьшением потока в атмосферу сульфатного аэрозоля (отражающего солнечное излучение), привело к увеличению зимних температур в районе Гренландии и на Шпицбергене на 5-9оС (летние температуры менялись существенно меньше) и повышению температуры мерзлой толщи на 1,5-2°С5. Произошло тогда и уменьшение площади морских льдов на 10%6. В дальнейшем, после восстановления обычной вулканической активности в 40-х годах, произошло снижение температуры, не достигнув, однако своего первоначального значения.

В настоящее время, анализ температурных изменений на территории Сибири за 1955-1990 гг. показывает уверенную тенденцию к потеплению, со скоростью от 0,2°С/10 лет до 0,5°С/10 лет в зависимости от территории7 (наиболее быстрые изменения на – севере Западной Сибири и в Якутии). Более поздние данные MГЭИК за период 1974-2000 гг. дают тренды потепления в северных широтах местами до 0,8-1,0°С/10 лет8. Вообще же потепление нижних слоев атмосферы в Северной Америке и в Европе последние десятилетия идут со скоростью 0,3°С/10 лет и 0,4°С/10 лет соответственно, а в районе экватора менее 0,1°С/10 лет. Уменьшение площади морского оледенения Арктики в 90-х годах по сравнению с 50-ми уже составило 10-15%, кроме того, ледяной покров стал значительно тоньше (на 40%), причем всего лишь за последнее десятилетие. В последние годы вновь отмечаются значительные зимние положительные аномалии (от 6°С до 9°С) в Арктике, в частности в районе Шпицбергена. Особо стоит отметить значительные летние положительные аномалии последних лет – так в Сибири в июле и августе 2001 года они достигали 2-5 °С9, причем эта ситуация характерна не только для этого года, но и вообще для последних лет. Летние положительные аномалии важны тем, что благодаря именно им происходит оттаивание многолетней мерзлоты и переход ее в однолетнюю. В частности, если затрагивать морское оледенение, то согласно расчетам Будыко, при положительной аномалии летних температур в Центральной Арктике около 4°С в течении 4 лет, большая часть многолетних льдов Северного Ледовитого океана превратилась бы в однолетние.10

Существует ряд работ, дающих прогноз изменений в вечной мерзлоте на территории Сибири на протяжении нынешнего столетия, которые мы разберем ниже.

Умеренный прогноз деградации вечной мерзлоты в первой половине нынешнего столетия.

А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис11 исходят из прогноза повышения среднегодовой температуры воздуха на севере России к 2020 году на 0,9-1,5°С и к 2050 году на 2,5-3°С, основываясь при этом на анализе нынешних трендов температур по данным метеонаблюдений и их экстраполяции на будущее. Температуры поверхности пород в Сибири, по прогнозам этих авторов, могут местами подняться максимум на 1,4°С к 2020 г. и 2,3°С к 2050 г. Вместе с тем, до 2020 года глубина сезонного протаивания увеличится незначительно, на пару дециметров в песках, а в глинах и торфах и того меньше. К 2020 году повсеместно протаивать будет только мерзлота Западно-Сибирской низменности, где в настоящее время встречаются только острова многолетней мерзлоты, приуроченные к торфяникам. После их оттаивания граница вечной мерзлоты отступит приблизительно на 300 км, а в местах таяния мезрлых торфяников будут происходить значительные просадки поверхности, но в связи с небольшой распространенностью вечномерзлых торфянников, серьезного ущерба человеческой деятельности не произойдет. Однако ситуация значительно усугубится в следующих десятилетиях.

Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты к 2020 и 2050 гг. по А. В.Павлову, Г.Ф.Гравису12

На карте, составленной вышеупомянутыми авторами, к 2050 году таяние вечной мерзлоты затронет уже обширные пространства (выделено темно-серым цветом). В эту область входят две подзоны – с полным протаиванием существующих ныне островов и небольших массивов многолетней мерзлоты, современная температура которых не ниже -1°С, и локальным протаиванием более холодных пород (современная температура которых лежит в пределах от -1°С до -5°С). Глубина сезонного протаивания к этому времени увеличится на 15-33%. В целом, с учетом областей полного и локального протаивания, сдвиг границы вечной мерзлоты для европейской части России составит 50-200 км, Западной Сибири – 800 км и Восточной Сибири – 1500 км. Разрушение вечномерзлых пород будет усиливаться осадками, которые по мнению авторов, возрастут на 10-15% к 2050 году.

Стоит отметить, что прогнозируемые в данной работе13 повышения температуры в Сибири к 2020 и 2050 годам (0,9-1,5°С и 2,5-3°С соответственно) довольно малы и с учетом зависимости роста температуры от широты соответствуют нижней области оценок потепления в последних прогнозах МГЭИК14 – рост общепланетарной температуры по этим прогнозам за периоды 1990-2025гг. и 1990-2050гг. составит 0,4-1,1°С и 0,8-2,6°С соответственно. Если привести палеоклиматическую аналогию, то потепление общепланетарной температуры на 2°С должно вызвать потепление в высоких широтах приблизительно на 4°С, как это было во время рисс-вюрмского межледниковья около 125 тыс. лет назад. При этом в Сибирской Арктике потепление может достигнуть 6°С и даже выше – на Таймыре, к примеру, во время этого межледниковья температура была выше нынешней на 8-10°С, что, кстати, проявилось в интенсивной деградации мерзлоты там15. В последних модельных расчетах МГЭИК в некоторых сценария прогнозируется повышение среднегодовой температуры к периоду последних 30 лет нынешнего столетия на широтах 60-80° с.ш. на 8-10 °С.16

Так что, для прогнозов деградации вечной мерзлоты на основе верхней области оценок возможного потепления к 2050 году можно привлечь работу Э.Д.Ершова17, в которой исследуется вопрос разрушения вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8°С. Хотя реальная картина деградации вечной мерзлоты и будет несколько отличаться от расчетов – в используемом в работе сценарии потепления предполагается что данное повышение температуры будет достигнуто в Сибири только к концу нынешнего века (стоит учесть, что эта работа была написана в 1990 году).


2. Прогноз деградации вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8 °С.


Работа Э.Д. Ершова18 основывается на моделировании процесса деградации многолетней мерзлоты с учетом потепления климата на 4-8°С на территории криолитозоны России к концу столетия. Расчеты показывают, что при тренде потепления порядка 0,06°С/год, скорость оттаивания мерзлого торфа составит около 6 см/год, суглинка 13 см/год, а песка все 20 см/год. При такой скорости протаивания к концу срока, глубина его в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около –0,5°С может достигнуть 22 м в песках и 14 м в суглинках, а в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около –2°С глубина оттаивания составит соответственно 16 м и 10 м. Начало протаивания в первом случае начнется в первом десятилетии потепления, а во втором случае ближе к середине рассматриваемого периода.

Ершовым была составлена карта состояния криолитозоны к концу рассматриваемого периода, которую можно увидеть ниже.

Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты по Э.Д.Ершову

На данной карте наибольший интерес представляют области 1-2, где вечная мерзлота исчезнет полностью, либо повсеместно оттает с поверхности. Стоит обратить внимание и на область 3, где вечная мерзлота хотя и будет широко представлена, но будет носить островной характер. Как видим, область значительной, а то и полной деградации вечной мерзлоты достигнет широты 700, и площадь сплошной вечной мерзлоты составит приблизительно всего одну пятую часть от современной, что сходно с ситуацией межледниковья 125 тыс. лет назад. Стоит заметить, что используемый Ершовым сценарий потепления предполагает рассматриваемый рост температуры в высоких широтах в течении ста лет, в то время как исходя из последних прогнозов МГЭИК, этот рост может осуществиться всего за полстолетия, и потому картина разрушения мерзлоты вероятно будет несколько менее выражена из-за запаздывания реакции мерзлоты на поверхностное потепление, но ненамного.

Итак, как мы видим, в первой половине текущего столетия произойдет весьма существенное таяние вечной мерзлоты в Сибири. По минимальному сценарию, первые пару десятилетий таяние вечной мерзлоты будет довольно незначительным, преимущественно в Западно-Сибирской низменности, и основные проявления его дадут о себе знать во второй четверти столетия. По адаптированному второму сценарию, весьма, кстати, вероятному, все произойдет значительно быстрее и сильнее, и уже в ближайшие пару десятилетий следует ожидать существенных изменений в криолитозоне России, а к середине столетия либо несколько позже, от вечной мерзлоты России останутся жалкие остатки – около одной пятой от современной ее площади.

Чем грозит столь значительное таяние вечной мерзлоты? В самом начале этой части упоминалось, что сейчас 60% территории России занимает вечная мерзлота. На вечной мерзлоте стоят множество городов и поселков Восточной и Западной Сибири, проложены нефте- и газопроводы, автомобильные и железные дороги (например, 80% Амурской ж/д проходит по вечной мерзлоте), линии электропередач и коммуникаций. Просадка земной поверхности, затопление и заболачивание многих участков местности, на которых расположены искусственные сооружения, разрушение фундаментов и опорных конструкций – вот что будет проявляться при таянии вечной мерзлоты. Таким образом, потребуются очень серьезные усилия, огромные финансовые и людские ресурсы, чтобы ликвидировать последствия таких изменений. Фактически речь пойдет о том, что многие населенные пункты и промышленные предприятия придется большей или меньшей частью отстроить заново, заново проложить большую часть нефте-, газопроводов и дорог, причем иногда не единожды.

Упомянем только один частный случай – нефтепроводы. Они, как и большая часть нынешней российской инфраструктуры, уже сейчас пребывают в довольно плохом состоянии – около 37% протяженности магистральных нефтепроводов в эксплуатации уже свыше 30 лет, только около 20% эксплуатируются менее 10 лет. По оценкам «Транснефти», только на текущий ремонт этих нефтепроводов уже сейчас, безо всякого учета грядущего таяния мерзлоты, необходимо затратить около 6,5 млрд. долларов на протяжении ближайших пары десятков лет (причем сама Транснефть с полным финансированием этих работ не справляется и привлекает сейчас нефтедобытчиков). Строительство же одного нового магистрального нефтепровода имеет стоимость порядка единиц миллиардов долларов.

Для того чтобы ликвидировать последствия таяния вечной мерзлоты в Сибири, вполне можно готовится к дополнительным многомиллиардным ежегодным затратам уже в следующем десятилетии, а во второй четверти нынешнего столетия речь, вероятно, речь пойдет уже о десятках миллиардов в год дополнительных затрат. Справится ли Россия с этой проблемой? Если не справится – то фактически будет отрезана от основной части Сибири, потеряв и территории и ресурсы. В таком случае следует ожидать нового самоопределения этих территорий и безусловного перехода их к Китаю.

Совсем кратко можно упомянуть то, что стоило бы сделать, чтобы не допустить потери восточных регионов России по каким либо из причин, описанных выше. Насколько это реально в современных условиях – вопрос другой.

Конечно, как минимум, необходимо не допустить дальнейшего ухудшения состояния и мощности ядерных сил России, ввиду того, что конфликт с Китаем, на почве доступа к российским углеводородам, довольно вероятен, и вполне может перерасти в военный, в том числе и с применением ядерного оружия, ввиду низкой чувствительности Китая к людским потерям, и того, что он может быть поставлен в безвыходную ситуацию действиями США по монополизации основных нефтяных запасов мира. Необходимо восстановление боевого потенциала и обычных вооружений, хотя бы частичного.

И увеличивающееся китайское присутствие в Сибири, и необходимость начала работ по восстановлению и перестройке сибирской инфраструктуры из-за разрушений от таяния вечной мерзлоты уже в следующем десятилетии, требует значительного увеличения населения Сибири в ближайшие пару десятков лет. Речь может пойти даже о нескольких десятках миллионов человек. Удовлетворить эти потребности полностью российским населением, да еще учитывая нынешнюю демографическую ситуацию совершенно нереально, даже при создании значительных стимулов для переселения. Большую часть переселенцев могли бы составить русские и русскоязычные из бывших советских республик. Так русских в Ближнем Зарубежье порядка 24 млн. человек, немало настроенных лояльно к России и представителей иных национальностей. Вместе с тем, в настоящее время для такого переселения в Сибирь не только почти нет стимулов, но и создаются максимум препятствий недавно принятыми законами «О гражданстве» и «О правовом положении иностранца в России» (особенно последним), которые способствуют выдавливанию даже тех, кто уже находится на территории России (в Восточной Сибири их вообще мало, но в Западной ситуация уже другая).

Даже если окажется невозможным переселение пары десятков миллионов человек на территории Восточной и Западной Сибири, как минимум, дополнительно несколько миллионов человек в Западной Сибири обеспечить необходимо – без этого Россия потеряет и ее, и останется практически вообще без основных источников энергии.

Заключение

Уровень глобального потепления может быть выше оценок, приводимых МГЭИК, и значительно более серьезными могут быть его последствия, причем отнюдь не только для России, но и всего мира. Стоит рассмотреть этот вопрос подробнее.

Следует сразу заметить, что расчеты МГЭИК основываются в основном на учете роста парникового эффекта за счет антропогенного выброса парниковых газов, с учетом некоторого его снижения за счет выбросов тропосферных сульфатных аэрозолей, что также происходит благодаря человеческой деятельности. К сожалению, в современных моделях, используемых МГЭИК пока еще практически не учитываются всевозможные обратные связи в климатической системе, ее нелинейный характер, что объясняется очень большой сложностью в построении моделей с их учетом и потому проблема исследована еще мало. В очень небольшом количестве исследований рассматриваются динамические ответные реакции на постоянно возрастающие концентрации парниковых газов. В будущем они вероятно будут учтены, и конечно отразятся на прогнозных оценках повышения температуры. Пока же стоит учесть предупреждения, опубликованные во Втором докладе МГЭИК об оценках изменения климата. По всей вероятности, реальный ход событий будет включать сюрпризы и неожиданные быстрые изменения.

Список литературы


  1. Будыко М.И., "Климат в прошлом и будущем" / Л.: Гидрометеоиздат, 2000.

  2. Гидрометцентр России, "Температура воздуха-2001".

  3. Ершов Э.Д., "Деградация мерзлоты при возможном глобальном потеплении климата" / СОЖ, № 2, 2006 г.

  4. Кабанов М.В., Задде Г.О., Ипполитов И.И , Катаев С.Г., Кусков А.И., "Пространственно-временная изменчивость температурного режима Сибири" / Доклад на VII Международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана", Томск, 2006.

  5. Павлов В., Г.Ф.Гравис, "Вечная мерзлота и современный климат" / Природа, № 4, 2002 г.

  6. Павлидис Ю.А., Айбулатов Н.А., А.С. Ионин, И.О. Леонтьев, Ф.А. Щербаков, "Краткосрочный (на 100 лет) прогноз развития прибрежно-шельфовых областей в мировом океане" / Вестник РФФИ № 1, март 2003г.

  7. Чернышева Л.С., "Оледенения, Арктические льды и климат" / Курс лекций. Кафедра метеорологии, климатологии и охраны атмосферы ДВГУ.

  8. Чумаков Н.М., "Теплая биосфера" / Природа, №5, 2007г.

  9. IPCC, Climate change 2001: Synthesis report.



1 IPCC, Climate change 2001: Synthesis report. С. 21

2 Чернышева Л.С., "Оледенения, Арктические льды и климат" / Курс лекций. Кафедра метеорологии, климатологии и охраны атмосферы ДВГУ. 2005г. С. 54

3 Будыко М.И., "Климат в прошлом и будущем" / Л.: Гидрометеоиздат, 2000. С. 59

4 Н.М. Чумаков, "Теплая биосфера" / Природа, №5, 2007г. С. 25

5 Чернышева Л.С., "Оледенения, Арктические льды и климат" / Курс лекций. Кафедра метеорологии, климатологии и охраны атмосферы ДВГУ. 2005г. С. 35

6 Будыко М.И., "Климат в прошлом и будущем" / Л.: Гидрометеоиздат, 2000. С. 61

7 Кабанов М.В., Задде Г.О., Ипполитов И.И , Катаев С.Г., Кусков А.И., "Пространственно-временная изменчивость температурного режима Сибири" / Доклад на VII Международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана", Томск, 2006. С. 84

8 Будыко М.И., "Климат в прошлом и будущем" / Л.: Гидрометеоиздат, 2000г. С. 64

9 Гидрометцентр России, "Температура воздуха-2001". С. 63

10 Чернышева Л.С., "Оледенения, Арктические льды и климат" / Курс лекций. Кафедра метеорологии, климатологии и охраны атмосферы ДВГУ. 2005г. С. 84

11 .В.Павлов, Г.Ф.Гравис, "Вечная мерзлота и современный климат" / Природа, № 4, 2002 г. С. 65

12 Там же, С. 66

13 А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис, "Вечная мерзлота и современный климат" / Природа, № 4, 2002 г. С. 5

14 IPCC, Climate change 2001: Synthesis report.

15 Ю.А. Павлидис, Н.А. Айбулатов, А.С. Ионин, И.О. Леонтьев, Ф.А. Щербаков, "Краткосрочный (на 100 лет) прогноз развития прибрежно-шельфовых областей в мировом океане" / Вестник РФФИ № 1, март 2003г.

16 IPCC, Climate change 2001: Synthesis report.

17 Э.Д. Ершов, "Деградация мерзлоты при возможном глобальном потеплении климата" / СОЖ, № 2, 2006 г.

18 Э.Д. Ершов, "Деградация мерзлоты при возможном глобальном потеплении климата" / СОЖ, № 2, 2006 г. С. 14

19




Случайные файлы

Файл
Diplom1.doc
114369.rtf
16497.rtf
15241-1.rtf
56965.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.