|
|
ОглавлениеЧасть I. Экосфера. I. Геоэкология: система наук об интеграции геосфер и общества II. Природные факторы экосферы III. Социально-экономические факторы экосферы Часть II. Глобальные изменения. IV. Глобальные изменения и стратегии человечества VI. Гидросфера. Влияние деятельности человека VII. Геоэкологические проблемы использования почвенных и земельных ресурсов VIII. Литосфера. Влияние деятельности человека IX. Биосфера и ландшафты земли: влияние деятельности человека Часть IV. Геоэкологические аспекты природно-техногенных систем. Х.1. Природно-техногенные системы X.2. Геоэкологические аспекты урбанизации X.3. Геоэкологические аспекты энергетики Х.4. Геоэкологические проблемы промышленности Х.5. Геоэкологические аспекты транспорта X.6. Геоэкологические аспекты сельского хозяйства Часть V. Выживание человечества? Послесловие: намерения и реальность Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуЧАСТЬ III. ГЕОСФЕРЫ ЗЕМЛИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКАВ этой части мы рассмотрим основные геоэкологические проблемы, развивающиеся в отдельных геосферах Земли. В то же время все крупные проблемы геоэкологии выходят далеко за рамки одной геосферы, и распределение материала по геосферам в значительной степени вызвано удобством изложения. V. Атмосфера. Влияние деятельности человека на атмосферу и климатV.I. Основные особенности атмосферы и климата ЗемлиАтмосфера — это газовая оболочка Земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами. Она движется вместе с твердой Землей как единое целое и одновременно принимает участие во вращении Земли. Газы сжимаемы, и потому плотность воздуха наибольшая у земной поверхности, убывая кверху. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти — в нижних 10 км. Атмосфера состоит из концентрических слоев, отличающихся своими характеристиками, — тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы, экзосферы и магнитосферы. В нижнем из слоев, тропосфере, температура воздуха убывает с высотой: средняя величина вертикального градиента температуры составляет 0,6°С/100 м. Выше тропосферы падение температуры с высотой в конце концов сменяется ее ростом. В тропиках толщина тропосферы в среднем составляет 15-17 км, в умеренных широтах — 10-12 км, над полюсами — до 8-9 км. В тропосфере сосредоточено 4/5 всей массы воздуха атмосферы и почти весь водяной пар. Она взаимодействует с нижележащими оболочками Земли. Большая часть геоэкологических проблем, относящихся преимущественно к атмосфере, сосредоточена в тропосфере и в особенности на нижней ее границе. Физическое состояние атмосферы в данной точке в данный момент времени называется погодой. В свою очередь, совокупность атмосферных условий (то есть погод) данной местности за многолетний период называют локальным климатом. Конкретные типы локальных климатов определяются такими географическими факторами, как широта места, распределение суши и моря, положение места по отношению к океанам, а также его положение в системе общей циркуляции атмосферы, крупномасштабные особенности рельефа, растительный покров, снежный покров и морские льды, океанические течения. Из локальных климатов складываются географически обусловленные климаты на территориях более высоких рангов, вплоть до континентов, океанов и Земли в целом. В формировании погоды и климата участвуют три основных взаимосвязанных и взаимообусловленных группы атмосферных процессов, называемых климатообразующими: теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция. Под термином теплооборот понимается сумма процессов получения, преобразования, переноса и потери тепла в системе земля—атмосфера. О нем уже вкратце говорилось в главе 1. Теплооборот предопределяет важнейшую климатологическую характеристику — температурный режим того или иного места. Распределение температуры воздуха зависит от общих условий притока солнечной радиации в зависимости от широты, от расположения суши и моря, по-разному аккумулирующих тепло, и от воздушных течений, переносящих тепловую энергию от одних областей к другим. Атмосферный воздух у земной поверхности содержит существенное количество влаги, в среднем от 0,2% в полярных районах до 2,5% у экватора. Соответственно, под термином влагооборот понимается сумма процессов накопления, отдачи и переноса влаги, определяющих особенности увлажнения данного места. Большую роль играют процессы фазовых переходов (испарение или конденсация, таяние или замерзание) влаги в атмосфере и в слое взаимодействия между земной поверхностью и атмосферой. Благодаря этим процессам осуществляется взаимосвязь между тепловым и водным режимами географической оболочки. Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависят воздушные течения. Ряд факторов предопределяет закономерное распределение на Земле основных барических центров (то есть центров повышенного или пониженного атмосферного давления) и его изменения по сезонам года. Они и формируют столь же закономерную систему крупномасштабных воздушных течений на Земле, называемую общей циркуляцией атмосферы. Общая циркуляция атмосферы — одна из характернейших особенностей экосферы. Вследствие большой подвижности атмосферы и, соответственно, относительно быстрого ее перемешивания, в нижних 100 км процентное соотношение содержащихся в ней газов постоянно (в %% по объему): Азот Кислород Аргон Углекислый газ 78,08 20,95 0,93 0,03 На долю остальных нескольких десятков и даже сотен газов приходится всего лишь 0,01%, но многие из этих газов, как мы увидим далее, играют значительную роль в состоянии экосферы. Процессы и особенности атмосферы изменяются под воздействием деятельности человека. Локальные изменения состояния природно-территориальных комплексов (ландшафтов), такие как возникновение и развитие городов, оросительных и других земледельческих систем, антропогенные преобразования пастбищ, возникновение водохранилищ и пр., ведут к локальным изменениям климата. Крупномасштабные антропогенные изменения поверхности Земли (например, обезлесение, опустынивание, деградация внутренних морей и озер и др.) также обусловливают изменения особенностей теплового и водного режима на больших территориях и акваториях, хотя и пока еще менее заметные. Наряду с изменениями физических особенностей атмосферы с вытекающими отсюда последствиями, происходят антропогенные изменения ее газового состава. По-видимому, в настоящее время роль человека проявляется сильнее в этой области, и химические трансформации в атмосфере создают ряд серьезных геоэкологических проблем. К их числу надо отнести антропогенное изменение климата и его последствия, нарушение естественного состояния озонового слоя, асидификация, включая кислотные осадки, и локальное загрязнение атмосферы. V.2. Антропогенное изменение климата и его последствияV.2.1. Парниковый эффектИсточником энергии погодных и климатических процессов является солнечная радиация. К земной поверхности приходит коротковолновая радиация, в то время как нагреваемая таким образом Земля испускает в атмосферу и далее за ее пределы энергию в виде длинноволнового (инфракрасного, или теплового) излучения. Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. Средняя температура поверхности Земли равна плюс 15°C, а без парникового эффекта она была бы минус 18°! Естественный парниковый эффект — один из механизмов жизнеобеспечения на Земле. Ведущую роль в парниковом эффекте играет водяной пар, находящийся в атмосфере. Удивительно, что большую роль играют также газы, не отличающиеся высокой концентрацией в атмосфере. К основным парниковым газам относятся: углекислый газ (диоксид углерода) (СО2), метан (СН4), оксиды азота, в особенности N2O, и озон (О3). В эту же категорию следует включить не встречающуюся в природе группу газов, синтезируемых человеком, под общим названием хлорфторуглероды. Если баланс на верхней границе тропосферы между приходящей коротковолновой и отраженной длинноволновой радиацией не равен нулю, то возникает дополнительный эффект радиационного воздействия на атмосферу, приводящий либо к нагреванию (при перевесе приходящей радиации), либо к охлаждению тропосферы. Атмосфера реагирует на эти изменения, постепенно устанавливая новый радиационный баланс посредством соответствующего повышения или понижения температуры тропосферы и поверхности Земли. Например, при удвоенной концентрации углекислого газа, по сравнению с концентрацией в начале промышленной революции (1750—1800 гг.), и при отсутствии других факторов эффект радиационного воздействия составил бы 4 вт/м2, а компенсационное повышение температуры было бы около 1°. При более полном учете факторов и обратных связей между ними оказывается, что удвоение концентрации углекислого газа привело бы к повышению температуры на 2,5°. Эффект радиационного воздействия при удвоенной концентрации СО2, равный 4 вт/м2, составляет 1,7% от величины коротковолновой солнечной радиации, поглощаемой атмосферой и поверхностью Земли и равной в среднем 240 вт/м2. Нарушение баланса приходящей и уходящей радиации всего лишь на 1,7% приводит, как видим, к очень серьезным изменениям климата! Это также еще один пример высокой степени сбалансированности механизмов жизнеобеспечения экосферы, обеспечивающих ее устойчивость. Установлено, что многие действия человека за последние 200 лет, и в особенности после 1950 г., привели к продолжающемуся и в настоящее время повышению концентрации в атмосфере газов, обладающих парниковым эффектом (рис. 9). Неизбежно последовавшая за этим реакция атмосферы заключается в антропогенном усилении естественного парникового эффекта. Суммарное антропогенное усиление парникового эффекта оценивается, по состоянию на 1995 г., величиной +2,45 ватт/м2 (Международный Комитет по изменению климата — IPCC). Парниковый эффект каждого из таких газов зависит от трех основных факторов: а) ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближайших десятилетий или веков (например, 20, 100 или 500 лет), вызываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмосферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимаемым за единицу; б) типичной продолжительности его пребывания в атмосфере; в) объема эмиссии газа. Комбинация первых двух факторов носит название «Относительный парниковый потенциал» и выражается в единицах от потенциала СО2. Она является удобным показателем текущего состояния парникового эффекта и используется в международных дипломатических переговорах. Относительная роль каждого из парниковых газов весьма чувствительна к изменению каждого фактора и к их взаимозависимости и потому определяется весьма приближенно. Рис. 9. Средняя месячная концентрация углекислого газа в атмосфере за 1957-1993 гг. на Гавайских островах (Мауна Лоа) и Южном полюсе Основные особенности газов с парниковым эффектом в атмосфере по состоянию в основном на 1994 г. приведены в табл. 7. Таблица 7 Основные особенности газов с парниковым эффектом
*Данные взяты для наиболее типичных для 1995 г. хлорфторуглеродов, как используемых, так и запрещенных к использованию, но еще находящихся в атмосфере. V.2.2. Газы с парниковым эффектомДля понимания глобального парникового эффекта необходимо понять роль каждого из газов. Как видим, картина отличается большой сложностью и изменчивостью во времени. Роль водяного пара, содержащегося в атмосфере, в общемировом парниковом эффекте велика, но трудно определима однозначно. Режим водяного пара в атмосфере - главный источник неопределенности изменения климата. При потеплении климата содержание водяного пара в атмосфере будет увеличиваться, тем самым усиливая парниковый эффект. Диоксид углерода, или углекислый газ (СО2), отличается, по сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере, порядка 50—200 лет, и сравнительно высокой концентрацией. Доля диоксида углерода в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64%, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов. Концентрация углекислого газа в атмосфере в период с 1000 по 1800 гг. составляла 270—290 частей на миллион по объему (ppmv). Затем она стала неуклонно увеличиваться, с соответствующим возрастанием парникового эффекта. В 1958 г., когда начались постоянные инструментальные наблюдения, она была 315 ppmv, а к концу XX в. она примерно равна 360 ppmv и продолжает расти (рис. 9). Расчеты показывают, что при современном уровне эмиссии углекислого газа концентрация его в атмосфере будет неуклонно увеличиваться, достигнув 500 ppmv к концу XXI в. Стабилизация концентрации может быть достигнута только при значительном сокращении объема выбросов. Рассмотрим причины наблюдаемого роста концентрации, основываясь на антропогенной части глобального биогеохимического цикла углерода. Основной источник поступления углекислого газа в атмосферу — сжигание горючих ископаемых (угля, нефти, газа) для производства энергии. Около 80% всей энергии в мире производится за счет тепловой энергетики. Поступление углекислого газа в атмосферу за период с 1860 по 1990 гг. увеличивалось в среднем на 0,4% в год. В течение 1980-х гг. она составляла 5,5±0,5 млрд т (гигатонн) углерода в год. Сокращение лесов тропического и экваториального пояса, деградация почв, другие антропогенные трансформации ландшафтов приводят в основном к высвобождению углерода, которое сопровождается его окислением, то есть образованием СО2. В целом эмиссия в атмосферу за счет преобразования тропических ландшафтов составляет 1,6±1,0 млрд т углерода в год. С другой стороны, в умеренных и высоких широтах Северного полушария отмечается в целом преобладание восстановления лесов над их исчезновением. Для построения органического вещества лесов в процессе фотосинтеза углекислый газ забирается из атмосферы. Это количество, в пересчете на углерод, равно 0,5±0,5 млрд т. Пределы точности, равные самой величине, указывают нам также на все еще весьма низкий уровень понимания антропогенной роли в некоторых звеньях глобального биогеохимического цикла углерода. Внимание! Авторские права на книгу "Основы геоэкологии. Учебник" (Голубев Г.Н.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
