ЛЕДНИКИ. 3 страница

ОРБИТА ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ вокруг Солнца представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого расположено Солнце. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33". В основном этим наклоном, а не изменением расстояния от Земли до Солнца, обу­словлены смены времен года.

Наклоном земной оси к плоскости орбиты Земли обусловлены изменения не только угла падения солнечных лучей на земную поверхность, но и ежесуточной продолжительности солнечного сияния. В равноденствие продолжительность светового дня на всей Земле (за исключением полюсов) равна 12 ч, в период с 21 марта по 23 сентября в Северном полушарии она превышает 12 ч, а с 23 сентября по 21 марта - меньше 12 ч. С 21 декабря полярная ночь длится круглые сутки, а с 21 июня в течение 24 ч продолжается световой день. На Северном полюсе полярная ночь наблюдается с 23 сентября по 21 марта, а полярный день -с 21 марта но 23 сентября.

Таким образом, причиной двух отчетливо выраженных циклов атмосферных явлений -

годового, продолжительностью 365 1/4 суток, и суточного, 24-часового, - является вращение 1емли вокруг Солнца и наклон земной оси.

Величина солнечной радиации, поступающей за сутки на внешнюю границу атмосферы в Северном полушарии, выражается в ваттах на квадратный метр горизонтальной поверхности (т.е. параллельной земной поверхности, не всегда перпендикулярной солнечным лучам) и зависит от солнечной постоянной, угла наклона солнечных лучей и продолжительности дня.

Годовая амплитуда величины потока солнечной радиации на экваторе довольно мала, но резко возрастает по направлению к северу. Поэтому при прочих равных условиях годовая амплитуда температур определяется главным образом широтой местности.

Прощение Земли вокруг своей оси. Интенсивность инсоляции в любой точке земного шара в любой день года зависит также от времени суток. Это объясняется, конечно, тем, что за 24 ч Земля совершает оборот вокруг своей оси.

Альбедо - доля солнечной радиации, отраженная объектом (обычно выражается в процентах или долях единицы). Альбедо свежевыпавшего снега может достигать 0,81, альбедо циников в зависимости от типа и вертикальной мощности колеблется от 0,17 до 0,81. Альбедо темного сухого песка - ок. 0,18, зеленого леса - от 0,03 до 0,10. Альбедо крупных акватории зависит от высоты Солнца над горизонтом: чем оно выше, тем меньше альбедо.

Альбедо Земли вместе с атмосферой изменяется в зависимости от облачности и площади снежного покрова. Из всей солнечной радиации, поступающей на нашу планету, ок. 0,34 отражается в космическое пространство и теряется для системы Земля - атмосфера.

Поглощение атмосферой. Около 19% солнечной радиации, поступающей на Землю, поглощается атмосферой (по осредненным оценкам для всех широт и всех времен года). В

верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение поглощается преимущественно кислородом и озоном, а в нижних слоях красная и инфракрасная радиация (длина волны более 630 нм) поглощается в основном водяным паром и в меньшей степени - углекислым газом.

Поглощение поверхностью Земли. Около 34% приходящей на верхнюю границу атмо­сферы прямой солнечной радиации отражается в космическое пространство, а 47% проходит сквозь атмосферу и поглощается земной поверхностью.

Изменение поглощаемого земной поверхностью количества энергии в зависимости от широты показано в табл. 2 и выражено через среднегодовое количество энергии (в ваттах), поглощенное за сутки горизонтальной поверхностью площадью 1 кв. м. Разность среднего­дового прихода солнечной радиации к верхней границе атмосферы за сутки и радиации, по­ступившей на земную поверхность при отсутствии облачности на разных широтах, показы­вает ее потери под влиянием различных атмосферных факторов (кроме облачности). Эти по­тери повсеместно составляют примерно одну треть от поступающей солнечной радиации.

Разница между количеством радиации, приходящей на земную поверхность, и количест­вом поглощенной радиации образуется только за счет альбедо, которое особенно велико в высоких широтах и обусловлено большой отражательной способностью снежного и ледяно­го покрова.

Из всей солнечной энергии, используемой системой Земля - атмосфера, менее одной трети непосредственно поглощается атмосферой, а основную часть энергии она получает от­раженной от земной поверхности. Больше всего солнечной энергии поступает в районы, расположенные в низких широтах.

Излучение Земли. Несмотря на непрерывный приток солнечной энергии в атмосферу и на земную поверхность, средняя температура Земли и атмосферы довольно постоянна. При­чина этого заключается в том, что почти такое же количество энергии излучается Землей и ее атмосферой в космическое пространство, в основном в виде инфракрасной радиации, по­скольку Земля и ее атмосфера намного холоднее, чем Солнце, и лишь малая доля - в види­мой части спектра Излучаемая инфракрасная радиация регистрируется метеорологическими спутниками, оборудованными специальной аппаратурой. Многие спутниковые синоптиче­ские карты, демонстрируемые по телевидению, представляют собой снимки в инфракрасных лучах и отображают излучение тепла земной поверхностью и облаками.

Тепловой баланс. В результате сложного энергетического обмена между земной по­верхностью, атмосферой и межпланетным пространством каждый из этих компонентов по­лучает в среднем столько же энергии от двух других, сколько теряет сам. Следовательно, ни земная поверхность, ни атмосфера не испытывают ни приращения, ни убывания энергии.

В качестве основных причин современных изменений климата признаются парниковый эффект и истончение озонового слоя.

Озоновый слой, как отмечалось ранее, поглощая ультрафиолетовое излучение Солнца, повышает температуру в стратосфере и мезосфере на высотах 20..50 км и понижает темпе­ратуру в приземном слое. Процесс убыли озона в атмосфере неизбежно вызывает обратные следствия - снижение температуры в стратосфере и повышение температуры приземного слоя тропосферы, т.е. усиление парникового эффекта. Таким образом, убыль озона нарушает равновесие в этих слоях атмосферы, что отражается на циркуляции и теплообмене атмосфе­ры, вызывает усиление климатических аномалий, проявлений стихийных бедствий.

Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет в океане продуцирование фитопланк­тоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Это может вызвать долговременные изменения глобального климата, что уже проявляется в участив­шихся засухах.

К числу глобальных изменений климата следует отнести широкое развитие потепления начиная с середины XIX в. В Западной Европе к 1920 г. средняя десятилетняя температура зимы выросла на 2,5°С. К середине XX в. среднегодовая температура по сравнению с концом XIX в. повысилась на Новой Земле почти на 2°С, в Гренландии - более чем на 3°С, а на Шпицбергене, на севере Азии и Северной Америки - более чем на 2°С. В результате потеп­ления в Исландии освободились ото льда пахотные земли, которые возделывались 600 лет назад, но с тех пор были скрыты под ледниковым покровом. На Шпицбергене, в Гренландии, на Аляске обнаружено резкое отступание ледников. Резко уменьшилась ледовитость поляр­ных морей. Существует двоякое объяснение современного потепления:

· с одной стороны за счет антропогенного увеличения содержания углекислого газа в тропосфере («парниковый эффект»);

• с другой стороны за счет сочетания 11- и 80-летних циклов солнечной активности.

Представляется, что развитие антропогенного парникового эффекта является в современ­ном потеплении ведущим фактором, поскольку скорость роста концентрации в воздухе в палеогене и неогене была в десятки тысяч раз меньше. А на фоне этого антропогенного по­тепления просматривается чередование относительно теплых (70-е гт. XIX в., 20 - 40-е гг. и с 70-х гг. XX в.) и относительно холодных (50 - 60-е гг. XX в.) периодов.

Влияние на климат оказывает также антропогенное освоение космоса. Уже после первых стартов космических аппаратов челночного типа («Шаттл») четко фиксировались:

· выпадение радиоактивных осадков (неясного происхождения) в виде кислотного тума­на и водяной пыли вблизи мест старта;

· возникновение плазменных пузырей в ионосфере за счет выхлопов двигателей управ­ления на орбитах;

· интенсивное образование соляной кислоты и резкое увеличение аэрозолей различного

состава.

Так была начата регистрация локальных последствий стартов космических аппаратов. Но потребовались годы и сотни стартов, чтобы выявить и обосновать их влияние на климат. Уже в 1990 г. стала ясной громадная роль ракетной техники не только во влиянии на климат и областях старта, но и в генерации метеоаномалий и метеокатастроф крупнейших масшта­бов в местах, далеко отстоящих от космодромов. В послестартовый период в течение 10 дней (в зависимости от качества геофизической среды и геомагнитной обстановки) происходили дожди зимой, а снегопады летом. Запуск «Шаттла» генерирует в Северной Атлантике и бассейне Карибского моря свыше двух дополнительных циклонов, причем наиболее разрушительных. Пуск «Шаттла» во Флориде с недельной задержкой вызывает метеокатастрофы в Закавказье. Смешение сезонов из-за роста макротурбулентности атмосферы, нарушающей естественные процессы в ней, — внезапные метеокатастрофы, ракетные весна среди зимы, осень среди лета, затяжка весны, усиление зимних холодов и летней суши — все это создается искусственно и без нашей на то воли. Эти климатические аномалии наблюдались в 1995 г.: потепление, ливни и наводнения в ряде стран Западной Европы в феврале; небывало ранняя весна в Европейской России и отчасти в Сибири - в марте.

Массовое гашение стратосферного озона на один пуск «Шаттла» приводит к резкому возрастанию температурных градиентов атмосферы и поощряет скорости ураганов. Атмосферные аномалии и метеокатастрофы, охватывающие громадные регионы планеты, свидетельствуют о полном сломе сезонных процессов в атмосфере. Введенный академиком К.Я. Кондратьевым термин «климатический хаос» - интегральный отклик на техногенные нарушения многих природных процессов.

Существует угроза изменения климата в связи с метанизацией атмосферы. Настораживает наблюдающийся рост поступления в атмосферу метана за счет взрывных процессов в газогидратных панцирях. Газогидратные залежи (гидраты углеводородных газов) - это твердые молекулярные соединения газов и воды, в которых молекулы газа при определенных давлении и температуре заполняют структурные ячейки кристаллической решетки воды с помощью прочной водородной связи. Природные газы образуют крупные скопления в гидратном состоянии - газогидратные залежи (ГГЗ), являющиеся основным видом накопления и сохранения метана. Основные ГГЗ располагаются в местах сочленения арктического и антарктического шельфов с материками. Ледовая разгрузка создает условия для взрывов ГГЗ и образования высоконапорных газовых струй, достигающих стратосферы.

При угом возможно гашение озона:

Возникает возможность «автоподогрева»; больше метана - становится теплее, становится теплее — поступает больше метана. Такая метанизация атмосферы может привести к шоко­вому повышению температуры с соответствующим подъемом уровня Мирового океана.

Процесс метанизации атмосферы нарастает не только за счет взрывов ГГЗ, но также за­метного увеличения биогенного метана. Помимо природного ежегодного поступления 850 Мт метана в атмосферу, его антропогенный привнос (при добыче угля, нефти и газа, при хи­мических производствах) достигает 210 Мт, т. е. техногенный приток составляет 24,7% его суммарной ежегодной дозы. Как природные, так и антропогенные источники метанизации атмосферы имеют тенденцию к расширению. В арктическом регионе за 1974 - 1985 гг. заре­гистрировано более 200 высоконапорных метановых струй. Мощные выбросы на высоту 13...20 км были также в 1986, 1992 гг. и позже. Если подобные выбросы станут систематиче­скими, то наряду с возрастанием озоновой неустойчивости в Арктике и Антарктике следует ожидать резкого потепления.

Сейчас есть основания утверждать, что идет расформирование ледовых щитов Арктики и Антарктики. Последний разгружается по механизму всплывания суперайсбергов. А разгруз­ка льдов арктических происходит в связи с общим утончением ледового покрова Ледовитого океана и более интенсивным таянием окраинных ледовых полей.

Полярные шапки каждой зимой не добирают 3...4°С мороза, что приводит к изменению реологических (греч. rheos — течение, поток) свойств льда: появляется более высокая его те­кучесть, растрескивание и т.д. Таяние полярных льдов вызывает громадные притоки пресной воды в мировой океан. С этим связан процесс затормаживания Гольфстрима, который начал­ся довольно давно.

Идет и общее потепление, которое уже никем не опровергается. Оно все нарастает и при­водит к интенсивному испарению экваториальных вод. При этом в зоне экватора вода стано­вится более соленой и погружается в глубины. Пресные воды из полярных областей более легки. В результате в районе Гольфстрима ожидается процесс попятного движения холодных вод Арктики, которые будут охлаждать территории при экваториальных широт. Таким обра­зом, в северном полушарии уже формируется процесс обратного течения Гольфстрима. На эту возможность указывают и мпогопараметрические математические модели.

Климатологи, гидрологи Европы пристально изучают конкретные признаки попятного течения Гольфстрима. Для них не удивительно, что и в Западной Европе, и в Восточной Ка­наде, и в США нарастают количество снега и сила морозов, каждую зиму здесь регистриру­ются все новые рекорды низких температур.

На фоне глобальных изменений климата происходят также местные, или региональные, антропогенные изменения.

Тепловые антропогепные выбросы повышают температуру воздуха над крупными горо­дами, такой же эффект производят охладительные устройства тепловых и атомных электро­станций. Тепловые выбросы оказывают косвенное воздействие на радиационный баланс подстилающей поверхности, способствуют образованию туманов, облаков, ливневых осад­ков, гроз, стабилизируют высотные инверсии, стимулируют выпадение моросящих осадков.

Климат над орошаемым оазисом в пустыне отличается от климата окружающей местно­сти большей влажностью воздуха и меньшим альбедо (15% против 24...30% в пустыне). В оазисе больше энергии уходит на испарение, в результате воздух над оазисом прогревается слабее, уменьшается контраст дневных и ночных температур.

Интенсивные вырубки лесов в некоторых районах Земли привели к эрозии и дефляции, исчезновению почвы и превращению зеленых массивов в пустыню. Отсутствие растительности в засушливых местах способствует подъему в атмосферу большой массы пыли, погло­щающей значительную часть солнечной энергии. Климат опустыниваемых районов становится суше, с большими колебаниями температуры, более резкими метрами.

Загрязнение поверхности океана громадными нефтяными пятнами уменьшает испарение па 60%. Воздух, соприкасаясь с прогретой нефтяной пленкой, становится более горячим, уменьшается его насыщенность водяными парами, меньше попадает влаги с загрязненного океана на материки. Соседство нефтяных пятен и чистых участков водной поверхности спо­собствует увеличению разницы температур воздуха над ними, усилению ветров, возникновению грозовых облаков, а в межтропических широтах - зарождению циклонов.

Дата добавления: 2014-12-16