КЛИМАТ ЗЕМЛИ

Климат ближайшего и отдаленного будущего и развитие биосферы

Рассмотренные основные закономерности развития климата в геологическом прошлом и причинно-следственные связи формирования климата дают возможность представить общий ход изменений климата и биосферы в будущем. В связи с этим необходимо остановиться на двух важнейших вопросах, связанных с перспективами эволюции климата и биосферы: на естественной эволюции и на степени антропогенного воздействия.

Естественная эволюция климата

Как показали исследования по реконструкции климатов геологического прошлого, основной причиной изменения климата, кроме астрономических факторов, является тектоническая жизнь нашей планеты. Состав атмосферного воздуха, и в частности содержание С02, зависит от интенсивности вулканической деятельности и от степени поглощения его водами морей и океанов. В течение кайнозойской эры происходило неуклонное снижение содержания углекислого газа в атмосфере. Процесс уменьшения концентрации СОг в атмосфере резко ускорялся в олигоцене и особенно в плиоцене. В конце плиоцена общая масса СОг достигла наименьших значений за весь фанерозой. Уменьшение концентрации углекислого газа было одной из основных причин наступления похолодания.

Принимая во внимание общую естественную убыль углекислого газа в течение олигоцен — четвертичного времени в результате уменьшения вулканической активности, а возможно, снижения скоростей спрединга, можно полагать, что и в будущем эта тенденция должна сохраниться. Согласно расчетным данным М. И. Бу- дыко [18], влияние естественных изменений содержания углекислоты на климат является существенным для интервалов времени более 100 тыс. лет. Примерно такого порядка могут наблюдаться климатические флюктуации, вызванные изменением рельефа, особенно гипсометрическим положением суши и размещением на ней растительного покрова, изменением соотношения водной поверхности и суши.

Немаловажное значение в краткопериодических изменениях климата играют вулканические извержения, автоколебательные процессы в системе атмосфера—океан—полярные льды и изменения положения Земли в Солнечной системе. В результате действия перечисленных причин происходят климатические колебания с периодом как порядка нескольких лет — десятков лет, так и сотен и даже тысяч лет. Например, в процессе вулканических извержений наряду с другими летучими веществами в атмосферу выбрасывается значительное количество углекислоты, а также большие объемы газов, вулканической пыли, пепла. Так, присутствие сернистого газа, в нижней стратосфере приводит к значительному возрастанию отражательной способности и, следовательно, к уменьшению температуры режима на земной поверхности. Согласно произведенным расчетам [150, 182], оказалось, что тонкая вулканическая пыль может задерживаться в атмосфере в течение нескольких лет после извержения, а количество газов и частиц пыли, попавших в атмосферу после извержения вулкана Кракатау (1883 г.) или Катмай (1912 г.), было достаточным, чтобы понизить среднюю температуру Земли на несколько десятых градуса.

Предстоящие изменения положения Земли в космическом пространстве (эксцентриситет, наклон земной оси, время перигелия) согласно гипотезе М. Миланковича были рассчитаны Ш. Г. Шараф и Н. А. Будниковой [96] и А. Вернекаром [180] . Они позволили оценить колебания прихода солнечной радиации за теплое полугодие. Ш. Г. Шараф и Н. А. Будникова [96] предсказывают, что оледенения типа Гюнца, т. е. слабое оледенение, может наступить через 170, 215, 269 и 335 тыс. лет, а сильное оледенение типа Рисса — через 505, 620, 665 и 715 тыс. лет.

Расчетные данные показывают, что уже через 10—15 тыс. лет в высоких широтах северного полушария, возможно, произойдет изменение прихода радиации. Он составит примерно около 2/3 того уровня, который был в эпоху последнего, вюрмского, оледенения [17]. Уменьшение количества солнечной радиации приведет к развитию оледенения и наступит новая ледниковая эпоха, хотя и меньшая по интенсивности, чем вюрмская.

В дальнейшем произойдет увеличение радиации, а это приведет к разрушению ледникового покрова, и вновь должно наступить межледниковье. Согласно проведенным расчетам, уменьшение радиации будет повторяться через каждые 50 и 90 тыс. лет, амплитуды понижений будут возрастать, и это в конечном счете приведет к оледенению, равному по мощности и масштабности вюрмскому.

По данным М. И. Будыко [17—19], влияние астрономических факторов на климат будущего может значительно усиливаться при прогрессирующем снижении количества углекислого газа в атмосфере. Ввиду того что в течение мезозойской и кайнозойской истории происходило уменьшение количества С02 в атмосфере, можно ожидать, что и в будущем будет происходить естественная убыль углекислоты, но только в том случае, если в баланс С02 не вмешается хозяйственная деятельность человека. Зная общую тенденцию снижения концентрации С02 в течение кайнозойской эры до значения 0,029 %, которое было до эпохи быстрого промышленного развития, можно предсказать время наступления полного оледенения планеты, а оно произойдет при содержании в атмосфере не более 0,015% углекислого газа. Разность между этими двумя значениями содержания С02 близка к изменению концентрации углекислого газа, которая произошла в конце кайнозоя, от начала развития четвертичных оледенений до современной эпохи, т. е. примерно за 1 —1,5 млн. лет. Из этого можно заключить, что полное оледенение Земли без преднамеренных и непреднамеренных воздействий человека может произойти примерно через 1 млн. лет [19].

Однако наряду с уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере оледенения вызываются изменением положения Земли по отношению к Солнцу. Поэтому конечные результаты этих двух независимых явлений будут усиливаться и одновременно сократится время развития оледенення. Таким образом наступление полного оледенення Земли без вмешательства человека может произойти через несколько сотен тысяч лет.

Гипотетическую картину эволюции биосферы М. И. Будыко [17—19] представляет следующим образом. Снижение концентрации углекислого газа в атмосфере будет сопровождаться постепенным уменьшением продуктивности автотрофных растений и сокращением общей массы живых организмов на Земле. Одновременно с этим будут сокращаться ареалы животного и растительного мира в связи с расширением зоны полярных оледенений. Когда ледяной покров достигнет критической широты, продуктивность автотрофных растений и общий объем биомассы на Земле уменьшатся более чем в 2 раза. В результате полного оледенения планеты, обусловленного низкими отрицательными температурами на всех широтах, биологические процессы на планете прекратятся. Однако в отдаленном будущем оледенение может исчезнуть в результате постепенного увеличения солнечной радиации. Для разрушения глобального оледенения необходимо увеличение солнечной постоянной примерно на 40%. При этом льды постепенно растают и температура воздуха повысится до среднего значения 50 °С. Однако возможное резкое увеличение температуры вряд ли приведет к повторному возникновению жизни на Земле.

Таким образом, вероятность возникновения полного оледенения Земли в процессе естественного развития климата вполне реальна в связи с возможными изменениями положения планеты по отношению к Солнцу при прогрессирующем уменьшении концентрации углекислого газа в атмосфере. Эта вероятность возрастает в результате существующей тенденции к увеличению континентально- сти климата и уменьшению площади водной поверхности, вызванной ростом ледяного покрова.