География на ладони. Краткий курс по устройству планеты - Уилл Уильямс

* Определить относительный вклад деятельности человека и естественных процессов в изменение климата.

* Составить прогноз относительно парниковых выбросов, которые предполагаются в будущем и попытаться предсказать, какой будет ответная реакция климата в пределах короткого отрезка времени.

* Углубить понимание возможностей стремительного изменения климата.

Благодаря просветительской работе, начатой Чарльзом Дэвидом Килингом, у нас есть доступ к данным непрерывной регистрации уровня СО₂ в атмосфере, которая осуществлялась с 1958 года.

Кривая Килинга

Измерения содержания двуокиси углерода в атмосфере Килинг начал над Южным полюсом и над вулканом Мауна-Лоа на Гавайских островах, однако с 1960-х годов измерения стали производиться только над Мауна-Лоа и именно они легли в основу кривой. График показывает сезонное влияние растительного покрова, преобладающего в северном полушарии, по сравнению с южным, на содержание газа в атмосфере, который летом удаляется из нее путем фотосинтеза. Эта кривая служит ключевым раздражителем, вокруг которого и ведутся дискуссии, так как именно она недвусмысленно указывает на то, что уровень содержания диоксида углерода в атмосфере стремительно нарастает.

Лучшим способом предсказать, как что-либо будет меняться в будущем, является взгляд на то, как это что-то менялось в прошлом. И, надо отметить, сегодня существует множество разных способов выяснить, каким был климат в прошлом.

Стратиграфическая последовательность пластов – более молодые слои снега и льда, осадочные отложения в озерах и на океаническом дне лежат поверх старых слоев, обеспечивая их сохранность. В этих слоях содержаться включения минералов, остатков растительности и, что особенно важно, остатков скелета животных (экзо – и эндо, если вам хочется точнее). Самые полные и наиболее точные сведения предоставляют ледяные керны, донные отложения в озерах и абиссальных равнинах.

Изотопы кислорода – ¹⁶O и ¹⁸O существуют в атмосфере в определенных соотношениях, которые зависят от климатических условий. Отсюда понятно, что, если имеется возможность экстрагировать кислород из воздушных пузырьков, пронизывающих ледяные керны, и измерить в них соотношение этих двух изотопов кислорода, можно путем экстраполяции определить, каким был климат в то время, когда воздух был заперт в льду. Если бы этого метода не существовало, в льдах Гренландии и Антарктиды мы наблюдали бы куда меньше вырытых отверстий.

Радиометрическая датировка – более известная как радиоуглеродный метод. Скорость распада разных изотопов одного и того же элемента установлена. А это значит, что, если определить соотношение изотопов в том или ином образце, взятом на определенной глубине, можно рассчитать, когда произошло осаждение этого материала. Этот метод предполагает использование трех изотопов углерода – ^{12, 13, 14}С, если ожидаемый возраст исследуемого материала не превышает 100 000 лет, криптона и аргона, при предполагаемом возрасте до 500 000 лет, и урана – при предполагаемом возрасте материала до 350 000 лет.

Палеомагнетизм – удобен при датировке действительно широкомасштабных изменений в перемещении коры (см. раздел «Тектоника»).

Данные исследования ледяного керна со станции «Восток»

Впервые опубликованная в 1999 году, эта кривая, наверное, является самой известной из всех, имеющих отношение к обсуждаемой теме. В ней отражены результаты анализа ледяного керна, вынутого из глубины всего в 2,2 мили из ледяного панциря Антарктиды. Продолжительная временная шкала, уходящая вглубь до 400 000 лет назад, позволяет нам ясно увидеть характер колебаний климата, происходивших до того момента, как мы все начали ездить на автомобилях, стали летать по всему миру и мучиться от чувства вины. Очевидно, что этим климатическим изменениям должно быть найдено какое-то объяснение, не связанное с деятельностью человека.

Существует огромное множество самых разных объяснений естественным колебаниям глобального климата, как это видно на примере ледяного керна со станции «Восток». В этой связи, кажется разумным сначала обратить наши взоры на огромный источник энергии на небесах, чтобы понять, как мы связаны с ним, прежде чем мы взглянем на саму Землю. В конце концов, если вам жарко в доме, вы выключаете камин; если же вам холодно, вы подвигаетесь поближе к огню, не так ли?

Циклы Миланковича

Милутин Миланкович (1879–1958) был сербским математиком и инженером, проявлявшим интерес к прикладным проблемам. Согласно его вычислениям, наши взаимоотношения с солнцем носят непостоянный характер. Он показал, что существуют три цикла, характеризующих наше положение по отношению к солнцу, и эти положения влияют на количество полезной солнечной энергии, которую наша планета могла бы задержать. Логика рассуждений здесь состоит в следующем: если причина глобального потепления кроется в том количестве энергии, которую наша атмосфера задерживает, предотвращая ее утечку в открытый космос, тогда согласно логике, суть постулата Миланковича, состоит в том, что самым важным здесь является именно количество энергии, которую удерживает Земля. Связь между циклами Миланковича и их влиянием на температуру на Земле не простая, эта связь находится в зависимости от количества энергии, достигшей Земли, которое характеризуется сезонностью, и на которое оказывают влияние различия между северным и южным полушарием.

Циклы

Эксцентриситет (форма орбиты) – каждые 100 000 лет форма орбиты, по которой Земля вращается вокруг солнца, меняется, превращаясь из круга в эллипс. Возможно, вас это никак не беспокоит, между тем это происходит из-за силы тяготения Юпитера и Сатурна (вспомните «притяжение крупных тел»). Чем более орбита приближена к форме круга, тем продолжительнее поступление энергии в течение сезонов и наоборот.

Наклон оси – на протяжении каждых 41 000 лет Земля меняет угол наклона своей оси, так что его значения просто мелькают в его смотровом лючке от 21.5° до 24.5° и обратно. Следовательно, угол падения солнечного луча, под которым он достигает Земли, в разное время года меняется. А это означает, что в течение периода в 41 000 лет количество солнечного света – отраженного и поглощенного, должно варьировать.

Прецессия – у нее самая короткая временная шкала. Каждые 23 000 лет воображаемая ось, проходящая через северный и южный полюса, описывает круг. И вновь, в этом цикле будут периоды, когда в целом, Земля поглощает больше энергии, и периоды времени, когда она поглощает энергии меньше.

В настоящее время одна лишь прецессия соответствует периоду оледенения, тогда как наклон оси и эксцентриситет для наступления ледникового периода неблагоприятны. Эти три цикла, со своими максимумами и минимумами влияния, накладываясь друг на друга, оказывают суммарное воздействие на Землю. На ваших уроках физики вы могли отключаться, но