Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 24 (всего у книги 32 страниц)
16.9. Что представляет собой смог?
Смог – это ядовитая смесь дыма и газовых отходов химических предприятий с туманом или не менее ядовитая смесь продуктов сгорания топлива в двигателях транспорта и котельных промышленности с пылью и другими видами городских загрязнений воздуха без тумана. Смог с туманом называют еще влажным, или лондонским, смогом, а смог без тумана – сухим. От последнего страдают особенно сильно крупные города на западе США, в том числе город Лос-Анджелес, а также столица Японии Токио.
В отличие от влажного смога, образующегося обычно в сырую погоду зимой, сухой смог возникает чаще всего летом и в начале осени, в послеполуденные часы, при температуре 25-30°C.
От смога в первую очередь страдают физически слабые люди, маленькие дети, старики, больные. Но смог вреден всем живым существам, включая домашних животных – собак и кошек. Особенно опасен смог, содержащий такие ядовитые химические отходы, как окислы азота, галоидные кислоты, соединения цинка, меди, кадмия, серы, окись углерода. В Токио страдает легочными заболеваниями от смога около 35% обследованных жителей промышленных районов города; в американском городе Доноре заболеваниями, связанными со смогом, страдают до 60% лиц старше 65 лет. В Токио полицейские, регулировщики уличного движения, подолгу службы вынужденные длительное время находиться на улицах при смоге, пользуются противогазами или специальными кислородными установками.
Возникновению смога способствуют такие условия погоды, когда создается застойное состояние воздуха, при котором улицы и площади города практически не вентилируются. Это, в частности, бывает при антициклонах, при штилевой погоде вообще и при выхолаживании самого нижнего слоя воздуха, когда в верхних слоях на некоторой высоте воздух оказывается теплее, чем в нижних (то есть наблюдается температурная инверсия). Города, расположенные в понижениях местности, отличаются повышенной повторяемостью температурных инверсий, и, следовательно, при высоком уровне индустриального загрязнения воздуха они предрасположены к образованию смога.
При возникновении метеорологических ситуаций, угрожающих появлением интенсивного смога, в некоторых крупных городах США, Японии и Западной Европы населению предлагается без острой необходимости не выходить на улицу.
16.10. Могут ли большие города влиять на погоду в окрестностях?
Когда большие города достаточно удалены друг от друга и число их в стране относительно невелико, изменение микроклимата ощущается только в пределах границ городов и в ближайших к ним окрестностях (на подветренной по отношению к преобладающим ветрам стороне городов это заметно больше всего).
Но есть маленькие промышленно развитые страны или отдельные индустриальные районы в больших странах, в которых города так разрастаются, что местами уже сливаются друг с другом, образуя сплошные промышленные комплексы – мегаполисы, простирающиеся на многие десятки километров. Кроме того, наблюдается тенденция к созданию больших промышленных объектов, таких, как крупные тепловые электростанции, химические предприятия и т. п., за пределами городов, в сельской местности. Таким образом, процессы изменения погоды и микроклимата, выявленные в больших городах, могут проявить себя и за пределами их, то есть в значительно больших масштабах.
16.11. Может ли климат на Земле измениться под влиянием человеческой деятельности?
Это может произойти в том случае, если человечество окажет на естественные факторы формирования климата настолько серьезное влияние, что нарушится баланс прихода – расхода тепла и влагообмена такой большой и сложной системы, как наша Земля в целом и окружающая ее атмосфера. Какие это факторы? Приток солнечного тепла к земной поверхности и способность последней к его поглощению и отражению, а также способность атмосферного воздуха и содержащихся в нем примесей пропускать лучистую энергию и усваивать ее. Для упрощения задачи (иначе нам с нею не справиться) мы должны принять количество приходящей к Земле лучистой энергии Солнца неизменным в пределах того времени, для которого мы решаем задачу о возможности изменения климата (в противном случае, при изменении интенсивности солнечного излучения климат Земли изменится и без вмешательства человека).
Некоторым, хотя и не очень большим, утешением для нас могут служить расчеты ученых, показывающие, что человечество вскоре прекратит сжигать в таких, как сейчас, и все возрастающих количествах органическое топливо: его запасов на Земле едва ли хватит более чем на 100-150 лет. Волей-неволей людям придется найти другие виды энергии, использование которых, как, например, атомной энергии, не связано ни с расточительным расходованием кислорода, ни с выделением больших количеств углекислого газа…
Что же касается озона – мощного заслона от губительной космической радиации, основная масса которого сосредоточена в нижней стратосфере, на высоте около 23 км, то до последнего времени считалось, что его существованию угрожает все увеличивающееся количество окислов азота, заносимых на эти высоты самолетами (окислы азота возникают при сгорании в авиационных двигателях топлива). В последние годы установлено, что несравненно большую опасность для слоя озона представляет другой продукт человеческой деятельности – фреоны (фторхлоруглеродистые соединения, широко применяемые в холодильной промышленности), а окислы азота сравнительно быстро нейтрализуются, взаимодействуя с водяным паром, в изобилии образующимся при сгорании авиационного топлива…
Хотя количественных характеристик антропогенных изменений содержания в атмосфере кислорода, углекислого газа и озона еще недостаточно, тем не менее закрывать глаза на угрозу таких изменений нельзя: изменения налицо, вопрос только в том, чтобы по возможности точно их учесть, а также оценить возможное их влияние на условия жизни на Земле, в том числе и на климат нашей планеты.
16.12. Сумеет ли человечество приспособиться к новому климату?
Всякие скачкообразные колебания климата, как и других характеристик окружающей среды, губительны для всего живого, они приводят к радикальным изменениям биосферы. Академик АН Грузинской ССР Ф. Ф. Давитая утверждает, что «современная биосфера насчитывает менее 1% видов животных и растений, обитавших на Земле за время существования жизни, остальные вымерли». Вряд ли можно гарантировать человечеству возможность выжить при любых изменениях окружающей среды, в том числе и климата, как, впрочем, нельзя утверждать и того, что человек исчезнет с лица Земли как вид при любых изменениях климатических условий. Все дело в масштабах и темпах этих изменений.
16.13. В каком направлении может измениться климат на Земле вследствие человеческой деятельности?
Антропогенные изменения климата трудно предсказать. Но даже если изменения климата количественно окажутся очень скромными, масштабы их могут быть впечатляющими. В самом деле: если, как утверждают некоторые ученые, увеличение содержания в воздухе углекислого газа, зафиксированное к настоящему времени, будет продолжаться и приведет в будущем столетии к увеличению средней годовой температуры воздуха «всего» на 2°C, то растают льды Арктики и Антарктики, из-за чего уровень Мирового океана повысится на 70-75 м, а это значит, что многие крупнейшие города мира, расположенные на берегах морей и океанов, окажутся затопленными; вместе с ними под водой окажутся огромные пространства прибрежных низменностей и равнин, ныне густонаселенных… Если же, как утверждают другие ученые, потепления не произойдет, а из-за уменьшения прозрачности воздуха в связи с наблюдающимся ростом его загрязненности, наоборот, начнется похолодание, то те же несколько градусов понижения средней годовой температуры способны вызвать новое оледенение – наступание полярных льдов на умеренные и низкие широты…
Единой точки зрения на этот вопрос не существует. Ряд ученых склоняется к мнению, что на Земле с учетом антропогенных воздействий возможны три варианта климата: 1) очень теплый и влажный, аналогичный климату предледникового периода – миоплиоцена; 2) менее теплый, соответствующий межледниковой эпохе; 3) очень сухой, суровый и холодный, соответствующий климату последнего оледенения.
Есть, однако, и противники этой точки зрения, высказывающиеся в пользу принципиальной возможности существования на Земле множества состояний ее климата, в том числе и таких, которые до сих пор на Земле не были известны.
В прошлом нашей планеты уже были значительные, длительные по времени, и менее существенные, относительно кратковременные похолодания, сопровождавшиеся оледенением многих географических районов в обоих полушариях Земли. Все они не были связаны с человеческой деятельностью, а вызывались (во всяком случае многие из них) вспышками вулканической деятельности на Земле, когда в воздух выбрасывалось большое количество вулканической пыли, длительно сохранявшейся в стратосфере и уменьшавшей прозрачность атмосферы, то есть ее способность пропускать солнечные лучи к земной поверхности.
16.14. Насколько серьезна угроза изменения газового состояния земной атмосферы?
По мнению ряда ученых, наиболее серьезную проблему для человечества представляет изменение содержания в атмосферном воздухе кислорода и углекислого газа, а также возможность уменьшения содержания озона.
По данным, приводимым М. И. Будыко, за последние 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере Земли увеличилось и в 1974 году составило 0,033% (по объему), а температура воздуха за этот период повысилась на 0,5°C. По тем же данным, к 2000 году содержание углекислого газа в воздухе достигнет 0,038-0,41% по объему, а повышение температуры воздуха – 1,0-1,5°C, к 2025 году – 0,052-0,064% и 2,0-3,5°C соответственно.
Академик Ф. Ф. Давитая в 1975 году опубликовал результаты своих расчетов для двух неравных по продолжительности периодов: от начала деятельности человека до 1969 года и за последние 50 лет. Оказалось, что расход кислорода и выделение углекислого газа в результате сжигания населением Земли различных видов органического топлива за эти два очень неравных периода в абсолютных цифрах – величины одного и того же порядка, то есть в середине 20-го столетия резко возросло расходование людьми кислорода и поступление в атмосферу углекислого газа. При этом расходование кислорода продолжает возрастать каждый год приблизительно на 10%, и уже сейчас оно составляет огромную цифру – 10 млрд. т в год. Содержание углекислого газа в воздухе за последнюю четверть века увеличилось примерно на 15%. Если так будет продолжаться, то уже в следующем столетии на Земле начнет ощущаться недостаток кислорода, а избыток в воздухе углекислого газа может создать «парниковый эффект» и вызвать заметное потепление. Но все это при одном условии: что выполненные расчеты верны, а антропогенные изменения содержания кислорода и углекислого газа в земной атмосфере не будут скомпенсированы влиянием других факторов, в том числе, и прежде всего, – влиянием Мирового океана, поверхность которого, взаимодействуя с атмосферным воздухом, может в каких-то пределах регулировать содержание в воздухе и кислорода, и углекислого газа. К сожалению, пока точно неизвестно, в каких именно пределах…
В последние годы ряд исследователей склоняется к выводу, что содержанию в атмосфере кислорода деятельность человека не угрожает.
16.15. Может ли деятельность человека быть причиной опустынивания земель?
На земном шаре есть немало районов, где заметно проявление процесса опустынивания земель – результат бесконтрольной, пагубной для природы деятельности человека. Чаще всего это массовые вырубки лесов, вытаптывание и чрезмерно интенсивное поедание скотом травяного покрова, уничтожение кустарников или другие работы, способствующие эрозии почвы, уменьшению количества выпадающих осадков, увеличению испарения, катастрофическому для растительности изменению уровня грунтовых вод, иначе говоря, преднамеренным локальным изменениям климата.
Примером земель, подвергшихся опустыниванию, могут служить примыкающие к южной границе пустыни Сахары области в Африке, некоторые районы Пакистана и Бангладеш на субконтиненте Индостан. В долине р. Инд, в прошлом покрытой могучими лесами, теперь лес сохранился всего лишь на 3% территории; еще в прошлом веке на севере Бангладеш существовали непроходимые джунгли, ныне же лес покрывает только 16% площади страны.
Процесс превращения культурных земель и продуктивных естественных пастбищ в пустыни и полупустыни развивается на протяжении многих веков, но в текущем столетии он местами приобрел характер настоящего бедствия. Конечно, этот процесс связан не только с деятельностью человека, но последняя заметно усиливает влияние других факторов, таких, как естественное изменение режима влагооборота русла рек, поднятия или опускания суши и тому подобные причины обезвоживания или заболачивания местности, засолонения почв, наступления песков и т. д.
16.16. Почему возможность воздействия человека на климат Земли часто связывают с состоянием полярных льдов?
Полярные льды играют огромную роль в формировании климата. Именно поэтому все рассуждения об изменениях климата, как и все расчеты, с ними связанные, следует вести с учетом состояния полярных шапок нашей планеты. Полярные льды называют еще маятником, раскачивающим климат Земли. С их появлением климат Земли потерял былую стабильность. Есть гипотеза, что появление на Земле полярных шапок льда связано с длительной вспышкой земного вулканизма, наблюдавшейся в четвертичном периоде, когда резко уменьшилась прозрачность атмосферы, наступило заметное похолодание, которое и привело к образованию круглогодичных льдов у полюсов нашей планеты.
Однажды возникнув, ледяной покров в полярных областях резко изменил тепловой режим земной атмосферы. Дело в том, что льды, в отличие от обычной поверхности суши и океанов, отражают в несколько раз больше солнечной радиации, чем поглощают ее. Обладая высокой отражательной способностью (альбедо), льды не в состоянии эффективно использовать лучистую энергию Солнца.
Расчеты показывают, что при существующем сейчас в Арктике ледяном покрове (средняя граница которого проходит примерно вдоль 72°C. ш.) средняя температура всей земной поверхности (15°C) приблизительно на 2°C ниже той температуры, какую имела бы эта поверхность, будучи полностью свободной от льдов. А если бы, даже на короткий период, вся поверхность Земли покрылась льдом, то ее средняя температура стала бы понижаться и в конечном итоге достигла бы примерно – 85°C, то есть упала бы на 100°C!
В эпоху рисского оледенения, наибольшего на Земле, ледяной покров в северном полушарии достигал в среднем широты 56°, в некоторых районах языки ледников опускались даже до широты 40° и планете нашей угрожало превращение в ледяную пустыню, подобную современной Антарктиде. Достаточно было льдам распространиться на 200-300 км ближе к экватору, чтобы процесс оледенения стал необратимым: поступающей от Солнца лучистой энергии при высокой отражательной способности льдов (около 80%) не хватало бы, чтобы растопить достигшие такого развития ледники!
Полярные шапки льдов не только понижают температуру земной поверхности, но и создают большие температурные контрасты между высокими и низкими широтами, делают атмосферу очень чувствительной к малейшим колебаниям притока солнечной энергии на земную поверхность, в том числе и к тем, которые вызываются изменениями прозрачности воздуха атмосферы. Отсюда повышенная неустойчивость климата Земли и внимание климатологов к полярным льдам, способным к многократному усилению эффекта влияния изменений прозрачности воздуха на земной климат.
16.17. Как быстро может сказаться на состоянии полярных льдов предсказываемое некоторыми учеными повышение температуры воздуха?
На состоянии сравнительно тонких морских льдов в полярных областях – относительно быстро, а ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии – значительно медленнее. Так, по некоторым расчетам, таяние многолетних морских арктических льдов будет значительным уже при повышении средней температуры в северном полушарии на 2°C, и, таким образом, к 2000 году площадь арктических льдов сильно сократится, они быстро превратятся в тонкие однолетние, а затем к 2025 году, если указанное повышение температуры сохранится, – исчезнут совсем. Для таяния ледников Антарктиды и Гренландии нужны не десятилетия, а многие столетия. Однако в Западной Антарктике, где огромные ледники опускаются с континента непосредственно в морскую воду (как, например, ледник Росса, занявший половину поверхности моря того же наименования), разрушение части ледникового щита и его таяние может произойти быстрее, на протяжении одного столетия.
16.18. Что повлечет за собой исчезновение многолетних морских льдов в Арктике?
Прежде всего – сильное потепление в Арктике. Здесь температура воздуха вырастет значительно сильнее, чем в средних широтах: зимой она не будет опускаться ниже – 5… -10°C, а летом – будет подниматься до 7-10°C. Общее потепление приведет к увеличению испарения с поверхности Мирового океана и к увеличению количества выпадающих на земную поверхность осадков. Но при этом увеличение осадков не будет повсеместным – над океанами и в полярных районах оно будет существенным, а над континентами в средних широтах количество выпадающих осадков может даже уменьшиться. Степным и лесостепным областям северного полушария станут чаще угрожать засухи.
16.19. Как отразится на уровне Мирового океана таяние полярных льдов?
Считается, что на протяжении первого столетия с момента начала их таяния повышение уровня будет незначительным. Речь может идти лишь о частичном разрушении ледников, а если оно произойдет, то к исходу этого срока уровень воды в океане поднимется примерно на 5 м. Некоторые американские ученые полагают, что катастрофический подъем уровня Мирового океана на десятки метров вследствие таяния основной массы полярных льдов произойдет в XXII веке, другие – относят это гипотетическое событие на еще более дальние сроки…
16.20. Как проявит себя потепление в разных местах северного полушария?
Поскольку считается, что морские льды снижают температуру воздуха в Центральной Арктике примерно на 5°C летом и на 20°C зимой, то с их исчезновением именно в Арктике потеплеет сильнее всего: влияние льдов на температуру воздуха в средних широтах значительно слабее, чем в высоких, а в приэкваториальной зоне оно вообще малоощутимо. Потепление в Арктике уменьшит контраст между температурами высоких и низких широт, что приведет к ослаблению интенсивности атмосферной циркуляции, то есть уменьшится интенсивность переноса водяного пара с океана на сушу. Это неизбежно скажется на количестве облаков над континентами, частоте и интенсивности выпадения осадков. Кроме того, возможны и другие последствия: ослабление атмосферной циркуляции ослабит и океанические течения, уменьшится приток тепла в высокие широты и т. д.
16.21. Может ли потепление земного климата не коснуться ледяного щита Антарктиды?
Может. Все дело в интенсивности возможного потепления и его продолжительности. В плиоцене, примерно между 1 и 10 млн. лет назад, при сравнительно мягком климате на нашей планете антарктическое оледенение существовало и в то же время в Арктике льдов не было. Расположение и форма земных континентов и океанов были близки к современным. Именно такой климат и такое состояние льдов, какие были при плиоцене, по расчетам М. И. Будыко, должны установиться на Земле в первый, начальный период потепления, продолжительность которого может быть примерно 100 лет. Развитие процессов в последующие столетия сейчас не поддается количественной оценке. В любом случае ясно, что нарушение стабильности земного климата может повлечь за собой необратимые нежелательные изменения условий обитания, поэтому человечество, коль скоро его деятельность в состоянии вызвать изменения климата, должно проявлять величайшую осторожность.
16.22. Имеется ли реальная возможность целенаправленно воздействовать на погоду и климат?
Этим вопросом ученые занимаются давно, ему посвящено немало специальных исследований и у нас, и за рубежом. Людей всерьез интересует возможность улучшить климат безводных пустынь или холодной тундры, научиться искусственно вызывать осадки, рассеивать мешающую полетам самолетов низкую облачность и туманы, предотвращать или ослаблять стихийные атмосферные явления, такие, как грозы, град, шквалы, смерчи, торнадо, ураганы…
Первоначальное изучение показало, что природные и искусственные источники энергии, участвующие в формировании земного климата и погоды, несоизмеримы: с одной стороны – Солнце с его энергией излучения, достигающей 3,86 • 1023 кВт, а с другой – человечество, все энергетические ресурсы которого едва достигают 109 кВт. Однако последующие исследования погодообразующих процессов показали, что бывают ситуации, когда в пределах какого-либо района естественный ход погоды может быть изменен без особых затрат энергии. Это такие ситуации, когда нужен лишь небольшой толчок, дополнительный стимул, чтобы, скажем, из облаков пошел дождь, которого так не хватало земледельцам, или чтобы наконец рассеялся туман над аэродромом, который не давал экипажам самолетов выполнять рейсы по расписанию и задерживал сотни пассажиров. Таким образом, местные воздействия человека на погоду вполне возможны, но только при определенных условиях, создаваемых самой природой. «Делать» погоду по заказу можно далеко не всегда, но в ряде случаев все-таки можно. С одной оговоркой – их выполнение должно контролироваться специалистами и не может носить бессистемный, хаотический характер – оно должно быть строго регламентированным, управляемым и научно обоснованным в каждом конкретном случае.
Наконец, в ограниченных масштабах человек своей деятельностью может в желаемом направлении изменять и микроклимат какого-то небольшого района, что можно наблюдать при создании искусственных водохранилищ, насаждении лесов в безлесных местностях, осушении болот и т. п.
Однако целенаправленное искусственное воздействие на климат планеты находится пока еще вне реальных возможностей человека.
