30 Дек

ИЛЛЮЗИЯ АНТРОПОГЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОТЕПЛЕНИЙ ИЛИ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

По прогнозу межправительственной группы экспертов (IPCC) и данным оценочных докладов Росгидромета, в XXI в. глобальная температура повысится на 1–2°C, среднегодовая температура воздуха на территории криолитозоны России в 2041–2060 гг. – на 1.9–3.3°C. Зимняя температура возрастет на 2.6–4.2°C, летняя – на 1–2°C. Максимальное повышение температуры воздуха ожидается в арктическом регионе. По мере роста глобальной температуры деградация многолетнемерзлых толщ привнесет не менее глубокие проблемы, чем таяние арктических многолетних льдов. Резкая активизация деструктивных криогенных процессов: термоденудации, термокарста, термоэрозии и др. на обширных площадях распространения ледового комплекса Российской Арктики, Северной Канады и Аляски приведет к существенной деградации массивных подземных льдов в верхних слоях криолитозоны во второй половине XXI в. Масштабное оттаивание вечной мерзлоты будет, вероятно, одним из главных последствий климатических изменений в Арктике и фактором влияния на формирование климатических условий.

С середины XX в. наблюдается резкое увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере и деятельном слое океана, которое можно проиллюстрировать обобщением данных из публикаций [3, 4, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17] (рис. 1). Некоторые исследователи считают, что это обусловлено деятельностью человека. То есть, эмиссия антропогенного СО2, вызванная сжиганием ископаемого топлива и уничтожением лесов, увеличила «прединдустриальную» концентрацию газа в атмосфере. Антропогенная составляющая роста СО2 в атмосфере накладывается на естественную климатическую изменчивость его содержания, характерную для межледниковых эпох, что приводит к нарушению природного цикла углерода и проявляется в виде глобального климатического потепления.

Однако, известно, что планетарный максимум СО2 в атмосфере находится не над средними широтами Северного полушария, где наблюдается максимальная антропогенная активность, а смещен в зону Арктики/Субарктики. Здесь же в атмосфере обнаружены наибольшие сезонные амплитуды концентраций углекислого газа. Все это показывает важную роль функционирования северных экосистем в глобальном балансе углерода.

Рис. 1. Изменения среднегодового парциального давления диоксида углерода pCO2 в атмосфере (1) и в деятельном слое океана (2). Мкатм — микроатмосфер или 10-6 атм.

По данным Четвертого национального сообщения Росгидромета и [1, с. 68], с начала XX в. в северном полушарии отмечается положительный линейный тренд среднегодовой температуры воздуха с коэффициентами тренда от 0.01 °C/год в арктическом и субарктическом регионах (60-85 град. с.ш.) до 0.03 °C/год в южной области криолитозоны. Однако устойчивый интенсивный рост концентрации диоксида углерода в атмосфере наблюдается с начала 1950-х гг. (см. рис. 1).

Если проанализировать вклады антропогенного и естественного потоков углекислого газа в повышении общего содержания его в атмосфере, то выяснятся интересные детали. Ежегодно в атмосферу поступает 7 млрд. тонн антропогенного СО2 или 0.91% от его содержания в атмосфере в середине XX в. (около 770 млрд. тонн). Из них 0.51% (приблизительно 4 млрд. тонн) абсорбируются наземными экосистемами и океаном, а оставшиеся 0.4% (3 млрд. тонн) накапливается в атмосфере, повышая парциальное давление газа на 1,09 мкатм в год [10]. По данным, приведенным на графике, парциальное давление CO2 в атмосфере с 1950 по 2008 гг. возросло от 280 до 390 мкатм, приблизительно на 40%, что соответствует увеличению содержания от 770 до 1072 млрд. тонн. Ежегодный прирост его парциального давления составил 1.9 мкатм, концентрации – 5.2 млрд. тонн, то есть около 0.7%. Из них 0.4%, как уже упоминалось, относится к антропогенному потоку газа. Другая часть – 0.3% (0.81 мкатм, 2.2 млрд. тонн) представляет собой естественный поток, который, по-видимому, связан с многолетней деградацией верхних горизонтов вечной мерзлоты с современной пространственно осредненной скоростью 0.02 м/год, а также аномальной эввазией газа при деградации мерзлоты арктического шельфа и активизации термоабразии берегов арктических морей [6, 7].

Указанная скорость деградации мерзлоты вполне реальна. В последние 50-60 лет потепление климатических условий вызвало деградацию мерзлоты со средней скоростью несколько сантиметров в год в Арктике, Субарктике, Сибири, Монголии и Европе [8, с. 41]. Учитывая глобальный характер климатических изменений можно предполагать, что многолетнемерзлые породы в других районах криолитозоны в целом деградируют.

По данным [14], верхний 100 метровый слой континентальной мерзлоты содержит не менее 9400 млрд. тонн органического углерода. Это в 12 раз больше количества углерода, содержащегося в атмосфере в форме СО2 в середине прошлого века. Следовательно, деградация 8% мерзлоты суши, то есть повсеместное многолетнее оттаивание верхних 8 м мерзлоты приведет к удвоению концентрации диоксида углерода в атмосфере без учета антропогенного потока газа.

Для оценки темпов деградации мерзлоты в нестационарных климатических и неоднородных геокриологических условиях была разработана новая математическая модель, учитывающая развитие деструктивных криогенных процессов и влияние снежного покрова [8]. Модель показывает, что при умеренных трендах потепления (0.012–0.025 °C/год) в XXI в. и положительном тренде средней высоты снежного покрова средняя скорость деградации мерзлых пород с объемной льдистостью 50% в восточных арктических районах составит 0.02–0.08 м/год (рис. 2). Во многих других районах криолитозоны Арктики, Субарктики, Сибири, Монголии, горных районов Европы средний темп деградации мерзлоты, по-видимому, не выйдет за рамки указанного интервала. В этом случае поток СО2 в атмосферу, обусловленный деградацией мерзлоты, будет не менее значительным, чем антропогенный поток.

Рис. 2. Темпы  деградации многолетнемерзлых пород со средней льдистостью 50% в зависимости от коэффициентов тренда средней температуры воздуха сезона оттаивания (bТ) при средней высоте снежного покрова к середине XXI в.: 1 –0.2–0.3 м (климатическая норма), 2 – 0.4–0.5 м, 3 – 0.5–0.6 м, 4 – 0.7–0.8 м, 5 – 1–1.1 м.

Реализация экстремальных сценариев климатических изменений (0.06–0.12 °C/год) приведет к деградации до 40–50% льдов в верхнем 10 метровом слое многолетнемерзлых пород к середине XXI в. в условиях малоснежных зим с высотой снежного покрова не более 0.3 м. При равномерном увеличении высоты снежного покрова до 0.7–1 м к указанному сроку, льды полностью деградируют в рассматриваемом слое. Скорость деградации многолетнемерзлых пород достигнет 0.2–0.45 м/год. В этом случае основным источником прироста содержания атмосферного СО2 будут деградирующие многолетнемерзлые породы. Поток диоксида углерода в атмосферу из этого источника более чем в 4 раза превзойдет современный антропогенный поток СО2.

Вместе с тем, степень влияния парниковых газов на формирование глобальных климатических условий, на наш взгляд, слишком переоценена, например, в Рамочной конвенции ООН об изменении климата, а также в протоколах и конференциях к этой конвенции. Согласно термодинамической модели сезонной эволюции системы океан – атмосфера [3], при удвоении содержания атмосферного CO2 с 280 до 560 мкатм среднегодовая температура приземного слоя атмосферы севернее 60° с.ш. повысится на 1.4°C (средняя летняя температура повысится на 0.8°C, зимняя – на 1.7°C). С середины 1960-х по 2008 гг. парциальное давление диоксида углерода в атмосфере Северного полушария возросло на 75 мкатм (см. рис 1). В этом случае, по термодинамической модели, среднегодовая температура воздуха севернее 60° с.ш. должна возрасти на 0.37°C. Наблюдения на 14 метеостанциях от острова Визе до мыса Дежнева свидетельствуют, что среднегодовая температура приземного воздуха в указанный интервал лет повысилась на 1-2.7, в среднем, на 1.8°C [2]. Такая же оценка изменений среднегодовой температуры воздуха (на 1.9 °C) приведена для широтной зоны 60-85° с.ш. [1]. Отсюда следует, что вклад возрастания концентрации атмосферного CO2 в наблюдаемое климатическое потепление составляет около 20%. Причем влияние антропогенной части этого вклада на формирование климатических условий не более 11%.

Подавляющее влияние на климатические изменения планетарного масштаба оказывают естественные факторы, связанные с изменениями циркуляции вод Мирового океана и глобальной циркуляции атмосферы [6, с. 78]. Так, понижение температуры деятельного слоя океана всего лишь на 0.1 °C вызывает  рост температуры в среднем по всему вертикальному столбу атмосферы на 10-12°C в случае передачи выделившегося тепла из океана в атмосферу [5, с. 295].

Изменения концентрации СО2 в атмосфере в текущем столетии будут связаны в основном с природно-климатической цикличностью. Вариации концентраций парниковых газов не являются причиной климатических изменений, и лишь в не очень значительной степени будут усиливать воздействия естественных периодических факторов на климатические условия планеты, например, увеличивать амплитуду многолетних колебаний среднегодовой температуры приземного воздуха не более чем на 20%.

Литература

  1. Алексеев Г.В., Радионов В.Ф., Александров Е.И., Иванов Н.Е., Харланенкова Н.Е. Климатические изменения в Арктике и северной полярной области // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. – № 1 (84). – С. 67–80.
  2. Григорьев М.Н., Куницкий В.В., Чжан Р.В., Шепелев В.В. Об изменении геокриологических, ландшафтных и гидрологических условий в арктической зоне Восточной Сибири в связи с потеплением климата // География и природные ресурсы, 2009. – № 2. – С. 5–11.
  3. Каган Б.А., Рябченко В.А., Сафрай А.С. Реакция системы океан – атмосфера на удвоение содержания атмосферного CO2 и ее сезонная изменчивость // Океанология. 1986. – Т. XXVI. – № 3. – С. 365–375.
  4. Ляхин Ю.И. Обмен CO2 между океаном и атмосферой в юго-восточной Атлантике // Океанология. 1971. – Т. XI. – № 1. – С. 48–52.
  5. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 639 с.
  6. Разумов С.О., Григорьев М.Н. Береговые криогенные процессы как фактор дестабилизации углекисло-карбонатного равновесия в морях восточной Сибири // Криосфера Земли. – 2011. – Т. XV. – № 4. – С. 75–79.
  7. Разумов С.О., Спектор В.Б., Григорьев М.Н. Модель позднекайнозойской эволюции криолитозоны шельфа западной части моря Лаптевых // Океанология. 2014. – Т.54. – № 5. – С 679–693.
  8. Разумов С.О. Оценка современных темпов деградации многолетнемерзлых пород, тенденций и последствий ее развития в XXI в. // Приоритеты мировой науки:  эксперимент  и  научная  дискуссия: Материалы VIII  международной  научной конференции 17-18  июня  2015 г. Часть 1. Естественные и технические науки. – North Charleston, SC, USA: CreateSpace, 2015. – С. 39–43.
  9. Хорн Р. Морская химия (Структура воды и химия гидросферы). М.: Мир, 1972. – 399 с.
  10. Feely R.A., Sabine Ch.L., Takahashi T., Wanninkhof R. Uptake and Storage of Carbon Dioxide in the Ocean: The Global CO2 Survey // Oceanography. 2001. – V. 14(4). – P. 18–32.
  11. Quere C.L., Raupach M.R., Canadell J.G. et al. Trends in the sources and sinks of carbon dioxide // Nature Geoscience. 2009. – V. 2. – P. 831–836.
  12. Pipko I.I., Semiletov I.P., Pugach S.P. Carbonate system dynamics in the East-Siberian region: coastal zone // Report of 5th Arctic Coastal Dynamics International Workshop, October 13–16, 2004. Montreal, Canada, 2005. – P. 89–93.
  13. Schnell R.C., Rosson R.M. Geophysical monitoring for climatic change. National Oceanic and Atmospheric Administration, Environmental Research Laboratory, Summary Report 1985. Boulder, Colorado, 1986. – 14 p.
  14. Semiletov I.P. Pipko I.I., Pivovarov N.Y. et al. Atmospheric carbon emissions from northern lakes: a factor of global significance // Atmospheric Environment. 1996. – V. 30. – P. 1657–1671.
  15. Semiletov I.P., Makshtas A.P., Akasofu S., Andreas E. Atmospheric CO2 balance: The role of Arctic sea ice // Geophysical Research Letters. 2004. – V. 31. – L05121.
  16. Semiletov I.P. On aquatic sources and sinks of CO2 and CH4 in the Polar Regions // Journal of Atmospheric Sciences, 1999, – V. 56/2. – P. 286–306.
  17. Waterman L.S. Carbon Dioxide in surface waters // Nature. 1965. – V. 205/4976. – P. 453–459.
    ИЛЛЮЗИЯ АНТРОПОГЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОТЕПЛЕНИЙ ИЛИ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
    Дана количественная оценка воздействия антропогенного и естественного потоков диоксида углерода на формирование глобальных климатических условий. Анализ литературных и собственных данных и результатов моделирования показал, что влияние антропогенного потока углекислого газа на климатические изменения составляет лишь десятую часть от общего воздействия климатообразующих факторов. В XXI в. возможно значительное усиление естественного потока диоксида углерода, обусловленное повышением скорости деградации вечной мерзлоты в связи с прогнозируемым климатическим потеплением. Однако подавляющее влияние на климат оказывают естественные факторы, связанные с глобальной циркуляцией вод Мирового океана и атмосферы.
    Written by: Разумов Сергей Олегович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 01/09/2017
    Edition: euroasia-science.ru_29-30.12.2015_12(21)
    Available in: Ebook