Глобальное потепление или похолодание, что скажет ИИ
Местоположение вулкана сильно влияет на географическое распределение атмосферного нагрева и развитие планетарных волн, которые влияют на циркуляцию воздуха (особенно в северном полушарии). Другим важным фактором является то, что высота тропопаузы меняется в зависимости от широты — в тропиках она составляет около 16-17 км над уровнем моря, но опускается до 10-11 км в высоких широтах. Однако есть два фактора, которые ограничивают этот эффект. Во-первых, извержение в высоких широтах будет иметь более ограниченный эффект, чем в низких широтах, потому что дальше от тропиков меньше солнечной энергии для перехвата. Во-вторых, атмосферная циркуляция работает таким образом, чтобы ограничить последствия извержений в высоких широтах. Тропическое извержение, которое выбрасывает аэрозоль в стратосферу, приводит к локальному нагреву. Напротив, вулканический аэрозоль, выбрасываемый в стратосферу из высокоширотных вулканов, будет иметь тенденцию оказывать противоположное влияние на температурный градиент, приводя к застою меридионального воздушного потока.
Вулканы не только влияют на климат, на них влияет климат. Во времена оледенения вулканические процессы замедляются. Росту ледников способствует слабая летняя жара и усиление зимних холодов, а когда ледники становятся больше, они становятся тяжелее. Этот избыточный вес вызывает обратный эффект на способность магматической камеры образовывать вулкан. Термодинамически магма будет легче растворять газы, когда давление на магму больше, чем давление пара растворенных компонентов. Накопление ледников обычно происходит на больших высотах. Накопление льда может привести к разрушению магматической камеры и кристаллизации под землей. Причина разрушения магматической камеры возникает, когда давление льда, давящего на Землю, больше, чем давление, оказываемое на магматическую камеру в результате тепловой конвекции в мантии. Данные керна льда из ледников дают представление о прошлом климате. Изотопы кислорода и запись ионов кальция являются важными показателями климатической изменчивости, в то время как пики содержания сульфат-ионов (SO4) и электропроводности льда указывают на выпадение вулканического аэрозоля. Как видно из ледяных кернов, извержения вулканов в тропиках и южном полушарии не зафиксированы в ледяных щитах Гренландии. Осадки от тропических извержений можно наблюдать на обоих полюсах, хотя это занимает почти два года и состоит только из сернистых осадков. Одним из поразительных открытий ледяного керна является свидетельство многочисленных крупных извержений, которые иначе не были обнаружены в записях тефры. Одно из предостережений к этому подходу заключается в том, что она не является безотказной. Чем больше глубина, с которой извлекается керн, тем больше вероятность того, что он подвергся деформации, преобладающие ветры и химический состав атмосферы играют большую роль в перемещении вулканических летучих веществ от их источника к их конечным местоположениям на поверхности или в атмосфере.
Во время мелового периода (мелово́й пери́од начался145,0 млн лет назад, закончился 66,0 млн лет назад). Земля испытала необычную тенденцию к потеплению. Одно из объяснений этого потепления объясняются тектоническими и магматическими силами. Одна из теорий - магматический суперплюм, вызывающий высокий уровень CO2 в атмосфере. Уровень углекислого газа в меловом периоде мог быть в 3,7-14,7 раза выше, чем в настоящее время, вызывая в среднем 2,8-7,7 градуса Цельсия. Тектонически, движения плит и падение уровня моря могут вызвать дополнительные 4,8 градуса Цельсия во всем мире. Совместное воздействие магматических и тектонических процессов могло привести к тому, что температура Земли мелового периода могла быть на 7,6-12,5 градуса Цельсия выше, чем сегодня.
Вулканы представляют мощные образы и силы в ландшафте Земли. Образование вулкана зависит от его местоположения и магматического происхождения. Магмы будут оставаться расплавленными до тех пор, пока давление и температура не позволят кристаллизоваться и выделять газы. Во время выделения газов магматический очаг поднимется и встретится с поверхностью Земли, вызывая извержение вулкана. В зависимости от состава расплавленного материала, этот вулкан может содержать различные газы. Большинство газов, выбрасываемых при извержении вулканов, являются парниковыми газами и вызывают изменения атмосферы. Эти атмосферные изменения затем заставляют климат, как региональный, так и локальный, достигать нового равновесия с новой атмосферой. Эти изменения могут проявляться в виде похолодания, потепления, увеличения количества осадков и многих других.
Недавние статьи предполагают, что рост вулканизма в значительной степени ответственен за тенденцию к похолоданию. Хотя Год без лета в 1816 году пришелся на период минимума Далтона, основной причиной низких температур в том году стало взрывное извержение вулкана Тамбора в Индонезии годом ранее, которое стало одним из двух крупнейших извержений за последние 2000 лет. Следует также учитывать, что рост вулканизма, возможно, был вызван более низким уровнем солнечного излучения, поскольку существует слабая, но статистически значимая связь между уменьшением солнечного излучения и увеличением вулканизма.
Извержения вулканов, оледенения, дрейф континентов и смещение полюсов Земли – мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м2. Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.
Вулканы воздействуют на природную среду и на человечество несколькими способами. Во-первых, прямым воздействием на окружающую среду извергающихся вулканических продуктов (лав, пеплов и т.п.), во-вторых, воздействием газов и тонких пеплов на атмосферу и тем самым на климат, в-третьих, воздействием тепла продуктов вулканизма на лед и на снег, часто покрывающих вершины вулканов, что приводит к катастрофическим селям, наводнениям, лавинам, в-четвертых, вулканические извержения обычно сопровождаются землетресениями и т.д. Но особенно долговременны и глобальны воздействия вулканического вещества на атмосферу, что отражается на изменении климата Земли. При катастрофических извержениях выбросы вулканической пыли и газов, сублимирующих частички серы и других летучих компонентов, могут достигать стратосферы и вызывать катастрофические изменения климата. Такие извержения, часто имеющие эксплозивный стиль, особенно характерны для островодужных вулканов. Фактически при таких извержениях мы имеем природную модель "ядерной зимы". Эмиссия газов пассивно дегазирующих вулканов в целом может оказывать глобальное влияние на состав атмосферы. Так плинианские и коигнимбритовых колонны выносили вулканический материал в тропосферу с образованием аэрозольного облака, полярных дымок и нарушением состояния полярного озонового слоя. В качестве примера стоит привести извержение вулкана Уайнапутина, Перу. 19 февраля 1600 года (6 баллов по шкале вулканических извержений VEI). Сильнейшее извержение вулкана в Южной Америке за историческое время, которое, по некоторым оценкам, вызвало общемировое понижение температуры и стало причиной неурожая в России 1601-1603 и начала Смутного времени.
1.7. Тектонико-климатическое взаимодействие
Тектонико-климатическое взаимодействие это взаимосвязь между тектоническими процессами и климатической системой. Тектонические процессы— механические движения земной коры под воздействием внутренней (тепловой, радиоактивной, химической) энергии Земли.
Земля –единственная планета Солнечной системы, у которой есть тектоника плит. Ее кора и верхняя мантия состоят из отдельных частей. Они движутся медленно и независимо друг от друга. На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат.
Тектоника плит - современная геодинамическая концепция, основанная на положении о крупномасштабных горизонтальных перемещениях относительно целостных фрагментов литосферы (литосферных плит).
Тектоника плит является одним из самых фундаментальных процессов, которые формируют планету. И большинство геологов считает, что она активно присутствовала на большей части истории Земли на протяжении 4.5 миллиардов лет. Сама тектоническая (литосферная) плита представляет собой определенный структурный элемент в литосфере, который непрерывно движется в верхней мантии (астеносфере) планеты Земля.
Литосфера включает в себя как большие, так и маленькие плиты. Состав литосферы представлен на рис.1.10. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Более 90% поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:
Австралийская плита,
Антарктическая плита,
Африканская плита,
Евразийская плита,
Индостанская плита,
Тихоокеанская плита,
Северо-Американская плита,
Южно-Американская плита.
Средние плиты: Аравийская (субконтинент), Карибская, Филиппинская, Наска и Кокос и Хуан де Фука и др.
Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких плит.
Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов, связанных с энергией, возникающей в недрах твёрдой Земли.
На тех участках планеты, в которых отмечаются зоны с наиболее высокой сейсмической и вулканической активностью, образуются горные массивы, бассейны, каньоны, извержения вулканов, а также землетрясения катастрофического характера, приводящие к весьма печальным последствиям. В основном это происходит на границе огромных тектонических плит, которые приводят к разломам в земной поверхности.
Рис. 1.10. Состав литосферы
Максимальное сближение плит приводит к их столкновению и образованию горных массивов и возвышенностей; расхождение плит. Это способствует формированию впадин на дне океанов, а также разломов в земной коре. Изучая карту мира, можно обнаружить, что очертания материков похожи друг на друга. Так, исследования ученых показали, что много миллионов лет назад тектонические плиты были единым целым. Такой материковый комплекс называется Пангея. Однако по мере эволюции сейсмическая активность Земли лишь возрастала, что привело к образованию отдельных литосферных блоков, отдаленных друг от друга на весьма значительное расстояние.
Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.
В настоящее время ученые различных стран мира сходятся во мнении, что через несколько веков процесс формирования материков будет иметь обратный характер, то есть литосферные блоки начнут вновь двигаться навстречу друг к другу.
Причина движения Главной движущей силой материков является конвекция. Это явление представляет собой определенные процессы непрерывного движения веществ в земной коре. Так, особо высокая температура, выходящая за отметку 5000 градусов по Цельсию, наблюдается в центральной части планеты. В процессе нагревания слои, находящиеся в недрах Земли, поднимаются. Со слоями более низкой температуры наблюдается прямо противоположная тенденция, поскольку они двигаются обратно к центру. В результате конвекции образуется непрерывное движение веществ различной температуры, что и приводит к движению тектонических (литосферных) плит. Необходимо отметить тот факт, что скорость их передвижения составляет в среднем от двух до двух с половиной сантиметров в год.
Основные положения тектоники плит можно свети к нескольким основополагающим.
1. Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.
2. Литосфера разделена на плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы.
3. Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.
4. Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным.
5. Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными тепло гравитационными течениями.
Учёные выявили устойчивую тенденцию в динамике плит. Так, скорость горизонтальных сдвигов блоков возросла примерно в два раза в течение ста миллионов лет. Однако, согласно прогнозам учёных, она должна была, наоборот, уменьшиться. Исходя из этого можно сделать вывод, что характер поведения плит не является слишком предсказуемым. Исследователи утверждают, что основным фактором, влияющим на темп движения, является вода. Именно огромное скопление жидкости внутри земной поверхности способствует смягчению мантии, в результате чего скорость перемещения плит значительно повышается. Необходимо отметить тот факт, что процесс перемещения литосферных блоков все ещё не завершён. Образ земной поверхности до сих пор продолжает формироваться.
Поскольку геологические записи прошлых изменений климата за миллионы лет немногочисленны и плохо решены, многие вопросы остаются нерешенными в отношении природы взаимодействия тектоники и климата.
Расположение больших континентальных массивов в приполярных областях способствует общему понижению температуры планеты, так как на континентах могут образовываться покровные оледенения. Чем шире развито оледенение, тем больше альбедо планеты и тем ниже среднегодовая температура.
Однако, простая и логичная схема: континенты в приполярных областях — оледенение, континенты в экваториальных областях — повышение температуры, оказывается неверной при сопоставлении с геологическими данными о прошлом Земли.
Четвертичное оледенение действительно произошло, когда в районе Южного полюса оказалась Антарктида, и в северном полушарии Евразия и Северная Америка приблизились к Северному полюсу. С другой стороны, сильнейшее протерозойское оледенение, во время которого Земля оказалась почти полностью покрыта льдом, произошло тогда, когда большая часть континентальных массивов находилась в экваториальной области.
Кроме того, существенные изменения положения континентов происходят за время порядка десятков миллионов лет, в то время как, суммарная продолжительность ледниковых эпох составляет порядка нескольких миллионов лет, и во время одной ледниковой эпохи происходят циклические смены оледенений и межледниковых периодов. Все эти климатические изменения происходят быстро по сравнению со скоростями перемещения континентов, и поэтому движение плит не может быть их причиной.
Из вышесказанного следует, что перемещения плит не играют определяющей роли в климатических изменениях, но могут быть важным дополнительным фактором, «подталкивающим» их.
Поскольку геологические записи прошлых изменений климата за миллионы лет немногочисленны и плохо решены, многие вопросы остаются нерешенными в отношении природы взаимодействия тектоники и климата
1.8. Влияние антропогенной деятельности человека
Антропогенные факторы — изменения в природе, которые происходят в результате деятельности человека. Осваивая природу и адаптируя ее к своим потребностям, люди воздействуют на флору и фауну преобразовывая среду обитания. Влияние может быть косвенное, прямое или условное.
Косвенное антропогенное воздействие — опосредствованное вмешательство человека в живую природу путем трансформации среды обитания (например, климатические изменения, нарушение физического или химического состава атмосферы, воды, почв и т.п.).
Прямое антропогенное воздействие — проявляется непосредственным влиянием людей на основные компоненты экологической системы (вырубка лесов, охота на животных, сбор растений или грибов и т.п.).
Условное антропогенное воздействие — влияния факторов живой и неживой природы, которые были нарушены в результате человеческой деятельности.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в 2007 году пришла к выводу, что с начала индустриальной эпохи потепление атмосферы и океанов главным образом связано с антропогенными выбросами газов.
Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение. Основную ответственность за возникновение глобальных проблем несут крупные промышленно развитые государства, производящие около 70% выбросов. Однако последствия климатических изменений сильнее ощущают на себе бедные страны.
Антропогенными источниками СО2 являются промышленность, транспорт, изменение подстилающей поверхности. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат. Среди отраслей промышленности на первом месте по уровню загрязнения воздуха во многих странах стоит теплоэнергетика
Роль экологического фактора в энергетике возрастает по мере увеличения энергопотребления, которое вызвано ростом населения. Увеличивается нагрузка на окружающую среду от выбросов СО2, вызванных разработкой традиционных видов энергоносителей. Очевидно, что деятельность топливно-энергетического комплекса (ТЭК) наносит вред окружающей среде и является одним из катализаторов глобального потепления. Поскольку повышение температуры даже на 2–4°С может привести к гибели целых экосистем, необходимо минимизировать вредное воздействие ТЭК на природу. По данным источника (IEA, Data and statistics, 2019) структура выработки электроэнергии в мире выглядит следующим образом, рис. 1.11.
Рис.1.11. Структура выработки электроэнергии в мире, %
При переработке и сжигании топлива образуется углекислый газ, оксиды серы, азота, различных металлов, твердые частицы. Использование нефти и продуктов нефтепереработки в качестве топлива на ТЭС почти на 60% определяет уровень загрязнения воздуха в Западной Европе. ТЭС мощностью 2,4 млн. кВт выбрасывает в сутки 680 т SO2 и SO3, 120-140 т твердых частиц (золы, сажи, пыли), 200 т оксида азота.
Гидросфера страдает из-за потребления воды на нужды энергетики, создания искусственных водохранилищ, сбросов жидких отходов, нагретых и загрязненных вод. Существенно изменяется и литосфера по причине чрезмерного потребления ископаемых топливных ресурсов, изменения ландшафтов, выброса токсичных веществ. Что касается влияния энергии ТЭС на экологию, то можно отметить, как главный фактор, выделение вредных веществ в виде закиси углерода, соединений азота, свинца и значительного количества тепла. В странах мира ежегодно сжигается 5 млрд т угля и более 3 млн т нефти, что сопровождается гигантским выбросом в атмосферу тепла. Полный спектр работ по добыче, транспортировке и сжигании данного вида топлива сопровождается процессами, ощутимо влияющими на загрязнение окружающей среды.
Ключевое место в процессе загрязнения занимают предприятия промышленности. Процесс сжигания топлива в промышленных установках никогда не бывает полным. Помимо угарного газа, с дымом в воздух попадают различные несгоревшие частицы: сажа, зола и пыль, которые оседают на землю в ближайших районах. Чтобы избежать вредного воздействия отравляющих веществ на людей, промышленные предприятия все чаще выносятся за пределы населенных пунктов. Промышленность также является источником выброса в атмосферу мельчайшей пыли, особенно это касается цементных заводов. Следует отметить, что введение высокотехнологичных пылеулавливателей позволило снизить выброс этого загрязнителя в несколько раз.
Сильным загрязнителем воздуха является автотранспорт. Анализ показывает, что несмотря на сравнительно небольшое в общем балансе энергоносителей потребление моторных топлив (14%), основным источником загрязнения окружающей атмосферы (60–70%) является городской автотранспорт. Причем значительная доля вредных выбросов приходится на грузовой и автобусный автопарки.
Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Выброс вредных веществ при сгорании топлива
Поэтому экологические проблемы в крупных городах в первую очередь связаны с работой автотранспорта, а точнее с использованием нефтяных моторных топлив.
Специалистами было установлено, что ежегодно один легковой автомобиль поглощает более 4 т кислорода, выбрасывая при этом свыше 1 т вредных веществ (около 800 кг окиси углерода, 100 кг окиси азота и 200 кг различных примесей). Учитывая тот факт, что по дорогам мира передвигается более 800 млн автомобилей, легко представить весь ужас возможных последствий. Необходимо приложить максимальные усилия к уменьшению объемов вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.
Международное сообщество пока не разработало единого документа по охране окружающей среды, который соблюдали бы все страны. Киотский протокол устанавливает снижение совокупного среднего уровня 6 типов газов на 5,2%.
Мировая тенденция роста антропогенного влияния на природу заключается в том, что эмиссия CO2 составляет 40 млрд т в год. Концентрация CO2 в атмосфере ежегодно нарастает со скоростью 2,9 ppm в год. В июне 2014 г. она достигла 397,52 ppm, в 2018 г приблизилась к значению 420 ppm. Дальнейшее потепление вызовет резкое усиление колебаний погоды, рост силы и частоты аномальных явлений на больших территориях. Самые крупные экономики мира обеспечивают свой рост за счет пренебрежения экологическими нормами. Китай и США – чемпионы по выбросам углекислого газа. Они поставляют 8 и 6 млрд т в год соответственно (в сумме эти две страны дают 28% объема всех мировых выбросов). Все больший объем парниковых газов производят развивающиеся страны, в частности Индия. При этом Индия и Китай под действие Киотского протокола не подпадают, ибо входят в категорию развивающихся стран.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Вы ознакомились с фрагментом книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста.
Приобретайте полный текст книги у нашего партнера:
Всего 10 форматов