Изменчивый климат

В предыдущих разделах мы подробно рассмотрели, каким образом движение тектонических плит повлияло на условия образования углей, в том числе климатические, как и в какие периоды сформировались угольные пласты, для чего используется уголь и к каким последствиям для окружающей среды и человека приводит использование угля. Одним из неблагоприятных последствий сжигания угля является увеличение выбросов парниковых газов, которые в свою очередь приводят к увеличению температуры на планете ( глобальному потеплению) и изменениям климата. Надо отметить, что существенные колебания средней по планете температуры в геологической истории происходили неоднократно, и обширные ледяные шапки то покрывали значительные площади суши и океана, то исчезали полностью.

%d0%be%d0%bb%d0%b5%d0%b4%d0%b5%d0%bd%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d1%8f

Периоды существования такого контрастного климата с холодными полюсами, как в позднем палеозое и позднем кайнозое, называют криоэрами («криос» — по-гречески холод), а выровненного по всей Земле (как, например,  в мезозое) — соответственно, термоэрами. Как мы помним, в период каменноугольно-пермского оледенения значительная часть Гондваны была покрыта толстым слоем льда, периодическое таяние и накопление которого оказало существенную роль на образование угольных пластов во всем мире.

Океан и колебания климата
Таким образом, определяя современную климатическую систему как криоэру, рассмотрим, каким образом взаимодействие океана и атмосферы определяют климат на планете. Прежде всего, заметим, что Мировой океан покрывает более 70% всей поверхности Земли. Можно легко согласиться с утверждением Артура Кларка «Как неуместно назвали эту планету Земля, если совершенно очевидно это Океан». Кроме того, океан содержит в 90 тыс. раз больше жидкой воды, чем атмосфера водяного пара и получает 78% всех осадков Земли.
Какова же относительная роль океана и атмосферы в транспорте тепла? Для ответа на этот вопрос нам нужно вспомнить, что плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха, а удельная теплоемкость в 4 раза. Легко подсчитать, что запас тепла всего лишь в трехметровом слое океана равен теплоемкости всей атмосферы. Однако, скорость преобразования энергии в атмосфере во много раз превышает скорость ее трансформации в океане. В системе океан-атмосфера океан служит инерционной средой, медленно накапливающей изменения. Атмосфера же представляет собой быстро изменяющуюся часть системы, глобальная долгосрочная устойчивость которой поддерживается океаном.
Мировой океан имеет неоднородности глобального масштаба в распределении температуры и солености. Так, средняя температура всей толщи вод Атлантики теплее на 1.3o С, а средняя соленость выше на 0.5‰ по сравнению с Тихим океаном. За счет этих различий в температуре и солености уровень северной части Тихого океана почти на 1 м выше уровня Северной Атлантики. Таким образом, в целом несколько более теплая и соленая Северная Атлантика на поверхности холоднее, а в глубинных слоях в среднем теплее относительно холодной и менее солёной северной части Тихого океана. Эта аномалия связана с существенным преобладанием испарения над осадками в Северной Атлантике, разница между которыми составляет 24 тыс. км3 в год.
Области морей и океанов, характеризующиеся высоким испарением, производят интенсивный энергообмен с атмосферой. Северная Атлантика и является такой энергоактивной областью глобального значения: занимая 11% площади поверхности Мирового океана, она отдает в атмосферу 19% всего тепла, поступающего на Землю. Тепловой баланс Северной Атлантики отрицательный (этот бассейн отдает тепло в атмосферу) и если бы сюда не поступала тепловая энергия из других частей Мирового океана через Южную Атлантику, то температура ее поверхностных вод постоянно понижалась. Благодаря свободному водообмену океанов вокруг Антарктиды меридиональный перенос тепла направлен в Южной Атлантике не от экватора к Южному полюсу, а от высоких широт к экватору!
Вот почему климат Европы столь благоприятен для жизни человека: его «греет» дополнительное тепло, переносимое в Атлантику из других океанов. И любое нарушение в функционировании межокеанской тепловой машины сразу же скажется на климате Европы.
Отмеченные выше различия в свойствах отдельных бассейнов приводят к выводу о существовании межокеанского обмена свойствами. Появился даже термин глобальный океанический конвейер.

%d0%ba%d0%be%d0%bd%d0%b2%d0%b5%d0%b9%d0%b5%d1%80

При подготовке иллюстрации использовались материалы сайта https://www.whoi.edu/

Устойчивая работа такого теплового океанского конвейера может давать сбои, когда в области традиционного образования глубинных вод не возникают необходимые условия для развития процессов глубокой конвекции (погружения поверхностных вод вглубь океана). При этом должна произойти перестройка всей циркуляции Мирового океана, поскольку поверхностному теплому потоку уже нет возможности беспрепятственно проникать далеко на север: без опускания холодных вод для него там нет свободного пространства.
Таким образом, замедление или даже полная остановка конвейера могут привести к глобальным климатическим изменениям с очень серьезными последствиями для жителей Земли. Международные научные круги в последние годы интенсивно обсуждают возможность резкого изменения климата в течение нескольких десятилетий когда, подобно выключателю света в комнате, криоэра может мгновенно (по геологическим меркам) смениться термоэрой. Недаром глобальный океанический конвейер называют «ахиллесовой пятой климатической системы Земли».

%d0%b0%d1%82%d0%bb%d0%b0%d0%bd%d1%82%d0%b8%d0%ba%d0%b01

При подготовке иллюстрации использовались материалы сайта https://www.whoi.edu/

Сценарий резкого изменения климата
Такой возможный сценарий был представлен специалистами Вудсхолльского института США. Большинство исследований и дебатов на тему изменения климата сводятся к роли возрастающего объема выбрасываемых в атмосферу парниковых газов, что приводит к эффекту глобального потепления и постепенному повышению температуры на поверхности Земли. Однако, этот подход не принимает во внимание другой разрушительный потенциальный сценарий изменения климата. Несколько раз в прошлом климат земли изменялся достаточно быстро и эти изменения носили драматический характер и последствия для биосферы. Нет никакой гарантии, что такие изменения не могут произойти в будущем.
Палеонтологические находки ясно свидетельствуют о том, что климат Земли способен измениться за считанные десятилетия, перейдя в совершенно другое состояние, которое может сохраняться в течение десятков и даже сотен лет.

%d0%b0%d1%82%d0%bb%d0%b0%d0%bd%d1%82%d0%b8%d0%ba%d0%b02

При подготовке иллюстрации использовались материалы сайта https://www.whoi.edu/

Этот климатический переход может не носить глобальный характер, т.е. если даже Земля в целом становится теплее, в отдельных регионах может наблюдаться похолодание.
Ученые на сегодня определили только один возможный механизм резкого глобального изменения климата — стремительная реорганизация системы океанических течений в Мировом океане, распределяющей тепло по планете и известной как глобальный океанический конвейер. Исследования изменений климата в прошлом, такие как анализ проб глубоководных осадочных отложений и кернов многолетних ледников, свидетельствуют о том, что конвейер замедлялся и полностью останавливался несколько раз. Такие «остановки» конвейера приводили к нарушению теплопереноса в полярном направлении и похолоданию на обширных территориях. Результаты компьютерного моделирования показывают, что район Северной Атлантики станет холоднее на 3-5°С в случае полной остановки конвейера, что приведет к установлению в регионе в два раза более суровых зим, чем мы наблюдаем сегодня. К тому же, имеются свидетельства, что остановка конвейера в прошлом приводила к образованию и расширению засушливых территорий по всей планете.
Последние глубоководные исследования в Северной Атлантике показали, что на глубинах 1000-4000 м наблюдается уменьшение солености вод до опасных уровней, способных нарушить установившуюся систему течений.
Около 15 тыс. лет назад Земля начала теплеть после более 100 тыс. лет эпохи оледенения, и, как следствие, обширный ледяной щит, покрывавший значительную часть Северной Америки и Европы, стал таять. Это было связано, по мнению американских океанографов, с остановкой конвейера. Климат в северном полушарии оптимизировался в течение приблизительно 300 лет. Однако, около 12 800 лет назад Земля в течение очень короткого времени вернулась в почти ледниковые условия, т.е. снова стало холодно, сухо и ветрено и оставалась в этом состоянии почти 1200 лет. Примечательно, что около 11 600 лет назад этот период похолодания очень быстро сменился потеплением. Анализ кернов льда глубокого бурения ледника Гренландии показал, что среднегодовая температура в Северном полушарии возросла на 10 °С за 10 лет.
Аналогичная достаточно быстрая перемена климата наблюдалась около 8200 лет назад. Похолодание продлилось всего сто лет, однако имело также серьезные последствия.
Мы помним, что Эрик Рыжий, предводитель викингов, в 982 году открыл Гренландию. Остров в своей южной части в ту пору действительно был зеленым и оправдывал свое название («Зеленая земля»). В то же время с 1300 по 1850 годы в северном полушарии наблюдались особо холодные зимы (так называемый Малый ледниковый период), и было существенно ограничено развитие сельского хозяйства. Климат в значительной степени повлиял на экономику, политику и ход исторического развития. Таким образом, история развития Земли подтверждает, что случаи существенного изменения климата происходили неоднократно и, предположительно, были связаны с замедлением глобального океанического конвейера.

%d1%81%d0%b0%d0%be

При подготовке иллюстрации использовались материалы сайта https://www.whoi.edu/

Глобальные осцилляции системы океан-атмосфера
Глобальная океаническая циркуляция, в особенности мощные экваториальные течения в Атлантическом и Тихом океанах, играют огромную роль в формировании климата. Изменения в режимах этих течений оказывают влияние на такие периодически повторяющиеся явления, как Северо-атлантическая осцилляция и Эль-Ниньо.
Большое влияние на погоду в Европе оказывает так называемая Северо-атлантическая осцилляция, которая описывает изменения атмосферного давления на уровне моря, измеренного над Исландией и над Азорскими островами, где, как известно, находятся центры действия атмосферы — исландский минимум и азорский максимум давления. В течение последних 50 лет в зимние месяцы наблюдалась тенденция атмосферного давления к понижению над Исландией и к повышению над Азорскими островами. Ученые установили, что за последние полвека эта тенденция привела к тому, что в Южной Европе зимой участились засухи, а север континента, наоборот, стал получать больше осадков. Что касается других сезонов, то в них климатические аномалии не выражены так четко, как зимой, хотя летняя жара в Южной Европе и обилие дождей в ее северных районах, повторяющиеся на протяжении ряда последних лет, являются прекрасной иллюстрацией воздействия этого природного явления на европейскую погоду. В то же время модели показывают, что если нынешние тенденции в Северо-атлантической осцилляции сохранятся и в будущем, это сделает климат Южной Европы еще суше, в то время как Северная Европа будет подвергаться сильным штормам.
Несколько десятков лет назад в мировую научную литературу вошли испанские слова Эль-Ниньо и Ла-Нинья, означающие младенца соответственно мужского и женского пола. Когда вода прибрежной экваториальной зоны Тихого океана, обычно холодная, начинала нагреваться и в это же самое время гибли рыба, морские животные и птицы, на суше начинались обильные ливни, происходили наводнения и штормы на море, жители Южной Америки называли такое состояние природы Эль-Ниньо (оно могло продолжаться более года). Когда температура морской воды падала, погода и экологические условия вновь становились благоприятными, а продуктивность океана и суши, пострадавших от Эль-Ниньо, восстанавливалась, наступала фаза Ла-Нинья.
В обычных погодных условиях, когда фаза Эль-Ниньо еще не наступила, теплые поверхностные воды океана транспортируются и удерживаются восточными ветрами — пассатами в западной зоне тропической части Тихого океана, где формируется так называемый тропический теплый бассейн. Формирование такого огромного резервуара тепла — главное необходимое условие переход к режиму феномена Эль-Ниньо. При этом в результате нагона воды, уровень океана у берегов Индонезии на два фута выше, чем у берегов Южной Америки. В то же время температура поверхности воды на западе в тропической зоне составляет в среднем 29-30 °С, а на востоке 22-24 °С. Охлаждение поверхности океана на востоке, это результат апвеллинга — подъема глубинных холодных вод на поверхность океана.

В приэкваториальной зоне преобладающими ветрами являются пассаты — ветры, дующий между тропиками круглый год. В северном полушарии преобладает северо-восточное направление пассатов, в южном — юго-восточное. По результатам многолетних наблюдений, с интервалом в 3-7 лет, пассаты ослабевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляются на восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане. На огромной площади на востоке Тихого океана, в тропической и центральной экваториальной частях, происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя океана. Это и есть наступление фазы Эль-Ниньо. Его начало отмечено длительным натиском шквальных западных ветров, служащих пусковым механизмом новой фазы. Они сменяют обычные слабые пассаты над теплой западной частью Тихого океана и препятствуют подъему на поверхность холодных глубинных вод, в результате происходит блокировка апвеллинга.
Хотя сами процессы, развивающиеся при фазе Эль-Ниньо, носят региональный характер, тем не менее, их последствия носят глобальный характер.%d0%bd%d0%b8%d0%bd%d1%8c%d0%be

Эль-Ниньо обычно сопутствуют экологические катастрофы: засухи, пожары, ливневые дожди, вызывающие затопление огромных территорий густонаселенных районов, что приводит к гибели людей, уничтожению скота и урожая в разных районах Земли. Эль-Ниньо оказывает заметное влияние на состояние мировой экономики. Экономический ущерб от последствий Эль-Ниньо часто составляет несколько миллиардов долларов.

Климат в нашем регионе
Как мы помним из предыдущих разделов, климат в Донбассе в конце пелеозоя был тропическим, что определялось географическим положением региона относительно экватора. Если говорить о временах не столь отдаленного прошлого, то полтора два миллиона лет назад климат в нашем регионе также был более теплым и влажным по сравнению с современным. На территории нашего края широко были распространены слоны и носороги, встречались также бегемоты и страусы. Здесь росли кипарисы, пальмы и другие субтропические растения. Древние стоянки свидетельствуют, что первобытный человек начал обживать этот край очень давно, еще до появления ледника. Миллион лет назад наступила эпоха великого оледенения. Гигантский ледник, который двигался по долине Днепра, не дошел до наших мест, остановившись на широте современного Днепропетровска. На многие тысячелетия природа Приазовья приняла вид тундры с карликовыми березами и ивами, а постоянными обитателями степей стали северные животные олени, туры, зубры, пещерные медведи, шерстистые носороги и мамонты.
К временам эпохи палеолита (200 тыс. лет назад) относятся первые свидетельства о стоянках первобытного человека, которые обнаружены у нас в районе Амвросиевки. Климат в это время был довольно суровым. С окончанием последнего ледникового периода климат здешних мест приблизился к современному, и приблизительно 15 тысяч лет назад, в эпоху неолита, сложился нынешний облик человека, племена которого кочевали в будущих Донецких степях. В это время произошло глобальное вымирание мегафауны, в том числе и мамонтов. В лесах и степях, изрезанных балками, появились лисицы, кабаны, быки, лошади. Считается, что в неолите (8- 5 тысяч лет назад) долина Северского Донца была одним из наиболее заселенных районов нынешней Украины.
Конечно, наиболее достоверно о состоянии климата и его изменениях можно говорить только опираясь на данные научных наблюдений. Такие данные в форме системных наблюдений в наших краях появились в прошедшем столетии. Они свидетельствуют о значительных колебаниях климатических характеристик за этот период, в частности о том, что за рядом теплых и неустойчивых зим 40-х и 50-х годов XX столетия в 70-х годах в Донбассе наблюдались суровые зимы в 1971/1972 и 1975/1976 годах. В те годы замерзали даже воды Черного моря у берегов Одессы. Жестокая засуха на территории региона наблюдалась в 1972, 1975 и 1976 годах. Летом 1972 года в нашем регионе впервые за 80 лет наблюдений температура в июне была на 4,5°С выше нормы. Вследствие этого произошло падение уровня рек и возникли пожары в лесной зоне.
В 80-х годах были зарегистрированы пять самых жарких летних сезонов. В эти годы во многих странах мира были засухи, падение урожаев. Особенно серьезная ситуация возникла в 1988г., когда мировое производство зерновых сократилось до 1,5 млрд. т. Это был самый низкий показатель производства за последние 40 лет. А в 2010-2015 годах в Донбассе наблюдались самые высокие температуры воздуха за последние 100 лет .

%d0%b4%d0%b8%d0%bd%d0%b0%d0%bc%d0%b8%d0%ba%d0%b0

Информация подготовлена сотрудником ДонНТУ доктором технических наук Г. Авериным

Можно было бы продолжить перечень таких аномальных природных явлений, которые только на первый взгляд носят случайный характер. Однако, метеонаблюдения, проводимые во всем мире, указывают на возросшую неустойчивость погоды в последние десятилетия. Взаимосвязь погодных и климатических изменений обнаруживается далеко не сразу, тем более на таких сравнительно небольших территориях, таких как Донецкий регион.
Основные метеорологические характеристики климата, сложившегося на нашей территории, по многолетним данным Донецкого гидрометеоцентра приведены в таблице. Анализируя данные таблицы, можно заметить, что характерным для климатанашего региона являются сильные ветры, высокая летняя температура воздуха, преобладающая сухость и выпадение летом дождей в виде ливней. Минимальные температуры воздуха наблюдаются обычно в январе, а максимальные температуры в июле. По многолетним данным Донецкой метеостанции средняя температура воздуха в январе равна — 6,5°С, а в июле +21,5°С. Самыми холодными месяцами являются январь и февраль, самыми теплыми июль и август. Продолжительность солнечного сияния в городе составляет в среднем 2000 — 2100 часов в год, а длительность безморозного периода достигает 180-190 дней.%d1%81%d1%82%d0%b0%d1%82%d0%b8%d1%81%d1%82%d0%b8%d0%ba%d0%b0Чтобы понимать, как изменяется температура, необходимо осуществлять регулярные наблюдения. Значительный объем информации об изменениях температуры в атмосфере поступает с метеозондов. В нашем регионе их получают на 7 метеостанциях: Амвросиевской, Артемовской, Волновахской, Дебальцевской, Донецкой, Красноармейской и Мариупольской. Климатические данные этих метеостанций свидетельствуют о том, что за последние десять лет температура воздуха в Донецком регионе была выше многолетней нормы на 0,6- 0,9 °С.
В будущем негативные климатические процессы затронут и наш регион. Специалисты прогнозируют, что повышение среднегодовых температур на юго-востоке Украины к 2050 году может составить 1,4 — 2,2 °С. В процессе изменения климата возрастет вероятность экстремальных погодных явлений, к которым можно отнести засухи, суховеи, сильные ветры. Со временем теплые периоды станут все более частыми и продолжительными. Холодные зимы, которые случаются обычно раз в десять лет, практически исчезнут к концу века. Если климатические особенности региона будут меняться, то вместе с ними изменятся и особенности выпадения осадков. Ожидается, что при общем потеплении количество осадков может уменьшиться и привести к увеличению риска засух. Вследствие этого может произойти снижение годового стока рек и уменьшение ресурсов пресных вод, доступных для использования. А запасы пресной воды для нашего региона — это крайне актуальная проблема.
Неустойчивость климата, рост температуры воздуха и снижение количества осадков могут привести к сокращению урожайности подсолнечника, кукурузы и пшеницы. Хотя считается, что изменения климата в Донбассе будут менее ярко выражены, чем в северных странах, однако глобальные последствия этого процесса могут сильно сказаться на экономике страны.

Что может сделать каждый для  смягчения изменений климата?
Каким же образом можно удержать изменение климата, пока этот процесс не стал необратимым? Как можно предотвратить неблагоприятные последствия наблюдаемых и прогнозируемых климатических изменений?
Увы, но предотвратить полностью прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Однако можно попробовать смягчить климатические изменения, сдержать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий в будущем. Как это можно сделать? В первую очередь, за счет ограничения и сокращения потребления ископаемого углеводородного топлива (угля, нефти, газа), в том числе:

повышения эффективности потребления энергии,
внедрения мер по энергосбережению,
Более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии,
а также:
развития новых экологически чистых технологий, уменьшающих или исключающих выбросы парниковых газов,
через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса естественные поглотители углекислого газа из атмосферы.

Изменение климата — глобальная проблема, и пока каждый из нас может что-то изменить. Даже небольшие изменения в нашем ежедневном поведении могут помочь предотвратить выбросы парниковых газов без влияния на наш способ жизни. Собственно, они могут экономить наши деньги.
Что можете сделать вы непосредственно? Например, это:

Сдавайте материалы на переработку. Переработка 1 кг использованных алюминиевых банок потребляет в 10 раз меньше энергии, чем производство их из оригинального сырья, и фабрики используют меньше энергии для производство бумаги из старых газет, чем из древесной пульпы.
Когда вы готовите горячий напиток, кипятите ровно столько воды, сколько вам необходимо.
Экономьте теплую воду, принимая душ, а не ванну это требует в 4 раза меньше энергии.
Не забывайте выключать свет, когда он вам не нужен.
Если покупаете новые лампочки, попробуйте энергосберегающие, они служат дольше и потребляют в 5 раз меньше электроэнергии, чем обыкновенные.
Если вы либо ваши родители покупаете новое электрооборудование, например, холодильник или стиральную машину, убедитесь, что он имеет класс энергопотребления А++. «А++» означает, что данный товар использует энергию очень эффективно.
Не перегревайте ваш дом. Снижение температуры всего лишь на один градус может уменьшить ваш счет за тепло на 7%.
Когда проветриваете комнату, оставляйте окно широко открытым на несколько минут, а затем закрывайте его снова, а не позволяйте теплу уходить в течение долгого времени.
Частные автомобили выбрасывают в атмосферу 10% всех парниковых газов в Европе. Общественный транспорт, велосипеды и прогулки пешком гораздо более дешевые и здоровые альтернативы.
Посадите дерево возле школы, в своем саду или у дома. За время своей жизни пять деревьев в среднем потребляют около 1 тонны СО2.%d0%ba%d0%b0%d1%82%d1%80%d0%b8%d0%bd%d0%b0