Естественные изменения климата в последние столетия: океанские циклы, вулканы и солнце

Факторы, которые обусловили изменения климата в последние сотни лет, конечно, действовали всегда. Однако для более далеких времен у нас не хватает данных, чтобы отследить их относительно небольшое и краткосрочное влияние. Как было сказано выше, ученые определили, насколько климат 5−6 тыс. лет до нашей эры отличался от климата 13−14 тыс. лет назад. Но они не могут сказать, чем климат, например, 5100-х годов до нашей эры отличался от климата 5300-х годов. Изменения, конечно, были, но какие конкретно, сказать нельзя. Можно лишь утверждать, что они были относительно краткосрочными и небольшими, гораздо меньшими, чем вариации климата, которые мы видели при рассмотрении климатической истории Земли за сотни тысяч и миллионы лет.

За последнюю тысячу лет есть гораздо больше данных. Конечно, прямые измерения температуры начались только в XVIII веке, но есть косвенные методы, которые уже хорошо проработаны и признаны учеными как надежные. Один из основных — дендрохронология: определение изменений температуры по ширине колец ежегодного прироста древесины. Кроме очень старых деревьев, в распоряжении ученых немало остатков деревянных строений, где есть очень старые бревна. Другие методы основаны на анализе растительного покрова, а также донных отложений различных водоемов. В результате для ряда регионов удается проследить вариации температуры за последние примерно 1200 лет, но не более (рис. 1.7).

Пока нельзя сказать, что о причинах изменений климата известно все. Уровень знаний растет, но при этом оценка роли различных факторов может меняться. Десять лет назад многие ученые главным фактором последнего тысячелетия называли вариации солнечной активности. Однако исследования последних лет выявили наличие очень мощных, но не связанных с Солнцем вариаций с периодом в несколько десятков лет, которые обычно называют океанскими циклами. Собственно, другого названия быть и не может, так как почти вся энергия климатической системы Земли сосредоточена именно в океане. В долгосрочных колебаниях атмосферные процессы могут серьезно влиять на климат, только если в них участвует океан.

Океанские циклы. Сейчас активно исследуются физические механизмы, которые могут приводить к циклическим изменениям в океане с периодом от 1−2 до ста и более лет. Картина очень непростая — идет единая циркуляция поверхностных и глубинных вод и их взаимодействие с атмосферой. Океанские течения объединены в огромный планетарный конвейер, причем трехмерный — есть поверхностные течения, а есть глубинные. В одних частях конвейера движение вод может быть более быстрым, а в других очень медленным, но охватывающим огромные массы воды. Теперь представим себе, что движение и температура различных частей этого конвейера могут «пульсировать». Когда чуть теплее поверхностные воды — над ними теплее атмосфера, когда чуть теплее глубинные воды — атмосфера холоднее. Энергия как бы «перетекает» из глубин на поверхность и обратно, из одной части океана или атмосферы в другую и «возвращается» назад, причем это может занимать десятки лет, но общее количество энергии остается практически неизменным. Одним из механизмов превращения непрерывного движения в циклический процесс может являться конвекция, которая из-за вязкости воды возникает только при определенной разнице в плотности воды, зависящей от ее температуры и солености. До этого температура глубинных вод может медленно нарастать, но конвекции не будет. Когда же разница достигнет определенного предела, начнется быстрое конвективное движение. Ученые выявляют и изучают многолетние колебания океана и атмосферы по всему земному шару. Приведем только два примера. Для Атлантики характерны вариации с периодом примерно в 60−70 лет. Такие вариации сильно влияют на местный климат, в частности, на температуру в западной Гренландии (голубая линия на рис. 1.3). Вероятно поэтому, когда викинги ее открыли и назвали «Зеленой землей», там было относительно тепло, а в Швеции могло быть холодно, что только усилило контраст. Однако возможно и влияние океанских вариаций в глобальном масштабе.

Десятилетний период 2001;2010 годов стал самым теплым с начала инструментальных измерений температуры — с 1850 года. Однако внутри данного десятилетия рост температуры не прослеживается: нельзя сказать, что 2006;2010 годы были теплее, чем 2001;2005 годы (см. ниже рис. 1.14). Возможно, это действие циклических океанских процессов.

Синим цветом показаны случаи, когда на начало года температура вод в центральной и восточной частях Тихого океана была на 1,5−2 °С ниже средней (определенная фаза Южной осцилляции) Источник: Всемирная метеорологическая организация (Заявление ВМО о состоянии глобального климата в 2011 г. на русском языке).

Роль вулканов в формировании климата очень важна, но краткосрочна. После извержений с выносом большого количества пепла и других частиц в стратосферу (если частицы не достигают стратосферы, то они быстро оседают) Земля на один-три года затеняется и температура на всей планете опускается примерно на 0,2−0,4 °С, что очень существенно.

Еще одна причина климатических изменений — вариации солнечного излучения. Известен 11-летний солнечный цикл. Наблюдения за Солнцем, начатые еще в XVII столетии, также позволяют проследить 40−45-, 60−70-, 100- и 200-летнюю изменчивость. При этом поток приходящей от Солнца энергии меняется слабо, но есть более сложные эффекты, которые тоже могут воздействовать на климат. Исследуется влияние Солнца на содержание в атмосфере озона (который является парниковым газом, хотя его вклад в общий парниковый эффект очень невелик); влияние на стратосферные облака (в ясную погоду от их количества зависят ночные температуры). С другой стороны, изучение влияния Солнца и других космических факторов на геомагнитные явления не выявило климатических эффектов.

Заметим, тот факт, что естественные факторы вызывали изменения климата в прошлом, не означает, что нынешнее изменение климата также вызвано естественными причинами. Аналогичным образом то, что лесные пожары с давних пор вызываются естественными причинами, например ударами молний, не означает, что пожары не могут быть вызваны беспечностью человека.

климат земля вулкан температура

Имеются и другие идеи. Ряд ученых говорит, что ситуация с выбросами крайне негативна (справочная информация о выбросах приведена в приложении 1), что может потребоваться «геоинжиниринг» — искусственное воздействие на климатическую систему Земли. Теоретически это возможно, например, предлагается защитить планету «экраном» из подкисленных серой мельчайших капелек воды, затеняющих нас от Солнца. Однако, по мнению подавляющего большинства ученых, это лишь сугубо теоретическая возможность, так как создание экрана может резко изменить глобальную атмосферную циркуляцию и даже не исключено досрочное и быстрое наступление ледникового периода. Поэтому подобные идеи нужно исследовать на компьютерных моделях, но не пытаться делать натурные эксперименты над всей планетой.

Прямое воздействие человека ограничивается сугубо локальными действиями. Например, можно воздействовать на туманы в аэропортах и на дорогах, улучшать погоду во время массовых мероприятий, но воздействовать на погоду или климат даже в отдельном регионе нельзя.

У ученых большие опасения вызывает возможное ускорение изменений климата из-за обратных связей (рис. 1.20). Самую серьезную тревогу вызывает негативная реакция океана на рост концентрации СО₂ в атмосфере. Под словом «негативная» понимается снижение его способности поглощать СО₂ из атмосферы и еще более быстрый рост его концентрации в атмосфере.

Вторым глобальным эффектом называется риск эмиссии в атмосферу огромного количества метана, имеющегося в многолетнемерзлых грунтах на суше и в виде метангидратов (снегообразных соединений метана) на морском дне. Грунты оттаивают все сильнее. Метангидраты даже при небольшом повышении температуры могут начать разрушаться и превращаться в газ. Это актуально именно для Арктики, где они залегают на небольшой глубине. Немало в арктических почвах и болотах и органического вещества, которое при повышении температуры начнет разлагаться, что может привести к сильной эмиссии СО₂ в атмосферу. Сейчас исследуются и другие возможные местные и глобальные обратные связи, в частности, влияние вырубки лесов на облачный покров.

Для Арктики немаловажны и выбросы сажевых частиц. Для мира в целом их роль в антропогенном воздействии на климат намного меньше, чем у парниковых газов. Однако, выпадая на белый — чистый арктический снег, сажа в несколько раз увеличивает поглощение солнечного излучения (кроме того, сажа — канцероген, который наносит прямой вред здоровью людей).