Помоги проекту - поделись книгой:
Что в ураганах служит разрушительной силой?
После урагана «Катрина» (2005) и циклона «Наргис» (2008), возможно, у вас появилось ясное представление о том, какие последствия несут тропические циклоны. Между тем в циклоне имеются три разрушительных фактора:
Сильные ветра – по шкале ураганов, скорости ветров выше 118 км/ч наблюдаются в обычных тропических ураганах, однако, отмечались скорости, достигавшие свыше 306 км/ч. Такие ветры способны вырвать с корнем деревья, снести коров и здания, но если к этому добавить еще и обломки материала, которые они несут с собой, вы получите устрашающую силу. (Рекордная за все время скорость ветра достигала 408 км/ч и была зафиксирована во время тропического циклона «Оливия» в 1996 году в районе островов Барроу у берегов Австралии).
Осадки – интенсивные осадки, достигающие рекордных 211 мм, как, например, в эпицентре урагана «Агнес» (1972), вызывают местные наводнения, а также оказывают воздействие из-за прямых ударов дождевых капель и града.
Штормовая волна – часто рассматривается как наиболее разрушительная сила тропического циклона. Она возникает из-за сильных ветров на набегающем крае штормовой волны, в сочетании со «вспучиванием» моря, возникающем из-за низкого давления в его центре. Штормовая волна, вызванная ураганом «Катрина», достигала максимальной высоты в 7,6 м, когда ударялась о берег Миссисипи.
Торнадо
Торнадо – это циркулярные течения в атмосфере, подобные водоворотам, образующимся в реках. Может показаться странным, но чаще всего, по сравнению с любыми другими странами мира, они появляются у берегов Великобритании. При этом, в обычном случае, их интенсивность соответствует показателям нижнего уровня Улучшенной шкалы Фудзита (от 0 до 1). США в год подвергаются нашествиям более 1200 торнадо, многие из которых проносятся по «Аллее Торнадо», где большинство из них демонстрируют интенсивность выше 2 баллов по шкале Фудзиты.[13]
Торнадо берут начало в обширных кучево-дождевых облаках, которые часто образуются при столкновении холодных и теплых воздушных масс, оттуда они спускаются вниз, пока не достигнут поверхности земли. Перемещаясь со скоростью от 64 до 177 км/ч, этот непродолжительный вихревой поток воздуха демонстрирует огромную разрушительную силу, но он не обладает достаточным размахом, и не сопровождается дождями и волнами, чтобы сравниться с опустошениями, которые вызываются тропическими циклонами. Внезапность их появления означает, что у нас нет или почти нет шансов, чтобы подготовиться к их появлению. Торнадо производят наибольшее впечатление, когда, стремительно проносясь над водной поверхностью, создают водяные смерчи, засасывая воду и поднимая ее высоко в воздух. Городские легенды гласят, что как-то торнадо выхватили ничего не подозревающих дайверов из моря, а затем опустили их у побережья. Почти наверняка можно сказать, что были случаи, когда они захватывали рыб из воды, а впоследствии на суше где-то вдали от моря с неба выпадали рыбные дожди.
Эль-Ниньо
Эль-Ниньо – одно из самых значительных климатических явлений, являющихся причиной экстремальной погоды. В обычных обстоятельствах пассаты в Тихоокеанском регионе дуют из южной Америки в направлении Азии. По некоторым, еще не до конца выясненным причинам, временами, такой характер циркуляции воздуха нарушается. Теплые воды, обычно скапливающиеся в западной экваториальной части Тихого океана, распространяются на восток. Последствия этого довольно сильно напоминают то, как будто вы нажали на второй выключатель электрического света. Атмосферный воздух оказывается над значительно более теплой поверхностью воды, служащей для него источником энергии, и здесь получает больше влаги, из-за более активного в этих местах испарения воды. Как результат, происходит резкий сдвиг состояния воздушных масс и соответствующее изменение погодных условий.
Гибель многих древних цивилизаций приписывались разрушительному воздействию Эль-Ниньо (
Имеет место и другой эффект под названием Ла-Нинья (
Глобальные проблемы
Изменение климата
Изменение климата – это одна из тех областей, где существует огромное множество доказательств, почти бесспорных, вдобавок в этому имеются и разного рода теории, часто соперничающие между собой за место в центре всеобщего внимания.
Тем временем наука работает, накапливая свидетельства, и когда она перестает удовлетворяться той или иной теорией, как окончательным объяснением, тогда выдвигает новые теории, затем разбивает их и формулирует новые. Что касается изменения климата, то мы еще не выявили все вовлеченные в эту проблему взаимосвязи, мы все еще недостаточно осведомлены о длительности и масштабах изменений. Однако сегодня стало очевидно, что небольшие изменения в количестве энергии, заключенной в системе Земля-атмосфера могут иметь серьезные последствия. Частичное понимание результатов этих изменений зарождается лишь сейчас.
Иначе говоря, эта тема характеризуется значительной неопределенностью и огромной сложностью – не все в ней, как теперь очевидно, поддается оценке.
В момент написания этой книги, приблизительный консенсус был достигнут в отношении двух постулатов:
– в прошлом климат постоянно менялся, он продолжит меняться и в будущем (с людьми или без людей);
– люди изменили естественную систему циклических процессов (например, круговорот углерода), что, возможно, отразилось на наших климатических зонах и, следовательно, погоде.
Не считая этих двух истин, мы все еще находимся в стадии исследования, формулировки теорий и сбора доказательств. Сюда можно включить и совсем недавние свидетельства глобального изменения климата – относительное отсутствие потепления в этом столетии.
Две «непреложные истины» важных договоренностей
Земной шар и альбедо. Альбедо – это просто мера отражательной способности поверхности суши или океана (например, отражательная способность зеркала составляет почти 100 % – у него очень высокое альбедо; темно-зеленые тропические леса обладают низким уровнем альбедо, которое составляет всего 14 %). Так что же все это значит? А это значит, что чем меньше вы отражаете, тем больше поглощаете. Если поверхность Земли поглощает больше солнечной энергии, это значит, что та будет задерживаться в окружающей среде нашей планеты. Значительная доля этой энергии в свою очередь переизлучается в виде длинных волн, которые затем улавливаются парниковыми газами. Отраженный свет возвращается непосредственно в открытое космическое пространство, поскольку отраженные волны не меняют своей длины и, если они проникли через атмосферу, они направляются обратно туда, откуда пришли.
И еще одно, последнее, замечание относительно альбедо: в северном полушарии доля суши составляет 39 %, тогда как в южном полушарии – всего 19 %. Из этого следует, что на глобальном уровне со сменой сезонов средний уровень глобального альбедо будет меняться. Следовательно, если мы изменим сезонные вариации солнечного света, поступающего к поверхности Земли, это приведет к изменению общего годового баланса отраженной и поглощенной энергии.
Парниковый эффект. Проще говоря, в отсутствии парникового эффекта мы реально смогли бы выжить только в узкой экваториальной полосе суши и океана. Газы, составляющие атмосферу Земли, успешно задерживают выделяющееся длинноволновое излучение. Это выходящее излучение поступает от земли, так как именно она была нагрета коротковолновым излучением солнца. Если бы газы не совершали этот дьявольский трюк, то средняя температура Земли составляла бы – 18° С в отличие от нынешних +14° С. Если учесть, что средней глобальной температуре нужно опуститься всего лишь на 6° С, чтобы ввергнуть нас в самый худший из всех ледниковых периодов, тогда вы поймете, почему парниковый эффект нам так нравится.
Известные истины в красивой упаковке
Согласно Агентству по охране окружающей среды США в этот список должны быть включены следующие положения:
* Деятельность человека приводит к изменению состава атмосферного воздуха.
* Отчетливая тенденция к потеплению климата была установлена в обоих полушариях в период между 1906 и 2005 годами.
* Большинство парниковых газов сохраняются в атмосфере в течение периода от 10 лет до нескольких столетий, поэтому в предстоящие десятилетия концентрация этих газов в атмосфере почти наверняка будет повышаться.
* Увеличение концентрации парниковых газов, как правило, приводит к нагреванию планеты.
Список парниковых газов
Было бы очень просто считать главного врага человечества, – двуокись углерода, – единственным парниковым газом или, по крайней мер, самым важным. На самом деле, этот газ даже не самый сильнодействующий из природных газов. Газ метан может быть в 20 раз более разрушительным в качестве парникового газа, чем диоксид углерода. Если добавить к этому тот факт, что, окисляясь в воздухе, метан естественным образом переходит в двуокись углерода, вы можете понять, насколько он важен. Ввиду того, что огромное количество метана заключено в земной коре (природные запасы), и весь этот запас готов вырваться в атмосферу в случае таяния вечной мерзлоты, можно представить себе масштабы потенциальной проблемы, которую этот газ может создать. И это еще при том, что мы не упомянули рост числа страдающих от газов стад скота, захвативших заголовки газет, по причине того, что уровень метана в атмосфере из-за них повышается.
Широкий размах вариации показателей содержания каждого из парниковых газов связан со всеобщей неопределенностью, о которой все еще мало говорят, но которая является бревном в глазу у тех, кто вовлечен в дискуссии на эту тему. Вдобавок к перечисленным газам существует целая серия синтетических газов, синтезированных и используемых человеком: галогенфторуглероды (HCFC) и хлорфторуглероды (CFC).
Изменения в концентрации парниковых газов
Центральной проблемой Межправительственной комиссии по изменению климата (МКИК) и огромного числа политиков, активистов и предпринимателей является скорость, с которой увеличивается уровень содержания в атмосфере парниковых газов.
Именно на основании этого небольшого увеличения концентрации газов ученые пытаются связать глобальное потепление с деятельностью человека.
Известное неизвестное
Я бы предпочел назвать это «навязчивыми подозрениями», так как у нас нет достаточных доказательств относительно этого списка, к удовлетворению многих людей, однако за ним утвердилась такая репутация, что хочется назвать его еретическим.
Проще говоря, прежде чем сделать следующий шаг, человечеству предстоит решить целый комплекс чрезвычайно сложных проблем, таких как:
* Углубить и расширить понимание естественных вариаций климата, изменений солнечной энергии, изменений характера использования земли, нагревающего или охлаждающего влияния загрязняющих аэрозолей, и роли изменений во влажности и облачном покрове.
* Определить относительный вклад деятельности человека и естественных процессов в изменение климата.
* Составить прогноз относительно парниковых выбросов, которые предполагаются в будущем и попытаться предсказать, какой будет ответная реакция климата в пределах короткого отрезка времени.
* Углубить понимание возможностей стремительного изменения климата.
Кривая Килинга
Благодаря просветительской работе, начатой Чарльзом Дэвидом Килингом, у нас есть доступ к данным непрерывной регистрации уровня СО2 в атмосфере, которая осуществлялась с 1958 года.
Измерения содержания двуокиси углерода в атмосфере Килинг начал над Южным полюсом и над вулканом Мауна-Лоа на Гавайских островах, однако с 1960-х годов измерения стали производиться только над Мауна-Лоа и именно они легли в основу кривой. График показывает сезонное влияние растительного покрова, преобладающего в северном полушарии, по сравнению с южным, на содержание газа в атмосфере, который летом удаляется из нее путем фотосинтеза. Эта кривая служит ключевым раздражителем, вокруг которого и ведутся дискуссии, так как именно она недвусмысленно указывает на то, что уровень содержания диоксида углерода в атмосфере стремительно нарастает.
Палеоклимат (прошлое)
Лучшим способом предсказать, как что-либо будет меняться в будущем, является взгляд на то, как это что-то менялось в прошлом. И, надо отметить, сегодня существует множество разных способов выяснить, каким был климат в прошлом.
Стратиграфическая последовательность пластов – более молодые слои снега и льда, осадочные отложения в озерах и на океаническом дне лежат поверх старых слоев, обеспечивая их сохранность. В этих слоях содержаться включения минералов, остатков растительности и, что особенно важно, остатков скелета животных (экзо – и эндо, если вам хочется точнее). Самые полные и наиболее точные сведения предоставляют ледяные керны, донные отложения в озерах и абиссальных равнинах.
Изотопы кислорода – 16O и 18O существуют в атмосфере в определенных соотношениях, которые зависят от климатических условий. Отсюда понятно, что, если имеется возможность экстрагировать кислород из воздушных пузырьков, пронизывающих ледяные керны, и измерить в них соотношение этих двух изотопов кислорода, можно путем экстраполяции определить, каким был климат в то время, когда воздух был заперт в льду. Если бы этого метода не существовало, в льдах Гренландии и Антарктиды мы наблюдали бы куда меньше вырытых отверстий.
Радиометрическая датировка – более известная как радиоуглеродный метод. Скорость распада разных изотопов одного и того же элемента установлена. А это значит, что, если определить соотношение изотопов в том или ином образце, взятом на определенной глубине, можно рассчитать, когда произошло осаждение этого материала. Этот метод предполагает использование трех изотопов углерода – 12, 13, 14С, если ожидаемый возраст исследуемого материала не превышает 100 000 лет, криптона и аргона, при предполагаемом возрасте до 500 000 лет, и урана – при предполагаемом возрасте материала до 350 000 лет.
Палеомагнетизм – удобен при датировке действительно широкомасштабных изменений в перемещении коры (см. раздел «Тектоника»).
Данные исследования ледяного керна со станции «Восток»
Впервые опубликованная в 1999 году, эта кривая, наверное, является самой известной из всех, имеющих отношение к обсуждаемой теме. В ней отражены результаты анализа ледяного керна, вынутого из глубины всего в 2,2 мили из ледяного панциря Антарктиды. Продолжительная временная шкала, уходящая вглубь до 400 000 лет назад, позволяет нам ясно увидеть характер колебаний климата, происходивших до того момента, как мы все начали ездить на автомобилях, стали летать по всему миру и мучиться от чувства вины. Очевидно, что этим климатическим изменениям должно быть найдено какое-то объяснение, не связанное с деятельностью человека.
Факторы, влияющие на изменения климата
Существует огромное множество самых разных объяснений естественным колебаниям глобального климата, как это видно на примере ледяного керна со станции «Восток». В этой связи, кажется разумным сначала обратить наши взоры на огромный источник энергии на небесах, чтобы понять, как мы связаны с ним, прежде чем мы взглянем на саму Землю. В конце концов, если вам жарко в доме, вы выключаете камин; если же вам холодно, вы подвигаетесь поближе к огню, не так ли?
Милутин Миланкович (1879–1958) был сербским математиком и инженером, проявлявшим интерес к прикладным проблемам. Согласно его вычислениям, наши взаимоотношения с солнцем носят непостоянный характер. Он показал, что существуют три цикла, характеризующих наше положение по отношению к солнцу, и эти положения влияют на количество полезной солнечной энергии, которую наша планета могла бы задержать. Логика рассуждений здесь состоит в следующем: если причина глобального потепления кроется в том количестве энергии, которую наша атмосфера задерживает, предотвращая ее утечку в открытый космос, тогда согласно логике, суть постулата Миланковича, состоит в том, что самым важным здесь является именно количество энергии, которую удерживает Земля. Связь между циклами Миланковича и их влиянием на температуру на Земле не простая, эта связь находится в зависимости от количества энергии, достигшей Земли, которое характеризуется сезонностью, и на которое оказывают влияние различия между северным и южным полушарием.
Эксцентриситет (форма орбиты) – каждые 100 000 лет форма орбиты, по которой Земля вращается вокруг солнца, меняется, превращаясь из круга в эллипс. Возможно, вас это никак не беспокоит, между тем это происходит из-за силы тяготения Юпитера и Сатурна (вспомните «притяжение крупных тел»). Чем более орбита приближена к форме круга, тем продолжительнее поступление энергии в течение сезонов и наоборот.
Наклон оси – на протяжении каждых 41 000 лет Земля меняет угол наклона своей оси, так что его значения просто мелькают в его смотровом лючке от 21.5° до 24.5° и обратно. Следовательно, угол падения солнечного луча, под которым он достигает Земли, в разное время года меняется. А это означает, что в течение периода в 41 000 лет количество солнечного света – отраженного и поглощенного, должно варьировать.
Прецессия – у нее самая короткая временная шкала. Каждые 23 000 лет воображаемая ось, проходящая через северный и южный полюса, описывает круг. И вновь, в этом цикле будут периоды, когда в целом, Земля поглощает больше энергии, и периоды времени, когда она поглощает энергии меньше.
В настоящее время одна лишь прецессия соответствует периоду оледенения, тогда как наклон оси и эксцентриситет для наступления ледникового периода неблагоприятны. Эти три цикла, со своими максимумами и минимумами влияния, накладываясь друг на друга, оказывают суммарное воздействие на Землю. На ваших уроках физики вы могли отключаться, но когда волны пересекаются друг с другом, возникает интерференция, когда же пересекаются три волны, результат может быть хаотичным.
Циклы Миланковича и ледниковые периоды
На приведенной выше диаграмме показаны три цикла и результат их наложенного действия – «солнечная составляющая». Возможно, вы заметили, а может и нет, какую-нибудь корреляцию между двумя нижними графиками. Если не заметили, вам повезло, – вы врожденный верующий в глобальное потепление. Если же вы все-таки видите связь между ними, держите это при себе, так как у вас появились первые симптомы того, что вы климатический еретик.
Солнечные вариации
Вероятнее всего вы уже догадались, что пытаться выделить один фактор, служащий единственной причиной климатических изменений, будет равносильно тому, как обвинять только одного игрока в том, что футбольный матч проигран. К этому следует добавить и то, что само солнце оказывается довольно ненадежным источником. Для солнца характерен 11-летний цикл изменений количества энергии, поступающей в атмосферу Земли, и это количество варьирует в пределах 0,1 %. Сегодня установлено, что эти вариации внесли значительный вклад в Малый ледниковый период, который длился с 1400 по 1700 год, затем был остановлен в результате современных изменений в составе парниковых газов.
Краткое описание других природных факторов, влияющих на изменение климата
После того, как мы обсудили проблему колебаний количества энергии, поступающей в земную атмосферу и удерживаемой Землей, можно задаться вопросом, а существуют ли какие-либо другие механизмы влияния, которые также можно было бы определить? Нижеперечисленным факторам мы уделили меньше внимания лишь потому, что есть необходимость в сокращении изложения, однако мы имеем в виду, что все они, либо часть из них, могут быть так же важны.
Вулканы – если извержение вулкана Пинатубо, произошедшее в 1991 году, смогло изменить температуру в северном полушарии на 0,5° по Цельсию на 2 последующих года, то можно представить, какое влияние вулканы могут оказать на изменение климата. Интенсивность супервулканов или, иначе, «супер-извержений» ИВЭ 8, как предполагают некоторые, была достаточной для того, чтобы они могли привести к краткосрочным ледниковым периодам. Данные о масштабах этих событий были получены в печально известном регионе Траппов Декана в Индии. Похолодание климата после извержений вулканов связано с вызванным ими усилением обратного рассеяния солнечного света из-за попадания в атмосферу обломков породы и сажи. Помимо этого, вулканы выбрасывают в атмосферу огромное количество серы, влияющей на парниковый эффект, поэтому температура в приповерхностном слое атмосферы снижается. Один из предложенных кем-то методов борьбы с современным потеплением климата, заключался в том, чтобы тем или иным способом добавлять в атмосферу серы, что звучит довольно экстравагантно.
Дрейф континентов – когда вы стоите на земле, вы знаете, что стоите на обломке породы, который не только вращается, но и перемещается по земному шару. Вам требуется 23 часа, 56 минут и 4,004 секунды для того, чтобы совершить один полный оборот. Для того, чтобы отдалиться от США еще на 25 мм, Европе требуется 365 дней. Между тем, изменения в относительном положении континентов и горных вершин оказывают влияние на климат. Не ждите, затаив дыхание, пока эти процессы не столкнутся с текущим потеплением климата, но поскольку такие сдвиги континентов нарушают покой океанов и вносят сумятицу в перенос энергии ветрами по всему миру, очевидно, что движения литосферных плит служат еще одним фактором изменения климата в комплексе прочих других факторов.
Не ссылайтесь на озоновую дыру!
На общемировом уровне глобальное потепление климата сегодня скорее всего является самой насущной проблемой окружающей среды. Однако до этого была озоновая дыра. В 1985 году члены Британской антарктической экспедиции обнаружили дыру в озоновом слое атмосферы, а к 1987 году был принят Монреальский протокол, запрещающий выбросы вредных хлорфторуглеродных (CFC) газов. Столь стремительная реакция, приведшая к запрету производства CFC, стала образцом для политиков, работающих в сфере контроля над изменением климата. Ожидается, что уровни озона в стратосфере к 2068 году должны вернуться к их уровню, который регистрировался до 1980 годов. Тогда почему подобная демонстрация единства в проведении общей политики и достижении результатов не стали моделью действий в отношении потепления климата? Все объясняется просто: ни одна страна не расположена в Антарктиде, а воздействие климатических изменений ощущаются многими странами.
Существует ли какая-либо связь между озоновой дырой и глобальным потеплением?
Этот вопрос, наряду с вопросом, «сколько всего стран на земном шаре?», звучит как запретная тема на званом ужине.
* Если возложить вину на СО2, тогда окажется, что более теплый нижний слой атмосферы (тропосфера) будет приводить к формированию более холодного верхнего атмосферного слоя (стратосферы), что, в свою очередь, будет способствовать увеличению дыры в озоновом слое.
Поделиться книгой: