Международная геосфврно-биосферная программа

Задача изучения Земли как целостной природной системы Поставле­на Международной геосферно-биосферной программой (МГБП), осуще­ствление которой началось с 1986 г.

В основу этой исследовательской программы положены междисцип­линарные исследования по ряду «ключевых» проектов. В основном про­екты ориентированы на изучение изменений климата. Руководителями большей части проектов были ученые и специалисты США; у нас эту задачу взяла на себя программа «Глобальные изменения природной среды и климата». Работы выполняются на основе широкого применения кос­мических средств наблюдений.

МГБП предусматривает разработку семи «ключевых» направлений:

1.Закономерности химических процессов в глобальной атмосфере и роль биологических процессов в круговоротах малых газовых компонен­тов. Проекты, выполняемые по этим направлениям, ставят целью, в ча­стности, анализ последствий изменений'содержания озона в стратосфере на проникновение к земной поверхности биологически опасной УФ-ра-диации, оценку влияния аэрозолей на климат и др.

2. Влияние биогеохимических процессов в океане на климат и обрат­ные влияния. Проекты включают комплексные исследования глобального газообмена между океаном и атмосферой, морским дном и границами континентов, разработку методик прогнозирования реакции биогеохими­ческих процессов в океане на антропогенные возмущения в глобальном масштабе, изучение эвфотической зоны Мирового океана.

3.Изучение прибрежных экосистем и влияния изменений землеполь­зования.

4. Взаимодействие растительного покрова с физическими процесса­ми, ответственными за формирование глобального круговорота воды. Проводятся исследования по программе Глобального эксперимента по изучению круговорота энергии и воды как дополнение к исследованиям по Всемирной программе исследований климата.

5.Влияние глобальных изменений на континентальные экосистемы. Разрабатываются методики прогноза воздействий изменений климата, концентрации углекислого газа и землепользования на экосистемы, а

также обратных связей, исследуются глобальные изменения экологичес­кого разнообразия.

6.Палеоэкология и палеоклиматические изменения и их последствия. Проводятся исследования с целью реконструкции истории изменений климата и окружающей среды за период с 2000 г. до н.э. с временным раз­решением не менее 10 лет.

7. Моделирование земной системы с целью прогноза ее эволюции. Создаются численные модели в глобальном масштабе, делаются количе­ственные оценки взаимодействия глобальных, физических, химических и биологических интерактивных процессов в земной системе на протя­жении последних 100 тыс. лет и др.

Центральный проект МГБП — «Глобальный анализ, интерпретация, моделирование» (Global Analysis, Interpretation and Modeling). Анализ полученных по проекту данных породил сомнения во всемогуществе ма­тематического моделирования. Трудности связаны с тем, что моделиро­вание, успешно работавшее на глобальном уровне, оказалось в затрудне­нии на региональном уровне. Результативность его существенно снижа­лась при упрощении набора рассматриваемых факторов и абстрагирова­ния от неравновесных и переходных состояний.

Наиболее важные выводы, полученные при подведении итогов МГБП за период 1986—1996 г., а также возможные действия для сниже­ния негативных последствий антропогенного воздействия сводятся к сле­дующему¹:

1. Наиболее ярким интегральным индикатором состояния биосферы служит газовый состав атмосферы, исследования которого проводились в рамках проекта «International Global Atmospheric Chemistry». Его изме­нения на протяжении последних десятилетий вызваны промышленной и сельскохозяйственной деятельностью. Особенностью атмосферы Земли является отсутствие термодинамического равновесия, что является пря­мым следствием взаимодействия биосферы и атмосферы. Это взаимодей­ствие реализуется через фотосинтез и дыхание, микробную активность в почвах и ветлендах².

Взаимодействие океана с атмосферным аэрозолем служит побуди­тельным процессом образования облаков, роль которых в изменении кли­мата еще количественно не определена. В исследованиях по проекту океан рассматривался как резервуар углекислоты; карбонатное равновесие в нем регулирует в зависимости от температуры поглощение или выделение углекислоты в атмосферу. Модели привели к выводу о глобальном погло­щении углерода океаном в пределах 2±0,8 Гт в год. Региональные моде­ли показали правомерность этого вывода для Тихого, но не для Южно­го океана, экваториальной зоны или Северной Атлантики. Региональные особенности имеют решающее значение для перераспределения потоков тепла в рамках общего баланса.

^Кондратьев К. Я., Данченко В. К., 1999.

'Ветленд — территории, переходные между наземными глубоководными эко­системами, влажные среды обитания, периодически заливаемые водой.

Сформулировано два подхода к регулированию антропогенного из­менения климата: снижение антропогенной эмиссии парниковых газов или адаптация хозяйства к таким изменениям.

Установлен «удобрительный» эффект углекислоты. Оказалось, что все экосистемы увеличивают первичную продукцию при росте концентрации углекислоты, но северные — в наименьшей степени. Удвоение может вызвать не более, чем 5%-ный рост урожая. Эффект существенно зависит от времени, скорости миграции, ландшафтных процессов.

2. Работами по проекту «Биосферные аспекты гидрологического цик­ла» (Biospheric Aspects of Hydrological Cycle) установлено, что вклад ис­парения воды растительным покровом в глобальный гидрологический цикл весьма значителен. Сделано заключение о том, что пресная вода контролирует гидрологический и биогеохимический циклы, а также ус­ловия жизни населения.

3.Соответствие разработанных моделей реальной истории климата на Земле проверялось в рамках проекта «Глобальные.изменения в прошлом» (Past Global Changes). На основе анализа колонок льда с антарктической станции «Восток» за период примерно 100 тыс. лет сделан вывод о четкой корреляции между.содержанием в атмосфере диоксида углерода, метана и температурой, что, на первый взгляд, подтверждает существование пар­никового эффекта. Однако была обнаружена хорошая корреляция и между положением Земли относительно Солнца и циклами Миланковича¹ с пе­риодичностью в десятки тысяч лет. В любом случае, каковы бы ни были антропогенные изменения климата, они накладываются на его естествен­ные вариации, масштаб которых может превышать влияния, обусловлен­ные изменением поверхности Земли и эмиссии парниковых газов.

Дальнейшие исследования привели к принципиально новым заклю­чениям. Оказалось, что в хорошо изученном регионе Северной Атлантики большие и резкие изменения климата происходили в течение немногих десятилетий. Так, еще в 1989 г. анализ колонок льда в Гренландии пока­зал, что в конце дриаса произошло резкое потепление.

Результаты исследований льда в Гренландии и донных осадков в Северной Атлантике, проведенные европейскими и американскими спе­циалистами и опубликованные в 1993 г., подтвердили большие и быст­рые колебания температуры, которые происходили на протяжении 110 тыс. лет и превосходили колебания за последние 10 тыс. лет. Так, подъем температуры на 5°С мог происходить за несколько десятилетий. Ключевую роль в изменении климата играла циркуляция глубоких вод.

Молодой дриас занял 1700170 лет и закончился внезапным подъе­мом температуры на 7°С и удвоением атмосферных осадков 11,64 тыс. лет назад. Затем между 110 и 15 тыс. лет назад выявлено 23 стадии, длитель­ностью от 500 до 2000 лет с резкими, на много градусов изменениями температуры, удвоением аккумуляции снега, увеличением на порядок

¹ Циклы Миланковича отражают вариации орбитальных параметров.

пыли и морской соли, чередованием слоев, насыщенных метаном, с хо­лодными, сухими, пылевыми промежутками, содержащими мало мета­на. Данные для этого периода хорошо согласуются с данными антаркти­ческой станции «Восток», тогда как данные, относящиеся ко времени более 110 тыс. лет назад, расходятся.

Таким образом получены значительные расхождения данных из раз­ных регионов. Переход от дриаса к пребореальному климату 1,5 тыс. лет назад был очень резким, и температура в Центральной Гренландии воз­росла за несколько десятилетий на 7°С. Еще быстрее менялись осадки, удваиваясь за 1-3 года. Перестройка циркуляции атмосферы происходи­ла в течение 5-20 лет. В Норвежском море температура изменилась на 5°С менее чем за 40 лет. В конце последнего ледникового максимума темпе­ратура в Северо-Восточной Атлантике поднялась на 10°С за 400 лет.

Американские специалисты полагают, что события быстрого похоло­дания возможны в течение нынешнего межледниковья. Современное меж-ледниковье в голоцене и прошлое 130-120 тыс. лет назад имеют много сход­ного: они относительно короткие (10 тыс. лет) и начинаются колеблющим­ся, но довольно быстрым потеплением, завершающим ледниковый период. Потепление затем переходит в постепенное похолодание. Начиная с 5 тыс. лет назад и особенно быстро 2,5 тыс. лет назад высокие широты охлажда­лись; причины последнего потепления остались неясными.

В целом ответ на изменение инсоляции — нелинейный, особенно в Северной Атлантике и прилежащих континентах, что свидетельствует о ведущей роли периодических изменений циркуляции океана в изменении климата. Палеоклиматические данные указывают на то, что климатичес­кая система в течение последнего ледниковья и, возможно, межледни­ковья переключалась за немногие годы-десятилетия с одного режима на другой, существенно отличный от первого.

Выводы из исследований по проекту «Past Global Changes» таковы:

1.Антропогенные влияния накладываются на естественную изменчи­вость природных процессов, понимание и прогноз последствий возрас­тания концентрации парниковых газов требуют соответствующих знаний.

2.Ледяные керны указывают на резкое возрастание концентрации парниковых газов за последние 100 лет, до этого времени она была от­носительно постоянной.

3.Ледяные керны указывают на параллельное изменение концентра­ции парниковых газов и глобальной температуры.

4. Комплекс палеоклиматических данных: древесные кольца, льды, осадки,— показывают, что климат в прошлом менялся гораздо сильнее, чем за последние 150 лет (в период инструментальных наблюдений).

5. Воздействие изменений климата на природные системы в прошлом было глубоким и далеко превосходящим то, которое допускает современ­ное общество. В палсоклимате отмечено изменение уровня озер, режима рек, случаи экстремальных событий (засухи, наводнения). При повторе­ния этих событий в будущем к ним могут не адаптироваться многие со­циальные и экономические системы.

6. На промежутках времени больших, чем межледниковье, в котором мы живем, система атмосфера-океан в высокой степени нестабильна. Резкие колебания климата, происходящие на протяжении немногих де­сятилетий, связаны с мощными изменениями циркуляции океана.

Если глобальный тепловой баланс Земли действительно зависит от парникового эффекта, накладывающегося на космические закономерно­сти поступления энергии от Солнца, то региональные особенности кли­мата определяются прежде всего колебаниями циркуляции вод океана в масштабах десятилетий. Предположительно, эти изменения обусловлены подповерхностными течениями, связанными с меридиональным перено­сом тепла или холода.

Таким образом, хронология палеоклиматических событий показала большую изменчивость климатической системы вне всякого влияния человека. Размах естественных колебаний превосходил возможные изме­нения климата под влиянием парникового эффекта газов, поступающих в атмосферу за последние два столетия в результате антропогенного воз­действия. Например, содержание метана в современной атмосфере Зем­ли в 6 раз превышает его максимальное содержание 150 тыс. лет назад, полностью изменился растительный покров в зоне распаханных степей.

Высказывают мнение, что человечество должно приспосабливаться к изменению климата или минимизировать влияние на природные сис­темы, а не пытаться регулировать процесс.

В результате работ по МГБП интерес значительно сместился от гло­бальной циркуляции атмосферы к циркуляции воды в океане. В рамках проекта «Изучение глобальных потоков в океане» (Joint Global Ocean Flux Study) установлено, что океан играет важную роль в меридиональном переносе тепла к полюсам, модифицируя глобальный климат.

Предположение о том, что океан меняется очень медленно, оказа­лось.неверным. По Атлантическому океану к западу от Англии прокаты­ваются тепловые волны с амплитудой 0,05°С в десятилетний период. В субтропиках за последние 45 лет вода на глубине 1100 м нагревалась на 1°С за столетие, что было обусловлено смещением вертикальной структуры океана. Напротив, вода Северной Атлантики за последнее десятилетие охладилась на 1,15°С и опреснилась. В отдельных критических зонах неболь­шие колебания в плотности воды, обусловленные вымороженном или таянием, могут существенно повлиять на латеральное движение воды под поверхностью и, соответственно, на перенос тепла и климат.

Точка зрения на океан как резервуар тепла с разделением на две стратифицированные зоны — поверхностную и глубоководную, не оправ­далась. Критической для климата европейской части России оказалась глобальная циркуляция вод океана.

Итогом работ по МГБП в целом является падение интереса к пар­никовому эффекту и смещение приоритетов в сторону использования Земли и изменения ее покрова, устойчивого развития, а также уязви­мость систем, доступность воды, здоровье человечества.

Дата добавления: 2014-11-29