6 лет назад
Нету коментариев

Ученые и практики неоднократно обращались к вопросу, а что если растопить полярные льды, освободить Землю от оледенения и тем самым значительно улучшить климат Арктики. Появится возможность полнее использовать природные ресурсы арктических и субарктических районов, развивать земледелие за полярным кругом и т. д. П. М. Борисов, например, считал, что полярные льды можно растопить, построив плотину в Беринговом проливе для перекачки воды из Берингова моря в Северный Ледовитый океан. Некоторые зарубежные ученые, в частности Г. Флетчер (1966), пришли к выводу о целесообразности растопления льдов Арктики при помощи атомной энергии. Приведенные варианты решения одной проблемы основаны на различных подходах. Вариант П. М. Борисова — пример преднамеренного косвенного воздействия на оледенение через изменение циркуляции путем строительства плотины и перекачки вод, т. е. носит характер управления. Второй вариант предполагает подход к природе с позиции силы: выработке гигантского количества энергии для растопления льда, т. е. путем прямого воздействия на термодинамический процесс.

Целесообразность изменения состояния географической оболочки в северном полушарии в определенной мере зависит от того, насколько устойчиво состояние оледенения и создаваемой искусственно «безледовой» обстановки. Если равновесие в одном из случаев устойчиво, тогда система самопроизвольно будет возвращаться к нему, будучи выведенной из такого состояния.

М. И. Будыко (1969) доказал, что теоретически оба состояния Арктики — ледовое и безледное — неустойчивы. Следовательно, с помощью управляющих воздействий можно перевести систему из одного состояния в другое. Одним из возможных способов такого перехода может быть уже разобранный выше. Льды Арктики могут растаять самопроизвольно при уменьшении облачности в Северной части Атлантического океана и снижении скорости испарения влаги с его поверхности в этом районе. В результате температура океанских вод, поступающих из Северной Атлантики в Северный Ледовитый океан, повысится, следовательно, усилится приток теплоты в Северный Ледовитый океан. Благодаря неустойчивому термическому равновесию, свойственному Арктике, состояние равновесия сдвинется (на основании принципа Ле Шателье) в направлении внешнего воздействия, т. е. в сторону повышения температуры, что и приведет к желаемому результату — повышению температуры.

На основани данных о загрязнении Северной Атлантики нетрудно сделать вывод о том, что развитие системы непреднамеренно идет по пути, теоретически разработанному М. И. Будыко. Хорошо ли это? Стоит ли (если подходить к этому комплексно) растапливать льды или же необходимо их сохранять?

Известно, что состояние оледенения Арктики присуще Земле относительно недолго. Палеогеографический (палеоизотопный) анализ позволяет установить, какими были температуры в Арктике и в других районах Мирового океана при безледном режиме, а палеопедологические, палеоланд-шафтные исследования дают сведения о состоянии наземных ландшафтов и положении географических зон в прошлом.

Изменение температуры по широтам в ледниковом климате

Изменение температуры по широтам в ледниковом климате

На рис. V. 12 показано изменение температур по широтам (в средних и высоких широтах) в ледниковом климате. Из данных графика видно, что на широтах 60—90°, т. е. в Субарктике и Арктике, благодаря полярным льдам температура ниже по отношению к температуре неледникового климата на 12—15 °С, в умеренных и низких широтах — не более чем на 5°С. Из данных графика также следует, что наличие полярных льдов увеличивает температурный контраст между низкими и высокими широтами. Теоретически вычисленные температуры для безледного режима в Арктике приведены в табл. V. 8 (по М. И. Будыко, 1969).

T_5_8

Из данных таблицы видно, что распределение температур в Арктике типичное для морского климата северо-западной Европы. Теоретические результаты хорошо согласуются с палеоклиматическими реконструкциями. В целом в Арктике температура воды зимой не снижается до точки замерзания морской воды. В отдельных районах такое замерзание вероятно. При естественных флуктуациях климата могут чередоваться годы с образованием льда и без образования льда.

С возникновением ледяного покрова увеличивается альбедо, следовательно, снижается приходная часть радиационного баланса. Поэтому при замерзании и образовании ледяных полей соответственно изменяется радиационный баланс Арктики в сторону уменьшения. Это может привести к возобновлению оледенения по схеме управления с положительной обратной связью. Последнее свидетельствует о неустойчивости безледного состояния Арктики. Следовательно, воздействие на оледенение Арктики в виде разового растопления льдов может оказаться неэффективным. (Вспомним пример с механическим аналогом радиационного баланса: один раз резко изменить уровень воды в сосуде — не значит изменить состояние динамического равновесия. Оно самовосстановится на прежнем уровне.) Воздействие должно быть пусть слабым, но постоянным (типа изменения циркуляции вод, изменения испарения с поверхности океана и т. д.).

Остается открытым вопрос: как повлияет уничтожение оледенения Арктики на природу земного шара в целом? Выше уже отмечалось,-«то оледенение обеспечивает повышенную разность температур между низкими и высокими широтами, так как средняя температура в высоких широтах в ледниковом климате на 15°С ниже, чем в неледниковом, а зимняя температура еще ниже (до 40°С). Эффективность работы тепловой машины определяется разностью температур нагревателя и холодильника. В машине первого рода нагревателем служит экваториальная, холодильником — полярные области. Температура нагревателя под влиянием оледенения понижается незначительно, а температура холодильника — существенно. Таким образом, под воздействием оледенения Арктики усиливается меридиональный перенос тепла в системе планетарной циркуляции атмосферы. Видимо, это относится и к океанским тепловым машинам третьего рода. Как известно, меридиональный градиент температур — движущая сила всей системы планетарной циркуляции атмосферы. Уменьшение градиента в случае таяния льда приведет к снижению интенсивности циркуляции, а это скажется на глобальном климате.

Известно, что флуктуации погоды и климата в Европе в значительной мере определяются преобладанием меридиональной или широтной циркуляции, т. е. действием тепловых машин первого или второго рода соответственно. Снижение меридионального градиента температур ведет к ослаблению действия машины первого рода, т. е. меридионального переноса тепла, и соответствующему усилению широтного переноса. Усиление широтного переноса особенно существенно отражается на климате умеренных широт (увеличение облачности, повышение зимних температур, снижение радиационного баланса и т. д). В связи с уменьшением оттока тепла от экваториальных районов их температура повысится.

Наконец, таяние льдов Арктики не пройдет бесследно для Гренландии и для южного полушария. Средняя температура льда Гренландии незначительно ниже нуля, т. е. ледяной щит находится в состоянии неустойчивого равновесия со средой. Таяние материкового ледяного щита под влиянием потепления неизбежно. В таком случае включается механизм положительной обратной связи: уменьшение площади ледника — снижение его охлаждающего влияния — повышение уровня океана — уменьшение альбедо в освободившейся ото льда зоне — потепление — дальнейшее уменьшение площади льда и т. д. В результате таяния ледника Гренландии уровень Мирового океана поднимется на 10 м. Это приведет к уменьшению площади суши, судя по гипсографической кривой Земли, на несколько миллионов квадратных километров, к смягчению климата Земли, в особенности в зимний период.

Смягчение температурных контрастов между арктическими широтами и экваториальными областями вызовет повышение температуры в последних. Возрастет температурный градиент между экваториальными областями и Антарктикой, а также между северным и южным полушариями. Последнее, в свою очередь, усилит меридиональный перенос тепла в южное (более холодное) полушарие. Возникнет (усилится) термическая диссимметрия Земли: южное полушарие станет холодильником по отношению к северному. В связи с этим произойдут изменения глобальных систем циркуляции, возможно, деградация оледенения Антарктики. Таяние ледников Антарктики, несомненно, явится бедствием для населения земного шара, так как приведет к заметному повышению уровня Мирового океана (суммарно до 60 м), т. е. затоплению суши до указанной изогипсы. Большая часть наиболее обжитых и освоенных районов, в том числе многие житницы мира, окажутся затопленными. Такие крупные изменения неизбежно приведут к неравномерному перемещению системы географических зон. На консервативные компоненты и элементы ландшафта (кора выветривания, почва) будут накладываться не свойственные им подвижные элементы и компоненты (тип климата, увлажнение, растительность). В результате на всем земном шаре установится переходный процесс в ландшафтах, вплоть до выработки нового состояния равновесия. Пока нет возможности хотя бы приблизительно судить о характере изменений ландшафтов, поэтому можно только воспользоваться палеогеографическими реконструкциями для межледниковий. По К. К. Маркову (1960), в межледниковые эпохи смещения ландшафтных зон составляли 5—15° широты, причем зоны высоких широт смещались существеннее, чем низких. Элементы прежних зон на той же территории включались в состав новой системы зональности, возникали реликтовые элементы, усложнялась общая структура ландшафтов.

Таким образом, частное изменение — возникновение и развитие или деградация оледенения — оказывает всеобщее воздействие на географическую оболочку. Механизм превращения частного воздействия во всеобщее в условиях географической оболочки рассмотрен в ряде работ.

Под действием морских и материковых льдов возрастает меридиональный градиент температуры, так как вследствие уменьшения радиационного баланса (возрастания альбедо) снижается нагрев высокоширотных районов. Нарастание градиента усиливает циркуляцию, причем перенос воздуха из низких широт и увеличение скорости ветра способствуют увеличению облачности, а также выпадению осадков. Возникает положительная обратная связь, потому что следствия усиления циркуляции способствуют дальнейшему возрастанию меридиональных контрастов: увеличению облачности, выпадению осадков (частично) в виде снега. Оледенение способствует дальнейшему повышению суровости климата в высоких широтах. Если этот процесс приведет к охлаждению океана, повысится растворимость СО2 в океанической воде, следовательно, уменьшится парниковый эффект и еще более возрастет суровость и контрастность климата.

При разрушении оледенения все описанные процессы происходят в обратном направлении также по схеме положительной обратной связи, т. е. с самоусилением. Спрашивается, почему же тогда и безледный режим, и состояние оледенения являются неустойчивыми?

Неустойчивость объясняется возникновением автоколебаний в системе земная поверхность — атмосфера — океан — оледенение последний элемент существует периодически). Автоколебания обусловлены различной инерционностью (разным характерным временем, временем релаксации) элементов системы.

Например, океан оказывается самым инертным элементом. Это связано с особым свойством морской воды — максимальной плотностью при температуре замерзания. В силу этого океан не может замерзнуть с поверхности, не охладившись на значительную глубину (охлаждающаяся вода из-за высокой плотности постоянно будет погружаться, не достигнув точки замерзания). Огромное значение при замерзании (образовании льда) имеет приток пресных вод, которые из-за малой плотности растекаются по поверхности океана. Пресная вода, охлаждаясь ниже +4°С, всплывает на поверхность, так как ее плотность при этом уменьшается.

Итак, соленая океанская вода, охлаждаясь, приобретает повышенную плотность и погружается; в силу огромной теплоемкости океана потребуется длительное охлаждение для того, чтобы замерзание стало устойчивым. По данным моделирования, выполненного С. Я. Сергиным (1968), переходный период для океана длится около 25 тыс. лет (см. рис. III. 27 и рис. V. 4). С точки зрения человеческой истории 25 тыс. лет — огромный отрезок времени. Но важно не только то, что льды, растаяв, возникнут вновь через 25 тыс. лет. Более важно то, что система, будучи выведенной из неустойчивого равновесия, перейдет в автоколебательный режим. Практически это означает постоянную изменчивость в пространстве и времени основных характеристик погоды. Нестабильность погодноклима-тических условий в ряде случаев приводит к существенным потерям урожая, нарушению планов народнохозяйственного развития страны, так как не позволяет учесть флуктуации погоды и приспособиться к географическим условиям ни в каждой конкретной территории, ни в стране в целом.

Общий вывод следующий: оба состояния географической оболочки — ледниковое и неледниковое — неустойчивы. Это свидетельствует о том, что всякое изменение, если оно воздействует на оледенение, приводит к возникновению неустойчивого колебательного режима взамен неустойчивого равновесного (метастабильного). При существующей тенденции потепления климата Земли задача состоит в сохранении оледенения Арктики, чтобы через системы положительной обратной связи этот процесс потепления и деградации оледенения не усилился до катастрофических масштабов.

Поскольку невозможно исключить воздействия антропогенной деятельности, приводящие к потеплению, необходимо включение механизмов управления, которые бы нейтрализовали тенденцию непреднамеренного направленного изменения природы и направленно вели бы к восстановлению равновесного состояния. Стремление же к растоплению льдов представляется по крайней мере преждевременным.

Учитывая, что использование тонких механизмов управления обеспечивает значительный эффект при малом воздействии на управляющий механизм, необходима основательная разработка моделей планетарного прогноза и управления на количественном уровне, поскольку процессы изменения, будучи необратимыми, могут привести к отрицательным последствиям.

По расчетам М. И. Будыко, при положительной аномалии летних температур воздуха, равной 4 °С, лед толщиной 4 м растает в Арктике за четыре года, после чего оледенение будет иметь сезонный характер. Этот расчет свидетельствует о крайне большой опасности непреднамеренного направленного изменения климата и ландшафта Земли под влиянием антропогенной деятельности.