2. Как изменился климат?

Вид с воздуха на реку Норман, впадающую в залив Карпентария на крайнем севере Квинсленда. Фото: ©iStockphoto.com/John Carnemolla

Климат в прошлом сильно менялся в различных временных масштабах

Ученые используют специализированное оборудование для измерения и регистрации погоды и климата с 1850 года. Спутник NASA Global Precipitation Measurement (GPM) Core Observatory предназначен для наблюдения за дождем и снегом по всему миру. Визуализация: НАСА

Климат Земли резко менялся много раз с тех пор, как планета образовалась 4,5 миллиарда лет назад. Эти изменения были вызваны изменением конфигурации континентов и океанов, изменениями интенсивности Солнца, изменениями орбиты Земли и извержениями вулканов.

Естественные колебания концентрации парниковых газов в атмосфере, эволюция жизни и удары метеоритов также вызывали изменение климата в прошлом. Несколько миллионов лет назад, например, глобальная средняя температура была на несколько градусов выше, чем сегодня, а теплые тропические воды простирались намного дальше от экватора, что привело к совершенно иным моделям циркуляции океана и атмосферы по сравнению с сегодняшним днем.

За последний миллион лет глобально усредненная температура поверхности Земли поднималась и опускалась примерно на 5°C в циклах ледникового периода примерно каждые 100 000 лет (рис. 2.1a). В самый холодный период последнего ледникового периода, около 20 000 лет назад, уровень моря был как минимум на 120 метров ниже, чем сегодня, потому что больше воды было заперто на суше в полярных ледяных щитах. Последние 8000 лет, которые включают в себя большую часть зарегистрированной истории человечества, были относительно стабильными в более теплом конце этого температурного диапазона. Эта стабильность позволила заниматься сельским хозяйством, постоянными поселениями и ростом населения.

Большинство прошлых изменений глобальной температуры происходило медленно, в течение десятков тысяч или миллионов лет. Однако есть также свидетельства того, что произошли некоторые резкие изменения, по крайней мере, в региональном масштабе. Например, во время последнего ледникового периода температура в регионе Северной Атлантики изменилась на 5°C и более всего за несколько десятилетий, вероятно, из-за внезапных коллапсов ледяных щитов Северного полушария или изменений океанских течений.

Рисунок 2.1: Прошлые изменения температуры соответствуют изменениям содержания CO 2 в различных временных масштабах. На этих графиках показаны изменения долгосрочной средней температуры (oC) и средней концентрации CO 2 в атмосфере (частей на миллион) за последние (a) 800 000 лет, (b) 2 000 лет и (c) 160 лет. Изменения температуры на (а) относятся к Антарктиде, а для (б) и (в) — это глобальные средние значения. Источник: составлено из различных общедоступных источников данных, как показано во вставке 2.1. Годичные кольца деревьев являются одним из источников данных об изменении климата за сотни лет. от LandLearn NSW

Прошлые записи показывают, что глобальный климат чувствителен к небольшим, но постоянным воздействиям.

Циклы ледникового периода были инициированы небольшими изменениями вращения Земли и ее орбиты вокруг Солнца. Это изменило сезонное и широтное распределение солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Измерения из климатических архивов, таких как ледяные керны (вставка 2. 1), показывают, что изменение температуры вызывало изменения других климатических факторов, таких как концентрация двуокиси углерода (CO 2 ) в атмосфере (рис. 2.1а), усиливая начальные возмущения. В теплые периоды основные парниковые газы CO 2 и метан выбрасывались в атмосферу, а отступающие ледяные щиты отражали меньше солнечного света в космос. Эти наблюдения подтверждают, что климатическая система чувствительна к небольшим возмущениям, которые могут усиливаться за счет усиления процессов обратной связи. Точно так же климатическая система сегодня чувствительна к возмущениям, вызванным человеческим влиянием.

Вставка 2.1. Как мы обнаруживаем изменение климата?

Выявление изменений температуры глобального масштаба требует частых наблюдений во многих местах по всему миру. Термометры, дождемеры и другие простые инструменты использовались для измерения климатических переменных, начиная с середины 19 века. Со временем качество, разнообразие и количество наблюдений улучшились. С 1970-х годов сложные датчики на околоземных спутниках обеспечивают практически глобальный охват многих климатических переменных. Благодаря тщательному анализу данных, собранных с помощью этих методов (с точным учетом изменений в типах приборов, методах наблюдений, расположении приборов и городских районах), стало возможным нанести на карту распределение температуры и других климатических изменений с конца XIX века.век.

Для изучения климатических изменений, произошедших до проведения прямых измерений, ученые используют косвенные данные из других источников, фиксирующих климатический сигнал. К ним относятся климатические сигналы, закодированные в составе ледяных кернов, кораллов, отложений в океанах и озерах и годичных кольцах деревьев. Все эти записи закладываются последовательно во времени по мере роста организма или накопления отложений. Ледяные керны полярных ледяных щитов, которые образовались из снега, отложившегося от десятков до сотен тысяч лет, содержат данные как о прошлых концентрациях CO 2 и температура. Когда снег превращается в лед, он захватывает воздух в закрытые пузырьки, которые дают образец прошлого состава атмосферы, а соотношение стабильных изотопов кислорода или водорода в молекуле воды связано с температурой в то время, когда выпал снег. Более поздние исторические изменения можно выявить, проанализировав письменные и изобразительные записи, например, изменения площади ледников.

Вставка 2.2. Остановилось ли в последнее время потепление климата?

Согласно большинству оценок, темпы среднего приземного потепления с 2001 года замедлились, несмотря на продолжающийся рост выбросов парниковых газов. Это замедление согласуется с известной изменчивостью климата. Действительно, в течение последнего столетия можно наблюдать десятилетия незначительного температурного тренда или его отсутствия, наложенного на долгосрочный тренд потепления.

Два основных фактора способствовали недавнему периоду замедления приземного потепления. Во-первых, десятилетняя изменчивость в системе океан-атмосфера привела к перераспределению тепла в океане, особенно в восточной и центральной частях Тихого океана.

Это вызвало потепление на глубине и охлаждение поверхностных вод и нижних слоев атмосферы в этом регионе. Во-вторых, в игру вступило несколько временных факторов глобального похолодания, включая необычно слабую солнечную активность (вставка 3.1), повышенное образование аэрозолей и вулканическую активность.

Ни одно из этих влияний вряд ли сохранится в долгосрочной перспективе. Более того, несмотря на замедление потепления на поверхности, продолжается увеличение экстремальных температур и теплосодержания океанов, а также повышение уровня моря, сокращение арктического морского льда и продолжающееся таяние ледяных щитов и ледников. Некоторые модели предсказывают, что, когда текущее замедление закончится, возобновится быстрое потепление.

Ученые используют образцы ледяных кернов для реконструкции климатических данных за сотни тысяч лет. НАСА/Лора Кениг

Средняя глобальная температура повысилась за последнее столетие

Климат и уровень моря были относительно стабильными на протяжении тысячелетий истории человечества вплоть до XIX века, хотя и с некоторыми колебаниями (рис. 2.1b). Однако в период с 1850 по 2012 год средняя глобальная приземная температура воздуха повысилась примерно на 0,8 °C (рис. 2.1c). Темпы потепления увеличились в середине 1970-х годов, и каждое из последних трех десятилетий было теплее, чем все предыдущие десятилетия с 1850 года. Последнее десятилетие было самым теплым из них. Спутниковые наблюдения и прямые измерения также показывают потепление в нижних слоях атмосферы за последние три десятилетия. Напротив, атмосфера на высоте около 15 км (стратосфера) за это время остыла.

Температура океанов также повысилась. Более 90% всего тепла, аккумулированного в климатической системе в период с 1971 по 2010 год, хранится в океанах. Наибольшее потепление океана произошло вблизи поверхности: в период с 1971 по 2010 год верхние 75 м океана нагревались в среднем на 0,11 °C каждое десятилетие.

Изменения очевидны во многих частях климатической системы

Изменения согласующееся с повышением глобальной температуры, наблюдалось во многих других компонентах климатической системы.

  • Горные ледники сокращаются и способствуют глобальному повышению уровня моря примерно с 1850 года. Таяние значительно ускорилось в 1990-х годах.
  • Гренландский и Западно-Антарктический ледяные щиты потеряли лед с 1990 г., что еще больше способствовало повышению уровня моря, как обсуждалось в Вопросе 6. Это связано с увеличением сброса льда в океан, а также усилением поверхностного таяния в Гренландии. Скорость потерь из Гренландии, похоже, увеличивается.
  • Площадь Северного Ледовитого океана, покрытая морским льдом, значительно уменьшилась с 1987 в течение всего года и особенно летом. Толщина льда также уменьшилась более чем на 30% за последние 30 лет.
  • В Южном океане наблюдаются сильные региональные различия в изменении площадей, покрытых морским льдом, но небольшое увеличение общей площади, обусловленное сдвигами ветров и океанских течений в потеплении Южного океана. Усиление циркумполярных ветров вокруг Антарктиды также частично связано с истончением озонового слоя.
  • Количество водяного пара в атмосфере увеличилось с 19 века.80 с, что соответствует более теплому воздуху (вставка 1.3).
  • Поверхность океана в дождливых частях мира становится менее соленой, что согласуется с разбавлением пресной воды из-за увеличения количества осадков.
  • Некоторые океанские течения изменились в ответ на изменения поверхностных ветров, температуры и солености океана. Изменения включают смещение к югу Антарктического циркумполярного течения и усиление проникновения на юг Восточно-Австралийского течения.
  • Растущее число растений и животных на суше и в океанах претерпевает изменения в своем распределении и жизненном цикле, которые согласуются с наблюдаемыми изменениями температуры.

Существуют региональные различия в изменении климата, в том числе в Австралии

За последние 100 лет температура повысилась почти на всем земном шаре; темпы роста были самыми высокими во внутренних районах континентов (рис. 2.2). Средние температуры поверхности над австралийским континентом и окружающими его океанами увеличились почти на 1°C с начала 20-го века (рис. 2.3). Семь из десяти самых теплых лет за всю историю наблюдений в Австралии пришлись на период с 2002 г. Однако по всей Австралии существуют различия: в некоторых регионах потепление происходило быстрее, а в других наблюдалось относительно небольшое потепление (рис. 2.3 справа).

С середины 1990-х годов наблюдалось значительное увеличение количества осадков в сезон дождей на северо-западе Австралии (рис. 2.4 слева), тенденция к снижению на юго-западе Австралии и снижение на 15 % количества осадков поздней осенью и ранней зимой на юго-востоке (рис. 2.4 справа). ).

Рисунок 2.2: Приземная температура повысилась на большей части мира с 1901 года. На этой карте показано распределение изменения средней температуры между 1901 и 2012 годами. Адаптировано из IPCC (2013), Пятый оценочный отчет, Рабочая группа 1, рисунок 2.21 . Рисунок 2.3: Температура над Австралией и в окружающем ее океане повысилась с начала 20-го века, хотя существуют региональные различия. На графике слева показаны отклонения от среднего значения температуры поверхности моря и температуры над сушей в австралийском регионе за 1961–1990 гг.; На карте справа показано распределение среднегодовых изменений температуры по Австралии с 1910 года. Адаптировано из BOM/CSIRO State of the Climate 2014. Рисунок 2.4. Недавнее количество осадков в северной Австралии было выше среднего в северный сезон дождей, а в южной Австралии в южный сезон дождей было суше. На картах показано относительное ранжирование (с шагом 10 %) количества осадков с июля 1995 г. по июнь 2014 г. по сравнению со средним значением с 1900 г. для (слева) сезона дождей в северной Австралии (октябрь–апрель) и (справа) сезона дождей в южной Австралии (апрель). –ноябрь). Адаптировано из BOM/CSIRO State of the Climate 2014.

Предыдущее содержание Далее

Изменение климата Земли

Климат — это долгосрочный характер погоды в определенной области.

Погода может меняться от часа к часу, ото дня ко дню, от месяца к месяцу и даже от года к году. Однако в течение 30 лет и более наблюдаются отчетливые погодные условия. В пустыне может быть дождливая неделя, но в долгосрочной перспективе в регионе выпадает очень мало осадков. Здесь сухой климат.

Поскольку климат в основном постоянен, живые существа могут адаптироваться к нему. Белые медведи приспособились сохранять тепло в полярном климате, а кактусы эволюционировали, чтобы удерживать воду в сухом климате. Огромное разнообразие жизни на Земле во многом обусловлено разнообразием существующего климата.

Климат меняется, но очень медленно, в течение сотен или даже тысяч лет. По мере изменения климата организмы, обитающие в этом районе, должны адаптироваться, переселяться или рискуют исчезнуть.


Изменение климата Земли

Климат Земли менялся много раз. Например, окаменелости мелового периода (от 144 до 65 миллионов лет назад) показывают, что Земля была намного теплее, чем сегодня. Ископаемые растения и животные, которые обычно живут в теплых средах, были обнаружены на гораздо более высоких широтах, чем те, в которых они могли бы выжить сегодня. Например, хлебное дерево ( Artocarpus altilis ), которое сейчас встречается на тропических островах, росло на севере до самой Гренландии.


Земля также пережила несколько крупных ледниковых периодов — как минимум четыре за последние 500 000 лет. В эти периоды температура Земли снижалась, что приводило к расширению ледяных щитов и ледников. Самый последний ледниковый период начался около двух миллионов лет назад и достиг пика около 20 000 лет назад. Ледяные шапки начали отступать 18 000 лет назад. Однако полностью они не исчезли. Их присутствие в Антарктиде и Гренландии предполагает, что Земля все еще находится в своего рода ледниковом периоде. Многие ученые считают, что мы находимся в межледниковом периоде, когда повышение температуры привело к отступлению ледяных шапок. Через много столетий ледники могут снова наступить.

Климатологи ищут доказательства изменения климата в прошлом в самых разных местах. Подобно неуклюжим преступникам, ледники оставляют за собой множество улик. Они царапают и очищают камни во время движения. Они откладывают отложения, известные как ледниковые тиллы. Эти отложения иногда образуют насыпи или хребты, называемые моренами. Ледники также образуют холмы удлиненной овальной формы, известные как драмлины. Все эти географические особенности суши, на которой в настоящее время нет ледников, позволяют предположить, что когда-то здесь были ледники.

У ученых также есть химические свидетельства ледниковых периодов из отложений и осадочных пород. Некоторые породы образуются только из ледникового материала. Их присутствие под океаном или на суше также говорит ученым о том, что когда-то в этих районах присутствовали ледники.

У ученых также есть палеонтологические доказательства — окаменелости. Окаменелости показывают, какие виды животных и растений жили в определенных районах. Во время ледниковых периодов организмы, приспособленные к холодной погоде, могут увеличивать свой ареал, приближаясь к экватору. Организмы, приспособленные к теплой погоде, могут потерять часть своей среды обитания или даже вымереть.

Климатические изменения происходят и в течение более коротких периодов. Например, так называемый малый ледниковый период продлился всего несколько сотен лет, достигнув своего пика в 16-м и 17-м веках. В это время средние глобальные температуры были на 1-1,5 градуса Цельсия (2-3 градуса по Фаренгейту) ниже, чем сегодня.


Изменение на один или два градуса может показаться не таким уж большим, но этого было достаточно, чтобы вызвать довольно серьезные эффекты. Например, ледники становились все больше и иногда покрывали целые горные деревни. Зимы были длиннее, чем обычно, что ограничивало вегетационный период урожая. В Северной Европе люди покидали фермы и деревни, чтобы не умереть с голоду.


Ученые узнали о Малом ледниковом периоде, изучая годичные кольца деревьев, которым более 300 лет. Толщина годичных колец связана с годовым приростом деревьев. Это, в свою очередь, связано с изменением климата. Во время засухи или холода деревья не могли расти так сильно. Кольца будут ближе друг к другу.


Некоторые изменения климата почти предсказуемы. Одним из примеров регулярного изменения климата является потепление поверхностных вод тропической восточной части Тихого океана. Это потепление называется «Эль-Ниньо» — «Дитя», потому что обычно оно начинается около Рождества. В обычные годы пассаты постоянно дуют над океаном с востока на запад, увлекая за собой теплые поверхностные воды в том же направлении. Это создает неглубокий слой теплой воды в восточной части Тихого океана и скопление теплой воды на западе. Каждые несколько лет нормальные ветры ослабевают, а океанские течения меняются местами. Это Эль-Ниньо. Теплые воды углубляются в восточной части Тихого океана. Это, в свою очередь, приводит к кардинальным изменениям климата. Дожди уменьшаются в Австралии и на юге Азии, а на острова Тихого океана и западное побережье Америки могут обрушиваться невероятные штормы. В течение года или двух Эль-Ниньо заканчивается, и климатические системы возвращаются в норму.

Естественные причины изменения климата

Климатические изменения происходят по разным причинам. Некоторые из этих причин связаны с атмосферой Земли. Изменение климата, вызванное Эль-Ниньо, которое зависит от ветров и океанских течений, является примером естественных атмосферных изменений.

На естественное изменение климата также могут влиять силы за пределами атмосферы Земли. Например, 100 000-летние циклы ледниковых периодов, вероятно, связаны с изменениями наклона земной оси и формы ее орбиты вокруг Солнца. Эти планетарные факторы медленно меняются со временем и влияют на то, сколько солнечной энергии достигает разных частей мира в разные сезоны.


Воздействие крупных метеоритов на Землю также может вызвать изменение климата. Удар метеорита выбросит в атмосферу миллионы тонн мусора. Этот мусор блокировал бы по крайней мере часть солнечных лучей, делая его холодным и темным. Это изменение климата серьезно ограничит выживание организмов. Многие палеонтологи считают, что вымиранию динозавров способствовало падение метеорита или кометы. Динозавры просто не могли выжить в прохладном темном климате. Их тела не могли приспособиться к холоду, а темнота ограничивала рост растений, которыми они питались.


Тектоника плит также играет роль в изменении климата. Континентальные плиты Земли сильно сдвинулись с течением времени. Более 200 миллионов лет назад континенты слились в один гигантский массив суши под названием Пангея. По мере того как континенты распадались и двигались, менялось их положение на Земле, менялось и движение океанских течений. Оба этих изменения повлияли на климат.

Изменения содержания парниковых газов в атмосфере также влияют на изменение климата. Такие газы, как углекислый газ, улавливают солнечное тепло в атмосфере Земли, вызывая повышение температуры на поверхности. Вулканы — как на суше, так и под океаном — выделяют парниковые газы, поэтому, если извержение достигает только тропосферы, дополнительные газы способствуют потеплению. Однако, если извержение достаточно мощное, чтобы достичь стратосферы, частицы отражают солнечный свет обратно в космос, вызывая периоды похолодания в регионе.


Человеческие причины изменения климата

Некоторые виды деятельности человека выделяют парниковые газы — например, сжигание ископаемого топлива для транспорта и электричества или использование технологий, увеличивающих производство мяса. Деревья поглощают углекислый газ, поэтому вырубка лесов на древесину или развитие способствует возникновению парникового эффекта. Как и заводы, которые выбрасывают загрязняющие вещества в атмосферу.


Многие ученые обеспокоены тем, что эта деятельность вызывает резкие и опасные изменения климата Земли. Средние температуры по всему миру повысились примерно с 1880 года, когда ученые начали их отслеживать. Семь самых теплых лет 20 века пришлись на 19 век.90-е. Эта тенденция к потеплению может быть признаком усиления парникового эффекта из-за деятельности человека. Это изменение климата часто называют «глобальным потеплением».

Глобальное потепление часто связано со сжиганием ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа — в промышленности и автомобилях. Потепление также связано с уничтожением тропических лесов. По оценкам Калифорнийского университета в Риверсайде и НАСА, деятельность человека увеличила количество углекислого газа в атмосфере примерно на 30 процентов за последние 150 лет.

Количество метана, сильнодействующего парникового газа, образующегося при разложении растительных и животных остатков, также увеличивается. Увеличение количества метана в атмосфере Земли обычно связано с развитием сельского хозяйства и промышленных технологий. По мере роста экономики население потребляет больше товаров и выбрасывает больше материалов. Крупные свалки, заполненные разлагающимися отходами, выбрасывают в атмосферу тонны метана.

Химические вещества хлорфторуглерода (CFC), гидрохлорфторуглерода (HCFC) и гидрофторуглерода (HFC) используются в холодильных и аэрозольных распылителях. Эти химические вещества также являются парниковыми газами. Многие страны работают над поэтапным прекращением их использования, а в некоторых действуют законы, запрещающие компаниям их производить.


Глобальное потепление


По мере увеличения доли парниковых газов в атмосфере повышается и температура Земли. Климатологи опасаются, что глобальная температура вырастет настолько, что ледяные шапки начнут таять в течение следующих нескольких десятилетий. Это приведет к повышению уровня моря. Прибрежные районы, в том числе многие низменные острова, будут затоплены. Резкое изменение климата может привести к более суровым погодным условиям — большему количеству ураганов, тайфунов и торнадо. В одних местах осадков выпало бы больше, а в других гораздо меньше. Районы, где сейчас растут сельскохозяйственные культуры, могут стать пустынями.

По мере изменения климата меняются и места обитания живых существ. Животные, которые живут в этом районе, могут оказаться под угрозой. Многие человеческие общества зависят от конкретных сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания, одежды и торговли. Если климат местности изменится, люди, которые там живут, больше не смогут выращивать урожай, от которого зависит их выживание. Некоторые ученые опасаются, что по мере потепления Земли тропические болезни, такие как малярия, вирус Западного Нила и желтая лихорадка, распространятся на регионы с более умеренным климатом.

Температура будет продолжать расти, если не будут приняты превентивные меры. Большинство климатологов согласны с тем, что мы должны уменьшить количество парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу. Есть много способов сделать это, в том числе:

  • Ехать меньше. Пользуйтесь общественным транспортом, автобазами, ходите пешком или катайтесь на велосипеде.
  • Меньше летать. Самолеты производят огромное количество парниковых газов.
  • Сокращение, повторное использование и переработка.
  • Посадить дерево. Деревья поглощают углекислый газ, не допуская его попадания в атмосферу.
  • Экономьте электроэнергию.
  • Ешьте меньше мяса. Коровы являются одним из крупнейших производителей метана.
  • Поддержка альтернативных источников энергии, которые не сжигают ископаемое топливо, таких как солнечная энергия и энергия ветра.

Климат менялся много раз в истории Земли, но изменения происходили медленно, в течение тысяч лет. Только после промышленной революции деятельность человека начала влиять на климат, и ученые все еще работают над тем, чтобы понять, какими могут быть последствия.

Краткий факт

Холодное потепление
Может ли текущая фаза изменения климата — глобальное потепление — вызвать новый Малый ледниковый период? Как бы странно это ни звучало, некоторые ученые считают, что да. Если тающие ледники высвободят большое количество пресной воды в океаны, это может нарушить работу океанского конвейера — важной системы циркуляции, которая перемещает морскую воду по всему земному шару.