Об энергии камчатского вулкана и его собратьев

увеличение концентрации углерода в атмосфере может отрицательно сказаться на культурах типа C4 (например, кукуруза и сорго), которые имеют более эффективный механизм фотосинтеза и могут не получить такого же ускорения роста как культуры типа C3.

Таблица 1. Влияние углерода на культуры типа C3 и C4:

Эти изменения могут привести к смещению предпочтительности различных культур в условиях глобального потепления и увеличения концентрации углерода.

Итак, из вышеизложенного видно, что глобальное изменение климата имеет сложное влияние на сельскохозяйственные культуры. Необходимо проводить более глубокие исследования и разработки новых методов адаптации для обеспечения устойчивости производства пищевых культур в условиях изменяющейся климатической среды.

Влияние глобального потепления на здоровье почв

Изменение климатических условий в связи с потеплением климата и повышением аридности будет способствовать усилению процессов засоления, в первую очередь, в гидроморфных почвах.

Влияние глобального потепления на сельскохозяйственное производство в различных зонах земного шара

Глобальное потепление приведет к существенному уменьшению урожайности в зонах прилегающих к экватору, но частично это будет скомпенсировано повышением использования углерода растениями С3 типа.

Более подробно можно рассмотреть на приложенном файле – Схема 2

Какой должна быть стратегия адаптации сельского хозяйства России к глобальным изменениям климата?

Академик Т. С. Мальцев заметил, что работа крестьянина напоминает шахматную партию, в которой погода имеет преимущество первого хода. Развивая эту аналогию, можно сказать, что с начала современного взрывного потепления, климат успел сделать более 30 ходов, а мировое сельское хозяйство, судя по последним докладам аналитических агентств до сих пор не имеет достаточно обоснованной стратегии реагирования, в связи с чем несет потери.

Стратегия – с максимальной эффективностью использовать рост тепловых ресурсов и одновременно стремиться к минимизации потерь, связанных с аридизацией климата. В последующих постах я обязательно буду рассматривать возможности различных технологий в компенсации негативного влияния глобального потепления.

При подготовке сообщения были использованы статьи:

• Результаты исследований изменений климата для стратегий устойчивого развития Российской Федерации, 2005

• Изменения климата и оценка последствий глобального потепления для сельского хозяйства, О. Д. Сиротенко, А. Д. Клещенко, В. Н. Павлова, Е. В. Абашина, А. К. Семендяев, 2011

• Глобальное потепление и сельское хозяйство, Уильям Р. Клайн, 2008

• Влияние глобального потепления климата на засоленность почв аридных регионов, Е. И. Панкова, М. В. Конюшко, 2013

Об энергии камчатского вулкана и его собратьев

Утром 11 апреля на Камчатке началось извержение вулкана Шивелуч — сильнейшее с 1964 года. Последовавший за ним пеплопад также стал самым обильным за 60 лет. Жители поселка Ключи Усть-Камчатского района (в поселке живет около 4500 человек) еще ночью услышали грохот, а вскоре и почувствовали запах сероводорода.

Извержение вулкана Шивелуч на Камчатке: последствия и интересные факты

Очевидцы рассказывали, что небо потемнело. Наступивший день можно было легко спутать с ночью. Жутко пахнет сероводородом. Ходим в противогазах. Воду из-под крана использовать нельзя. Машины глохнут на ходу, дорога перекрыта, мы — в ловушке, — говорили тем утром люди.

Последствия извержения

Вулкан выбросил пепел на высоту до 20 километров. Для сравнения: в памятном извержении Шивелуча 1964 года пепел поднялся вверх на 15 километров, а в 2017 году — на 12. Для сравнения: вулкан Везувий, погубивший легендарный город Помпеи в 79 году нашей эры, выбросил столб пепла на высоту 33 километра.

Поднявшееся вскоре после извержения Шивелуча облако пепла достигало 400 километров в ширину и 270 в высоту. Сильные пеплопады обрушились сразу на несколько населенных пунктов Усть-Камчатского района.

Шивелуч и братство огненного кольца

Полуостров Камчатка, в том числе и вулкан Шивелуч, входит в так называемое Тихоокеанское огненное кольцо. Это зона активно извергающихся вулканов, поражающая воображение своими размерами. Протяженность огненного кольца около 40 тысяч километров. Оно раскинулось на несколько континентов, охватывая побережья Азии, Новой Зеландии, Южной и Северной Америки. Кстати, именно в этом кольце находится самая глубокая в мире точка под уровнем моря — Марианская впадина, образовавшаяся несколько миллионов лет назад в результате смещения тектонических плит.

Около 90% всех землетрясений на Земле приходится на зону огненного кольца. Всего в этой зоне насчитывается 452 вулкана, что составляет более чем три четверти из всех спящих вулканов на планете.

Из 25 крупнейших извержений, произошедших за последние 12 тысяч лет, только три не имеют отношения к району расположения Тихоокеанского огненного кольца.

Шивелуч, образовавшийся примерно 60–70 тысяч лет назад, расположен на Камчатке в пределах горной системы Восточный хребет. Он занимает достойное место в огненном вулканическом кольце, — это самый северный активный вулкан полуострова Камчатка. Массив состоит из недействующего стратовулкана Старый Шивелуч высотой 3283 м, а также нового кратера, высотой 2800 метров. Старое название вулкана — Суелич — в переводе с языка коренных жителей Камчатки ительменов означает курящаяся гора.

Так ли страшен черт?

С самого начала, как только произошло извержение, жителям Усть-Камчатского района было рекомендовано оставаться в домах, не выходить на улицу без острой необходимости. Те, кому все же приходилось выходить, применяли средства защиты — маски и противогазы.

Кстати, у многих из местных, привычных к извержениям вулканов, припасен противогаз. Эти люди знают, что состоящий из мелких и острых частиц вулканический пепел может быть очень опасен. Дышать таким пеплом почти то же самое, что вдыхать измельченное стекло, — очень вредно для легких.

Влияние вулканического пепла на окружающую среду

На поверхности мельчайших частиц пепла сохраняется электростатический заряд, а также капельки воды и коррозийных кислот. Из-за этого ломаются электроприборы, различное оборудование, электризуется воздух, отравляется вода в открытых резервуарах, страдают животные.

Вулканический пепел вредит и энергетике: в первую очередь страдают солнечные батареи. Часть из них приходит в негодность. Из-за пеплопада в камчатском поселке произошли перебои с водой и электричеством. Все социальные объекты оперативно подключили к резервным источникам питания.

Влияние на климат

Хорошая новость — пожалуй, единственная, в том, что пепел не радиоактивен. Возможные последствия, ученые сообщили, что пепел может оказать значительное влияние на климат Земли. Частицы пепла могут разрушать озоновый слой и становиться причиной для охлаждения планеты.

Эксперт по климату Алексей Кокорин отметил, что пепел Шивелуча, попадая в стратосферу, может вызвать кратковременное, глобальное похолодание. Вспомним извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль, его влияние на климат практически не оказало, хотя и принесло массу ущерба.

Финансовые последствия

Глава Oxford Economics Адриана Купера сообщает, что финансовые потери от извержения вулкана в первую очередь затрагивают авиакомпании и их пассажиров. Кризис также влияет на торговлю, инвестиции, туризм и производство.

За первую неделю вулканического кризиса, убытки стран составили:

• Америка: 957 млн долларов
• Азия: 517 млн долларов
• Европа: 2,632 млрд долларов
• Ближний Восток: 591 млн долларов

Благодаря вулканам – энергия для людей

Камчатский край использует тепловую гидротермальную и геотермальную энергию, которую дают гейзеры и вулканы. На Камчатке работают три геотермальные электростанции, преобразующие тепловую энергию пароводяной смеси в электроэнергию. Потенциал Мутновского геотермального месторождения оценивается в 300 МВт.

Геотермальные электростанции расположены у подножья Мутновского вулкана, на отметке 780 метров от уровня моря, в 116 км от г. Петропавловска-Камчатского, административного центра Камчатского края. Сейчас суммарная мощность Мутновских ГеоЭС составляет около 62 МВт, они обеспечивают до 30% энергопотребления центрального Камчатского энергоузла. Это дает возможность ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута.

Впрочем, не все природные источники энергии одинаково «полезны». Подземные воды могут отличаться сильной щелочностью или кислотностью и, соответственно, быть слишком агрессивными, чтобы их можно было сбрасывать в речку. Да и коэффициент полезного действия генерирующего оборудования ГеоЭС может оказаться меньше, чем в случае угольной электростанции. Вдобавок для достижения приемлемой производительности геотермальной станции необходимо бурить глубокие скважины, чтобы подземные воды поднимались к поверхности под давлением.

Поэтому потенциал геотермальной энергетики в России эксперты оценивают не слишком высоко. Так, по мнению промышленного эксперта Леонида Хазанова, этот показатель не превышает 1% в структуре установленной мощности. Это могут быть точечные решения, подобные тем, что уже реализованы на Камчатке. Этот полуостров, а также Курилы могут закрепиться в статусе «геотермальных» центров России. Есть возможности для развития этого сегмента и на Северном Кавказе, считает эксперт.

Когда рванет Йеллоустоун?

Хотелось бы закончить на оптимистичной ноте: человечество и вулканы соседствуют на планете Земля много тысяч лет. Люди серьезно продвинулись в изучении поведения вулканов. Вероятно, сегодня уже не случилось бы такой катастрофы, как у подножия Везувия в начале нашей эры. Однако стоит быть настороже. Вот и Нострадамус из глубины веков шлет предупреждение. Свои «вулканические» пророчества о землетрясениях и «вулканическом огне», охватившем «Новый город», известный мистик и провидец записал еще в 1555 году.

Провидец также пишет, что сила извержения будет иметь последствия для всей Земли. Действительно, ученые предполагают, что извержение вулкана Йеллоустоун в США не только способно уничтожить западную часть Соединенных Штатов, но и спровоцирует ряд землетрясений и катаклизмов по всей планете. В этом смысле вулкан Йеллоустоун сравнивают с бомбой отложенного действия, которая слишком давно копит энергию и может рвануть в любой момент.

Видео ЭПР

27 июня 2023 08:52

Вулканы оказывают значительное влияние на климат Земли. Они способны выбросить в атмосферу огромное количество пепла, газов и других веществ, которые могут блокировать солнечное излучение и приводить к охлаждению планеты. Однако ученые установили, что их влияние на климат недооценено.

Исследование провели ученые из Эксетерского университета, Немецкого аэрокосмического центра (DLR), Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Даремского университета и Метеорологического бюро Великобритании. Результаты их работы были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Оказалось, что охлаждающий эффект от извержения вулканов недооценивается в стандартных климатических моделях в два, а возможно, и в четыре раза. То есть, понимание климата Земли и его изменчивости могут быть искажены, если не учитывать влияние вулканов.

Более того, полные данные о воздействии вулканов на климат могут помочь улучшить точность климатических прогнозов и понимание происходящих изменений. Ученые считают, что если мы будем учитывать влияние вулканов, то мы сможем более точно предсказывать температуру поверхности Земли, изменения в осадках и другие климатические показатели.

Ранее Neva.Today сообщала, что извержение вулкана Тонга породило мощнейшую грозу.

Палеоклиматоло́гия — наука об истории изменений климата Земли.

Первые попытки палеоклиматического толкования ископаемых органических остатков принадлежат английскому физику и математику Р. Гуку, установившему в 1686, что когда-то на Земле климат был более тёплым, и объяснившему этот факт изменением положения земной оси. Толчком к развитию палеоклиматологии послужило открытие и исследование в Европе следов четвертичного оледенения (одним из основоположников учения об оледенениях был Петр Кропоткин), которые стали главными объектами изучения палеоклиматологии. Однако сама наука ведёт начало лишь с 80-х гг. XIX века, когда в качестве показателей древних климатов начали использовать наряду с палеонтологическими данными литологические, которые в значительной степени зависят от климатических факторов и служат весьма ценными климатическими индикаторами: соль (аридный климат), бокситы и бобовая руда (чередование влажного и сухого тёплого климата), торф и каменный уголь, каолин (влажный климат), известняк (тёплый климат), ледниковые морены (холодный климат). Появляются монографии по истории древних климатов (французский учёный Э. Даке, 1915; немецкие — В. Кеппен и А. Вегенер, 1924; американский — К. Брукс, 1926; немецкий — М. Шварцбах, 1950), в которых развитие климата ставилось в зависимость от какого-либо одного фактора. Так, Брукс объяснял изменение климата палеогеографическими условиями, Кеппен и Вегенер — перемещением полюсов и дрейфом материков и т. п.

Большой вклад в её развитие как отдельной области знания сделал Альфред Вегенер. Он не только сделал много в деле создания палеоклиматических реконструкции, но и использовал их для восстановления расположения континентов и обоснования своей теории дрейфа материков — предтечи современной тектоники плит.

Мощнейшее развитие наука получила в конце XX — начале XXI веков в связи с возрастающей остротой проблемы изменения климата. Её решение или хотя бы понимание происходящего невозможно без тщательного изучения истории климата прошлых геологических эпох.

В конце XX века были проведены масштабные международные и междисциплинарные проекты по изучению климата. В их числе можно назвать бурение покровных ледников Антарктиды и Гренландии; бурение крупных континентальных озёр с длительной историей осадконакопления: Байкала, Иссык-Куля, Каспийского моря и некоторых других. В результате получено огромное количество новых данных об истории климата четвертичного и третичного периодов, однако создание климатической теории, объясняющей все факты, далеко от завершения. В научном сообществе нет единства по самым основополагающим вопросам.

В арсенале палеоклиматологии множество самых разнообразных методов, но именно это разнообразие нередко и приводит к противоречивым результатам. Это позволило одному известному палеоклиматологу в книге К.Ю. Еськова "Удивительная палеонтология" охарактеризовать состояние науки следующим образом:

В палеоклиматологии используются разнообразные косвенные методы изучения истории климата. Изучение осадочных пород может многое рассказать о климате, в котором они образовались. Во время оледенений образуются морены, тиллиты и породы с валунами, транспортированными ледниками. Когда ледник отступает, то на его обнажённом ложе начинаются ураганы, которые переносят огромные массы песка и пыли, отлагающиеся в виде лёссов. В жарком климате пустынь формируются отложения песчаников и эвапоритов.

Биогеографические методы основаны на связи ареалов живых организмов в зависимости от климата. Многие виды животных и растений могут жить только в узком диапазоне климатических условий, и по ареалам их распространения можно восстановить климатические зоны.

Существуют и минералогические признаки климата. Так, например, минерал глауконит, выглядящий как зелёная глина, образуется только при температуре воды ниже 15 °C и часто используется как признак в климатических реконструкциях.

Оценка температуры вод древних морских бассейнов осуществляется с помощью количественных соотношений изотопов кислорода 18O и 16O в кальците раковин ископаемых беспозвоночных (белемнитов, фораминифер), а также соотношений Ca:Mg и Ca:Sr в карбонатных осадках и скелетах ископаемых организмов. Существенное значение также приобрёл палеомагнитный метод (см. Палеомагнетизм), позволяющий вычислить положение древних широт с использованием остаточной намагниченности некоторых вулканических и осадочных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит, гематит, титаномагнетит), приобретённой под влиянием магнитного поля Земли, существовавшего во время формирования этих пород.

Чтобы получить более комплексную информацию о климатах прошедших эпох применяют математическое моделирование. Для этого глобальная климатическая модель инициализируется при помощи данных полученных косвенными методами. При палеоклиматических исследованиях обычно используют модели с небольшим пространственным разрешением, поскольку обсчитываются сравнительно большие периоды времени и на высоких разрешениях это заняло бы значительное время.

В результате комплексного изучения геологических отложений учёные составляют палеоклиматические реконструкции: специальные карты, на которых на определённый момент геологического времени отображены климатические зоны. Такая карта может являться источником новой информации. Как было сказано выше, Альфред Вегенер использовал их для определения положения континентов. Также обобщением данных по всей Земле можно получить представление о глобальном климате Земли на определённый момент геологического времени.

Палеоклиматологические исследования показывают, что климат на Земле неразрывно связан с историей её живых обитателей, космическими факторами, как-то: изменениям земной орбиты, падениями крупных метеоритов; геологическими событиями, типа крупных извержений, эпох горообразования и перемещений континентов. При этом большинство этих факторов действуют совместно и одновременно и взаимно влияют друг на друга. Поэтому в большинстве случаев, установив изменение климата, не удаётся однозначно связать его с каким-либо одним фактором, и событие объясняют комплексом факторов.

В последнее время большую популярность приобрели гипотезы, рассматривающие изменения климата как результат взаимодействия биосферы с атмосферой и другими оболочками земли. При этом большая роль отводится парниковым газам. Один из механизмов такого взаимодействия заключается в том, что бурное развитие жизни обедняет атмосферу углекислым газом и метаном, в результате чего парниковый эффект ослабляется и на планете наступает похолодание, вплоть до начала ледникового периода. Современные геологические данные показывают, что ни одна из многочисленных гипотез не может до конца выяснить причины изменения климатов прошлого.

Значение палеоклиматологии состоит в том, что, изучая историю климатического развития Земли, она расширяет представления о протекавших в прошлом процессах выветривания и осадконакопления, и об образовании связанных с ними месторождений полезных ископаемых, показывает условия существования растительности и животного мира в минувшие геологические эпохи, позволяет прогнозировать изменения климата в будущем.

Изменения средней температуры на Земле в Фанерозое

Содержание кислорода в атмосфере за последний миллиард лет

Знания о точных климатических явлениях уменьшаются по мере того, как записи уходят в прошлое, но некоторые значимые климатические события считаются известными:

История атмосферы Земли

Геологические записи, однако, свидетельствуют об относительно тёплой температуре поверхности Земли в то время, за исключением одной ледниковой фазы около 2,4 млрд л.н. В позднем Архее стала формироваться кислород-содержащая атмосфера, видимо благодаря фотосинтезирующим цианобактериям (см. кислородная катастрофа), которые были найдены в виде окаменелостей строматолитов 2,7 млрд л.н. Изотопное соотношение углерода в то время во многом соответствовало нынешнему, это позволяет полагать, что основные особенности углеродного цикла были установлены 4 млрд л.н.

Причины изменений климата

Изменения климата обусловлены различными факторами: переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли.

Погода — это ежедневное состояние атмосферы и является хаотичной нелинеарной динамической системой. Климат — это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определённом месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат.

Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Они существенно увеличиваются в размерах во время охлаждения климата (т. н. «малые ледниковые периоды») и уменьшаются во время потепления климата. Ледники растут и тают из-за природных изменений и под влиянием внешних воздействий. В прошлом веке ледники не были способны регенерировать достаточно льда в течение зим, чтобы восстановить потери льда во время летних месяцев. Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов лет — это гляциальные и интергляциальные циклы текущего ледникового периода, обусловленные изменениями орбиты Земли. Изменение состояния континентальных льдов и колебания уровня моря в пределах 130 метров являются в большинстве регионов ключевыми следствиями изменения климата.

Изменчивость мирового океана

В масштабе десятилетий климатические изменения могут быть результатом взаимодействия атмосферы и мирового океана. Многие флуктуации климата, включая наиболее известную южную осцилляцию Эль-Ниньо, а также североатлантическую и арктическую осцилляции, происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещению этой энергии в различные части океана. В более длительном масштабе в океанах происходит термогалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат.

В более общем аспекте изменчивость климатической системы является формой гистерезиса, то есть это значит, что настоящее состояние климата является не только следствием влияния определённых факторов, но также и всей историей его состояния. Например, за десять лет засухи озера частично высыхают, растения погибают, и площадь пустынь увеличивается. Эти условия вызывают, в свою очередь, менее обильные дожди в последующие за засухой годы. Т. о. изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определённым образом на внешние воздействия, и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.

Последние исследования показывают, что парниковые газы являются главной причиной глобального потепления. Парниковые газы имеют также значение для понимания климатической истории Земли. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли.

В течение последних 600 млн лет концентрация диоксида углерода в атмосфере варьировались от 200 до более чем 5000 чнм из-за воздействия геологических и биологических процессов. Однако в 1999 г. Вейзер и др. показали, что на протяжении последних десятков миллионов лет нет строгой корреляции между концентрацией парниковых газов и изменением климата и что более важная роль принадлежит тектоническому движению литосферных плит. Позднее Ройер и др. использовали корреляцию СО2 — климат, чтобы вывести значение «чувствительности климата». Есть несколько примеров быстрых изменений концентрации парниковых газов в земной атмосфере, имеющих строгую корреляцию с сильным потеплением, среди которых термальный максимум палеоцена — эоцена, вымирание видов перми — триаса и конец варяжской «Земли — снежка» (snowball earth event).

Согласно данным Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2007 года, концентрация СО2 в атмосфере в 2005 году составила 379 чнм3, в доиндустриальный период она составляла 280 чнм3.

Тектоника литосферных плит

На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, то есть создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.

Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, так как развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. «парадоксу слабого молодого Солнца».

На более коротких временных отрезках также наблюдаются изменения солнечной активности: 11-летний солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений, наблюдаемых между 1900 и 1950 годами. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца.

Изменения орбиты и оси

По своему влиянию на климат изменения эксцентрисета земной орбиты, а также нутация и прецессия оси сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты и оси приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли. Такие изменения положения орбиты и оси называются циклами Миланковича, они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, её спутника Луны и других планет. Изменения орбиты и оси считаются главными причинами чередования гляциальных и интергляциальных циклов последнего ледникового периода. Результатом прецессии и нутации земной оси и изменения эксцентрисета орбиты являются и менее масштабные изменения, такие как периодическое увеличение и уменьшение площади пустыни Сахара.

Одно сильное извержение вулкана способно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью несколько лет. Например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 году существенно повлияло на климат. Гигантские извержения, формирующие крупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов. В начале ученые полагали, что причиной похолодания является эмитированная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует достигнуть поверхности Земли солнечному излучению. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.

Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами.

Антропогенное воздействие на изменение климата

Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец XXI века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2100 годами.

Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO3) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2,5 % выбросов СО2 индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора).

Существенное влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории. Согласно исследованию 2007 года Лаборатории реактивного движения (англ. Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2 °C, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.

Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18 % выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, то есть вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70 % вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65 % оксида азота и 37 % метана, имеющих антропогенное происхождение.

Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной — радиационным прогревом атмосферы в Вт/м². Извержения вулканов, оледенение, дрейф континентов и смещение полюсов Земли — мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную роль. В результате извержения вулкана Пенатубо в 1991 году на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м². Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.

В масштабе нескольких столетий на 2005 год по сравнению с 1750 годом имеется комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4-3,0 Вт/м². Влияние человека составляет менее 1 % от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта — примерно 2 %, с 33 до 33,7 °C. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °C.

Большое значение в предсказании возможных последствий современных колебаний климата имеет восстановление природных условий предшествующего межледниковья — Микулинского, — имевшего место после окончания Рисского (Днепровского) оледенения. В максимально тёплые эпохи Микулинского межледниковья температура была на несколько градусов выше современной (установлено по данным изотопных анализов остатков микроорганизмов и газовых включений в покровных ледниках Антарктиды и Гренландии), границы природных зон были смещены к северу на несколько сотен километров по сравнению с современными. При реконструкции более тёплых периодов современного межледниковья — так называемого Климатического оптимума голоцена, имевшего место от 6 до 5 тыс. лет назад, установлено следующее. Среднегодовая температура была на 2—3 градуса выше современной, и границы природных зон также были расположены севернее современных (их общий план географического распространения примерно совпадал с Микулинским межледниковьем). Из имеющихся данных по палеогеографии логично предположить, что при дальнейшем росте температур географическая оболочка будет трансформироваться аналогичным образом. Это противоречит гипотезам о похолодании севера Европы и Северной Америки и смещении природных зон в этих регионах на юг от их современного положения.

• B. Windley: The Evolving Continents. Wiley Press, New York 1984

• J. Schopf: Earth’s Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution. Princeton University Press, Princeton, N.J., 1983

С помощью моделирования удалось обнаружить, что сульфатные аэрозоли вулканического происхождения охлаждают климат сильнее, чем считалось ранее. Прежние исследования не учитывали извержения малой амплитуды, потому что их сложно было зафиксировать со спутников. Оказалось, что благодаря слабым всплескам активности вулканические выбросы смогут нейтрализовать до 18,2 процентов эффекта потепления от антропогенных выбросов парниковых газов в XXI веке. Статья, содержащая такой прогноз, опубликована в журнале Geophysical Research Letters.

Вулканы оказывают разнонаправленное влияние на климат: с одной стороны, они выбрасывают в атмосферу диоксид серы (SO2) — химически активный окислитель, который способствует образованию сульфатных аэрозолей, рассеивающих радиацию и в краткосрочной перспективе (до нескольких лет) охлаждающих атмосферу и поверхность Земли. С другой стороны, выбрасываемые вулканами парниковые газы делают климат теплее и подкисляют океан, что вносит неопределенность в климатические прогнозы в масштабах десятилетий. Поскольку извержения вулканов сложно предсказать, их обычно не пытаются детально воспроизводить в общепринятых климатических моделях, и используют усредненные значения выбросов за определенный отрезок времени. Например, в шестой фазе проекта по сравнению климатических моделей CMIP6 учитываются выбросы аэрозолей в количестве порядка 300 миллионов тонн, которые поступили в атмосферу с 1850 по 2014 годы. Такое количество охладителей оказывает значительное влияние на климат, и неточность их учета ставит под вопрос любые климатические прогнозы.

С помощью математического моделирования климатологам под руководством Ман Мей Чим (Man Mei Chim) из Кембриджского университета удалось сделать более точный прогноз влияния вулканических извержений на климат до конца XXI века. Для этого они предложили свою модель UKESM-VPLUME, в которой соединили уже существующие Британскую модель Земли UKESM и одномерную модель эруптивного шлейфа Plumeria. Климатологи не стали ограничиваться усредненными данными о частоте извержений и составе вулканических выбросов за последние столетия, а использовали палеоданные о концентрациях SO2 из полярных ледяных кернов за последние 11500 лет и спутниковые данные о выбросах SO2 за период наблюдений с 1979 по 2021 годы. Такой подход позволил им детально учесть атмосферные условия, определяющие динамику вулканического шлейфа и высоту выброса диоксида серы в атмосферу.

Оказалось, что существующие прогнозы изменения климата преуменьшают значимость вулканических извержений. По одним только спутниковым данным не получается учесть извержения малой магнитуды (то есть периоды слабой активности вулканов, во время которых выбрасывают в атмосферу менее трех миллионов тонн диоксида серы). Использование палеоданных за длительный период показало, что именно такие слабые извержения приходится от 30 до 50 процентов суммарного воздействия на климат за счет охлаждающего эффекта диоксида серы.

Согласно этим результатам, важные для климатических прогнозов извержения до конца XXI века будут случаться примерно в два раза чаще, чем в период 1850-2014 годов. На основании этого авторы считают, что климат станет теплее на 1,5 градуса Цельсия относительно доиндустриального уровня на 1,6-3,2 года позже, чем предполагается сейчас. Кроме того, сразу несколько сценариев модели UKESM-VPLUME указывают на то, что период между 2034 и 2060 годами будет сопровождаться длительной фазой похолодания на фоне скопления вулканических сульфатных аэрозолей в атмосфере. Это отсрочит потепление на 2 и 3 градуса Цельсия относительно доиндустриального уровня на 7 и 14 лет соответственно.

При соблюдении сценария SSP3-7.0, который предполагает минимальные ограничения антропогенных выбросов парниковых газов, вулканы своими выбросами S02 смогут компенсировать от 2,1 до 18,2 процента антропогенного воздействия на климатические показатели. Чем сильнее будет ограничение на антропогенные выбросы, чем чаще будут происходить извержения вулканов и чем больше диоксида серы они будут поставлять в атмосферу, тем сильнее будет проявляться охлаждающий эффект.

Параметры глобальных климатических моделей регулярно корректируются. Так, недавно ученые выяснили, что к концу XXI века выбросы углерода за счет микробного дыхания почв могут вырасти на 40 процентов в среднем по миру, а в Арктике — даже вдвое. В связи с этим прогнозируемые значения выбросов углерода экосистемами суши во всех сценариях изменения климата, вероятно, будут пересмотрены.