Текст книги "Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?"

Рядовые парникового фронта: оксид азота(I), фреоны и другие

Для каждой малости есть свое место и время.

С. Мурасаки

Малые птички вьют малые гнезда.

Пословица

Итак, мы познакомились с «тремя китами», на которых более чем на 85 % зиждется феномен усиления парникового эффекта в ХХ столетии, – углекислым газом, метаном и озоном. Среди остальных отметим вклады в это усиление, вносимые оксидом азота(I) и солидной группой ХФУ, – меньшие, но соизмеримые и примерно равные вкладу озона.

Главными источниками оксида азота(I), как и метана, являются разнообразные бактерии, способные в анаэробных условиях (без кислорода) вырабатывать N₂O, используя ионы NH₄⁺ и NO₃^-. Другим важным источником оксида азота(I) является Мировой океан, он содержит примерно столько же N₂O, сколько и атмосфера. Поток N₂O в атмосферу из почвы и океана оценивается (с большой погрешностью) как 70 и 30 % соответственно и составляет 4,2–12,9 Мт/год. Человек также не является сторонним наблюдателем в этом процессе: его лепта составляет 2,1–6,3 Мт/год оксида азота(I) (т. е. около трети). Она складывается из N₂O, образующегося в результате использования сельскохозяйственных удобрений, обработки почвы, сжигания топлива и биомассы, при производстве кислот и нейлона в химической промышленности. Кроме того, N₂O выделяется в ходе ирригации и из сточных вод. О совсем новых источниках оксида азота(I) сообщает уже знакомый нам нобелевский лауреат П. Крутцен:

приблизительно 3 % от глобального источника N₂O составляет его поток с поверхности бассейнов рыборазводных заводов, широко распространенных в Западной Европе и Юго-Восточной Азии; еще около 0,1 Мт N₂O/год попадает в атмосферу в результате таяния вечной мерзлоты – маленький, но весьма «перспективный» в свете глобального потепления источник.

В тропосфере N₂O образуется и разрушается в реакциях с одним и тем же реагентом – возбужденным атомарным кислородом O(¹D). В стратосфере же он разрушается под действием света; интенсивность этого процесса оценивается примерно в 12 Мт/год (с разбросом 9–17 Мт/год). Концентрация оксида азота(I) в атмосфере неуклонно возрастает с начала индустриального периода: если в середине ХХ в. она составляла 265 ppb, то к концу первого десятилетия XXI в. ее величина достигла 324 ppb.

В настоящее время, из-за отсутствия ограничений на использование N₂O, оксид азота(I) стал основным озоноразрушающим газом, сменив в этой малопочетной роли ограниченные Монреальским протоколом ХФУ.

Многочисленные ХФУ использовались и используются в качестве хладагентов в холодильных установках (ХФУ-11, -12, -115, -22, -123, -125, -134а), распылителей в аэрозольных упаковках (ХФУ-11, -12, -22, -124, -134а), пенообразователей (ХФУ-11, -12, -114, -22, -123, -124, -141b, – 142b, – 152a), растворителей (ХФУ-113, -123, -141b, – 142b). Особая роль у бромсодержащих химикатов (галоны-1211 и -1301) – они были до последнего времени незаменимы при тушении пожаров.

Чтобы получить представление о «парниковой активности» вышеперечисленных газов, приведем фрагменты таблицы значений потенциала глобального потепления (о нем упоминалось ранее).

Таблица 2. Потенциалы глобального потепления (ПГП) некоторых газов, присутствующих в воздухе (Источник: Отчет 2007 г. Межправительственной группы экспертов по изменению климата)

Каждому газу соответствуют три значения потенциала глобального потепления для разных периодов времени. Это связано с тем, что газы имеют неодинаковое «время жизни», например для CO₂ и N₂O оно составляет ~100 и 114 лет, для метана – в среднем около 11 лет, а для фреона-22 – 12 лет. Понятно, что за 20 лет молекулы метана, а также фреона-22 полностью выработают свой «ресурс», в то время как молекулы CO₂ и N₂O продолжат «развивать успех» и в последующие 80–90 лет. Таким образом, количества поглощенной, к примеру молекулой CO₂, длинноволновой радиации за 20 и 100 лет будут заметно различаться. Поэтому, чтобы оценить вклады разных молекул в кратко-, средне– и долгосрочной перспективе, принято рассматривать значения потенциала глобального потепления, соответствующие периодам в 20, 100 и 500 лет.

Как видно из таблицы 2, потенциалы глобального потепления рукотворных ХФУ в сотни, тысячи, а иногда и десятки тысяч раз превосходят потенциал «эталонного» CO₂. Тем не менее суммарный их вклад в усиление парникового эффекта значительно уступает вкладу углекислого газа. Объяснение этому то же, что и в случае с метаном: менее «вредных» молекул CO₂ в атмосфере в миллионы и миллиарды раз больше, чем молекул ХФУ. Если вспомнить о том, что ежегодный прирост производства, а значит в конечном итоге и выбросов отдельных ХФУ, достигал 10–15 %, и концентрация ХФУ в атмосфере удваивалась каждые 6–8 лет, то настигнуть лидера во вполне обозримом будущем им помешали только ограничения Монреальского протокола.

И еще несколько слов о двух атмосферных долгожителях.

Первый из них гексафторид серы SF6 («электрический газ»), широко используемый в качестве изолятора и теплоносителя в высоковольтной электронике, в электронной и металлургической промышленности, а также в качестве хладагента. Второй – тетрафторметан CF₄ (фреон -14) тоже применяется в микроэлектронике и иногда как низкотемпературный хладагент. Из-за химической пассивности оба имеют очень большое «время жизни», и при наличии высоких значений ПГП (см. табл. 2) в течение всего «времени жизни» (т. е. 3200 и 50 000 лет для SF₆ и CF₄, соответственно) будут способствовать глобальному потеплению.

Джонатан Свифт однажды заметил: «Причина великих событий, как и источники великих рек, часто бывет очень мала». Казалось бы, небольшое (в сравнении с мощью природных стихий) усиление парникового эффекта, вызванное хозяйственной деятельностью человека, тем не менее ощутимо сказывается на климате нашей планеты.

Однако пора обсудить как «распоряжается» климатическая система поступающей от Солнца радиацией.

Что имеем, не храним: альбедо

Отражается небо в лесу, как в воде…

В. С. Высоцкий

Солнце нам не в чем упрекнуть: оно регулярно, без перекуров и реплик типа «подождете, вас много, а я одно!», доставляет к верхней границе атмосферы в течение суток в среднем 343 Вт/м² энергии. Далее атмосфера и облака (в лучших традициях посредников) «отщипывают» свою долю за транзит. Но бережно ли сохраняется то, что все-таки дошло до «адресата» – поверхности Земли? Конечно, нет. Часть энергии, совершившей неблизкое путешествие от Солнца до Земли (149,6 миллионов километров), сразу же получает от ворот поворот в соответствии с законами физики: чем светлее поверхность, тем лучше она отражает падающий на нее свет. Для того чтобы численно охарактеризовать это явление используют соотношение отраженной и пришедшей солнечной радиации, называемое альбедо (от латинского albedo – «белизна»). Очевидно, что оно всегда меньше 100 %.

Альбедо характеризует отражательную способность поверхности любых объектов, с которыми взаимодействует излучение: суши и океана, облаков из капель и ледяных кристаллов, аэрозолей, часто состоящих из твердого ядра во влажной оболочке и пр. Для разных видов излучения альбедо неодинаково: одна и та же поверхность может, например, отражать коротковолновое излучение, но поглощать и излучать длинноволновое.

Зависит альбедо от разновидности грунта, типа и плотности растительности, вида покрытия улиц и мостовых в городах и пр.

Таблица с перечислением величин альбедо для различных типов поверхности занимает в специальных справочниках несколько страниц убористым шрифтом. Не желая обременять читателя излишними подробностями, приведем лишь ее фрагменты, позволяющие судить о пределах изменения альбедо земной поверхности.

Альбедо водной поверхности для прямой радиации зависит от того, под каким углом на нее падают солнечные лучи. Вертикальные лучи проникают в воду глубоко, и она усваивает их тепло. Наклонные лучи отражаются от воды, как от зеркала, и ее не нагревают. Поэтому альбедо водной поверхности при высоте Солнца 90° равно 2 %, при высоте Солнца 20°–78 %.

Таблица 3. Альбедо (А) некоторых естественных поверхностей

Для того чтобы проиллюстрировать значимость альбедо снежного и ледяного покрова, упомянем о двух гипотетических ситуациях, рассмотренных выдающимся российским климатологом М. И. Будыко (1920–2001). В первой из них он предположил, что вся Земля покрыта льдом и снегом и при этом отсутствует облачность. В такой ситуации, по его расчетам, температура поверхности снизилась бы на 100 °C! При реализации второй гипотетической ситуации полного отсутствия снежно-ледяного покрова в Арктике арктическая температура должна увеличиться на 40 °C!

Интересуясь количеством энергии, полученным, к примеру, пустыней с относительно однородной поверхностью, мы можем воспользоваться таблицей. Однако если необходимо оценить, сколько энергии поглощено поверхностью, например, Краснодарского края, придется прежде разбить его площадь на сектора, в каждом из которых преобладает свой тип поверхности, а затем просуммировать приток энергии по всем секторам. Несомненно, итог таких вычислений критически зависим от смены времен года, поскольку альбедо одного и того же участка Земли заметно меняется в период листопада, с появлением и сходом снежного покрова и т. д., да и приток солнечной энергии в разные сезоны неодинаков.

Между тем глобальное альбедо, а значит, и общее количество солнечной энергии, поглощаемой поверхностью земного шара, подвержены куда меньшим изменениям.

Причиной тому несколько обстоятельств. Во-первых, семь десятых поверхности Земли покрыто водой, а площадь периодически замерзающих акваторий невелика. Во-вторых, зоны, в которых «лето круглый год», или, напротив, «вечная зима», занимают изрядную часть суши. Ярко выраженная смена времен года имеет место только в умеренных широтах обоих полушарий (при этом вклад в изменение радиационного баланса, главным образом, вносит Северное, так как площадь суши в средних широтах Южного полушария много меньше).

Как следствие, принято считать среднегодовое глобальное альбедо земной поверхности равным 29 %.

Казалось бы, такой определенности можно только порадоваться, но, увы, на каждого Мальчиша-Кибальчиша находится свой Мальчиш-Плохиш. В нашем случае эту роль исполняет облачность. Облака, встречая солнечную энергию на «подходе» к Земле, поглощают ее, отражают обратно вверх и рассеивают во всех направлениях. Оценить их альбедо очень непросто из-за обилия существующих нюансов: имеют значение плотность и химический состав облаков, их толщина и однородность, высота над уровнем Земли и влагосодержание. Добавляет трудностей и то, что облака находятся в постоянном движении как в прямом, так и в переносном (вследствие микромасштабных процессов, непрерывно меняются их структура, влагозапас и состав) смыслах. Далеко не все из перечисленного можно определить непосредственно с Земли. И снова в этой связи отметим неоценимую помощь метеоспутников, но даже они не в состоянии обеспечить сколь-нибудь полного решения этой проблемы.

Проводя аналогию со спортом, можно сравнить солнечную радиацию с бросками по хоккейным воротам, поверхность Земли – с вратарем, а облака – с защитниками. Часть бросков отражает защита, часть – вратарь. Но большинство бросков реализуются: «вратарь» парирует лишь 2–4 броска из десяти. Лишь снег – «вратарь» почти «непробиваемый», «отбивающий 8–9 шайб» из каждого десятка.

Облака, особенно состоящие из жидких капель, очень интенсивно поглощают длинноволновое излучение с поверхности суши и океана и переизлучают его вверх и вниз. Поэтому облачные ночи всегда заметно теплее ясных: в первом случае «облачное одеяло» возвращает тепло к земле, а во втором тепло беспрепятственно уходит в космос.

При обсуждении альбедо поверхности не обойтись без упоминания еще об одном важном аспекте – антропогенном. Ни Солнце, ни траектории небесных тел, ни океанские глубины не подвластны человеку. Иное дело просторы поверхности родной планеты. Вырубка лесов, распашка земель, создание водохранилищ, возделывание рисовых плантаций (чеков) и т. п. – тут есть где разгуляться.

Всякий раз подобное вмешательство сопровождается изменением альбедо. Могли ли эти изменения стать «спусковым крючком» процесса глобального потепления ХХ века? Оценки показывают: нет, не могли. Любой эпизод, связанный с культивацией земель, имеет очень ограниченный пространственный масштаб. Он, конечно, сказывается на альбедо, а с ним и на микроклимате данной местности (и, возможно, соседних регионов), но не более того.

Значительно сложнее оценить отклик на каждый такой эпизод круговорота воды. С изменением альбедо (особенно при строительстве водохранилищ) меняется локальный режим испарения, что неизбежно сказывается на образовании облаков. Появившиеся в последние годы исследования, базирующиеся на анализе спутниковых данных, показывают, что в среднем по земному шару и количество облаков, и их радиационные свойства меняются мало.

Следовательно, можно заключить, что изменения альбедо способны несколько перестроить привычное распределение притока солнечной радиации в различных географических зонах, но не отразятся на общем количестве солнечной энергии, поглощаемой системой «Земля – атмосфера».

Что же получается? Ввиду неизменности альбедо, приход энергии от Солнца к Земле остался стабильным. Но ведь на радиационный баланс системы «Земля – атмосфера» оказывают также влияние твердые и жидкие частицы, постоянно присутствующие в атмосферном воздухе…

Две стороны одной медали: роль атмосферных аэрозолей в формировании климата

Всякая медаль не только блестит, но и отбрасывает тень.

У. Черчилль

Итак, список важных факторов, сказывающихся на формировании климата, еще не исчерпан. Существенное влияние на климат оказывают атмосферные аэрозоли – совокупность находящихся в воздухе во взвешенном состоянии твердых или жидких частиц, размер которых составляет от 0,01 до 10 мкм. Значительная их часть – это частицы, содержащие серу. Обычно они образуются во влажной атмосфере из газов, присутствующих в выбросах электростанций и металлургических заводов, сжигающих ископаемое топливо – уголь, нефть, мазут. В течение нескольких дней или недель эти аэрозоли проникают в облачные частицы и выпадают на Землю с осадками. За это время они не успевают значительно удалиться от своих источников, расположенных в промышленных и густонаселенных регионах, в основном в умеренных и высоких северных широтах. Другую часть аэрозолей составляют минеральные частицы и морские соли, попадающие в атмосферу с поверхности суши и океана.

Аэрозоли (кроме сажи) рассеивают и ослабляют потоки излучения Солнца и этим производят «антипарниковый» эффект – второй по значимости в списке климатоформирующих глобальных факторов.

Этот «антипарниковый» эффект многократно усиливается после крупных извержений вулканов. Согласно статистике, их на Земле 1343 (в том числе, подводных), время от времени они извергаются, однако мощность подавляющего большинства относительно невелика.

Правда, в Сальвадоре есть вулкан Исалько, извергающийся почти постоянно, за что получил прозвище «маяк Центральной Америки».

Крупные извержения отличаются не только большой массой выбрасываемых газов и аэрозолей, но и высотой, на которую они выбрасываются.

В то время как продукты мелких извержений остаются в тропосфере и довольно быстро ее покидают, оседая на поверхности Земли, продукты крупных извержений вулканов достигают стратосферы и задерживаются там на несколько лет, создавая «аэрозольный экран».

В состав вулканических продуктов входят, в частности, вулканический пепел и газ – диоксид серы (SO₂). Пепел отчасти поглощает коротко– и длинноволновую радиацию и способствует более интенсивному облакообразованию из-за конденсации водяных паров на поверхности мельчайших вулканических частиц, в том числе и частиц самого пепла. Диоксид серы в присутствии паров воды окисляется до серной кислоты (H₂SO₄), капельки последней образуют взвесь, которая может находиться в атмосфере очень долгое время.

«Аэрозольный экран» на время своего существования сокращает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, но одновременно, с ростом концентрации парниковых газов, увеличивается и парниковый эффект. Все же действие «экрана» пересиливает конкурента, и на период его существования наблюдается некоторое снижение температуры. Увы, с разрушением «экрана» «таможня снова дает добро» усилению потока коротковолновой радиации к земной поверхности, и происходит скачок температуры.

Судить о масштабах воздействия вулканов на климат нашей планеты можно на примере филиппинского вулкана Пинатубо. Его извержение в 1991 г. – самое мощное за последние полвека – принесло атмосфере около 20 миллионов тонн диоксида серы, а среднеглобальная температура на следующий год снизилась приблизительно на полградуса. Для сравнения: парализовавший в 2010 г. авиаперевозки над Европой исландский «триумф логопеда» Эйяфьядлайокудль «обогатил» тропосферу «лишь» 15 миллионами тонн пепла.

Тем не менее не все аэрозоли можно отнести к «борцам с глобальным потеплением». Противоположную роль играют частицы черного углерода (сажи) и аэрозоли органического происхождения (летучие органические соединения растительного происхождения, по-англ. Volatile Organic Compounds – VOC). Они не столько рассеивают, сколько поглощают солнечную радиацию, а нагреваясь, излучают к поверхности и в космос уже тепловую радиацию. Вместе с озоном в тропосфере и водяным паром в нагретом воздухе такие аэрозоли образуют короткоживущие субстанции, создающие дополнительный парниковый эффект. Появление сажевых частиц в атмосфере обусловлено работой транспорта, лесными пожарами и сжиганием органического топлива; они могут переноситься на значительные расстояния, прежде чем будут удалены из воздуха осадками.

В Арктическом секторе Евразии весной сажевые частицы образуют так называемую арктическую дымку, часто наблюдаемую на фоне низкого Солнца в отсутствие облаков. Выпадая на снег и лед, сажа заметно снижает их альбедо. Все это способствует ускорению их таяния и общему потеплению в Арктике.

Из сказанного следует, что воздействие аэрозолей на климат неодинаково. Оно зависит от их состава и местонахождения в атмосфере (в тропосфере или стратосфере) и на земной поверхности.

Но в целом это воздействие ограниченного масштаба как в пространстве, так и во времени, а потому не является решающим фактором в глобальном потеплении.

Пора подвести некоторые итоги.

«Яблоко раздора»: полемика вокруг климата

Что правда по эту сторону Пиренеев – заблуждение по ту сторону.

Б. Паскаль

Доводы времени весомее доводов разума.

Т. Пейн

Итак, из всего вышесказанного вытекает, что «руководящая и направляющая» роль в глобальном потеплении ХХ века принадлежит самому человеку, обусловившему своей деятельностью усиление парникового эффекта (в отчете 2007 г. Межправительственной группы экспертов по изменению климата говорится, что этот факт установлен с 90 %-й вероятностью). Данный вывод разделяют большинство специалистов, но далеко не все: кто-то отрицает сам факт глобального потепления, кто-то – его антропогенные корни. Дискуссии в защиту и в опровержение такой точки зрения можно посвятить отдельную книгу, но наша задача значительно скромнее: познакомить читателя с современными представлениями о климате Земли. Поэтому мы ограничимся некоторыми общими соображениями и замечаниями.

Главная причина всех разногласий, бесспорно, кроется в чрезвычайной сложности климатической системы и, как следствие, – недостаточности наших знаний о ней, особенно в области взаимодействия ее отдельных частей.

Климатология как наука строится исключительно на данных наблюдений. Даже самые длинные ряды климатических параметров (прежде всего, температуры) охватывают период в лет 150 или немногим более. Эти ряды, конечно же, слишком коротки, чтобы по ним с уверенностью судить о состоянии климата Земли за продолжительное время. В такой ситуации открываются две возможности. Либо сидеть и ждать в течение нескольких столетий, пока длина ряда станет достаточной (как говорят статистики, репрезентативной) для того, чтобы делать научно обоснованные выводы (надеясь при этом, что, несмотря на текущие изменения, климат останется «совместимым с жизнью»…). Либо, базируясь на имеющемся недостаточном материале, выдвигать гипотезы, подтверждать или опровергать их и не без ошибок и отступлений выходить на новый уровень познания, в точном соответствии с притчей о двух попавших в молоко лягушках, в которой одна, покорившись судьбе, «опустила лапы» и пошла ко дну, а вторая отчаянно била лапками, в результате чего сбила молоко в масло и спаслась.

И сторонники, и противники глобального потепления основываются на одних и тех же рядах наблюдений. Почему? Да потому, что нет других! При этом противники глобального потепления настаивают на «ревизии» имеющихся рядов. Многократно приходилось сталкиваться с их публичным недоверием к части имеющихся данных мониторинга. Аргументация в таких случаях почти всегда одна: плохое качество измерительной аппаратуры, отсутствие должной выучки обслуживающего ее персонала, изменение условий в окрестностях метеостанций (сельскохозяйственное освоение близлежащих земель, урбанизация и пр.). Бесспорно, ошибки измерений случаются и действовавшие век и даже несколько десятилетий назад приборы уступали в точности современным. Однако отказаться от полученной с их помощью информации аналогично закрытию всех поселковых больниц на том основании, что в них нет такой, как в столице, аппаратуры и врачей уровня Л. Рошаля. И где гарантия, что через тридцать – сорок лет современные данные не будут отвергаться на том же основании? Иногда довод формулируется еще проще: «Эти данные не вызывают у меня доверия!» (помните реплику булгаковского кота Бегемота: «Мне это отделение известно! Там кому попало выдают паспорта! А я б, например, не выдал такому, как вы! Нипочем не выдал бы!»).

Столь вольное обращение с без того короткими рядами наблюдений вовсе не так безобидно, как может показаться. Легко представить, как изменится результат примера измерения скоростей ветра (см. табличку на с. 28), если выбросить замеры № 4 и № 5, посчитав их нереально высокими, или оставить лишь отрицательные значения, поскольку положительные «не вызывают доверия», и к каким взаимоисключающим выводам в этом случае мы придем!

Антропогенное воздействие, как главная причина наблюдаемого потепления, также принимается не всеми. И вот почему.

Во-первых, мощь природных стихий не сопоставима с ничтожными возможностями человечества влиять на них (упомянутое соотношение энергии, вырабатываемой человечеством за год, и приходящей от Солнца, – лишнее тому подтверждение). А раз так, трудно представить, что людские деяния стали той каплей, которая переполнила чашу «стабильного» климата, и мысли устремляются в поисках причины куда более весомой. Где взять таковую? Геологи находят ее в недрах Земли, астрономы – в космосе и т. д.

Во-вторых, наблюдаемые изменения климата – результат совместных «усилий» разнообразных и разномасштабных природных явлений, функционирования их неисчислимых положительных и отрицательных обратных связей (о существовании некоторых мы, увы, пока даже не догадываемся). Многие из них усиливают или нейтрализуют действие парникового эффекта в том или ином регионе или в тот или иной момент, но при этом доминирующий вклад в глобальное потепление остается за ним. Как следствие, нет и быть не может теории, объясняющей абсолютно все данные мониторинга. А потому находятся факты, необъяснимые сегодня с позиций теории антропогенного потепления климата. Это с удовольствием подмечается авторами альтернативных теорий и гипотез, хотя подобный недостаток присущ их детищам в куда большей степени. Но увлеченные идеей люди, увы, всегда субъективны.

В-третьих, существует вненаучная составляющая. Факт признания значимости антропогенного влияния на климат предполагает в качестве логического продолжения принятие адекватных контрмер. Но любые ограничения и реформы порождают массу неудобств, требуют энергичных действий и больших вложений. Куда спокойнее существовать в привычном неизменном режиме! А для этого надо подвергнуть критике основы теории, несущей угрозу тихому благополучию. Было бы желание, а исполнители найдутся. Нынешняя ситуация очень схожа с той, что предшествовала подписанию и вступлению в силу Монреальского протокола. Тогда, в свете нежелательности закрытия отлаженного производства одних ХФУ и разработки и внедрения технологий по выпуску других, была организована кампания, ставящая под сомнение причастность ХФУ к возникновению «озоновой дыры». Сторонников «фреонной теории» тут же записали в «агенты Дюпона» («Дюпон де Немур», Du Pont de Nemours – американская химическая корпорация, обеспечивавшая своей продукцией значительную часть потребностей мировой экономики в ХФУ, оперативно перестроившаяся на выпуск «дружественных озону» ХФУ), обвинив «мировой империализм» в удушении советской холодильной промышленности и атаке на ее конкурентоспособность.

Приведенное ранее сравнение последствий истощения озонового слоя с бомбой замедленного действия в полной мере применимо и к последствиям глобального потепления. Именно отложенность «исполнения приговора» позволяет до поры до времени оппонентам антропогенной версии вальяжно защищать «суверенное право» бесконтрольного загрязнения окружающей среды (в том числе и парниковыми газами), оправдывая его неизбежной платой за цивилизацию. Однако еще Жан Жак Руссо утверждал, что «закон необходимости с ранней поры учит человека делать то, что ему не нравится, дабы предотвратить зло, которое еще больше пришлось бы ему не по вкусу».

Итак, можно заключить, что изменения климатической системы во времени и пространстве происходят при совместном действии антропогенных (т. е. возникших в результате различных аспектов человеческой деятельности) и естественных климатоформирующих факторов.

На рис. 15 цв. вклейки представлены графики изменений с широтой среднегодовых потоков излучения – солнечного, поглощенного системой «Земля – атмосфера», и длинноволнового теплового, уходящего в космос с верхней границы атмосферы, а также разность этих потоков, называемая радиационным балансом этой системы. Видно, что в зоне примерно 40° с. ш. – 40° ю. ш. радиационный баланс в среднем положителен, т. е. приход энергии от Солнца выше, чем ее уход с длинноволновой радиацией, а вне данной зоны среднегодовой радиационный баланс отрицателен. При этом в зонах 15–70° обоих полушарий радиационный баланс меняет знак с плюса летом на минус зимой, а полярные зоны выше 70° постоянно имеют отрицательный баланс.

Такая неоднородность распределения радиации порождает перенос тепла (энергии) от тропиков к полюсам (меридиональная циркуляция), способствующий пространственному выравниванию радиационного баланса. Этот перенос осуществляется движениями воздуха в атмосфере и воды в океанах, главным образом, – в Атлантическом и Тихом. При этом вклады атмосферы и океанов в перенос примерно одинаковы. В то же время на движущиеся массы воздуха и воды на вращающейся Земле действует сила Кориолиса, которая направляет эти массы вдоль кругов широты, образуя зональные потоки (зональная циркуляция) воздуха с запада на восток в тропосфере вне тропиков.

Конечно же, перенос воздуха в атмосфере происходит не только вдоль параллелей и меридианов. В нижней части тропической тропосферы (до уровня 8–12 км) существует система пассатов – постоянных ветров (в англ. языке они имеют «говорящее» название – «торговые» (trade winds)), дующих с северо-востока на юго-запад в северном и с юговостока на северо-запад в южном полушариях. Действующие также в тропической зоне муссоны, особенно развитые над южной Азией, представляют собой устойчивые сезонные ветры, меняющие направление на противоположное при переходе от зимы к лету или обратно. В зональных потоках вне тропиков существуют так называемые планетарные волны (волны Россби), длина и амплитуда которых в атмосфере достигают нескольких тысяч километров, образующиеся и разрушающиеся за несколько суток (иногда недель). Картину дополняют и усложняют ветры «местного значения», такие, например, как мистраль – северный или северо-западный холодный ветер, дующий с гор в южной Франции, или байкальский баргузин.

Вообще именно «географические» факторы зачастую формируют региональный и местный климат. На распределение температуры в пространстве, ее сезонные изменения и на формирование осадков сильно влияет земной рельеф, в первую очередь расположение материков и океанов, крупные горные системы и т. д.

Например, воздушная масса, несущая много влаги, испарившейся с поверхности океана, выносится зональным потоком на материк и поднимается по склону горного хребта. Водяной пар в этой массе, поднимаясь, охлаждается, конденсируется и выпадает в виде осадков. По мере удаления от океана (и морей) осадков выпадает меньше, климат становится более «континентальным», сухим с холодной зимой и жарким летом.

В итоге взаимодействия всех этих естественных факторов получается наблюдаемая картина климата. Антропогенные факторы, вызывающие изменения климата, воздействуют в основном на описанный выше радиационный режим атмосферы или на режим испарения с подстилающей поверхности.

Формирующие глобальный и региональный климат множество естественных и антропогенных факторов образуют разветвленную систему их взаимодействий с петлями положительных и отрицательных обратных связей.

Одной из самых сильных таких связей является связь «температура – альбедо»: при повышении температуры нижней атмосферы тают снега и льды, в результате чего альбедо уменьшается, а значит, растет доля солнечного излучения, поглощенного поверхностью; она нагревается и увеличивает температуру нижней атмосферы, образуя таким образом положительную обратную связь. Эта связь играет очень важную роль в современном глобальном потеплении климата.

Некоторые обратные связи в климатических факторах ведут себя не одинаково при разных условиях: так, потепление нижней атмосферы, увеличение ее влагосодержания приводят к росту балла (количества) облаков. Если это плотная (слоистая) облачность, она отражает солнечную радиацию и меньшее количество ее энергии поступает на подстилающую поверхность, которая соответственно охлаждается, – имеет место отрицательная обратная связь. Однако при росте балла облаков верхнего яруса, которые пропускают солнечную радиацию почти без задержки, но хорошо поглощают и переизлучают вниз и вверх тепловую, длинноволновую радиацию, поток суммарного излучения к подстилающей поверхности увеличивается, она разогревается, и имеет место положительная обратная связь.