Зміна клімату Землі: в минулому і в майбутньому

Існує прислів’я про торішній сніг як про щось свідомо непотрібне і нецікаве. Однак є науковці, яких жваво цікавить не тільки торішній сніг, а й сніг, що розтанув мільйони років тому. Вони намагаються з’ясувати, який клімат був в дуже стародавні епохи історії Землі. Розроблена методика, що дозволяє майже в кожній жмені глини знайти частинки пилку і спори давно зниклих рослин. Там же знаходять залишки мікроскопічних водоростей, рачків і корненіжок. Знаючи умови життя всіх цих організмів, можна судити про кліматичні умови минулого.

В останні роки стали застосовувати ще й фізичні методи: визначають ізотопний склад кисню, що входить до складу раковин древніх організмів; він залежить від температури води, в якій ці організми жили. Все це дозволило значно доповнити і уточнити колишні уявлення, отримані при вивченні скелетів вимерлих тварин, скам’янілих стовбурів дерев і відбитків їх листя. Але такі цікаві речі, на жаль, вдається знайти досить рідко.

Підсумки робіт показують, що в минулому клімат Землі значно відрізнявся від сучасного. Протягом більшої частини історії Землі він був кращим, ніж тепер. В інтервалі від 230 до приблизно 40 мільйонів років тому майже не спостерігалося районів з холодним кліматом. Ніде (крім високих гір) не було льодовиків і снігів, моря і океани не покривалися льодом. Сонце тоді давало стільки ж тепла, скільки і тепер, але це тепло краще засвоювалося Землею. Тепер 28,5 відсотка сонячної енергії відбивається назад у світовий простір; особливо багато відбиває біла поверхня снігів і льодів. Коли їх не було, енергії на Землі залишалося більше.

Близько 40 мільйонів років тому покрилася льодовиками Антарктида. Поступово Клімат ставав все більш холодним. Приблизно 5 мільйонів років тому виник Гренландський льодовиковий покрив, а 700-800 тисяч років тому льодовики рушили вже в помірні широти. З тих пір було кілька періодів, коли лід покривав величезні простори і досягав в Північній Америці 40° с. ш., а в Європі — 50° с. ш. ці періоди поділялися досить короткочасними епохами, подібними сучасній. Звичайно, короткочасними ці епохи можна вважати тільки з точки зору геологів. 10-15 тисяч років для них — це дуже невеликий термін.

Ми не будемо тут обговорювати причини змін клімату. Нам важливо підкреслити, що сучасний стан природи Землі не є єдино можливим. Змін клімату, які приведуть до похолодання і посухи або до підвищення рівня океану, звичайно, потрібно постаратися уникнути. Ну, а якщо настане потепління на півночі, стане випадати більше дощів в нині посушливих районах, а рівень океану не підвищиться? Такі зміни потрібно було б, звичайно, вітати; слід було б постаратися, щоб вони відбулися швидше.

Природа минулого, як би вона не відрізнялася від сучасної, була не менш прекрасною і не менш гармонійною, ніж сучасна природа. Можна очікувати тому, що і при майбутніх змінах клімату гармонія природи не буде порушена.

Ось на які думки наштовхують міркування про торішній сніг. Виходить, що він — не така вже марна річ.

Чи зміниться клімат?

Це питання ми задаємо завжди, коли зустрічаємося зі спекою або холодом, тривалою посухою або проливними дощами. Може бути, клімат вже почав змінюватися? Але по одному, навіть самому незвичайному метеорологічному явищу ще не можна судити про зміну клімату. Навіть незвичайна погода за один-два роки не означає зміни клімату — адже він являє собою середній стан погоди за 20-30 років. Протягом декількох тисяч років історії людства клімат змінювався тільки в невеликих межах. Якби не втручання людини, він майже не змінився б також в найближчі десятиліття.

У більш віддаленому майбутньому клімат, звичайно, може стати зовсім іншим. Теплий період після закінчення заледеніння триває вже 10 тисяч років і, можливо, через 2-3 тисячі років підійде до кінця — почнеться нове заледеніння. Нижче ми побачимо, що втручання людини зможе запобігти такому розвитку подій.

Але повернемося до можливих подій близького майбутнього. Чи зможе людство впливати на клімат? Може бути, цей вплив відчувається вже тепер? Дійсно, у великих містах мокро на вулицях буває тоді, коли за містом лежить сніг і можна кататися на лижах. Але на планетарні кліматичні процеси вплив людської діяльності ще абсолютно мізерний. Поки що на Землі виробляється в десять тисяч разів менше енергії, ніж приносять сонячні промені. Вуглекислий газ, що надходить в атмосферу в результаті спалювання вугілля, нафти і газу, міг би викликати її нагрівання в результаті так званого парникового ефекту. Вважається, що скла парників пропускають сонячні промені, але затримують зворотне випромінювання грунту. Те ж саме роблять і молекули вуглекислоти, що містяться в повітрі. Але тільки невелика частина вуглекислого газу залишається в атмосфері – він розчиняється у водах океану.

Частинки пилу, яку, на жаль, людство виробляє у величезних кількостях (при спалюванні вугілля, при оранці, при їзді по грунтових дорогах і т.д.), піднімаючись у верхні шари атмосфери, заважають сонячним променям досягати поверхні Землі. Вуглекислий газ і пил діють в протилежних напрямках — їх загальний вплив близький до нуля.

У найближчі десятиліття не можна очікувати занадто великого збільшення видобутку вугілля, нафти і газу. Підземний видобуток вугілля важкий і не дуже вигідний, запаси ж нафти і газу обмежені і вже, по суті, добігають кінця. Основну роль вже зараз відіграє ядерна енергетика. Це покладе межу збільшенню вмісту в атмосфері вуглекислого газу. Навряд чи так само істотно зросте кількість пилу – його і тепер занадто багато. Вплив цих двох факторів залишиться досить невеликим.

Зате третій фактор – виробництво енергії, – що тепер надає абсолютно нікчемний вплив на клімат, поступово вийде на перший план. В принципі можна запобігти будь-якому забрудненню навколишнього середовища – не розкидати папірці і консервні банки, не спускати в річки і моря неочищені стоки, не випускати в повітряний океан гази, дим і кіптяву. Але від так званого «теплового забруднення» позбутися неможливо. Не можна навіть зменшити його. Адже за законом збереження енергії вона не може зникнути, а тільки переходить з одного стану в інший. Всі види енергії – механічна, хімічна, електрична та інші — в кінці кінців, перетворюються в тепло, яке розсіюється в нижніх шарах атмосфери.

Геофізичні розрахунки показують, що кожен відсоток додаткового тепла, що надходить на Землю, призводить до підвищення її температури приблизно на один градус. Потепління позначиться сильніше у високих широтах – там зменшиться площа снігів і морських льодів, біла поверхня яких відбиває сонячні промені. З цієї ж причини потепління буде набагато більш значним взимку, ніж влітку. При потеплінні всієї Землі в середньому на 1°, зими північної частини помірних широт можуть стати теплішими на 3-4°.

Потепління – добре це чи погано?

На питання, «Що таке добре і що таке погано?», не завжди так само легко дати відповідь, як у відомому всім нам вірші. Потепління, яке спричинить людська діяльність, звичайно, врятує наших віддалених нащадків від загрози нового заледеніння. Але чи не принесе зайве тепло якихось непередбачених лих вже в найближчі роки? Побоюються, що збільшиться площа пустель, і посиляться посухи, а танення льодовиків Антарктиди і Гренландії призведе до підвищення рівня океану на кілька десятків метрів, тобто до нового «всесвітнього потопу».

Здоровий глузд підказує, здавалося б, очевидний висновок — при теплій погоді випадає мало дощів, коли ж холодно, то зазвичай і сиро. Але в історії науки не раз бувало, що так званий здоровий глузд підводив. Так виявилося і цього разу. Те, що очевидно для коливань погоди, виявилося зовсім невірним для змін клімату (нагадаємо ще раз, що кліматом називається середній стан погоди за кілька десятків років). Виявилося, що в геологічному минулому теплий клімат був, як правило, також і вологим, а холодний — сухим.

Протягом останніх 60-70 мільйонів років відбувалося безперервне похолодання і одночасно зростали площі пустель, степів, саван та інших ландшафтів, властивих областям з посушливим кліматом. Протягом останнього мільйона років чергувалися заледеніння, під час яких панував дуже холодний клімат, і міжльодовикові періоди з кліматичними умовами, близькими до сучасних. Виявилося, що під час заледенінь (особливо в другій половині льодовикових епох) клімат був вельми посушливим. Біля самого краю льодовика простягалися ландшафти степового типу. Снігу взимку було мало, і навіть такі великі тварини, як мамонти і волохаті носороги, могли цілий рік харчуватися травою. Коли настало потепління і сніговий покрив став глибоким, а відкриті простори заросли лісом, мамонти вимерли (правда, в цьому їм «допомогла» людина). Поблизу льодовиків мешкали також коні, бики, бізони, сайгаки, ховрахи, бабаки, тушканчики та інші степові тварини.

Знамениті наскельні малюнки Сахари довгий час приймалися за свідчення плювіальної (дощової) епохи, що наступала під час заледеніння. Тепер же доведено, що вони відносяться до післяльодовикового часу, коли дощів випадало дещо більше, ніж тепер. У Льодовиковий же час Сахара була набагато ширшою. Озеро Чад і багато інших озер Африки повністю або частково висихали. На берегах Середземного моря на місці соснових і дубових лісів простягалися полинові степи.

Біля краю льодовиків знаходилися великі озера, але вони виникали не через збільшення вологості клімату. Сам льодовик, як величезна гребля, перегороджував річки, що текли на північ. Вони виходили з берегів і затоплювали великі простори. Тут виникає аналогія з будівництвом гребель на річках, що перетинають пустелі. Вище Ассуанської греблі на Нілі розлилося велике водосховище, хоча цей район — один з найбільш посушливих у світі.

Води Північної Двіни і Мезені, завантажених льодовиком, а також льодовикові води надходили в Каспій, в результаті чого його рівень був на 75 см вище сучасного. Все це відбувалося в умовах холодного і дуже сухого клімату.

У періоди, коли клімат був теплим, відзначалася також велика вологість. Під час останнього міжльодовикового періоду, 120-130 тисяч років тому, температура була вище сучасної приблизно на 4°, і лісостеп доходив до Чорного та Азовського морів, майже повністю витісняючи більш посушливі степи. 5-8 тисяч років тому, коли в помірних широтах було тепліше, ніж тепер, приблизно на 2°, також панував відносно вологий клімат. Відомий палеоботанік В. П. Гричук встановив, що в той час в субтропічних і тропічних широтах було дещо холодніше, ніж тепер. Про такі сприятливі для людини зміни клімату можна тільки мріяти.

Розрахунки, проведені в останні роки в Принстонському університеті (США), показали, що якщо кількість тепла, що отримується землею, збільшилася на 6 відсотків, атмосферні опади зросли б на 27 відсотків. Мабуть, тільки в одному районі Землі – на заході Сполучених Штатів – атмосферні опади збільшуються при похолоданні. У всіх же інших районах вони збільшуються при потеплінні. Отже, теплове «забруднення» не загрожує посухою; навпаки, клімат стане більш вологим і більш сприятливим для сільського господарства та інших видів людської діяльності. За таких умов термін «забруднення» стає недоречним; краще говорити про теплову меліорацію.

Всесвітнього потопу не буде

Ну а як бути з іншою небезпекою – з новим «всесвітнім потопом»? Мабуть, і він не загрожує нам в доступному для огляду майбутньому. Льодовиковий щит Антарктиди існує вже 38 мільйонів років. Він існував у періоди, коли клімат був набагато теплішим, ніж тепер. Гренландія покрита льодами не менше 3 мільйонів років. Її льодовики також істотно не зменшувалися під час потеплінь. До недавнього часу вважалося, що близько 5 тисяч років тому рівень океану був за рахунок танення льодовиків на 2-3 м вище сучасного.

Корали, що росли при цьому рівні на тропічних островах, вдалося датувати за швидкістю розпаду ізотопів урану (уран в незначних кількостях міститься в коралах). Виявилося, що всі берегові лінії, що знаходяться вище сучасних, мають дуже давній вік — 80 тисяч, 120-130 тисяч і більше років тому. Як правило, сучасна висота цих берегів пов’язана з горотворними рухами, а не з підвищенням рівня океану, викликаним таненням льодовиків.

Льодовикові щити утворюються, коли накопичення снігу перевершує його танення. Під впливом тяжкості верхніх шарів сніг перетворюється в лід, який у великих обсягах стає пластичним і в’язким. Досягнувши певної потужності (в центральній Антарктиді вона становить 4 км), лід починає дуже повільно текти, в результаті чого льодовиковий щит набуває форму короваю. Це не випадкова аналогія – адже коровай теж набуває свою форму в результаті в’язко-пластичного розтікання тіста. Сніг, що надходить на поверхню льодовикового щита, живить потоки льоду, які досягають кордонів льодовика і там витрачаються на танення або на утворення айсбергів. Обсяг льодовикового щита може зменшитися тільки тоді, коли витрата льоду стане більше накопичення снігу.

Чи може зменшитися обсяг Антарктичного льодовикового щита? В даний час середня температура найтеплішого місяця — січня — на узбережжі Антарктиди становить мінус 4°. Лід там майже не тане, а витрачається тільки на утворення айсбергів. При потеплінні на 2-3° ніяких істотних змін не відбудеться і обсяг льодовикового щита не зменшиться. При більш значному потеплінні (наприклад, на 6°) лід вже почне танути в прибережній зоні шириною приблизно двадцять кілометрів.

Далі від берега поверхня льоду знаходиться на висоті понад 400 м над рівнем моря і там весь рік панували б негативні температури. В результаті тала вода на узбережжі буде стікати в океан, а до берегової лінії буде надходити менше льоду і менше утворюватися айсбергів. Але на обсяг щита це істотно не вплине. Тільки якщо обсяг танення перевищить обсяг снігу (точніше, води, яка могла б вийти при таненні снігу), що випадає на поверхню щита, його розміри могли б почати зменшуватися. Але для цього потрібне таке потепління, якого не було вже кілька десятків мільйонів років і не можна очікувати в майбутньому при будь-яких масштабах розумної діяльності людства.

У Гренландії на поверхню льоду випадає за рік кількість снігу, рівнозначна 500 км води. Витрата на танення становить 300 км, а на утворення айсбергів — 200 км. Щоб заледеніння тут почало зменшуватися, потрібно збільшити витрату на танення більш ніж до 500 км на рік. Момент, коли ця величина буде досягнута, і з’явиться, очевидно, тією критичною точкою, за якою може послідувати деяке (не більше ніж на кілька метрів) підвищення рівня океану. Потепління на 1-2° буде набагато менше критичного.

Чи можна впливати на клімат і як?

Не в звичаях людей спокійно чекати, коли якісь зміни відбудуться самі собою. Існують абсолютно різні плани впливу на клімат. Зараз ведеться широка міжнародна кампанія з охорони навколишнього середовища від забруднення. На жаль, багато вчених вважають неприпустимим будь-які зміни сучасних природних умов; вони вважають, що природу можна тільки погіршити, але не можна поліпшити. І, звичайно, потрібно запобігти майбутньому потеплінню, яке нібито призведе до посухи і до всесвітнього потопу.

Які ж заходи пропонуються для того, щоб зберегти існуючий клімат? Деякі вчені пропонують припинити зростання виробництва енергії. Ними висувається теорія так званого «нульового зростання», хоча правильніше було б назвати її теорією застою. Ці пропозиції, звичайно, абсолютно неприйнятні. Адже припинити розширення енергетики – значить покласти межу прогресу людства. Якщо вже бути логічним до кінця, то чи не засудити тих мавп, які взяли в свої лапи перші знаряддя і перетворилися в людей? Може бути, краще було залишитися на деревах? Тоді б проблема боротьби із забрудненням була ідеально вирішена.

Вчений М. І. Будико виходить з того, що зростання виробництва енергії буде продовжуватися. Для того щоб загальна кількість енергії, що отримується Землею, залишалася постійною, він запропонував зменшити кількість сонячної радіації, що досягає поверхні Землі. Вище вже згадувалося про те, що пилові частинки, які знаходяться в нижніх шарах стратосфери відображають сонячні промені і тим самим сприяють охолодженню. М. І. Будико пропонує збільшити кількість пилових частинок. За його розрахунками для зниження радіації на один відсоток потрібно щорічно доставляти літаками в стратосферу і спалювати там 40 тисяч тонн сірки. Утворені частинки сірчаної кислоти будуть довго не осідати на Землю.

Звичайно, будь-які заходи були б виправдані, щоб запобігти екологічній кризі і загибелі природи. Але порівняння з минулим показує, що потепління не загрожує ніякими лихами. Воно призведе до того, що Північний Льодовитий океан перестане бути «Льодовитим», а буде повністю відтавати влітку, взимку ж замерзати тільки в центральній частині. Різко зменшиться вплив холодних повітряних мас на клімат помірних широт. В результаті ліси зможуть рости на місці тундри, а великі північні райони стануть придатними для землеробства. Особливо велике значення все це матиме для Сибіру, Канади та Аляски.

Але і в більш теплих районах відбудуться разючі зміни. Середня температура січня в Парижі становить тепер + 3,2°, а в Лондоні +3,5°. При підвищенні середньої річної температури на 1° зимова температура могла б зрости на 3-4°. Тоді в Парижі і Лондоні в січні було б в середньому +6°—1-7°, тобто стільки ж, скільки тепер в Марселі або в Сочі. Рівнини Західної Європи покриються вічнозеленою рослинністю.

В Японії сильно збільшиться площа, на якій ростуть субтропічні культури і збирають два врожаї рису в рік. Зменшиться площа пустель. Не виключено, що відпаде потреба в перекиданні стоку сибірських річок в Середню Азію або стане можливим скоротити обсяг вод, що перекидаються.

Самим же головним результатом потепління буде те, що клімат стане більш сприятливим для роботи і відпочинку — стане краще в звичайному, людському сенсі слова. Це сприятиме більш рівномірному розподілу населення по поверхні Землі.

Разом з тим не можна забувати про труднощі, які можуть виникнути при швидких змінах клімату. Якщо в тундрі з’являться умови для зростання лісу, то він зможе вирости тільки через кілька сот років; спочатку ж тундра покриється заростями чагарників. Доведеться не чекати, поки ліс виросте сам, а висаджувати його штучно. Ці труднощі цілком переборні і, звичайно, не можуть змінити загальної сприятливої картини, яка виникне при потеплінні. У майбутньому не доведеться стримувати зростання економіки або створювати хмари сірчаної кислоти, що затуляють Землю від сонячних променів.

Все сказане вище відноситься до потепління, яке явиться побічним результатом розвитку енергетики і може наступити приблизно через сто років. Але якщо зміни будуть сприятливими, чи не спробувати здійснити їх швидше? У зв’язку з цим великий інтерес викликає проект вченого П. М. Борисова. П. М. Борисов запропонував реальний спосіб управління морськими течіями, які переносять тепло в полярні широти. Як відомо, через протоки між Північно-Західною Європою і Гренландією в Арктику проникає Гольфстрім. Охолоджені води потім повертаються через ті ж протоки! Зустрічні потоки заважають один одному, і тепла на північ переноситься мало. Але якщо створити для холодних вод інший вихід, приплив теплих вод збільшиться, і в Арктиці стане тепліше. Таким виходом, на думку П. М. Борисова, могло б стати штучна течія в Беринговій протоці. Цю течію гнали б величезні насоси, заховані в тіло греблі, що перетинає протоку. Потепління Арктики прискорило б всі ті сприятливі зміни, про які говорилося вище.

Безумовно, це поки лише смілива ідея, і перш ніж братися за здійснення проекту П. М. Борисова або будь-якого іншого проекту зміни клімату, слід навчитися розраховувати стан атмосфери і океану – сучасний, минулий і майбутній. Провести такі розрахунки – найближча мета наук про Землю.

Розвиток наукових досліджень дасть можливість вже за життя нинішнього покоління почати істотне поліпшення природи Землі. Необхідно налагодити широке міжнародне співробітництво щодо захисту і поліпшення навколишнього середовища в інтересах всього людства. Перемикання на мирні цілі хоча б частини коштів, що витрачаються тепер у світовому масштабі на військові потреби, дозволить швидко здійснити найграндіозніші проекти.

На майбутнє можна дивитися з оптимізмом. Природа не загине. Якщо з нею поводитися розумно, вона стане ще прекрасніше. Звичайно, за умови, що наголос в цій фразі ми поставимо на слові «розумно».

Автор: Д. Квасов, доктор географічних наук.