книги из ГПНТБ / Будыко, М. И. Изменения климата

УДК 551.583 : 572.1 : 576.1 : 577.4

научно-т*' хии усчдя 'библио - ха С С С Р

' ЭКЗЕ« -0

^ИТAjlbHOFО г. АЛЛ

¥b~^3otf

I

20807-233

Изучая природу прошедших времен, Можно видеть пути, по которым пройдут Судьбы мира, еще не открытые нам, Но живущие в прошлом, как семя в земле.

Шекспир. Король Генрих IV. Часть II

Глава 1

ВВЕДЕНИЕ

1.1. ЗАДАЧА МОНОГРАФИИ

Вопрос об изменениях климата привлекал внимание многих исследователей, работы которых были посвящены главным образом сбору и изучению эмпирических данных о климатических условиях различных эпох. Исследования этого направления содержат об­ ширные материалы о климатах прошлого.

Меньше результатов было получено при изучении причин изме­ нений климата, хотя эти причины уже давно интересовали специа­ листов, работающих в данной области.^Из-за отсутствия точной теории климата и недостатка необходимых для этой цели мате­ риалов специальных наблюдений при выяснении причин изменений климата возникли большие трудности, не преодоленные до послед­ него времени.")

Высказанные в различных исследованиях гипотезы о причинах изменения климата часто не были подтверждены количественными расчетами или данными наблюдений, а те обоснования, которые были представлены, вызывали различные возражения. Поэтому сейчас не существует общепринятого мнения о причинах изменений и колебаний климата .как для современной эпохи, так и для гео­ логического прошлого.)

^Между тем вопрос о механизме изменений климата приобре­ тает в настоящее время большое практическое значение, которого он еще недавно не имел. В ряде исследований установлено, что хозяйственная деятельность человека начала оказывать влияние на глобальные климатические условия, причем это влияние бы­ стро возрастает. I

В связи с этим возникает необходимость разработки методов прогноза изменений климата для того, чтобы предотвратить опас­ ное для человека ухудшение природных условий?)

Очевидно, что такие прогнозы нельзя обосновать только эмпи­ рическими материалами об изменениях климата в прошлом. Эти материалы могут быть использованы для оценки климатических условий будущего путем экстраполяции наблюдаемых сейчас из­ менений климата, однако такой метод прогноза пригоден лишь для очень ограниченных интервалов времени из-за нестабильности факторов, влияющих на климат.

Для разработки надежного метода прогноза климата будущего в условиях возрастающего влияния хозяйственной деятельности

6 Глава I. Введение

человека на атмосферные процессы необходимо использование физической теории изменений климатам

Между тем, несмотря на большие успехи, достигнутые в совре­ менных исследованиях по теории климата, имеющиеся численные модели метеорологического режима являются приближенными и их-обоснования содержат те или иные существенные ограни­ чения, у 1

-Очевидно, что эмпирические материалы об изменениях климата имеют очень большое значение как для построения, так и для про­ верки приближенных теорий изменений климата.

Аналогичное положение имеет место в изучении вероятных по­ следствий воздействий на глобальный климат, осуществление которых, по-видимому, возможно в близком будущем.

Перспективы выяснения вопроса о механизме изменения кли­ мата расширяются в связи с быстрым развитием в последние годы нового раздела науки о климате — физической климатологии, которая широко использует для изучения климатических условий методы теоретической и экспериментальной метеорологии. В иссле­ дованиях этого направления объяснены многие закономерности генезиса климата, т. е. условий формирования климата в различ­ ных районах земного шара., '

Можно думать, что применение современных методов физиче­ ской климатологии позволит рассмотреть вопрос о причинах изме­ нений климата на более широкой основе по сравнению с большин­ ством ранее выполненных исследований по данной проблеме.

Этой задаче посвящена данная монография, основанная главным образом на материалах работ, выполненных автором и его сотруд­ никами в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воей­ кова.

Первая глава монографии содержит краткие сведения о кли­ матических условиях прошлого и обзор различных точек зрения на причины изменений климата. В следующей главе изложена полуэмпирическая теория климата, которая используется в третьей и четвертой главах для выяснения причин естественных изменений климата, происходивших в современную эпоху и в прошлом. В пятой главе обсуждается влияние изменений климата на эволю­ цию живых организмов.

Заключительные главы монографии посвящены влиянию хозяй­ ственной деятельности человека на климат в современную эпоху и в будущем. В этих главах обсуждается возможность возникно­ вения экологического кризиса, обусловленного антропогенными изменениями климатических условий, и рассматриваются пути предотвращения колебаний климата, которые могут нанести ущерб народному хозяйству.

1.2.ИСТОЧНИКИ СВЕДЕНИЙ

ОКЛИМАТЕ

Климатические условия на нашей планете лучше всего изучены для так называемой эпохи инструментальных наблюдений, в тече­ ние которой проводились систематические измерения ряда метео­ рологических элементрв при помощи стандартных приборов в большом числе пунктов. Указать дату начала этой эпохи довольно трудно, так как мировая сеть метеорологических станций возникла не сразу, а развивалась на протяжении длительного времени.

Хотя первые конструкции большинства применяемых сейчас метеорологических приборов были созданы уже в XVII—XVIII вв., до середины XIX в. число метеорологических станций, ведущих постоянные наблюдения, было невелико, в особенности в тропиче­ ских странах и в малонаселенных районах внетропических широт. Более или менее многочисленная сеть метеорологических станций на всех континентах (кроме Антарктиды) сложилась только во второй половине XIX в.

Программа наблюдений на этих станциях включала измерения температуры и влажности воздуха, давления, скорости ветра, атмосферных осадков и некоторых других метеорологических эле­ ментов. В середине XX в. число метеорологических станций превы­ сило 10 тыс. К этому времени развилась также система актино­ метрических наблюдений, имеющая большое значение для иссле­ дований климата и его изменений.

Современная актинометрическая сеть включает около тысячи станций, на которых производятся наблюдения за приходом сол­ нечной радиации и ее преобразованиями на земной поверхности.

В последние годы с помощью метеорологических спутников получен ценный для изучения климата материал, включающий данные об облачности и радиационном режиме на внешней гра­ нице атмосферы.

Из различных видов специальных наблюдений, которые прово­ дятся в ограниченном числе пунктов, следует выделить начатые в последние десятилетия наблюдения за составом атмосферного' воздуха и находящимися в атмосфере твердыми и жидкими ча­ стицами (атмосферный аэрозоль). Материалы таких наблюдений очень существенны для исследований изменений климата.

Следует отметить, что для изучения климата и его изменений существующая мировая система метеорологических наблюдений во многих отношениях недостаточна. Так, в частности, сравни­ тельно мало информации имеется о метеорологическом режиме над большей частью поверхности Земли, занятой океанами. В на­ стоящее время действует сравнительно немного (около 20) кораб­ лей погоды, расположенных главным образом в северной части Атлантического океана, проводящих систематические наблюдения

8 Глава 1. Введение

в определенных районах за всеми основными метеорологическими элементами. Сведения о метеорологическом режиме в других рай­ онах Мирового океана поступают главным образом с проходящих там кораблей. Количество и качество такой информации значи­ тельно уступает данным, получаемым на наземных метеорологи­ ческих станциях.

Многие существенные для изучения климата метеорологические элементы, как, например, турбулентный поток тепла в атмосфере, испарение, затрата тепла на испарение и другие, не измеряются на массовых метеорологических станциях, хотя методы их изме­

токи тепла в атмосфере, приход тепла от конденсации водяного пара и т. д.) прямые методы измерений не разработаны.

При всей ограниченности мировой системы Метеорологических наблюдений она дает много материалов для изучения изменений режима температуры воздуха у земной поверхности, осадков, дав­ ления, ветра и некоторых других метеорологических элементов за последнее столетие.

Для отдельных районов можно использовать и более ранние материалы метеорологических наблюдений, однако территория, освещенная этими наблюдениями в первой половине XIX в. и осо­ бенно в XVIII в., составляет небольшую часть поверхности зем­ ного шара.

Для периода, предшествующего эпохе инструментальных на­ блюдений, длительностью 2—3 тыс. лет некоторые сведения о кли­ матических условиях можно найти в записях современников. Ха­ рактер этих записей очень разнообразен — иногда они велись на протяжении десятков лет и включали подробную характеристику ежедневных изменений погоды, иногда представляли краткое упо­ минание о крупном стихийном бедствии, обратившем на себя об­ щее внимание (засуха, ураган, ливни и т. д.).

Так как такие сведения о климатических условиях прошлого имеются для ограниченного числа районов, их можно использовать главным образом для изучения региональных изменений климата.

Гораздо большее значение для исследования климатов различ­ ных эпох имеют материалы о природных условиях прошлого. По­ скольку процессы формирования осадочных отложений, выветри­ вания горных пород, развития водоемов, существования живых организмов зависели от атмосферных факторов, данные об этих процессах позволяют оценить климатические условия соответст­ вующих периодов времени.

Интерпретация материалов о природных условиях отдаленных эпох для выяснения климатического режима связана с большими трудностями, причем некоторые из них имеют принципиальный характер. К таким трудностям, в частности, относится необходи­

о сохранении в прошлом таких же связей между климатом и дру­ гими природными явлениями, какие существуют в наше время. Хотя подобный подход не является бесспорным, многообразие природных процессов, зависящих от климата, позволяет осущест­ влять независимую проверку результатов восстановления клима­ тических условий прошлого по различным палеогеографическим показателям. В связи с этим можно не сомневаться в достовер­ ности наиболее общих закономерностей климатических условий геологического прошлого, установленных в палеогеографических исследованиях, хотя более частные результаты этих исследований нередко являются дискуссионными и требуют дальнейшего изу­ чения.

Существенным дополнением. к палеогеографическим данным при изучении климатических условий прошлого являются мате­ риалы по палеотемпературам, получаемые в результате анализа изотопного состава органических остатков. Оценка точности та­ ких материалов и вопрос об их правильной интерпретации свя­ заны с значительными трудностями, которые постепенно преодо­

иматериалы об ископаемых флорах и фаунах.

Воснове первого подхода находятся хорошо изученные в на­ стоящее время связи литогенеза с климатическими факторами. Так, в частности, в условиях жаркого и влажного климата проис­ ходит интенсивное химическое выветривание горных пород, приво­ дящее к разрушению неустойчивых минералов. При сухом жарком климате химическое выветривание менее интенсивно, в таких условиях большое значение приобретает разрушение горных пород под влиянием ветра и колебаний температуры. Еще менее сущест­ венно химическое выветривание в условиях холодного климата, где преобладает физическое выветривание, при котором сохраня­ ются малоустойчивые в химическом отношении минералы.

Условия увлажнения оказывают большое влияние на объем и структуру осадочных отложений, в сухих районах этих осадков обычно немного, во влажных областях их количество возрастает, причем среди них значительное место занимают аллювиальные осадки.

С климатическими условиями тесно связан процесс углеобразования, в связи с чем данные об ископаемых углях могут быть использованы для реконструкции климатов прошлого. Интерпре­ тация этих данных связана, однако, с определенными трудно­ стями, так как зависимость угленакопления от климата в раз­ ные периоды времени существенно изменялась в соответствии