Изменение климата. Отчет программы ООН по охране окружающей среды 2010
Последствия повышения концентрации парниковых газов в атмосфере для планетарных систем понимается лучше благодаря вниманию, которое уделяется региональным проявлениям такого воздействия, а также результатам международного мониторинга. Особую обеспокоенность вызывают влияние таяния льда на повышение уровня моря, значимость повышения кислотности океана для морских экосистем и риски для глобального сельского хозяйства и водоснабжения, связанные с расширением тропического пояса.
ВВЕДЕНИЕ
Средняя мировая температура воздуха у поверхности Земли по-прежнему имеет долгосрочную тенденцию к повышению (см. Рисунок 1). С начала регистрации температуры с использованием измерительных приборов в середине XIX века 2000-2009 годы стали самым теплым десятилетием (NCDC 2009, WMO 2009). По данным исследований Института космических исследований им. Годдарда, самым теплым годом пока официально считается 2005 г . Второе место занимает 2007 г. Самым холодным годом десятилетия был 2008 г ., но при этом 2008 год является девятым самым теплым зарегистрированным годом. Похолодание в 2009 году объясняется ослаблением воздействия Ла-Нинья при расширении Эль-Ниньо в восточной части Тихого океана (NCDC 2009) (Вставка 1).
ТАЯНИЕ ЛЬДОВ
Повышение температуры мирового океана приводит к термальному расширению его объема. Последние оценки позволяют предположить, что термальное расширение верхнего океанического слоя толщиной 700 метров является причиной повышения уровня моря примерно на 0,52 миллиметра (мм) в год в период между 1961 и 2003 годом, что составляет 2,1 сантиметра (см) в течение этого 42-летнего периода (Domingues и др. 2008).
Другим процессом, приводящим к повышению уровня Мирового океана, является приток воды за счет таяния льда. Таяние ледников и ледяных шапок, а также обширного ледникового покрова Гренландии и Антарктики приведет к повышению уровня моря, в случае если водные массы попадут в океан в виде талой воды или айсбергов (Pritchard и др. 2009, Steig и др. 2009, Velicogna 2009). Сход льда с суши в океан может происходить в результате таяния ледников и ледниковых покровов в результате прямого воздействия температуры. Лед может также попадать в океан из-за изменения характера и темпов движения ледников и ледникового покрова, в результате которого лед сходит прямо в океан в виде айсбергов (Holland и др. 2008). Движение ледников и ледового покрова может привести к быстрому подъему уровня моря, поскольку ускорение движения ледников и облом айсбергов не зависят линейно от повышения температуры. Изменение климата может привести к внезапному и необратимому ускорению разрушения ледников и, как следствие, сбросу айсбергов в океан (Bamber и др. 2009, Pfeffer и др. 2008).
Геологические данные говорят о том, что динамические изменения ледникового покрова в прошлом были причиной значительного повышения уровня моря. Большинство исследований динамических изменений, в том числе ускоренного сброса айсбергов, ведется в отношении ледников и ледниковых шапок. Однако в последние годы и особенно в связи с Международным полярным годом исследования динамики ледникового покрова, ледников и ледяных шапок стали гораздо более
Вставка 1: Определение причин
Руководящие круги увеличивают свои усилия по поиску ответов на вопросы, касающиеся причин существующих климатических изменений — иными словами, по поиску причин наблюдаемых колебаний и изменений климата. Для обоснования причин ученые опираются на различные типы доказательств и методов, в том числе на массивы данных и результаты моделирования (NOAA 2009).
Существует несколько возможных объяснений климатических изменений. Действие внешних сил, таких как изменение солнечной активности, извержения вулканов, вмешательство человека в функционирование углеродных воронок и источников углеродных выбросов или отражающих факторов, которые приводят к вводу новой энергии или материала извне в климатическую систему. Под внутренними силами могут пониматься процессы, протекающие, главным образом, при взаимодействиях в атмосфере, а также процессы, включающие в себя различные компоненты климатической системы, такие как циклы Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Перед тем как отнести какое-либо климатическое условие к результату вмешательства человека, необходимо определить, не явилось ли это состояние результатом исключительно внешнего естественного воздействия или внутренних изменений (NOAA 2009).
Ученые подразделяют все виды деятельности человека, которые влияют на изменение климата, на три взаимосвязанные и перекрывающиеся категории: выбросы парниковых газов, выбросы аэрозолей и изменения в режимах землепользования.
Парниковые газы (GHGs) выбрасываются в атмосферу в транспортной, промышленной, сельскохозяйственной и других сферах человеческой деятельности. На их долю приходится почти две трети всех факторов, связанных с радиационным воздействием или влиянием на изменения в энергетическом балансе Земли, как в XX веке, так и ранее. К ПГ, которые выбрасываются в атмосферу в течение десятилетий или веков, относится двуокись углерода (CO2 ), метан (CH4 ), оксид азота (N2 O), и ряд искусственных соединений, таких как гидрофторуглероды (HFCs), перфторуглероды (PFCs) и гексафторид серы (SF6 ). Источником более чем половины выбросов ПГ являются электростанции, отрасли производства и применения ископаемых видов топлива, производства цемента, утилизации отходов и строительства (IPCC 2007).
Аэрозоли представляют собой суспензии мелких твердых и жидких частиц, которые попадают в атмосферу вследствие использования подсечно-огневого земледелия, дизельного и биотоплива, а также других источников, зачастую связанных с производством черного угля или сажи. Аэрозоли и пыль накапливаются в атмосфере и образуют облака, которые препятствуют попаданию солнечного излучения на поверхность Земли. Они также могут усиливать радиационное воздействие, что зависит от размера частиц, их физических свойств и положения в атмосфере или на поверхности планеты (IPCC 2007).
К изменениям режимов землепользования относят вырубку леса, лесные пожары, осушение болот и любую деятельность, которая приводит к изменениям коэффициента отражения земной поверхности. Сельское хозяйство, в особенности животноводство и орошаемое выращивание риса, является основным источником значительных выбросов метана (IPCC 2007).
В последние два десятилетия возросла уверенность в том, что глобальное потепление является результатом суммарного воздействия этих видов деятельности. Это можно проиллюстрировать путем сравнения заключений, содержащихся в последовательных оценочных докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) за разные годы. В первом оценочном докладе, опубликованном в 1990 году, выражена обеспокоенность следующим фактом: «Масштабы потепления в целом согласуются с прогнозами, основанными на моделировании климата, но в то же время их величина соответствует естественным темпам изменения климата. Таким образом, наблюдаемый рост может в значительной степени быть результатом таких естественных изменений. В противном случае эти естественные изменения и другие антропогенные факторы могут повлечь за собой гораздо большее потепление за счет парникового эффекта, вызванного деятельностью человека. Однозначное подтверждение причин усиления парникового эффекта в течение десятилетия или более вряд ли является возможным» (IPCC 1990).
Составители второго оценочного доклада, представленного в 1995 году, дают несколько более смелую оценку: «Наша способность выразить количественно человеческое воздействие на мировой климат в настоящее время ограничена, поскольку ожидаемые сигналы все еще сравнимы с фоном естественных изменений и существует неопределенность в ключевых факторах. К ним относятся масштабы и формы долгосрочной природной изменчивости и временной фактор влияния и реагирования на изменения концентрации парниковых газов и аэрозолей, а также изменения земной поверхности. Несмотря на это, баланс объективных данных свидетельствует о наличии заметного человеческого влияния на глобальный климат» (IPCC 1995).
Третий оценочный доклад от 2001 года продемонстрировал возрастающую уверенность: «В свете новых свидетельств, а также с учетом сохраняющейся неопределенности, наблюдаемое в течение последних 50 лет потепление, вероятно, в значительной мере вызвано увеличением концентрации парниковых газов». В этом докладе под термином «вероятно» понимается вероятность свыше 66% (IPCC 2001).
В четвертом оценочном докладе, представленном в 2007 году, говорится: «Большинство фактов, подтверждающих повышение средней мировой температуры, зафиксированных с середины XX века, весьма вероятно, объясняются наблюдаемым увеличением концентрации антропогенных выбросов парниковых газов». Термин «весьма вероятно» здесь означает более 90 процентов вероятности (IPCC 2007).
Исследование причин в настоящее время фокусируется на согласованности — как на региональном уровне, так и на уровне экосистем — между антропогенными воздействиями и изменением климата, связанным с температурой и осадками. В недавнее время было предложено считать антропогенное воздействие причиной изменений трендов полярных температур; температуры поверхности моря в циклоногенных океанских бассейнах; смещений сред обитания; гидрологических изменений в западной части Соединенных Штатов, а также перемен в физических и биологических системах, таких как исчезновение ледников и изменений режимов раскрывания почек (Barnett и др. 2008, Gillett и др. 2008a, Gillett и др. 2008b, Kelly и Goulden 2008, Rosenzweig и др. 2008).
На рисунке показано влияние различных факторов на потепление (оранжевые столбцы) или на охлаждение (синие столбцы) климата Земли с начала индустриальной эпохи, т.е. примерно с 1750 года до настоящего времени, в ваттах на квадратный метр. Тонкая черная линия, изображенная поверх каждого столбца, отображает оценку диапазона неопределенности. Рассматриваемые факторы включают в себя все основные антропогенные факторы, а также солнце, которое является единственным основным природным фактором, оказывающим долговременное воздействие на климат. Охлаждающий эффект, вызванный извержениями отдельных вулканов, также является естественным эффектом, но он является относительно кратковременным (не более двух-трех лет). Поэтому такие воздействия не отображены на диаграмме. Существует общий чистый эффект антропогенного воздействия и относительно слабый общий эффект потепления от природного воздействия. Источник: Адаптированная схема по данным Карла и др. (2009) и МГЭИК (2007)
интенсивными (Briner и др. 2009, IPY 2009, Pritchard и др. 2009, Bell 2008, Howat и др. 2008, Pfeffer и др. 2008, Rignot и др. 2008) (Вставка 2). Понимание механизмов и контроль влияния быстрых динамических изменений ледников, ледяных шапок и ледяных покровов на повышение уровня моря является одной из самых важных целей гляциологии и исследований колебаний уровня моря (Bamber и др. 2009, Cazenave и др. 2009, Fletcher 2009, Milne и др. 2009, Meier и др. 2007, Pfeffer и др. 2008).
В настоящее время оценки на мировом уровне показывают, что таяние льдов приводит к подъему уровня моря на 1,8-2,0 мм в год. Доля талой ледниковой воды может возрасти, в случае если отделится береговой гребень сокращающихся шельфовых и приливных ледников или произойдет крупномасштабный обвал легко повреждаемых частей ледяных покровов (Bamber и др. 2009, Cazenave и др. 2009, Meier и др. 2007).
Вставка 2: Международный полярный год
Продолжают публиковаться результаты Международного полярного года (IPY), проведение которого было организовано Международным советом по науке и Всемирной метеорологической организацией. В целях адекватного охвата как Арктики, так и Антарктики, МПГ включал в себя два полных годовых цикла, начиная с марта 2007 года и заканчивая мартом 2009 года. Было выполнено более 200 исследовательских проектов. Тысячи ученых из более чем 60 стран сделали значительный вклад в накопление данных и понимание изменений в океанах, ледовом покрове, атмосфере и на суше полярных районов (IPY 2009)
Динамическое истончение — отрыв, вызванный сильным течением, — еще не совсем понятное явление, потенциальное влияние которого на повышение уровня моря еще не определено. Динамическое истончение континентальных ледниковых покровов отслеживается повторяющимися спутниковыми альтиметрическими измерениями, которые проводятся в целях регистрации изменений высоты поверхности, но до последнего времени было проведено лишь небольшое количество систематических измерений высокой точности (Pritchard и др. 2009, IPCC 2007). Применение новых аналитических возможностей продемонстрировало, что динамическое истончение по краям этих крупных ледниковых покровов можно отследить. Проведенный в 2009 году анализ с высоким разрешением, основанный на 43 миллионах спутниковых измерений Антарктиды и 7 миллионах измерений Гренландии в период между 2003 и 2007 годом, показывает, что существенные изменения в толщине ледниковых покровов объясняются динамикой движения края покровного ледника на границе с океаном (Pritchard и др. 2009). Динамическое истончение шельфовых и приливных ледников происходит постоянно; оно имеется на всех широтах в Гренландии и активизировалось на основных береговых линиях в Антарктиде. Динамическое истончение длится десятки лет после разрушения шельфового ледника, проникло далеко вглубь каждого ледникового покрова и распространяется по мере того, как шельфовые ледники истончаются при таянии в связи с воздействием океана (Pritchard и др. 2009, Van den Broeke и др. 2009).
Трансформации арктических льдов
В последние 10 лет ледовый покров Северного Ледовитого океана существенно уменьшился. Минимальная площадь ледового покрова была зарегистрирована в 2007 г., а минимальный объем — в 2008 г. (NSIDC 2009). В 2009 году была зарегистрирована третья в списке минимальных значений площадь ледового покрова океана. Произошло медленное восстановление. В отдельные дни ноября 2009 года площадь ледяного покрова была минимальной для соответствующей даты за всю историю наблюдений (IJIS 2010, NSIDC 2009) (Рисунок 2).
природа ледового покрова Арктики значительно изменилась за последние несколько десятилетий. Морской лед стал более тонким и более подверженным быстрому таянию, при этом доля одно- и двухлетнего льда растет. В 1987 году возраст 57% льда Арктики составлял 5 лет и более, а возраст не менее 14% льда составлял 9 и более лет. К 2007 году только 7% льда имело возраст пять и более лет, а льда с возрастом более 9 лет не существовало (Haas и др. 2008, Maslanik и др. 2007). Поскольку теплый и влажный воздух попадает в субарктические погодные системы, истончение и повышение повреждаемости арктического морского льда будет иметь сильное влияние на глобальную климатическую систему (Serreze и др. 2007).
Поскольку более новый и более тонкий лед тает быстрее, всё большие площади открытой воды подвергаются воздействию солнечной радиации в более раннее время года и нагреваются в течение более длительного периода. Более интенсивный перенос тепла из океана в атмосферу — морской эффект — как предполагается, содействует установлению умеренно холодной температуры в осеннее и зимнее время (Serreze и др. 2007). По мере схода льда с береговых линий, ветры над открытой водой увеличивают силу, создавая более высокие волны и увеличивая эрозию берега (Perovich и Richter-Menge 2009, Mars и Houseknecht 2007).
Значительные изменения в последние годы наблюдаются в поведении циклонов и в атмосферной циркуляции над Арктикой. Новые исследования свидетельствуют о том, что изменения связаны с изменчивостью сентябрьского ледяного покрова (Simmonds и Keay 2009). Это подтверждает предположения, что сокращение и истончение арктического льда делает этот регион восприимчивым к будущей аномальной циклонической активности и атмосферному воздействию (Simmonds и Keay 2009).
На погоду в более низких широтах могут влиять эти изменения в высоких широтах Арктического бассейна (Serreze и др. 2007). Объединив спутниковые измерения площади морского льда с обычными атмосферными наблюдениями, исследователи пришли к выводу, что изменчивость летнего льда связана с крупномасштабными атмосферными процессами в осенне-зимние периоды, происходящими значительно ниже Северного полярного круга. Такими процессами могут являться потепление и дестабилизация нижней тропосферы, увеличение облачности и уменьшение градиента толщины льда по направлению к полюсу, которое приводит к ослаблению полярных струйных течений (Francis и др. 2009). Быстрое отступление арктического морского льда может ускорить потепление до внутренних областей на расстояние до 1500 км от берега, затрагивающее значительную часть Гренландии, Скандинавии, России, Аляски и Канады. При быстром отступлении льда потепление внутренних областей может иметь драматические последствия для экосистем и больших групп населения, зависящих от этих экосистем (Jonesс и др. 2009, Lawrence и др. 2009).
Беспокойство вызывают последствия постоянного потепления климата в Арктике и субарктических наземных экосистем, а также связанные с ними процессы. Выбросы CO2 , CH4 , и, в последнее время, N2 O в этих областях в последние десятилетия значительно возросли (Tarnocai и др. 2009). В почве арктических зон вечной мерзлоты содержится огромное количество углерода. Вместе с северными приполярными районами эти экосистемы, по оценкам специалистов, содержат в два раза больше углерода, чем в настоящее время содержится в атмосфере в виде CO2 (Tarnocai и др. 2009, Schuur и др. 2008). Потепление в Арктике уже привело к увеличению выбросов CO2 и CH 4 , что предполагает возможно уже начавшиеся ответные процессы (Walter и др. 2007). Собранные фактические данные показывают, что начались процессы дегазации подводных месторождений метана в Северной Атлантике (Westbrook и др. 2009) (Рисунок 3).
Большая часть углерода высвобождается при оттаиваний почв в результате разложения органических веществ — останков растений, животных и микробов, которые накапливались тысячелетиями. Эти органические вещества сохранились в относительно устойчивом состоянии благодаря низким температурам вечной мерзлоты, в которой они находятся. По мере оттаивания вечной мерзлоты образуется термокарст, земля оседает, и на поверхности появляются новые озера или увеличиваются существующие, образуются заболоченные участки и кратеры (Walter и др. 2007). Как правило, оттаивающие участки и возвышенности с хорошим дренажом и с наличием кислорода, являются типичными источниками выбросов CO2. В заболоченных районах и озерах, где анаэробные микроорганизмы разлагают органические вещества, основное вещество выбросов — метан. Выбросы углерода из арктических наземных экосистем увеличиваются в более теплые сезоны и с ростом температур. Потепление также ведет к расширению и активизации роста растений, что увеличивает потребление диоксида углерода. Влияние выбросов в Арктике будет определяться взаимодействием этих климатически обусловленных процессов на состояние суши и моря (Tarnocai и др. 2009, Schuur и др. 2008).
ПОВЫШЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ОКЕАНА
Выбросы в результате использования ископаемых видов топлива увеличились на 29 процентов в период между 2000 и 2008 годом (Le Quere и др. 2009). Очень важным последствием высоких концентраций CO2 в атмосфере является повышение кислотности Мирового океана. Поскольку антропогенные выбросы углекислого газа начали увеличиваться, Мировой океан действует как углеродная воронка, поглощая свыше 450 миллиардов тонн CO2 из атмосферы, что составляет около одной трети всех выбросов углерода, начиная с 1750 года (Doney и др. 2009). При поглощении CO2 морской водой происходят химические изменения, снижающие уровень pH морской воды и концентрацию ионов карбонатов. Этот процесс называется повышением кислотности океана. Повышение кислотности воздействует на кораллы и ракообразных, обитающих в верхних слоях океанской воды. Снижение количества ионов карбонатов делает структуры карбоната кальция (CaCO3 ) подверженными растворению. Сокращается ареал обитания океанических организмов, использующих карбонат кальция для формирования раковин и скелетов — морских накопителей кальция (Doney 2009, Fabry и др. 2008). По прогнозам, к 2070 году в результате коррозионного подкисления исчезнет вода, пригодная для роста кораллов (IPCC 2007).
Процессы смешивания слоев океанической воды и распределения CO2 по различным слоям еще не до конца понятен. Величина поглощения CO2 океанами в будущем не определена, и окисление может идти даже быстрее, чем прогнозируется (Raupach и др. 2007). Остаются нерешенными важные вопросы о том, какое максимальное количество CO2 может поглощаться океаном (Khatiwala и др. 2009, Le Quere и др. 2009).
Непрерывно продолжающееся повышение кислотности океана может причинить вред целому ряду морских организмов и пищевым цепочкам, которые от них зависят, что в конечном счете приведет к постепенной деградации всей морской экосистемы (Doney и др. 2009, Fabry и др. 2008). Лабораторные исследования показывают, что моллюски, в том представляющие коммерческую ценность, например, мидии и устрицы, и в особенности их молодняк, наиболее чувствительны к этим изменениям (Cohen и др. 2009, Kurihara и др. 2009). Те общества, экономика которых зависит от морских организмов-накопителей кальция, в ближайшие несколько десятилетий могут понести серьезные финансовые потери, вплоть до социальных потрясений (Cooley и Doney 2009).
Общее воздействие повышения кислотности мирового океана на морскую среду будет зависеть от реакции экосистемы. Даже если морские организмы- накопители кальция сохранят способность к строительству раковин и скелетов в условиях роста поглощения CO2, им может понадобиться на это больше энергии, что отрицательно скажется на их выживаемости и темпах воспроизводства (Wood и др. 2008). Уменьшение количества планктона, молодняка ракообразных и других организмов, находящихся в начале морских пищевых цепочек, приведет к уменьшению улова экономически важных хищных видов (Cooley и Doney 2009). В то же время изменение кислотности будет наносить вред кораллам, препятствовать их ветвлению и росту, что разрушит морскую среду, в которой происходит питание и воспроизводство морских организмов (Veron и др. 2009, Hoegh-Guldberg и др. 2007, Lumsden и др. 2007).
В некоторых случаях нарушение роста кораллов приводит к экологическим сдвигам, приводящим к быстрому росту водорослей и снижению видового разнообразия, создавая новые состояния экосистем, которые являются устойчивыми, но в которых наблюдается доминирование травоядных и менее ценных с коммерческой точки зрения видов. Повышение кислотности океана, согласно наблюдениям, является причиной сходных экологических отклонений, которые касаются как кораллов и других накопителей кальция, так и морской травы и водорослей, произрастающих в сообществах с уменьшающимся уровнем pH (Norstrom и др. 2009, Wootton и др. 2008, Hoegh-Guldberg и др. 2007).
Изначально обеспокоенность повышением кислотности океана была сконцентрирована на сокращении кальцификации коралловых рифов и других известковых организмов, однако появляются и другие проблемы. Повышение концентрации растворенного CO2 может оказывать физиологическое воздействие на морских животных, ухудшая условия их жизнедеятельности и требуя от них дополнительных затрат энергии, которая в ином случае расходовалась бы на их двигательную активность, охоту, размножение или борьбу с другими внешними вредными воздействиями, такими как потепление океана и снижение концентрации кислорода (Brewer и Peltzer 2009, Guinotte и др. 2008).
Чтобы определить оптимальные методы воздействия на эти изменения, необходимо лучше понять, в какой степени повышение кислотности океана влияет на критические физиологические процессы или процессы развития. Эти процессы являются движущей силой кальцификации, построения структуры экосистем и их функционирования, биологического разнообразия, и, в конечном счете, здоровья экосистем. Необходимо незамедлительно провести исследования синергетических эффектов повышения уровня кислотности океана и других антропогенных экологических изменений морских пищевых цепочек, а также потенциальных трансформационных последствий, которые могут возникнуть в морских экосистемах из-за этих изменений (Guinotte и др. 2008) (Вставка 3)
Вставка 3: Международная сеть наблюдений за повышением кислотности океана
Ученые предложили создать новую международную междисциплинарную программу по обнаружению крупномасштабных изменений свойств океанической воды и связанных с ними биологических реакций на окисление океана. Эта программа должна включать в себя гидрологические исследования с судов, последовательные погружения датчиков, установку буев и глиссеров с системой измерения концентрации углерода, датчиками уровня кислотности pH и концентрации кислорода, а также экологические исследования. Благодаря координации будущих планов исследования океанического углерода и биологических сообществ, а также установке дополнительных датчиков и причалов, можно удовлетворить многие требования по исследованию уровня кислотности океана в открытых районах. Обширная сеть новых баз для гидрографических и экологических разведок, причалы и буи в прибрежной среде должны будут обеспечить работу береговых систем для наблюдения за изменением кислотности океана.
Эти мероприятия потребуют скоординированных международных усилий по проведению научных исследований, тесно связанных с другими международными программами по исследованию углерода, такими как проект по изучению глобального цикла углерода. С этой целью можно объединить многие данные, архивы и деятельность по обработке данных с другими программами по исследованию океана. В исследованиях по изменению кислотности океана и мониторингу принимают участие многие страны мира. Общая стоимость всех проводимых в настоящее время мероприятий по изучению уровня кислотности океана, по оценкам, составляет около 10 млн долларов США в год. Смета расходов на расширенную международную программу, аналогичную предложенной, достигнет примерно 50 млн долларов США в год. Источник: EPOCA (2009)
Повышение уровня кислотности мирового океана идет такими быстрыми темпами, которые превышают все прогнозы и результаты моделирования. Океан а настоящее время расплачивается здоровьем морской среды за то, что в течение 150 лет способность океана поглощать углерод компенсировала выбросы в атмосферу. Проблема повышения кислотности океана не может быть решена урегулированием радиационного воздействия средствами геоинженерии, как предлагают некоторые ученые (см. главу «Эффективное использование ресурсов»). Повышение уровня кислотности океана поэтому воспринимается некоторыми учеными как «еще одна» проблема, связанная с выбросами CO2 (Robock и др. 2009).
РАСШИРЕНИЕ ТРОПИКОВ И РЕГИОНАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
Прямые наблюдения и моделирование показывают, что с 70-х гг . тропический пояс, который неравномерно опоясывает экваториальное регионы, расширяется. Данные, основанные на наблюдениях, выявили, что за последние сорок-пятьдесят лет произошло расширение тропических зон, составляющее приблизительно 1 градус широты (около 110 км) каждые 10 лет (Reichler 2009). Расширение тропического пояса в планетарном масштабе вызывает смещение систем ветров и распределение давления в атмосфере в сторону полюсов. Это явление объясняется повышением уровня радиационного воздействия (Lu и др. 2009). Связанные с этим тенденции, которые являются важными индикаторами изменения климата, могут оказать значительное влияние на экосистемы и общество (Isaac и Turton 2009, Reichler 2009, Seidel и др. 2008). Эти тенденции будут оказывать влияние на климатические режимы, которые традиционно характеризуют широтные полосы, с изменением внутритропической зоны конвергенции и сдвигом субтропических и умеренных зон (Isaac и Turton 2009, Reichler 2009, Sachs и др. 2009). Наблюдаемые темпы роста за последние десять лет уже превысили данные прогнозируемой климатической модели на весь XXI век (IPCC 2007).
Расширение тропиков будет оказывать каскадный эффект, не только на крупномасштабные циркуляционные системы, но и на характер атмосферных осадков, который определяет типы экосистем, на продуктивность сельского хозяйства и доступность водных ресурсов для бытовых и промышленных целей. Расширение тропической зоны ведет к смещению субтропических зон, где расположена большая часть пустынь, к полюсам, в более высокие широты. Это смещение может происходить уже в настоящее время (Isaac и Turton 2009, Johanson и Fu 2009, Lu и др. 2009, Reichler 2009, Sachs и др. 2009, Seidel и др. 2008, Seager и др. 2007).
Во многих частях мира уже ощущается нехватка воды. Помимо интенсивного развития сельского хозяйства и роста городов, этот дефицит будет усугубляться ожидаемыми изменениями в характере температурных режимов и атмосферных осадков, вызванными глобальными изменениями климата. Во многих тропических регионах более 90 процентов населения работают в сельском хозяйстве. Поскольку вода играет главную роль в ведении сельского хозяйства в тропиках, климатические изменения могут стать причиной экономической нестабильности в таких регионах (Isaac и Turton 2009). Таким образом, из-за усиливающейся засухи могут произойти крупномасштабные миграции людей, что приведет к перенаселенности, вспышкам насилия, росту заболеваний и повышению уровня потребления ресурсов в соседних регионах (Matthew 2008). Нехватка воды, с которой сталкивается население по всему миру, создает серьезные проблемы для продовольственной безопасности (Battisti и Naylor 2009, World Bank 2009, Lobell и др. 2008) (Рисунок 4). На юго-востоке Австралии наблюдается дефицит воды на протяжении почти десяти лет (Isaac и Turton 2009, Murphy и Timbal 2008). В юго- западной части Северной Америки, возможно, уже преодолена черта, отделяющая спорадическую нехватку воды от постоянно засушливого климата (MacDonald и др. 2008).
По прогнозам, в ближайшие годы будут страдать от затяжной засухи и нехватки воды другие регионы, такие как Южная и Северная Африка, Средиземноморье, большая часть Западной Азии, а также широкая полоса, проходящая через Центральную Азию и Индийский субконтинент. Это распределение аналогично тому, которое наблюдается в настоящее время для регионов, ощущающих нехватку воды (Isaac и Turton 2009, Solomon и др. 2009, IPCC 2007).
Юго-западная часть Северной Америки
Для юго-западной части Северной Америки прогноз, сделанный с использованием модели и предсказывающий усиление засухи и длительный сухой климат, становится реальностью. Некоторые исследователи полагают, что переход к более засушливому климату, возможно, происходит уже сейчас. Вероятно, для этого региона новым климатом переходного периода станет постоянная засуха (Seager и др. 2007).
Рисунок 4: Региональные колебания климата за последние 30 лет
На верхнем рисунке показано среднее увеличение температуры (°C) с 1980 г . по настоящее время по сравнению с периодом 1950- 1980 годов. Потепление было более сильным на больших высотах над уровнем моря, что показано темно- оранжевой заливкой, особенно в северном полушарии. На нижнем рисунке оранжевым цветом показано увеличение уровня осадков (в миллиметрах в сутки), а синим — уменьшение, начиная с 1980 г . по настоящее время в сравнении с предыдущими тремя десятилетиями. Осушение было более интенсивным в глубине континентов, в то время как более обильные осадки выпадали во многих прибрежных областях. Источник: World Bank (2009)
В отличие от многолетней засухи в западной части Северной Америки, которая имела место в 50-е гг ., и которая объяснялась изменениями температуры поверхности моря или влиянием Ла- Нинья, новая прогнозируемая интенсивная засуха будет обусловлена увеличением несовпадения крупномасштабных режимов распределения влажного воздуха и другими изменениями атмосферной циркуляции, связанными с распространением сухой субтропической зоны в сторону полюса (Seager и др. 2007). Увеличение засушливости субтропических зон, которое будет происходить в XXI веке, очевидно, будет беспрецедентным в истории наблюдений с использованием приборов. Случаи жесточайшей засухи будут регулярно происходить во время непрекращающихся процессов Ла-Нинья, но последствия будут еще более тяжкими, чем нынешние экстремальные проявления Ла-Нинья, поскольку условия Ла-Нинья будут накладываться на уже существующий сухой климат (Barnett и др. 2008, MacDonald и др. 2008, Seager и др. 2007).
Средиземноморье
Новые исследования свидетельствуют о том, что к концу XXI века в Средиземноморском регионе будут иметь место более серьезные засухи, чем предполагалось ранее (Gao и Giorgi 2008, IPCC 2007). Весь регион в целом, а особенно юг Средиземноморья, пострадает от растущей нехватки воды и опустынивания. Используя технологии прогнозирования высочайшей достоверности, исследователи говорят о существенном расширении засушливых и полузасушливых режимов в регионе в северном направлении (Gao и Giorgi 2008) (Рисунок 5). Это предполагает соответствующее отступление умеренных океанических и континентальных климатических режимов и вероятное смещение растительного покрова с серьезными последствиями для сельского хозяйства (Iglesias и др. 2007).
На модели, с использованием экстраполяции наблюдений тепловой нагрузки в течение рекордной по своей силе тепловой волны 2003 года, было предсказано суровое воздействие более высоких температур на человеческую популяцию в этом регионе (Diffenbaugh и др. 2007). Особенности местного ландшафта и топографии будут влиять на изменения микроклимата. Однако, вероятность возникновения условий, которые в настоящее время считаются экстремально высокими температурами, может к концу века возрасти на 200-500 процентов (Diffenbaugh и др. 2007).
Амазония
Экосистемы Амазонии подвергаются двойной угрозе вырубки леса и климатических изменений (см. главу «Управление экосистемами»). Несмотря на то, что наиболее заметной является угроза вырубки лесов, широко распространена обеспокоенность влиянием климатических изменений, в особенности засухи (Phillips и др. 2009, Malhi и др. 2008). Климатические изменения в экосистеме лесов Амазонки, вероятно, объясняются низким уровнем осадков на протяжении и без того сухих сезонов (Betts и др. 2008). Особенно уязвимыми являются склоны Анд. Прилегая к самым биологически разнообразным низинам Амазонки, склоны Анд имеют многочисленные защищенные влажные участки в сухих районах. Влажный тропический лес Анд на высоте от 1500 до 3000 м над уровнем моря, будет подвергаться осушению по мере подъема уровня облаков из-за увеличения температуры воздуха. Эндемичные виды на больших высотах над уровнем моря будут подвергаться опасности, поскольку уровень расположения облаков может повышаться быстрее, чем эти эндемичные виды могут реагировать на такое повышение, или слой облаков может исчезнуть полностью (Malhi и др. 2008).
Наблюдения позволяют предположить, что леса бассейна Амазонки на нижних участках склонов также подвержены усилению засухи. Ущерб, наносимый этим лесам, может потенциально привести к большим потерям углерода, создавая положительную обратную связь с изменением климата. По мнению некоторых исследователей, исключительный рост атмосферной концентрации CO2 в глобальном масштабе в 2005 году может объясняться отчасти вымиранием Амазонки, последовавшим за региональной засухой (Phillips и др. 2009, Cox и др. 2008).
Недавние исследования показали, как изменение климата может ускорять гибель тропических лесов Амазонки. Полученные данные свидетельствуют, что, вероятнее всего, этот регион будет покрыт сезонным тропическим лесом, нежели станет саванной (Malhi и др. 2009). Несмотря на то, что сезонный лес может справиться с засухой, он может быть уязвимым к недостатку воды, вызванному повышением температуры. Это делает лес подверженным возникновению пожаров, которые в настоящее время пока еще являются редким явлением для большей части Амазонии. Увеличение вырубки лесов, лесозаготовки и измельчение древесины способствуют возникновению пожаров, которые могут привести к появлению лесов с высокой вероятностью пожаров и низким содержанием биомассы (Malhi и др. 2009, Thompson и др. 2009).
Потенциальные издержки и преимущества сохранения здоровья и увеличения площади углеродной воронки в Амазонии являются важным вопросом. Ежегодное увеличение биомассы лесов Амазонки всего на 0,4%, по грубым расчетам, поможет нейтрализовать все выбросы Западной Европы, связанные с использованием ископаемого топлива. Переход от умеренного стока углерода к равномерному или нейтральному состоянию или к умеренному выбросу углерода будет иметь значительные последствия для увеличения концентрации CO2 в атмосфере. Средний рост уровня древостоя составляет около 2,0 % в год, а гибель — 1,6%; поэтому небольшое снижение роста или небольшое увеличение гибели могут привести к прекращению поглощения углерода (Phillips и др. 2009).
Заболоченные земли, торфяники и оттаивание вечной мерзлоты
Заболоченные земли занимают около 6% поверхности планеты (см. главу «Управление экосистемами»). Они включают в себя приливно- отливные марши, эстуарии, прибрежные лагуны, внутриматериковые дельты и озера, оазисы, тундру и торфяники. Глубина воды на заболоченных землях, как правило, невелика, и легко испаряется. Заболоченные земли являются особенно уязвимыми к изменению климатических условий, которое ведет к повышению засушливости (Wetlands International 2009). Торфяники — разновидность заболоченных земель, которая включает в себя торфяные болота, топи, трясины, лесные торфяные болота и вечномерзлые почвы тундры — имеют толстый слой почвы, состоящей из органического вещества, которое характеризуется содержанием углерода в нем. В торфяниках всего мира содержится около 30% всех наземных запасов углерода (Schuur и др. 2008).
Торфяники образуются за счет накопления отмершей растительности в течение сотен тысяч лет. При осушении торфяников органическое вещество разлагается и часть углерода попадает в атмосферу в виде CO2 (Wetlands International 2009).
Заросшие лесом тропические торфяники Юго- Восточной Азии содержат почти 3% мировых запасов углерода в почве. Человеческая деятельность и климатические изменения по-прежнему ставят под угрозу стабильность этой важной углеродной воронки, площадь которой резко сократилась в последние десятилетия вследствие вырубки леса, осушения болот и пожаров. С 1985 года было вырублено почти 47% леса на торфяниках Юго-Восточной Азии. Большинство этих торфяников к 2006 году было осушено (Hooijer и др. 2009). Ирония состоит в том, что углеродные воронки этого региона были разрушены в целях производства биотоплива. По последним оценкам около 1,3-3,1 % общемировых выбросов CO2 происходит при разложении осушенных торфяников Юго-Восточной Азии (Hooijer и др. 2009). В текущем столетии эти районы могут стать более засушливым, что повлияет на запасы углерода в оставшихся торфяниках и на глубину тех торфяников, которые были частично осушены (Hooijer и др. 2009).
Горные районы
По мере изменения климата изменяется зона обитания, при этом растения и животные мигрируют вглубь суши и в более высокую местность. Эта тенденция уже наблюдается для некоторых видов (Kelly и Goulden 2008, Lenoir и др. 2008, Rosenzweig и др. 2008). Поскольку эти виды приспосабливаются к большим высотам, они могут быть классифицированы как неместные или даже инвазивные виды. Свойства, которые обеспечивают преимущества адаптации в условиях изменения климата, аналогичны тем, которые характерны для сорняков и инвазивных видов.
Обычно в низменных районах, где в основном проводились соответствующие исследования, биологические инвазии были признаны основным движущим фактором утраты биологического разнообразия и изменения функционирования экосистем (Pauchard и др. 2009). Высокогорные зоны, напротив, менее подвержены инвазиям, что, как предполагается обусловлено более суровыми климатическими условиями и сравнительно низкой плотностью населения. Между тем, недавние оценки показывают, что более тысячи неместных видов по всему миру обосновались в естественных зонах с большой высотой над уровнем моря. Многие из них нельзя считать инвазивными, но некоторые из них могут наносить вред местным горным экосистемам (Pauchard и др. 2009).
Были документально зафиксированы быстрые и значительные изменения в распределении растений на больших высотах, подтверждающие сильную корреляцию между наблюдаемыми изменениями в границах распространения этих видов растений и региональными климатическими условиями. Сравнивая результаты исследований растительного покрова, проведенных в период с 1977 по 2007 год вдоль 16-километрового сектора, который достигает высоты 2314 метров над уровнем моря в горах Санта- Роза в Калифорнии, исследователи обнаружили, что средняя высота доминирующих видов растений сместилась вверх на 65 метров в течение 30 лет (Kelly и Goulden 2008). В тот же период в Южной Калифорнии наблюдалось потепление поверхности, повышенная изменчивость осадков и снижение толщины снежного покрова. Перемещение видов вверх было одинаковым по всей высоте, что дает возможность предположить, что растительность реагировала на равномерное распределение причинного фактора. Смещение растительности также частично произошло по причине гибели растений в течение двух различных периодов засухи. Используя эти две категории доказательств, исследователи объясняют такие изменения в характере распространения растительности климатическими изменениями, а не загрязнением воздуха или пожарами (Kelly и Goulden 2008).
Еще одно недавнее исследование, проведенное в умеренной и средиземноморской зоне горных лесов Западной Европы, свидетельствует об аналогичном смещении вверх видов лесных растений. Исследователи сравнили высотное распределение 171 вида растений на высотах от 0 до 2600 метров над уровнем моря. Результаты свидетельствуют о значительном смещении оптимальной высоты произрастания видов в течение XX века вверх со скоростью от 29 метров в десятилетие (Lenoir и др. 2008). По мере перемещения экосистем местные виды могут приспосабливаться таким образом, что эффект становится сходным с поведением инвазивных видов.
В частности, среди насекомых изменение условий может обеспечить преимущества, которые нарушают взаимоотношения в экосистеме, развивавшиеся в течение тысячелетий. Многие насекомые в умеренных зонах не живут, а скорее выживают при температурах, подавляющих их метаболические способности (Deutsch и др. 2008). При повышении температуры увеличивается длительность репродуктивного сезона и увеличивается интенсивность размножения, что приводит к увеличению популяции. В северо-западной части Северной Америки жуки-короеды, являющиеся вредителями гонных сосен, опустошают леса США и Канады уже почти в течение десятилетия. Активность популяции сохраняется, поскольку зимы стали более теплыми, с редкими случаями сильных заморозков, что влечет за собой более высокий уровень выживаемости личинок жуков и, как следствие, увеличение количества самих жуков, выводящихся весной. Более долгие летние периоды обеспечивают ежегодное увеличение рождаемости, популяции большего размера переживают более теплые зимы лучше и дают большее потомство, которое ослабляет деревья (Kurz и др. 2008). Поврежденный лес утрачивает способность поддерживать уровень грунтовых вод и предотвращать эрозию почвы. В последнее время леса стали не поглощать, а выделять углерод, поскольку большее количество деревьев поражается вредителями и разлагается (Kurz и др. 2008).
Причины для беспокойства
Для смягчения или возможного предотвращения последствий ухудшения климата может возникнуть необходимость в применении новых и даже нестандартных подходов, с использованием таких концепций, как пороговые и кумулятивные эффекты при оценке риска. Кроме того, необходимо избегать пренебрежения теми процессами, которые невозможно выразить количественно, уделяя внимание только уже хорошо определенным параметрам. Разработка инструментов, которые позволят охватить масштабы и длительность предстоящих изменений, а также существующее стремление к решению проблем, связанных с изменением климата, внесут вклад в стратегии оптимального управления.
Один из наиболее сложных факторов, который необходимо точно учесть при проведении оценки радиационного воздействия на глобальном, региональном и местном уровнях, является воздействие аэрозолей–взвешенных частиц, которые поглощают солнечное излучение и могут также его отражать. Аэрозоли, которые отражают излучение, являются более распространенными; они работают как щит, препятствующий полноценному тепловому воздействию излучения на поверхность планеты. Эти аэрозоли образуют коричневые облака в атмосфере, вызывая проблемы со здоровьем в результате загрязнения у поверхности планеты. Поскольку проблемы, вызванные аэрозолями, связывают с поверхностным загрязнением, то их свойство экранировать изменение климата будет изменяться и температуры могут повыситься в гораздо больших пределах, нежели ожидается (Hill и др. 2009, Paytan и др. 2009, Shindell и Faluvegi 2009).
Последние анализы по-разному количественно оценивают потенциальные пороговые значения. Согласно данным одного из анализов, диапазон повышения средней мировой температуры по сравнению с доиндустриальным уровнем, определяющими переломные точки, будет составлять 1-5°C (Lenton и др. 2008). Согласно другому анализу, «поводом для беспокойства» является повышение температуры на 0-5°C по сравнению с уровнями 1900 года (Smith и др. 2009). Несмотря на различия в численных оценках, необходимых для различных эффектов, ученые приходят к выводу, что планета испытает значительные долговременные изменения в окружающей среде по сравнению с теми допущениями, которые уже были сделаны, в связи с выбросами парниковых газов (Rockstrom и др. 2009, Smith и др. 2009, Solomon и др. 2009, Lenton и др. 2008, Ramanathan и Feng 2008).
По данным одного исследования, температурный диапазон 1,4-4,3°С, соответствующий имевшему место до 2005 году потеплению, перекрывает и превосходит принятый в настоящее время пороговый диапазон опасного антропогенного вмешательства, включающий ряд переломных аспектов, как, например, исчезновение летних арктических морских льдов и разрушение гренландского ледника (Ramanathan и Feng 2008) (Рисунок 6).
По оценкам, потепление на 2,4°С является неизбежным, а потепление на 0,6°С уже произошло. Оставшаяся часть процесса потепления, как ожидается, произойдет в ближайшие 50 лет и будет продолжаться до конца XXI века (Ramanathan и Feng 2008). Сопутствующее этому потеплению повышение уровня моря может продолжаться в течение нескольких столетий (Solomon и др. 2009). Даже наиболее действенные методы по уменьшению выбросов CO2 , которые человек может себе вообразить, могут лишь ограничить будущее потепление: они не смогут уменьшить неизбежное, уже обусловленное деятельностью человека, потепление на 2,4°C (Ramanathan и Feng 2008).
Поскольку интенсивность выбросов парниковых газов повышалась с 2005 года и представляется маловероятным, что выбросы удастся немедленно прекратить, некоторые ученые предполагают, что для адаптации к изменению климата необходимо ориентироваться на неизбежное потепление на 4?C (Parry и др. 2009).
Появляется целый ряд предложений, требующих разграничения ответственности, которую необходимо принять на следующее десятилетие (Meinshausen и др. 2009, Moore и MacCracken 2009, Vaughan и др. 2009, Elzen и Hohne 2008, Mignon и др. 2008, Ramanathan и Feng 2008). Такие обязательства должны быть приняты всеми правительствами, частным сектором и гражданскими общественными организациями. Необходимо принять незамедлительные решения, которые должны вступить в силу в ближайшие несколько лет.
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
Несмотря на разочарование, испытываемое многими по поводу Конференции ООН по климатическим изменениям в Копенгагене, был достигнут прогресс в областях лесного хозяйства, использования океанов и секвестирования наземного углерода (см. главы «Экологическое управление» и «Управление экосистемами»). Также становится возможным движение вперед, с определенной долей уверенности относительно проектов и программ, связанных с адаптацией к изменению климата. Мониторинг технологий и подходов будет и далее совершенствоваться в целях обеспечения в будущем более тщательного анализа.
Примеры успешного сотрудничества, такие как Глобальный проект по углероду или Международный полярный год, будут служить эталонами для новых сфер внимания. Предлагаемое создание сети для наблюдения за повышением кислотности океана может способствовать координации исследований и анализов, которые необходимо провести в первую очередь, для того чтобы сформулировать единый ответ на этот аспект повышения концентрации CO2.
