ТРОПИЧЕСКИЕ ВУЛКАНЫ И КЛИМАТ АРКТИКИ
Член-корреспондент РАН Владимир ЗУЕВ, заместитель директора по научной работе Института мониторинга климатических и экологических систем
СО РАН (Томск)
Все чаще на вопрос, что происходит с климатом нашей планеты, ученые не могут дать однозначного ответа. Достигла ли современная цивилизация такого потенциала, чтобы влиять на климат, или это большое преувеличение? Насколько человечество ответственно за происходящие процессы? В какой степени рост глобальной температуры обусловлен
антропогенным увеличением содержания в атмосфере углекислого газа, обладающего парниковым эффектом? Наблюдаемое в последнее десятилетие явное рассогласование в динамике этих двух климатических параметров не вписывается ни в один прогнозный сценарий. Что же ждет нас в обозримом будущем — глобальное потепление и всемирный потоп в результате таяния ледников или новый ледниковый период?
Мы являемся свидетелями ускорения темпов глобальных изменений климата, усиления климатических контрастов, увеличения частоты и амплитуды проявлений экстремальных погодных явлений: ураганов, наводнений, аномально длительных засух, приводящих к лесным пожарам. Все это приводит к изменениям ландшафтов — среды нашего обитания, усиливая стресс для всего живого на планете. В результате повышается вероятность безвозвратных потерь наиболее слабых и незащищенных звеньев биосферы, которые ведут к нарастанию разрушительных процессов подобно лавин-
ному камнепаду, начинающемуся с подвижки одиночных камней. Наименее защищенными являются экосистемы полярных и субполярных регионов.
Чтобы разумно противостоять надвигающимся опасностям, необходимо разобраться в природе современных изменений климата. Задача эта колоссальной сложности, поскольку многозвенная климатическая система «литосфера—криосфера—гидросфера— атмосфера—биосфера» опутана сложной сетью прямых и обратных, положительных и отрицательных связей, динамично меняющихся под воздействием как внутренних (земных), так и внешних (космофи-
Наука в России №5, 2013
Явное расхождение тенденций приземной глобальной температуры и концентрации СО2 в атмосфере: стабилизация температуры на фоне продолжающегося ускоренного роста содержания СО?
Совпадение периодов ускоренного роста глобальной температуры и серийной активности мощных тропических вулканов. Аэрозольная оптическая толща стратосферы реконструирована по результатам анализа ледяных кернов Гренландии и Антарктиды.
зических и гелиофизических) факторов. Учесть все нереально, поэтому первостепенная задача — выделить из них определяющие.
В 1988 г. была сформирована Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), объединившая специалистов из 130 стран мира. Главной причиной наблюдаемых тревожных процессов, по их мнению, является аномальный рост содержания в атмосфере парниковых газов, в первую очередь антропогенного углекислого (СО2). В четвертом оценочном докладе МГЭИК, представленном в 2007 г., утверждается, что с 90%-ной вероятностью изменения климата связаны с деятельностью человека.
Один из основных аргументов в пользу такого утверждения базируется на сопоставлении данных моделирования роста глобальной температуры с данными реальных наблюдений. В одних моделях фиксиро-
вался доиндустриальный уровень выбросов парниковых газов и аэрозолей, т.е. учитывались только естественные причины климатических сдвигов, в других — дополнительно накладывался антропогенный фактор в виде увеличения индустриальных выбросов. При сравнении полученных результатов оказалось, что первые модели значительно занижают температуры, тогда как вторые дали хорошее совпадение с реальными метеонаблюдениями. Но очевидно, что в предлагаемую схему сравнительного анализа изначально закладывается совершенно определенная причинно-следственная связь: рост содержания парниковых газов вызывает подъем глобальной температуры. Хотя в равной степени возможна и обратная ситуация, при которой первый из указанных факторов может быть следствием второго, в частности за счет уменьшения стока СО2 в Мировой океан.
Извержение вулкана Пуйеуэ в Чили в 2011 г.: эруптивная колонна, на вершине которой формируется эруптивная туча (http://cdn.theatlantic.com/static/infocus/ puyehue060611/p06_RTR2NCOL.jpg).
Длительное время, почти всю последнюю четверть ХХв., наблюдался согласованный ускоряющийся рост как глобальных температур, так и атмосферного содержания СО2, что, вроде бы, подтверждало значимость «парникового эффекта». Однако в первом десятилетии XXI в. в изменениях этих параметров проявляется явное рассогласование: несмотря на ускоренный рост СО2 в атмосфере отмечается стабилизация температуры. Уместно напомнить, что похолодание климата в 1940-1950-х годах происходило на фоне увеличения содержания углекислого газа в атмосфере, хотя и уступающего современному по темпам. Если же попытаться заглянуть в совсем отдаленные эпохи, то около 450 млн лет назад, в ордовике*, происходило оледенение обширных регионов суперконтинента Гондвана, в то время как концентрация СО2 в атмосфере почти на порядок величины превосходила современную. Ясно, что объяснить изменения климата лишь динамикой содержания углекислого газа, т.е. только парниковым эффектом, невозможно. Однако при явном преувеличении его роли в оценочных докладах МГЭИК внимание к другим важным факторам ослаблено.
В частности, в прогностических климатических моделях недостаточно полно и корректно учитывается влияние мощных вулканических извержений в тропическом поясе широт. Как правило, оно рассматривается однобоко, только с позиции изменения радиаци-
*Ордовик соответствует второму периоду палеозойской эры геологической истории Земли; начался 485±1,9 млн лет назад, закончился 443±1,5 млн лет назад (прим. ред.).
онного фактора из-за уменьшения притока солнечной радиации к поверхности Земли при ее экранировке в стратосфере вулканогенным аэрозолем. Однако при этом фактически не учитываются изменения динамического фактора, возникающие из-за длительных возмущений общей циркуляции атмосферы — планетарной системы воздушных течений над земной поверхностью. При относительно высокой частоте повторений мощных извержений (не реже одного за пять лет) происходит наложение возмущений атмосферной циркуляции и нелинейное усиление динамического фактора, т.е. проявляется синергетический эффект. Поэтому неудивительно, что периоды ускорений потеплений на нашей планете за последние сто лет совпадают с периодами серийной активности мощных вулканов тропического пояса.
Для того чтобы количественно описать силу того или иного события и его воздействия на земную атмосферу, вулканологи Крис Ньюхолл (США) и Стивен Селф (Великобритания) предложили в 1982 г. шкалу вулканических извержений — Volcanic Explosivity Index (VEI). Их классификация учитывает объем выброшенных продуктов и высоту эруптивной (от англ. eruptive — вулканический) колонны, т.е. газо-пеплового столба, на вершине которого формируется эруптивная туча. Диапазон изменения VEI: от 0 — для извержений без взрыва, с объемом выбросов порядка 10-5 км3, до 8, когда в атмосферу попадает свыше 1000 км3 пепла на высоту более 25 км.
Говоря о мощных вулканах, в данной статье мы ограничиваемся событиями с VEI от 4 до 6. В современ-
Ь -¿,-_ ДЭТЭ
]_I_I_I_I
■ [ - £ Ш 3 19Э2 3 1999 Л Гавайи, ||| июл ь, I, 30 м 1[ бар - [I1 . 1
и1 У ьи 11 и
Разности дневных и ночных температур в стратосфере над Гавайями на уровне 30 мбар (около 23 км) в возмущенный (1992 г.) и фоновый (1999 г.) период.
Длительная вулканогенная депрессия стратосферного озона в Арктике в период серийной активности мощных тропических вулканов (сглаженная кривая общего содержания озона сдвинута на 2 года вперед относительно хронологий извержений).
Годы
ный период к этой категории относятся извержения таких тропических вулканов, как Фуэго (Гватемала, УЕ1 4) в 1974 г., Агунг (Индонезия, УЕ1 5) в 1963 г., Эль-Чичон (Мексика, УЕ1 5) в 1982 г., Пинатубо (Филиппины, УЕ1 6) в 1991 г. При выбросах с меньшим УЕ1 их продукты, как правило, не попадают в стратосферу, поэтому их влияние носит региональный характер. А при событиях с УЕ1 > 7 в стратосферу поступает гигантское количество продуктов, способных длительное время существенно экранировать солнечную радиацию, вызывая значительные похолодания, описываемые моделью «ядерной зимы». Например, после извержения индонезийского вулкана Тамбо-ра (УЕ1 7) в 1815 г. в Европе регистрировали «год без лета», сопровождавшийся неурожаем и голодом. А извержение другого индонезийского вулкана Тоба (УЕ! 8), произошедшее около 74 тыс. лет назад, при-
вело к столь сильному похолоданию (по оценкам, температура на планете понизилась на 10оС), что вызвало резкое сокращение численности некоторых животных, а популяция человека по разным оценкам уменьшилась от нескольких миллионов до 3—10 тысяч. К счастью, подобные катастрофы крайне редки.
В высоких широтах вулканы Камчатки, Аляски, Исландии часто выбрасывают продукты извержений на стратосферные высоты. Этому способствует значительно более низкое, чем в тропиках, положение тропопаузы — границы раздела тропосферы и стратосферы. Однако попавший в стратосферу высоких широт вулканогенный аэрозоль довольно быстро стягивается в полярные зоны и не способен оказывать значимого влияния на климат планеты. При извержениях тропических вулканов эруптивные тучи в стратосфере «размазываются» ветрами в том же
Результат численного моделирования вулканогенного разогрева тропической стратосферы для температур у поверхности Земли: формирование очага потепления на Чукотском полуострове за счет нагнетания прогретых масс воздуха из низких широт.
широтном поясе, образуя долгоживущий резервуар аэрозолей, откуда за счет меридиональной циркуляции, окутывая пеленой всю планету, они постепенно поступают в полярные зоны. Там вулканогенный аэрозоль, постепенно укрупняясь, выпадает на поверхность Земли и в условиях низких температур замораживается во льдах. В итоге по кернам Гренландии и Антарктиды можно проводить реконструкции степени вулканогенных возмущений глобальной стратосф
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.