Глобальное потепление – угроза для человечества

Глобальное потепление уже давно стало самой настоящей притчей во языцах. Его влияние на планету наиболее заметно по стремительному увеличению среднегодовой температуры, а также таянию ледников на полюсах, что в принципе взаимосвязано. В последние годы всё долее отчётливо происходят явления (в частности, уменьшение площади ледников), которые трактуются как результат глобального потепления.

Специалисты спорят о том, действительно ли наступает всеобщее изменение земного климата, в какой мере повинна в потеплении деятельность людей, а главное - сколь опасны для человека его последствия.

Обложка журнала Science, где помещена подборка статей по состоянию ледового покрова. На снимке — заход солнца около Антарктического полуострова (Земля Грейама).

Недавно Я узнала из журнала «Science», что уровень океана поднимается сейчас примерно на 3,5 мм в год, но таяние ледников Гренландии и Антарктиды может обеспечить его подъем только на 0,35 мм в год. К такому осторожному выводу пришли британские исследователи в своем обзоре новейших работ по динамике крупнейших ледовых шапок нашей планеты.

Одно из неизбежных следствий глобального потепления — таяние ледников и подъем за счет этого уровня Мирового океана.

Как ни удивительно, но некоторые собственные представления о степени угрозы этого загадочного глобального потепления можно получить на основе простых моделей, которые мне понятны при наличии школьных знаний по физике и математике. Ведь даже официальный доклад, подготовленный в 2001 году Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), опирается исключительно на модельные расчеты, а не на реальные данные по изменению массы ледников.

Итак, попробуем выяснить, чем грозит глобальное потепление, когда из-за него будет уменьшаться ледяной покров.

А для этого рассмотрим несколько проблем, пользуясь упрощёнными (оценочными) вычислениями и данными различных научных источников.

Проблема 1. Специалисты определили, что в Гренландии ледники систематически уменьшаются: за 2002-2006 гг. часть воды (примерно 240 км3), образовавшихся при таянии льда, зимой не возвратились в твёрдое состояние. Как нарушение этого баланса повлияет на уровень морей и океанов?

Решение. Прежде всего, определим массу исчезающего льда: m=ρV, где ρльда =910 кг/м3,

Vльда=240 км3 =240х103 м3=2,4х1011 м3.

Таким образом, mльда=910кг/м3 х2,4х1011м3= 2184х1011кг= 2,2х1011т.

После того как этот лёд растает, получим 2,2х1011 тонн воды, объём которой Vв=2,2х1011м3 , так как ρ в=1000 кг/м3.

Если бы эту воду можно было равномерно «разогнать» по всем морям и океанам, поверхность которых составляет 71% от всей поверхности земного шара, их уровень повысился бы. На сколько же? Площадь поверхности Земли равна 500 млн. км2, а океанов

0,71х510х106 км2=362х106км2=362х1022 м2.

Повышение уровня в них

∆ х=Vв/S=2,2х1011м3/362х1012м2 ≈ 0,0006 м= 0,6 мм.

Наши расчеты почти совпадают с расчетами британских исследователей!

Вывод. Эта величина так ничтожна, что не должна нас беспокоить. Только через 1000 лет может быть достигнуто повышение уровня океана примерно на 60 см. (Если, конечно, процесс таяния льда не ускорится. )

Но как удалось выяснить исследователям американского космического агентства NASA совместно с учеными из университета Канзаса, ледники Гренландии продвигаются к морю гораздо быстрее, нежели считалось ранее. Об этом они заявили на конференции в Сент-Луисе, кроме того, их доклад опубликован в последнем номере журнала Science. Проще говоря, полученные ими данные свидетельствуют о том, что темпы таяния ледников Гренландии, наблюдаемые в настоящее время, намного выше, чем предполагалось до этого.

Если раньше считалось, что весь ледяной покров этого арктического острова полностью растает приблизительно через 1 тыс. лет, то сейчас можно смело утверждать: это произойдет гораздо раньше. Об этом, в частности, свидетельствует тот факт, что процесс таяния ледников ускорился по сравнению с 1996 г. в два с лишним раза, что вызвано, по всей видимости, непрекращающимся повышением температуры воздуха на поверхности земли.

Очевидно, что наметившаяся тенденция прямо ведет к тому, что уровень воды в океане также будет повышаться более быстрыми темпами. По подсчетам ученых, если в Гренландии растает весь ледяной покров, этот уровень поднимется приблизительно на семь метров, что может стать настоящей катастрофой. Подобный количественный сценарий — вовсе не страшилка для школьного учебника природоведения. Все переходы от крупных оледенений к периодам межледниковья и обратно сопровождались значительными изменениями уровня океана.

Проверим своими расчетами это сообщение!

Проблема 2. Что может случиться, если растает весь ледяной покров Гренландии?

Решение. В наше время более 80% всей поверхности острова (2 130 750 км2) покрывает ледник с максимальной толщиной 3 400 м, которая уменьшается в направлении к берегам приблизительно на 100 м. Следовательно, поверхность этого ледника

S1=0,8х2130750 км2 =1704600 км2 (по сообщениям ученых - Общая площадь ледяного покрова Гренландии составляет 1,7 млн кв. км, и наши расчеты здесь полностью совпадают)

Если среднюю толщину льда примем равной 2000 м, то его объём в Гренландии

V1=2000м х1704600х(103)2 м2=2х103х1,7х106 м3= х3,4х1015 м3, а его масса m1 =910 кг/м3 х3,4х1015 м3 =3,1х1018 кг=3,1х1015 т.

При его таянии получится 3,1х1015 т воды, которая, стекая в окружающие моря, увеличит объём воды в них на 31х1015 м3. Если её равномерно «разогнать» по Мировому океану, то его уровень повысится примерно на 9 метров.

Наши расчеты почти совпадают с расчетами ученых!

Вывод. Это уже грозит затоплением берегов, исчезновением некоторых островов, изменением границ континентов. Особенно опасно это для приморских государств-Нидерландов, Бельгии и др.

Кроме того, столь глобальное потепление (раз уж весь лёд Гренландии растает) вызывает ещё одну опасность: во время этого процесса от берегов отрываются айсберги, нарушающие безопасность судоходства.

Айсберг, отколовшийся от одного из ледников Гренландии.

Более того, общее потепление сказывается и на континентальных ледниках, таяние которых тоже повышает уровень океанических вод.

Стоит отметить здесь, что среди «внутренних» ледников есть такие, которые представляют красивое и интересное зрелище, привлекающее внимание многих туристов. К ним относится, например, ледник Perito Moreno на склоне Южно-Патагонского ледникового плато в Аргентине. Его длина 23 км, площадь около 200 км2.

Еще каких-нибудь 18 тыс. лет назад, когда Чукотка и Аляска не были разделены проливом, а по холодным сухим степям Берингии бродили мамонты и шерстистые носороги, уровень океана был на 120 м ниже современного. А когда ледники стали таять и вода поднималась, группы мамонтов еще сохранялись на образовавшихся островах Прибылова и на острове Врангеля

Когда же 11 тыс. лет назад заканчивалось это последнее серьезное оледенение, уровень океана поднимался очень быстро: за 500 лет — примерно на 20 м (в среднем по 4 см за год). Если бы это происходило в наши дни, то катастрофические последствия для человечества были бы неизбежны: ведь в низменных прибрежных районах Юго-Восточной Азии (и не только там) живут миллионы людей.

Проблема 3. Другое сообщение обращает внимание на то, что сейчас интенсивно тает ледяной покров океана даже в районе Северного полюса. Сезонное же изменение площади морского льда в Северном Ледовитом Океане доходит в конце лета до 4,5х106 км2, а зимой бывает, равна 15х5х106 км2. Средняя толщина льда оценивается в 3-5 метров. Как эти изменения скажутся на уровне океана?

Решение. Приведённые данные в этом случае не нужны. Проблему можно решить без вычислений. Ведь известно, что лёд благодаря своей меньшей плотности держится на поверхности воды, а, растаяв, превращается в воду равной массы, объём которой равен объёму вытесненной льдом воды (что следует из закона Архимеда), так что она просто заполнит освободившееся ото льда пространство.

Вывод. При таянии плавающего льда уровень океана не изменится

Также, исследователями подсчитано, что если два крупнейших ледовых щита планеты — Антарктический и Гренландский — полностью растают, уровень океана поднимется на 70 м!!! Проверим это расчетами!

Проблема 4. Сколько воды образовалось бы вследствие глобального потепления при полном расплавлении льда в Антарктиде?

Решение. Поверхность ледяного покрова в Антарктиде в несколько раз (примерно в 8 раз) больше, чем в Гренландии (она равна 13,8х5х106 км2), средняя толщина его оценивается как 2200 м, т. е. она почти равна той, что принята при решении проблемы 2. Следовательно, в рассматриваемом случае льда растает в 8 раз больше, а значит, в Мировой океан поступит во столько же раз больше воды и её уровень поднимется на 9 мх8=72 м.

Вывод. Вода затопила бы берега, поверхность водной территории увеличилась бы примерно на 15 млн. км2. Положение человечества на Земле стало бы катастрофическим.

Проблема 5. Какое количество теплоты необходимо для таяния льда, например, в Гренландии?

Решение. Примем, что лёд имеет температуру плавления, и воспользуемся ранее вычисленным значением массы льда m=3,1х1015 т (см. решение проблемы 2). Тогда при удельной теплоте плавления льда λ=3,3х105 Дж/кг получим

Q= λ х m=3,3х105 х 3,1х1018 кг=1,02х1024 Дж.

Вывод. Учитывая, что в обычных условиях температура льда ниже 00С, можно утверждать, что полученное значение Q показывает, что меньшего количества теплоты заведомо не хватит для полного уничтожения гренландских льдов. А, считая источником теплоты только солнечную радиацию, получить такое количество теплоты возможно лишь за несколько лет. Учёт всех других факторов увеличивает (и намного) длительность этого процесса, что даёт надежду на возможность предупредить в будущем его пагубность.

Проблема 6. Поскольку Земля-планета активная, для неё характерна вулканическая деятельность. В январе 2008 г. на британской антарктической научной базе группа научных работников на основе анализа радарных снимков показала, что приблизительно 2200 лет назад произошло мощное извержение вулкана под антарктическим ледяным покровом. Как оно могло повлиять на таяние льдов?

Решение. Так как конкретных данных о вулканических газах, лаве и вулканической магме у нас нет, постараемся решить проблему качественно. Ясно, что раскалённые газы, магматическая порода и лава приносят теплоту, которая идёт на таяние льда. Магма и лава находятся в жидком состоянии, их температура достигает 10000С и выше. Теплота выделяется при их остывании и отвердевании. В результате на грунтовой части ледника возникает вода, которая «ищет» выход. Если здесь же скапливается вулканический газ, то может произойти взрыв, сопровождаемый наводнением.

Вывод. Таяние ледников, обусловленное вулканической деятельностью, носит локальный характер и, по-видимому, не связано с процессами, вызывающими глобальное потепление. Тем не менее, это таяние вносит определённый вклад в общее уменьшение ледникового покрова.

ВЫВОД: В последнее время точность измерений значительно возросла благодаря спутникам, оценивающим гравитационные аномалии Земли (проект GRACE, Gravity Recovery and Climate Experiment), а также дистанционным наблюдением за изменением высоты поверхности ледового покрова. Но значительная неопределенность по-прежнему остается. Данные работ последних лет указывают на разброс величин (для Гренландии и Антарктиды в целом) от –366 Гт до +53 Гт в год (знак «минус» означает уменьшение массы льда, а знак «плюс» — ее увеличение). Если перевести эти цифры в эквивалентное изменение уровня океана, то получается, что в первом случае уровень океана возрастает со средней скоростью 1,0 мм за год, а во втором — понижается со скоростью 0,15 мм за год.

Аномалии гравитационного поля Земли согласно данным спутников GRACE.

Но речь идет о крайних оценках. Большинство же цифр лежит посередине и свидетельствует скорее о преобладании процессов таяния льда, а не его образования. Авторы обзора считают, что наиболее правдоподобная на сегодняшний день оценка — это 125 Гт льда, теряемого ежегодно Гренландией и Антарктидой вместе взятыми (причем в случае Антарктиды — потери идут исключительно за счет западной ее части!). Таяние такого количества льда равносильно подъему уровня Мирового океана на 0,35 мм в год. Но реально в настоящее время уровень океана растет ежегодно на 3,0–3,5 мм в год. Значит, только небольшая часть этого подъема может быть объяснена таянием крупнейших ледовых щитов планеты. Баланс пока не сводится, и исследования должны быть продолжены.