Жара, которая в последние дни душит Украину, вызвала очередную волну споров о том, меняется климат на нашей планете или нет, и что является причиной этого. При том люди часто приводят аргументы, опираясь на собственный опыт, который не всегда является объективным. Кроме того, не все понимают, как климат вообще работает. Поэтому мы решили рассказать об этом.
Жара в Украине и не только
В последние дни одной из главных тем в Украине и не только является невероятная жара. Волны горячего воздуха также катятся по Индии, Китаю, США, значительной части Европы. При этом во многих местах средняя температура за июнь оказалась даже ниже, чем обычно.
Все это вызывает споры, а то и обсуждение того, меняется ли климат на нашей планете и какова в этом роль человека.
К тому же люди явно не понимают, как на самом деле климат работает, и приводят аргументы, которые им кажутся вполне рациональными, но при этом в реальности таковыми не являются. Ведь для этого надо оценивать ситуацию в широких масштабах пространства и времени, а также понимать, как климат в принципе работает, а это — достаточно сложная тема, поэтому мы решили объяснить, как этот процесс происходит и как на все это может или не может влиять человек.
Нагрев Земли Солнцем
Главным источником тепла на Земле является Солнце. Раскаленные глубины нашей планеты и космическое излучение тоже вносят свой вклад, но он составляет менее 1 % от общего притока энергии.
Когда солнечные лучи достигают атмосферы Земли, то небольшая часть их отражается от нее и облаков, большая часть проходит сквозь газовую оболочку и достигает поверхности. Последняя может быть как сушей, так и морем. Но в любом случае, значительная часть энергии поглощается ими. Остальная же отражается обратно в космос.
И все было бы ничего, если бы некоторые газы, присутствующие в атмосфере, а также облака и другие жидкие и твердые частицы в ней не отражали бы часть излучения еще раз, направляя его к поверхности. Вся поглощенная атмосферой, океаном и сушей энергия никуда не исчезает, а превращается в тепловую. Проще говоря, все, что есть на Земле, нагревается.
При этом происходит это неравномерно. Легче всего солнечным лучам нагреть твердую землю, сложнее — воду, и уж совсем плохо с нагревом воздуха. То же самое будет справедливо и для охлаждения. В умеренных широтах Земли этот эффект лучше всего виден солнечным утром где-то в апреле-мае. Земля становится очень теплой довольно быстро, но водоемы все еще слишком холодные для купания. Воздух же остается совсем холодным.
Средняя температура по планете
При этом освещение нашей планеты Солнцем подчиняется двум основным циклам: суточному и годовому. Проще говоря, земля и вода интенсивно нагреваются в течение дня, а затем всю ночь охлаждаются. Зимой дни, то есть периоды нагревания поверхности Солнцем, становятся короче из-за того, что экватор нашей планеты наклонен к эклиптике. Летом же все наоборот.
Также надо помнить, что когда в Северном полушарии с астрономической и климатической точки зрения зима, в Южном — лето, и наоборот. То есть уже даже на основе такой простой модели можно сделать вывод, что климат на Земле — сложная колебательная система, состояние которой следует описывать статистически.
Словосочетание «средняя температура по палате» обычно употребляют для того, чтобы подчеркнуть нерелевантность статистического подхода к описанию некоторых процессов. Потому что у кого-то из пациентов — лихорадка, кто-то нормально себя чувствует, у кого-то началось трупное окостенение, но в среднем у них температура повышена, но в пределах нормы.
Однако в случае климата на Земле такой подход является единственно возможным, поскольку позволяет вообще хоть что-то понять. Средние температуры считают отдельно по месяцам, по годам, отдельно для разных регионов, стран, океанов и Земли в целом. Именно поэтому объяснения климатологов обычно такие запутанные. Однако на самом деле все еще страшнее.
Горы
Если бы упомянутая выше модель климата описывала все явления, связанные с ним, то земной шар на температурных картах выглядел бы как шарик, покрытый более или менее ровным градиентом температур, который следует за солнечным пятном по поверхности нашей планеты. Однако на самом деле так не происходит, и причиной является не только то, что земля, вода и воздух нагреваются и охлаждаются по-разному, но и то, что две последние среды способны перемещать накопленную энергию вместе с потоками вещества внутри них.
Самый яркий пример этого можно наблюдать во время отдыха на море. В течение дня пляж быстро нагревается и раскаляет воздух над собой, который начинает двигаться в сторону моря, а навстречу ему движутся более холодные массы. Возникает эффект, когда с моря дует свежий ветерок, а если зайти в воду, то с берега будет надвигаться жара.
Ночью же, особенно под утро, все наоборот. Земля успела остыть, а море — еще нет. Поэтому именно со стороны водоема дует приятный теплый ветерок. И такой процесс происходит по всей Земле. Холодные и теплые воздушные массы движутся навстречу друг другу, но достаточно долго не перемешиваются и приносят с собой теплую или холодную погоду.
Но и это еще не все. Суша имеет свой рельеф. А воздух над ним преимущественно нагревается в самом нижнем слое. Он самый плотный и самый загрязненный. Именно в нем находится большинство облаков. Выше воздух обычно холоднее и чище. Поэтому, если на пути воздушных масс возникает препятствие в виде гор, это приводит к возникновению целого комплекса интересных последствий.
С одной стороны, в самих горах возникает высотная поясность. Плотный воздух остается внизу, и с поверхностью контактирует значительно более разреженная и газовая смесь со значительно большей теплоемкостью. Энергии, которую накапливает поверхность, оказывается недостаточно, чтобы разогреть ее, поэтому скалы, наоборот, сами охлаждаются.
Возникает климат, который при других условиях должен был бы располагаться где-то севернее. При этом чем выше, тем он становится холоднее. Доходит до того, что даже на экваторе, где не бывает долгих зимних ночей, на вершинах гор возникают ледники, похожие на антарктические.
В то же время горы работают как естественная граница, мешая воздушным массам двигаться и разделяя холодный и теплый климат резче. Именно так на Закарпатье возникли условия для виноградарства, а на южном побережье Крыма — субтропический климат.
Коварная вода
Однако все сложности с влиянием рельефа суши на климат — ничто по сравнению с тем, как на него влияет вода. В первую очередь из-за того, что она сама способна при нагреве начинать двигаться, вызывая появление теплых и холодных океанических течений. Они тоже существенно влияют на климат, потому что работают как водяная система обогрева и охлаждения планеты.
Кроме того, испарение воды из океанов — главный механизм передачи энергии нагретой воды в атмосферу. Огромные объемы тепловой энергии при этом превращаются в движение воздушных масс. Так возникают штормы и ураганы, которые распространяют тепло и влагу на большие территории.
Кстати влага — еще один важный фактор формирования климата, который тесно связан и с температурой, и с осадками. То есть океаны Земли — это главная причина, почему ее тепловая карта выглядит не ровным градиентом, а имеет значительно более требовательный вид.
При этом вода еще и может играть роль глобального охладителя планеты. Но для этого ей надо замерзнуть. Лед имеет чрезвычайно высокое альбедо. То есть те участки суши и океана, которые покрыты ледниками, просто отражают в космос значительно большую долю солнечных лучей, чем суша и открытый океан, и тем самым изначально уменьшают мощность «климатической машины».
Глобальное потепление
Из всего вышенаписанного следует, что климат — это непрерывное движение воздушных масс различной температуры и влажности. То есть потепление и похолодание на разных участках поверхности происходят постоянно и формируют сложную мозаику. Итак, как на все это может повлиять глобальное потепление?
Основной механизм заключается в том, что промышленность и транспорт выбрасывают огромное количество различных газов и пыли, которые усиливают парниковый эффект. То есть часть солнечной энергии, которая уже отразилась от поверхности нашей планеты, за пределы атмосферы так и не выходит и превращается в тепловую.
Дополнительную энергию получают как суша, так и океаны. Над первым формируются сухие горячие воздушные массы. Во втором усиливается испарение нагретой воды и ее перенос течениями. При этом ледяные щиты сначала остаются относительно неуязвимыми, и над ними по-прежнему доминируют холодные воздушные массы.
То есть, несмотря на то, что в целом средняя температура на планете повышается, остаются места, где она не изменилась. А в некоторых из них климат даже может похолодать. Происходит это из-за изменения характера движения воздушных масс. Те регионы, где раньше задерживался теплый воздух, он теперь может проходить, а взамен с севера будут заходить холодные антициклоны.
Погода так и останется хаотичной. В умеренных широтах глобальное потепление должно наблюдаться именно так, как оно выглядит сейчас: лето, в котором все еще может произойти пара недель холодных дождей, но все большая его часть превращается в невероятный ад. Осень затягивается января, но при этом сохраняется вероятность захода с севера холодного фронта со снегом.
После него на неделю будет наступать ощутимая минусовая температура и шутки, что где то глобальное потепление, когда оно так нужно. Но потом тепло будет возвращаться. И из года в год ситуация будет меняться все сильнее и сильнее. Потому что ледяные шапки на полюсах постепенно будут таять, и вместо льда, который хорошо отражает солнечные лучи, они будут встречать воду, которая их энергию хорошо поглощает.
И чем сильнее будет таять лед, тем быстрее будет становиться этот процесс. Такое явление называется положительной обратной связью. Через какое-то время климат может начать менять биосферу Земли и серьезно влиять на человеческое сельское хозяйство. А это уже повлияет на глобальные экономические процессы.
Природные процессы
Однако не все согласны с такими апокалиптическими прогнозами, и в их позиции есть своя доля рациональности. Как уже упоминалось, климат является колебательным процессом. В нем есть природные циклы и они не ограничиваются сутками или годом. Есть те, что длятся несколько лет или даже десятилетий. Они связаны с океаническими течениями.
Есть и значительно более длительные колебания, например, циклы Миланкевича, связанные с прецессией оси Земли. Они длятся десятки тысяч, а то и миллионы лет, и тоже способны вызвать глобальные изменения, вполне соизмеримые с худшими сценариями глобального потепления.
Поэтому, несмотря на то, что ученым известен конкретный механизм того, как человеческая цивилизация могла бы вредить климату, стопроцентной уверенности, что это действительно мы виноваты, до сих пор нет. Что изменения климата — реальность, нет никакого сомнения. Стабильное повышение средней температуры как в целом по Земле, так и по отдельным регионам фиксируется уже несколько десятилетий.
Однако все еще остается небольшая вероятность того, что это — таки естественный процесс. Хотя значительно больше шансов, что это — таки результат деятельности человека.
Что не может повлиять на климат
При том, что многие до сих пор отвергают возможность глобального потепления из-за промышленных выбросов, они одновременно верят, что на погоду могут повлиять другие, иногда очень экзотические факторы.
Например, до сих пор немало конспирологических теорий обвиняют в глобальном потеплении HAARP — американскую установку для исследования ионосферы, расположенную на Аляске. Она излучает в небо большое количество энергии, и многие считают, что именно она влияет на климат.
Почему это не может быть HAARP, можно прочитать вот в этой статье. Если коротко, его энергия слишком мала, чтобы что-то достаточно сильно нагреть. Да и влияет он не на те слои атмосферы, которые определяют погоду. Поэтому обвинять его точно не стоит.
Также очень мало шансов, что глобальное потепление может быть вызвано активностью Солнца. Цикл, который сейчас подходит к максимуму, связан не с излучением светила, а с его магнитным полем.
Да и никакой корреляции между средней температурой на планете и солнечной активностью нет. Первая стабильно растет на протяжении последних нескольких десятилетий. Вторая же претерпела несколько минимумов и максимумов, которые каждый раз были все слабее, и только последний оказался достаточно мощным.
В целом же ситуацию с изменениями климата можно охарактеризовать следующим образом. Мы точно знаем, что они есть, несмотря на то, что иногда кажется, что их нет. Мы знаем, как они происходят, чего можно ожидать в будущем, и прогнозы эти не радостные.
Скорее всего, жара будет возвращаться снова и снова. Мы до сих пор не уверены, является ли причиной этого человеческая промышленность, но так или иначе, выбросы надо сокращать. Остается надеяться, что в ближайшие десятилетия это удастся осуществить.
