рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее

Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - раздел География, Судьба Вечной Мерзлоты Взгляд Из Прошлого В Будущее Изменения Климата, Связа...

Судьба вечной мерзлоты взгляд из прошлого в будущее Изменения климата, связанные с антропогенным ростом концентрации парниковых газов в атмосфере, в первую очередь сказываются на наиболее уязвимых компонентах природной среды, чувствительных к переменам термического режима. К ним относится и вечная мерзлота - многолетнемерзлые породы, подстилающие приблизительно две трети территории России.Изменение состояния грунтов при возможной деградации вечной мерзлоты отражается на инженерно-технических сооружениях зданиях, магистральных нефте- и газопроводах, транспортной инфраструктуре, системах жизнеобеспечения и в целом на окружающей среде.

На протяжении истории Земли эволюция вечной мерзлоты была тесно связана с глобальными потеплениями и похолоданиями климата.В ближайшую теплую эпоху прошлого, приблизительно 6 тыс. лет назад, площадь распространения сплошной вечной мерзлоты в Северной Евразии, по данным палеоклиматических реконструкций, уменьшалась по сравнению с современной приблизительно на четверть 1. Еще большим было ее сокращение около 125-130 тыс. лет назад - в то время площадь сплошной вечной мерзлоты составляла менее одной пятой от нынешней.

При этом среднеглобальная температура воздуха в приповерхностном слое воздуха была приблизительно на два градуса выше. Примерно таким должно быть потепление на нашей планете к середине XXI в если выбросы в атмосферу парниковых газов будут поступать нынешними темпами 2. Этот сценарий, условно названный business as usual, предполагает рост содержания углекислого газа, метана, закиси азота и хлорфторуглеводородов, эквивалентный увеличению концентрации углекислого газа на 1 в год. При учете антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей, которые увеличивают отражение солнечной радиации в космос и эффективно охлаждают поверхность, к середине XXI в. глобальная температура повысится на один градус.

Изменения средней глобальной температуры по данным наблюдений I и по модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка при росте концентрации парниковых газов по сценарию business as usual без учета эмиссии сульфатных аэрозолей II и с учетом этой эмиссии III. Метод палеоаналогов был первым способом построения пространственных сценариев будущих состояний климата, геосистем и их компонентов в различных регионах 3. При этом палеоклиматические реконструкции строятся для тех интервалов геологического прошлого, во время которых уровни повышения среднеглобальной температуры по отношению к нынешним соответствовали ожидаемым в близком будущем.

Эти построения - важный источник информации о многолетнемерзлых породах в эпохи длительных потеплений, когда приповерхностные горизонты приходили в устойчивое, равновесное с климатическими условиями, состояние.

Однако темпы наблюдаемых за последние 30 лет и прогнозируемых в XXI в. изменений климата не имеют аналогов в прошлом.При таком быстром антропогенном воздействии отдельные звенья климатической системы не успевают подстроиться к внешним условиям.

Можно ли применять метод палеоаналогов при моделировании быстро изменяющегося климата и дополняет ли он оценки будущих изменений компонент земной климатической системы в том числе - криосферы - на эти вопросы мы попытались ответить в нашей работе. Моделирование изменений глобального климата Сложность изучения глобального климата связана с тем, что постановка физических экспериментов с контролем влияющих на него факторов невозможна.Такие работы можно проводить только с виртуальным модельным климатом, который отображает взаимодействие атмосферы, океана, криосферы, биосферы и поверхности суши на пространстве переменных физико-математических моделей.

Наиболее подробные из них, называемые моделями глобального климата общей циркуляции - сложные динамические системы с большим числом степеней свободы и максимально подробным на настоящий момент описанием основных локальных климатообразующих процессов.В мире насчитывается несколько десятков таких моделей, которые в рамках множества международных программ непрерывно сравниваются между собой и с данными наблюдений. Поскольку они успешно воспроизводят эволюцию климата XX в их считают разведчиками будущего, и в этом качестве этим моделям альтернативы пока нет. Первые попытки представить изменения климата под действием антропогенных выбросов парниковых газов на моделях общей циркуляции были предприняты в середине 70-х годов прошлого века. Одним из слабых мест этих работ было описание океана - самого инерционного из звеньев земной климатической системы.

Удвоение эквивалентной концентрации углекислого газа в атмосфере при развитии сценария business as usual ожидается уже в 70-х годах XXI в. За такой короткий период океан не успеет полностью приспособиться к изменению внешних условий.

Поэтому в последнее время в мире стартовало новое поколение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, более подробно учитывающее океанические процессы 4. Эксперименты с моделями такого типа требуют значительных затрат вычислительных ресурсов, в особенности при расчетах эволюции климата до нескольких сотен лет, и могут проводиться только на самых современных ЭВМ. Поэтому развиваются и модели климата промежуточной сложности 5, требующие в сотни раз меньше машинного времени и памяти в них многие явления, такие как конденсация водяного пара или динамика отдельных циклонов и антициклонов, описываются через характеристики крупномасштабных полей.

Эти модели климата также сравниваются с данными наблюдений и результатами более подробных моделей общей циркуляции.

При воспроизведении эволюции климата последних десятилетий на современных моделях было замечено, что данные наблюдений согласуются с ними лучше, если помимо парниковых газов учитывать и эффект антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей.Сосредоточенные в основном в нижних слоях атмосферы, они приводят к выхолаживанию этих слоев вследствие эффективного отражения солнечного излучения.

При прогнозировании климата охлаждающее действие аэрозолей становится еще заметнее. Расчеты изменений средней глобальной температуры приземного воздуха до конца XXI в. на одной из самых современных моделей общей циркуляции атмосферы и океана 4 показали, что антропогенная эмиссия парниковых газов приведет к увеличению средней глобальной температуры на 1.8С к середине века по сравнению с периодом 1960-1990 гг что близко к оценке ее повышения 125-130 тыс. лет назад, в период Микулинского межледниковья по данным палеореконструкции. Учет аэрозольной эмиссии снижает эту величину до 1.3С, что ближе к условиям, существовавшим 10 тыс. лет назад - в оптимум голоцена.

Каковы же современные представления о многолетнемерзлых грунтах в эти эпохи Распространение мерзлоты в теплые эпохи В истории становления области многолетней мерзлоты можно выделить несколько весьма неравноценных по времени этапов.Сезонная, а затем и многолетняя криолитозона возникла в результате похолодания 10-1.8 млн лет назад. Второй период 1.8-0.13 млн лет назад характеризовался разрастанием многолетней мерзлоты в холодные эпохи и почти полным ее исчезновением в теплые межледниковые.

Третий этап включает в себя последний климатический макроцикл межледниковье-оледенение и соответствует позднему плейстоцену 130-10.3 тыс. лет назад.Здесь параметры криолитозоны изменялись особенно резко - от климатического оптимума уже упомянутого Микулинского межледниковья 125 тыс. лет назад к максимальному последнему похолоданию 20-15 тыс. лет назад.

Индекс относительной суровости и границы современной криолитозоны. Во время еще не завершенного четвертого этапа последнего межледниковья особое место занимает оптимум голоцена около 6 тыс. лет назад Именно его считают палеоаналогом ближайших ожидаемых изменений климата в результате антропогенного увеличения содержания парниковых газов в атмосфере.В это время глобальная температура выше современной на 0.8-1.0С. Область многолетней мерзлоты значительно сократилась.

Так, в европейской части России, к западу от низовьев Печоры, с поверхности она полностью протаяла, в западном секторе Западной Сибири южная граница криолитозоны проходила у Полярного круга, но восточнее 80в.д. опускалась к 64-63с.ш. На юге Восточной Сибири, на всем левобережье Ангары, ее практически не было, а восточнее Байкала южная граница мерзлоты не поднималась севернее 52-53с.ш на севере Западной Сибири сдвигалась к северу на 300-400 км, на западе Средней Сибири на 150-200 км. Менее значительны были изменения зоны многолетнемерзлых пород в Восточной Сибири и на северо-востоке Азии. Из-за деградации с поверхности западного сегмента криолитозоны возник слой глубокозалегающих многолетнемерзлых пород, не успевших протаять в климатический оптимум голоцена.

Такие породы сохранились и до сих пор на больших глубинах сотни метров, например, в бассейне Печоры или в средней полосе Западной Сибири.В оптимум последнего Микулинского межледниковья палеоаналога глобального потепления на 2С произошло еще более радикальное сокращение криолитозоны по сравнению с предшествующим временем. В это время на территории Восточно-Европейской равнины на поверхности она практически растаяла, на севере Западной Сибири южная граница криолитозоны проходила у Полярного круга, в Средней Сибири - вблизи 63с.ш и только в Северном Забайкалье она могла опускаться до 55-54с.ш. Сплошная криолитозона с температурами мерзлых грунтов не ниже 2-3С могла сохраняться только вдоль северной кромки Сибири к востоку от 90-100в.д. Таким образом, обширные районы Сибири были заняты островками мерзлоты, что должно было вести к активной деградации сплошных многолетнемерзлых толщ, сформировавшихся в конце среднего плейстоцена.

Только в Восточной Сибири, к северу от 68-70с.ш существовали благоприятные условия для сохранения криолитосферы.

При восстановлении динамики ее различных подзон в течение интересующих нас двух теплых эпох был применен индекс относительной суровости I, представляющий собой отношение минимальной как правило, января и максимальной как правило, июля среднемесячной температуры воздуха в С. Этот показатель, разработанный на основе эмпирических данных одним из авторов статьи, В.П.Нечаевым, характеризует локальные климатические условия, благоприятные для образования мерзлых грунтов 6. С его помощью можно воспроизвести современное положение границы вечной мерзлоты для сплошной многолетней значение индекса оказалось меньше 2, а для распространения мерзлоты вообще меньше 1. Тот же индекс мы использовали для сопоставления положения границ зон вечной мерзлоты двух уже упомянутых теплых эпох прошлого с расчетами на модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка г. Гамбург в середине XXI в. с учетом влияния сульфатного аэрозоля и без его учета. Оказалось, что парниковое воздействие при развитии сценария business as usual приближает положение границ мерзлотно-климатических зон к Микулинскому межледниковью, охлаждающее действие аэрозолей - к оптимуму голоцена.

Выше уже отмечалось, что это справедливо и для расчетов уровня повышения средней глобальной температуры.

Таким образом подтверждаются возможности метода палеоклиматических реконструкций, и в частности палеоаналогов.

Индекс относительной суровости по расчетам климатической модели на 2040-2050 гг. и данным палеореконструкций.Вверху - полученный в эксперименте с учетом выбросов аэрозоля цветная линия и для климатического оптимума голоцена 6 тыс. лет назад внизу - без учета выбросов аэрозоля цветная линия и для климатического оптимума Микулинского межледниковья 125 тыс. лет назад.

Глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий Метод палеоаналогов развивался для диагностики пространственного распределения климатических аномалий при заданном уровне изменения средней глобальной температуры.Удобство его применения было во многом связано с тем, что такая температура прогнозируется более надежно по сравнению с деталями регионального распределения этой климатической характеристики, разброс в оценках изменения среднеглобальной температуры по отдельным моделям не слишком велик.

При этом зачастую привлекаются упрощенные модели климата с малым числом хорошо контролируемых параметров. При быстрых изменениях климата, когда его состояние в каждый момент времени далеко от равновесного, достижимого только в отдаленном будущем, возникает вопрос о самом существовании взаимосвязей между средней глобальной температурой и исследуемыми климатическими параметрами.

На модели общей циркуляции атмосферы и океана и модели климата промежуточной сложности, созданной в Институте физики атмосферы, мы проследили за наиболее простой характеристикой мерзлотных условий - площадью континентальных территорий Северного полушария Si, со значением индекса суровости меньще 2, характерным для сплошной мерзлоты меняющейся в зависимости от среднеглобальной температуры.

Другими словами, была оценена глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий. Результаты моделирования показали тесную линейную связь исследуемых характеристик.При этом чувствительность мерзлотно-климатических условий на графике наклон прямых площадь-температура практически одинакова для сценариев с учетом воздействия сульфатных аэрозолей и без них и лежит в интервале от 0.4 до 0.25 К 1. В среднем увеличению среднеглобальной температуры на один градус соответствует уменьшение площади сплошной вечной мерзлоты на одну треть.

По данным палеореконструкций для Северной Евразии, при увеличении средней глобальной температуры на 1С оптимум голоцена площадь Si 2 уменьшается на 25 по сравнению с современной, что соответствует чувствительности 0.25 К 1 при увеличении на 2С Микулинское межледниковье уменьшение этой площади достигает 80, а чувствительность - 0.4 К 1. Другими словами, модельные и палеогеографические значения этих характеристик совпадают.Следует, правда, иметь в виду, что модельные эксперименты проводились только с учетом изменения содержания парниковых газов и сульфатного аэрозоля и не учитывали возможное влияние других воздействий на климат.

Насколько мы близки к прошлому Как уже отмечалось выше, глобальные потепления прошлого протекали на гораздо более длительных отрезках геологического времени в сравнении с современными быстрыми темпами изменений климатообразующих процессов.Поэтому их следует рассматривать как возможные палеоаналоги предельных квазиравновесных состояний климатической системы, соответствующих текущему расчетному уровню глобального потепления в будущем.

С другой стороны, собственная инерционность многолетних мерзлых грунтов, которая может достигать нескольких десятков лет на уровне нулевых годовых колебаний, не позволяет проводить прямые аналогии между текущим уровнем потепления на поверхности и состоянием вечной мерзлоты.Однако при моделировании нестационарного отклика климата на современных моделях общей циркуляции атмосферы и океана связь мерзлотно-климатических условий с уровнем глобального потепления оказывается тесной.

Были проведены расчеты Si 2 скользящих десятилетних средних значений по таким моделям для периода 1900-2100 гг. при сценарии выбросов парниковых газов business as usual и с дополнительным учетом охлаждающего действия аэрозоля до 2050 г Условная площадь сплошной вечной мерзлоты для конца XX в. совпадала с результатами наблюдений.Оказались близкими к реальным современным границам соответствующих подзон вечной мерзлоты и основные черты географического распределения изолиний индексов I 1 и I 2 на территории Северной Евразии для этого периода.

С начала XXI в. обе модели показывают начало резкого сокращения Si 2, так что к середине столетия эта площадь уменьшится примерно на 65 около 5-7 млн км2 без учета аэрозольной эмиссии и несколько менее, приблизительно на 35-40, с учетом сульфатного аэрозоля 2. Зависимость площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости 2 и нормированной на современное значение, в Северном полушарии для различных десятилетий от изменения среднегодовой глобальной приповерхностной температуры для модели общей циркуляции вверху и климатической модели промежуточной сложности ИФА РАН внизу.

Сплошные кружки - эксперимент с учетом аэрозолей, пустые - без них. Сплошной и пунктирной линиями обозначены соответствующие линейные регрессии.Для сравнения на рисунках нанесены крестики, соответствующие данным палеореконструкций для оптимума голоцена серые и Микулинского межледниковья для Северной Евразии черные.

Изменение площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости 2, в Северном полушарии при десятилетнем скользящем усреднении в численных экспериментах 1 - по модели общей циркуляции без учета аэрозоля, 2 - с учетом аэрозоля, 3 - по модели промежуточной сложности ИФА РАН без учета аэрозоля 4 - современное значение площади, покрытой сплошной вечной мерзлотой.Отметим в заключение, что мы не рассматривали ни мелкомасштабные характеристики ландшафта и растительности, ни свойства грунта, важные для эволюции многолетней мерзлоты, ни вертикальные особенности геокриологических процессов, в том числе в снежном покрове и в слое сезонного протаивания.

А именно они определяют инерционное запаздывание реакции мерзлоты на изменение поверхностных условий.Многие мерзлотоведы связывают современное повышение температур мерзлых грунтов с увеличением толщины снежного покрова.

Некоторые черты этих процессов позволяют воспроизвести современные одномерные геокриологические модели, которые непрерывно совершенствуются, и уже в обозримом будущем их можно будет включать в модели будущих изменений климата в качестве отдельных блоков, приспособленных для описания процессов в холодных грунтах.Для нас принципиально важно то, что оценки мерзлотно-климатических условий XXI в полученные по моделям климата нового поколения, согласуются с аналогичными оценками для теплых эпох прошлого, несмотря на то, что палеоаналоги глобального потепления к середине века относятся к квазистационарным условиям.

Уровни глобального потепления для этих эпох - оптимума голоцена и Микулинского межледниковья, по данным моделирования, достижимы уже к середине начавшегося столетия.Хотя эти расчеты не учитывают временное запаздывание процессов во всей толще мерзлых грунтов, которое может достигать десятка-сотен лет, модельные оценки изменения мерзлотно-климатических условий в сторону теплых эпох означают, что уже в ближайшие десятилетия можно ожидать интенсификации процессов деградации вечной мерзлоты.

Литература 1. Величко А.А Нечаев В. П. ДАН. 1992. 3. C.667-671. 2. Intergovernmental Panel on Climate Change Eds J.T.Houghton, L.G.Meira Filho, B.A.Callander et al. Cambridge, 1996. 3. Будыко М.И. Эволюция биосферы.Л 1984. 4. Roeckner E Bengtsson L, Feichter J. et al. J. Climate. 1999. V.12. P.3004-3032. 5. Handorf D Petoukhov V.K Dethloff K. et al. J. Geophys.

Res. 1999. V.104. .22. P.27253-27275. 6. Нечаев В.П. О некоторых соотношениях между мерзлотными и климатическими параметрами и их палеогеографическое значение Вопр. палеогеогр. плейстоцена ледник. и перигляц. областей Под ред. А.А.Величко, В.П.Гричука. М 1981. С.211-220.

– Конец работы –

Используемые теги: Судьба, вечной, мерзлоты, взгляд, прошлого, будущее0.088

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Взгляд в прошлое, современное и будущее
Это значит, что Вызов рождает бифуркацию, и различные Ответы на него это ее ветви, т. е. различные пути дальнейшего хода истории. Так, в Древней… Мы можем считать, что наиболее удачным был Ответ афинян. Но что считать… В результате образовались разные типы стабильных, длительно существовавших социальных систем.

Нравственные основы христианства. Филосовские взгляды Руссою. Религиозно-филосовские взгляды Булгакова
В своей совокупности они составляют то, что можно назвать официальным, одобренным церковью кодексом христианской морали. Христианство - идеология,… При ближайшем рассмотрении заповедей ветхозаветного декалога бросается в… Первые четыре заповеди десятисловия сами по себе не имеют к морали непосредственного отношения. В них зафиксированы…

Прошлое и будущее Вселенной
За последние годы наука добилась захватывающих результатов.Космология, оперирующая на уровне сверхбольших величин, а физика элементарных частиц на… Естественно встает вопрос было ли у Вселенной начало, и что было таким… На языке уравнений Эйнштейна гравитация представляет собой искривленное пространство точнее, пространство- время,…

Виноделие: прошлое, настоящее и будущее
Еще в древние времена люди заметили, что всякий сладкий сок плодов, ягод или иная сладкая жидкость, оставленные про запас, быстро изменяются и… Приготовление опьяняющих напитков из сока винограда было довольно широко… При сбраживании сока сахара превращаются в спирт и другие вторичные и побочные продукты спиртового брожения.Правильное…

Internet - прошлое и будущее
В модели ARPAnet всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником станцией назначения . Сеть a priori предполагалась… Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet - IP.… Пока Международная Организация по Стандартизации Organization for International Standartization - ISO тратила годы,…

Медицина - взгляд в будущее
На сайте allrefs.net читайте: "Медицина - взгляд в будущее"

ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ 183
Любовь небесного цвета СОДЕРЖАНИЕ ОБ АВТОРЕ ПРЕДИСЛОВИЕ... ВЛЕЧЕНЬЕ РОД НЕДУГА Как вас теперь называть Загадка природы... ЛЮДИ В ИСТОРИИ Сексуальности культуры и религии Античная педерастия Неназываемый порок...

Путешествие в прошлое и будущее. Возможно ли это?
Он облекал его в образы божеств и поклонялся ему. Невидимое, неслышимое, неосязаемое - оно властвовало везде и всюду, пугая своей необъяснимостью и… И все-таки человек пытался не только понять его, но и укротить, подчинить… Привычные нам механические часы были созданы монахами лишь в начале двенадцатого века. А мечта владеть временем так и…

Вечная мерзлота Средней Сибири
В результате создаются противоречивые условия развития органического мира при холодных грунтах с холодными грунтовыми водами и высокими… По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на три зоны… Зона сплошной вечной мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлотных толщь - от 500 и более до 300 м. И…

Наше общее будущее: две системы взглядов
В этих условиях впервые за всю историю Север пришел к выводу, что решение этой мировой проблемы является жизненно необходимым прежде всего для самих… В-четвертых, пришло осознание того, что не существует иного пути для… Она представляет собой обоснование необходимости дальнейшего экономического роста при сохранении устойчивости…

0.032
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Объективный идеализм Платона, Философский взгляд П Я Чаадаева на судьбу России После смерти Сократа в 399г до н.э. Платон покидает родину на 12 лет. За это время он посещает, в том числе и Египет, Южную Италию и Сицилию. Посещение Египта сыграло важную роль в формировании научных, политических и… Платону импонировало в Архите сочетание политической и научной деятельности в одном лице не менее, чем содержание его…
  • АНТРОПОГЕНЕЗ - ВЗГЛЯД В ПРОШЛОЕ На сайте allrefs.net читайте: "АНТРОПОГЕНЕЗ - ВЗГЛЯД В ПРОШЛОЕ"
  • Реклама: прошлое, настоящее, будущее Наиболее распространённой сферой рекламной деятельности является торговая реклама, предметом рекламного воздействия - товары, торговые предприятия,… Рекламные сообщения отличаются от обычных информационных тем, что их целью… Из мирового опыта известна сила и роль рекламы. Прежде всего, она несёт в себе информацию, обычно в сжатой форме,…
  • Вечная мерзлота Средней Сибири В результате создаются противоречивые условия развития органического мира при холодных грунтах с холодными грунтовыми водами и высокими… По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на три зоны… Зона сплошной вечной мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлотных толщь - от 500 и более до 300 м. И…
  • Двигатель Стирлинга - прошлое, настоящее и будущее Одну из его работавших моделей позднее использовал лорд Кельвин для своих университетских лекций.Один из первых двигателей Стирлинга В то время… В 1850 простая и элегантная динамика двигателя Стирлинга была впервые… Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, который перемещается между холодной частью…