В доступной широкому кругу читателей форме рассказывается о климате Земли — особенностях его формирования и методах изучения, современном состоянии и вероятных изменениях в ближайшем будущем. Обсуждаются также последствия глобального потепления и возможность человека воздействовать на эти изменения.
Вернуться в раздел «О климате»
Окружающая среда — неважно, нравится нам это или нет — определяет стиль и качество нашей повседневной жизни. Трудно назвать какую-либо сферу деятельности человека, не подверженную её влиянию. Да и самому человеку не избежать такого влияния: вспомним, например, различия в темпераментах южан и северян.
Издревле само существование человека зависело от того, насколько хорошо он был приспособлен к среде своего обитания. Сегодня благодаря накопленному тысячелетиями опыту и достижениям науки и техники речь идёт, скорее, о комфортности жизни. Однако, говоря о комфортности, мы имеем в виду только привычный уклад жизни, поскольку, увы, и сегодня люди попадают в экстремальные ситуации в результате техногенных аварий или природных катаклизмов. Безусловно, привычный уклад жизни сильно различается у людей разных национальностей, религиозных конфессий и просто разного материального достатка. Однако, несмотря на различия, для всех укладов характерны общие атрибуты.
Во-первых, современный человек нуждается в крове над головой. «Мой дом — моя крепость», — говорят англичане. Эта крепость оберегает хозяина не только от вторжения непрошеных гостей, но и от капризов погоды.
Для защиты от ветра и зимнего холода подбирают специальные строительные материалы, применяют двойное и тройное остекление окон, отапливают дома. Летом же, спасаясь от жары, используют кондиционеры.
При проектировании зданий в расчётах учитываются климатические данные о температуре воздуха, скорости ветра и уровне солнечной радиации. Основной климатической характеристикой при этом служит температура воздуха наиболее холодной пятидневки, которая может наблюдаться в данной местности (именно за пять дней температура в неотапливаемом кирпичном доме становится равной температуре наружного воздуха). Первостепенное внимание уделяется повышению теплозащитных свойств наружных стен, чердачных перекрытий и заполнений световых проёмов: благодаря таким мерам в ряде стран (Дания, Германия, США и др.) затраты на отопление удалось снизить на 30–40 %. Энергетическая проверка зданий Санкт-Петербурга показала, что возможная экономия энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения составляет 15 600 ГВт в год (1 ГВт = 109 Вт). При строительстве зданий их ориентируют так, чтобы помещения освещались естественным светом зимой не менее трёх часов.
В последнее время стало возможным строить так называемые «энергоэффективные» дома, в которых не используется стандартная система отопления. Ограждающие конструкции (стены и окна), оборудованные специальными панелями, нагреваются за счёт солнечного излучения. При этом окна «следят» за солнцем, поворачиваясь вслед за его движением по небосводу. Глубокие подвалы такого дома аккумулируют летнее тепло для обогрева зимой, а зимний холод — для охлаждения здания летом. В таком здании расположен, например, Секретариат Всемирной метеорологической организации в Женеве. В Москве подобный комплекс построен в экспериментальном порядке в Филёвском парке. Он обогревается и освещается за счёт энергии солнца и ветра. Во дворе этого комплекса есть даже солнечная установка для жарки шашлыка. В южных районах строительство подобных домов могло бы привести к значительному энергосбережению. В районах с большой повторяемостью смерчей и в сейсмоопасных районах применяются специальные строительные технологии для возведения и оборудования зданий повышенной прочности, особенно высокой в случае наиболее опасных и технически сложных объектов, которыми являются атомные электростанции, гидротехнические сооружения, аэропорты, линейно-кабельные сооружения, автомобильные дороги, объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта, метрополитены и т. д.
Во-вторых, хоть «и не хлебом единым жив человек», но производство продовольствия, несомненно, было, есть и будет первейшей задачей мировой экономики. Продуктивность сельского хозяйства больше, чем другие секторы экономики, зависит от климата. Солнечная радиация активно участвует во всех процессах развития животного и растительного мира. Дожди необходимы для полива как естественной растительности, так и посевов сельскохозяйственных культур. В то же время ранние заморозки могут уничтожить эти посевы. Сильный ветер приводит к полеганию зерновых. При переувлажнении почвы возможно вымокание растений. Таким образом, влияние неблагоприятных погодных условий на сельскохозяйственные культуры очень велико. Даже если получен своевременный удачный прогноз погоды, редко удаётся предпринять сколько-нибудь серьёзные меры для защиты посевов. Однако приспособиться к изменчивым климатическим условиям вполне возможно, выбрав устойчивые культуры или применив более прогрессивную агротехнику.
Основным показателем значимости климата для сельского хозяйства является «биоклиматический потенциал». Это комплексная характеристика температурного режима, влагообеспеченности, биологической продуктивности типов почвы и климата в целом. Максимальные значения этого показателя отмечаются в России в зоне влажных субтропиков (Краснодарский край, Адыгея), а самый низкий потенциал, естественно, — на побережье Северного Ледовитого океана.
В-третьих, современный человек, «перешагнув» стадию ведения натурального хозяйства, живёт в условиях разделения труда не только в национальном, но и в международном масштабе и потому сильно зависим от развития различных секторов производства и организации перевозок. Технические изделия, функционирующие под открытым небом, например транспортные средства, многие виды строительной техники, ряд энергетических устройств и т. д., создаются в разном «климатическом исполнении» в соответствии с макроклиматическим районированием для технических целей. Особенно важны температурные условия в холодных районах и температурно-влажностные — в тёплых. На севере при низкой температуре воздуха металл становится хрупким и ломким, а мелкий колючий снег забивает все отверстия и проникает даже в кабину водителя. Во влажном жарком климате технические изделия подвергаются интенсивной коррозии и быстро выходят из строя.
Все службы железнодорожного и автомобильного транспорта в той или иной степени зависят от погодных и климатических условий. Когда сильный снегопад заносит железнодорожные пути, на узловых станциях начинается аврал. Срочно вызываются бригады рабочих, которые вручную очищают стрелки перевода поездов с одного пути на другой. Автоматика с этой задачей не справляется. При очень низкой температуре воздуха выходит из строя система сигнализации, и красный свет может самопроизвольно смениться на зелёный, что, естественно, создаёт серьёзную аварийную ситуацию.
Направление и скорость ветра определяют возможную длину железнодорожных составов. Преобладание попутного ветра на железнодорожной магистрали позволяет удлинить состав, а встречный ветер вынуждает его укоротить.
Автомобильному движению мешают, прежде всего, наличие наледи на дорогах и плохая видимость. Для ликвидации гололедицы приходится менять шины или посыпать дороги различными смесями.
В-четвёртых, обеспечить нормальное развитие сельскохозяйственных, промышленных и транспортных предприятий, бесперебойную работу жилищно-коммунальных служб и т. д. возможно только за счёт постоянного увеличения энергетических ресурсов. Добыча ископаемого топлива, которое составляет основу сегодняшнего относительного благополучия России, даёт возможность обеспечивать наши (и не только наши) повседневные нужды, однако не секрет, что расплатой за это благополучие является существенное ухудшение экологической обстановки в местах добычи ископаемого топлива. Более того, его сжигание является одним из основных источников эмиссии парниковых газов в атмосферу. А это, как было сказано выше, ведёт к глобальному потеплению климата. Поэтому в мире уже довольно давно предпринимаются попытки разработки новых, экологически чистых энергоресурсов. В частности, сегодня в качестве альтернативы сжиганию нефтепродуктов и природного газа выступают солнечные и ветряные энергоустановки.
Солнечные энергетические установки могут использоваться не только для обогрева зданий, но и стать важным источником энергии в южных районах России. Гелиоэнергетические установки целесообразно использовать в районах, где солнечное сияние составляет не меньше 2 000 часов в году, а интенсивность суммарной радиации — не менее 600–800 Вт/ч.
Однако самым главным источником альтернативной энергии является ветер. Ветроэнергетика развивается наиболее быстрыми темпами. Суммарная мощность крупных ветроэнергетических установок во всем мире превышает 25 тыс. МВт (1 МВт = 106 Вт), но 90 % её приходится на Европу и США. Сегодня наибольшая общая мощность ветродвигателей в Германии и США достигла примерно 875 и 915 МВт соответственно. Значительная доля всей мировой ветроэнергии (примерно 20 %) ветровых ресурсов приходится на Испанию и Данию. Все, кто путешествовал по Европе, наверняка видели вдоль дорог ряды ветродвигателей, которые используются для энергообеспечения небольших населённых пунктов. В одной из популярных брошюр, изданных в США, помещён рисунок, на котором изображены ветродвигатель и под ним — корова. В подписи к рисунку говорится, что стоимость энергии, произведённой ветроэнергетической установкой, равна стоимости молока от этой коровы.
Развивать большую ветроэнергетику (мощностью более 1 МВт) целесообразно в районах, где средняя годовая скорость ветра превышает 8 м/с и годовое число часов, когда установка может работать, составляет более 2 000. Такие условия наблюдаются, например, на островах и на северном побережье Финского залива. Однако ветроэнергетические установки небольшой мощности (в киловаттах) могут устанавливаться практически на всей территории России.
В нашей стране гелио- и ветроэнергетика пока развиты чрезвычайно слабо. Их интенсивное развитие планируется только на 2030 год. Причиной этого служат большие запасы нефти, газа и угля в России. Поэтому за рубежом Россию называют «спящим гигантом» и полагают, что, несмотря на большие запасы углеводородного и углеродного топлива, в нашей стране целесообразно развивать альтернативную энергетику по причине её довольно быстрой окупаемости, возможности снабжения энергией районов, удалённых от основных источников энергии, экономии на транспортировке энергии, отсутствия выбросов загрязняющих веществ, возобновляемости и т. д.
Грядущие предполагаемые изменения климата неодинаково скажутся в различных регионах Земли. Важная особенность нашей страны заключается в том, что две трети её территории находится в зоне вечной мерзлоты. Нетрудно догадаться, что глобальное потепление климата станет причиной её таяния. При этом произойдёт (и уже происходит!) деформация так называемых линейных сооружений, т. е. автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов. Иногда случаются даже разрывы трубопроводов и разлив нефти. Например, на нефтепроводе Месояха—Норильск за один год произошло 16 разрывов трубопровода. Многие здания в районах вечной мерзлоты начинают разрушаться. В Якутске 60 % зданий имеют трещины, а в Амдерме около 90 %. Правда, трещины образуются не только в результате таяния вечной мерзлоты, но и вследствие техногенных факторов: старения оборудования, несоблюдения технических норм и т. п.
Изменения климата отражаются и на здоровье населения. Очень негативно сказываются на здоровье людей волны тепла и волны холода, особенно первые, которые уносят больше жизней, чем все опасные метеорологические явления вместе взятые. Дело в том, что от жары очень трудно спастись. Энергетическое кондиционирование не всегда полезно. В жарких странах в кондиционерах иногда разводятся бактерии, а переход из кондиционированного помещения на воздух и обратно вредит здоровью. При наступлении жары число инфарктов и инсультов резко возрастает, все заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем усугубляются. К волнам холода человечество в значительной степени адаптировалось, а по отношению к жаре этого сделать пока не удаётся. Следует ожидать, что глобальное потепление вызовет возрастание повторяемости и интенсивности волн тепла.
Изменения климата, вероятно, найдут своё проявление и в увеличении числа стихийных бедствий и катастроф. Для того чтобы нейтрализовать их воздействие на климат или хотя бы уменьшить ущерб, причиняемый ими экономике, и вред, наносимый здоровью людей, метеорологи разработали методы так называемого раннего предупреждения об опасных и стихийных метеорологических явлениях, т. е. прогнозирования с большой заблаговременностью, а также методы мониторинга (слежения) за нарастанием интенсивности опасных метеорологических явлений. Все это помогает людям спасаться от погодных бедствий по принципу «предупреждён — значит вооружён». Зная хотя бы в общих чертах, как развивается тот или иной опасный метеорологический процесс и как себя вести при этом, люди своевременно принимают меры для спасения. В США, где очень часто возникают стихийные бедствия (тропические циклоны, торнадо и др.), осведомлённость о них населения и поведенческие рекомендации позволяют значительно уменьшить число жертв. Во всяком случае в США не могло случиться того, что произошло в Индонезии при возникновении цунами: после отступления первой волны люди бросились на берег спасать свои вещи и собирать выброшенные на берег дары океана, и их накрыло второй, более мощной волной.
Ожидаемое потепление в нашей стране, как и в других северных странах, приведёт в то же время и к некоторым положительным последствиям, как-то: 1) сократятся большие в настоящее время расходы топлива; 2) возрастут обычно невысокие и неустойчивые в России урожаи сельскохозяйственных культур; 3) улучшатся условия для работы водного транспорта на реках, которые сейчас по полгода и более не судоходны; 4) уменьшатся энергозатраты промышленного производства и, следовательно, повысится конкурентоспособность продукции. Однако отрицательные стороны ожидаемых изменений климата, особенно в условиях, их вызывающих, будут более значимыми, и к ним следует готовиться заранее. Времени для благодушия больше нет.
Выше мы рассказали о том, что и какими средствами изучают метеорологи, климатологи и другие специалисты, работающие в смежных областях. Теперь самое время поговорить о результатах их совместных усилий. Давайте кратко познакомимся с основными тенденциями в изменениях некоторых климатических характеристик и попытаемся представить, какие сюрпризы готовит нам климат в ближайшем будущем.
Вернуться в раздел «О климате»
Экология океанического обрастания в пелагиали 
Изучение экосистем в аквагеоэкологии 