Сайт ГДЗ онлайн
Авторизация

Вечная мерзлота и современный климат

Рейтинг:
(голосов: 207)
ГДЗ сайт 21-09-2017, 10:07 Рефераты 0 комментариев
   На исходе XX века проблема изменений
климата
в сторону
глобального потепления
стала одной из центральных, волнующих мировую общественность. Повышение температуры воздуха большая часть ученыхклиматологов связывает со все возрастающими промышленными выбросами в атмосферу
двуокиси углерода , метана, и других газов, вызывающих парниковый эффект. Еще недавно, всего несколько лет назад, ряд крупных климатологов прогнозировал повышение температуры воздуха на Севере в начале XXI века на 1015 градусов Цельсия. Ученыйуфолог А.К.Прийма даже предсказывал, что при таком резком
потеплении климата
треть человечества может погибнуть от засух и катастроф.
  Анализ метеорологических данных по ряду стран Северного полушария (Россия, Канада, СШААляска, Китай) подтверждает, что в последние 2530 лет действительно происходит потепление климата, хотя и более умеренное. Повышение температуры воздуха за этот период в большинстве регионов России составляет 112 градуса Цельсия. По данным Американского геофизического союза, за 19911997 годы глобальная температура воздуха повысилась на 062 градуса Цельсия. В последние 34 года потепление климата мог почувствовать каждый россиянин средней полосы нашей страны: здесь жаркие и сухие летние сезоны и мягкие зимы следовали друг за другом. Нашим современникам особенно запомнится лето 1999 года, сценарий которого развивался по
М.Е. СалтыковуЩедрину , точно как в городе Глупове во время правления градоначальника Фердыщенки, когда "с самого вешнего Николы, с той поры, как начала входить вода в межень, и вплоть до Ильина дня не выпало ни капли дождя небо раскалилось пахло гарью травы и всходы огородных овощей поблекли"
  Люди задались вопросом почему это происходит и что будет дальше? Глуповцы видели причину возникшего несчастья в распутстве Фердыщенковой любовницы Аленки. К сожалению, в наши дни высокообразованные специалисты, владеющие арсеналом современных математических методов и быстродействующей компьютерной техникой, также пока не могут уверенно объяснить, что случилось с климатом Земли, будет ли он намного теплее в XXI веке по сравнению с XX, в чем причины глобальных климатических изменений? В наши дни заговорили о смещении полюсов и даже о натовских бомбардировках Югославии, мол, виноваты они. Потепление климата приводит, в свою очередь, к оттаиванию
вечной мерзлоты
и освобождению газов (особенно метана), захороненных в мерзлоте, и их дополнительному поступлению в атмосферу. Не случайно в газетных сообщениях последних лет появились предостерегающие заголовки: "Метановая бомба в вечной мерзлоте". Что это реалии или фантазии? Многочисленные исследования по проблеме глобального потепления климата проводились и проводятся в рамках тематических планов институтов, государственных и международных программ.
Россиян проблема ожидаемых изменений климата интересует или должна интересовать особо: как никак более 65% ее огромной территории занято вечной мерзлотой, которая зависит от климата, чутко реагирует на малейшие его изменения и поэтому отнюдь не является вечной.
  Скованные льдом горные породы развиты на севере Европейской России, Урала, севере Западной Сибири (примерно до широтного отрезка Оби), на большей части Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Отрицательные температуры проникают в земную кору до глубины 13001500 м, минимальные их среднегодовые значения достигают 1516 градусов Цельсия. Вечномерзлый покров литосферы в плане напоминает изрядно потертое одеяло: вдоль верхнего (северного) края карты России он почти сплошной, с редкими дырами и прорезями в виде таликов под крупными озерами и реками, мощность мерзлоты здесь максимальна, а температуры минимальны. К югу таликовых прорех становится все больше, толща мерзлоты уменьшается, температура ее повышается и у нижнего, южного края области вечной мерзлоты от сплошного покрова остаются одни лоскутки острова мерзлых пород мощностью в несколько метров или десятков метров с температурой, близкой к нулю.
  Хозяйственное значение области вечной мерзлоты, или
криолитозоны
, как ее называют мерзлотоведы, трудно переоценить. Это стратегический тыл экономики России, ее топливноэнергетическая база и валютный цех. Северный край страны населен крайне скудно. На огромных просторах арктических холодных пустынь, тундры, лесотундры, тайги и горных степей, на равнинах, плоскогорьях и в горах на один квадратный километр приходится менее одного человека. В ЯмалоНенецком национальном округе этот показатель равен 06 чел. на кв. км, в Корякии и на Чукотке 0102 а в Эвенкии и на Таймыре и вовсе 003006. Тем не менее нельзя забывать, что в пределах криолитозоны России сосредоточено более 30% разведанных запасов всей нефти страны, около 60% природного газа, неисчислимые залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть этих природных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, магистральные нефте и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, построены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На вечной мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Надым, Воркута, даже в границах Читы имеются острова вечной мерзлоты. В настоящее время хорошо разработаны методы прогнозирования последствий строительства зданий и сооружений на вечной мерзлоте. Однако не только деятельность человека меняет мерзлотные условия. В гораздо больших масштабах оказывают влияние на мерзлые толщи труднопредсказуемые изменения климата.
  Прогрессивное оттаивание мерзлых пород может обернуться катастрофическими последствиями. Дело в том, что верхние горизонты вечномерзлых пород мощностью от 25 до 3050 м и более содержат лед в виде мелких линзочек и жилок, а также крупных залежей в виде клиновидной решетки (полигональной в плане) или пластовых залежей мощностью до 3040 м. На некоторых участках северных равнин лед составляет до 90% объема мерзлых пород (рис. 1). Б.И.Втюрин оценивает запасы подземных льдов криолитозоны России в 19 тыс. куб. км, что дает право иногда называть вечную мерзлоту подземным оледенением. Оттаивание льдонасыщенных пород будет сопровождаться просадками земной поверхности и развитием опасных мерзлотных (криогенных) геологических процессов: термокарста, термоэрозии, солифлюкции и др. Целые регионы с низкими абсолютными отметками поверхности окажутся затопленными морем. Возникнет угроза разрушения зданий и инженерных сооружений, возведенных с сохранением мерзлого основания. Такие последствия потепления климата станут разорительными для экономики.
 
Мерзлотоведы
в состоянии количественно оценить грядущие изменения вечной мерзлоты на любой срок времени и предотвратить многие вредные их последствия, свести к минимуму затраты на стабилизацию мерзлотной обстановки, но только в том случае, если достоверно известны исходные климатические параметры. Загвоздка в том, что климатические прогнозы еще далеки от совершенства, что объясняется сложной природой изменений погоды и климата. Климат постоянно претерпевает естественные изменения. В 1625 г. сэр Фрэнсис Бэкон обратил внимание на то, что кроме суточных и сезонных изменений метеорологических элементов имеются еще многочисленные многолетние циклы их изменения. В 1957 г. Дж.К.Чарлсуэрт уже насчитывал около 150 циклов колебаний климата различной продолжительности. А.С.Монин и Ю.А.Шишков выделяют миллиардолетние циклы, циклы продолжительностью в сотни и десятки миллионов лет и более мелкие (в историкогеологическом понимании) колебания с периодом от десятков тысяч до десятков лет. Хорошо известны короткопериодные колебания метеорологических элементов: 914летние, 56летние и др. Все разнопериодные циклы изменения климата и погоды накладываются друг на друга и создают сложный интегральный ход изменения метеорологических элементов. В последние дватри десятилетия на естественные климатические циклы все заметнее стали накладываться направленные изменения, связанные с техногенезом.
  К сожалению, достоверность и оправдываемость долгосрочных метеорологических прогнозов пока оставляют желать много лучшего. В итоге результаты прогнозов климата получаются разноречивыми, что, в свою очередь, вызывает неоднозначность в мерзлотных прогнозах. Различаются сценарии значительного потепления климата области вечной мерзлоты в XXI веке (М.И.Будыко, О.А.Анисимов, М.К.Гаврилова, Ф.Э.Нельсон) и умеренного потепления (Е.П.Борисенков, А.В.Павлов), имеется даже сценарий похолодания (Н.А.Шполянская). Сценарии значительного потепления климата распространяются на территорию вечной мерзлоты лишь с учетом самых общих ее свойств. По М.К.Гавриловой, к середине грядущего столетия среднегодовая температура воздуха в Сибири и на Дальнем Востоке повысится на 410 градусов Цельсия, вследствие чего вечная мерзлота будет оттаивать и со временем сохранится только в высоких горах и на равнинах севера Восточной Сибири и Дальнего Востока. О.А.Анисимов и Ф.Э.Нельсон считают, что увеличение глобальной температуры воздуха на 2 градуса Цельсия приведет к полному оттаиванию мерзлых пород на 1520 % территории криолитозоны. Метеорологические данные за последние 1015 лет показывают, что экстремальные сценарии изменения климата не оправдываются, потепление идет, но более скромными темпами.
  При обосновании сценариев умеренного потепления климата, помимо данных метеостанций, используются также результаты наблюдений на геокриологических (мерзлотных) стационарах, где одновременно с метеорологическими измерениями исследуются тепловой режим грунтов, сезонное промерзание протаивание и мерзлотные процессы (А.В.Павлов). Такое сочетание повышает достоверность мерзлотноклиматических прогнозов. Остановимся на этой проблеме подробнее.
До недавнего времени сеть метеостанций на севере России была достаточно разветветвленной; продолжительность метеорологических измерений в нашей стране достигает 180 лет. Кроме того, к началу 1990 г. здесь существовало около 25 геокриологических стационаров опорных пунктов мониторинга криолитозоны.
  При изучении многолетних колебаний современного климата необходимо осреднять метеорологические данные за ряд соседних лет, чтобы исключить случайные вариации. Наиболее часто выбирают период осреднения в 10 лет. Анализ средних скользящих 10летних значений температуры воздуха, выполненный по ряду регионов севера России, показал, что в большинстве континентальных районах Севера за метеорологический период наблюдений в целом отмечается заметное повышение температуры воздуха (до 24 градуса Цельсия в Якутске за 18301995 годы). Наоборот, в районах, примыкающих к северным морям, прирост температуры воздуха за все время метеорологических измерений, несмотря на существование ее колебаний в отдельные годы, практически отсутствует. Это дает основание полагать, что в Арктике и некоторых смежных регионах вследствие близости морей и слабого техногенного воздействия современные потепления и похолодания не выходят за пределы естественной вековой цикличности климата. Здесь "маятник" погоды находится в состоянии устойчивого равновесия.
  Можно выделить два периода с отчетливо выраженным повышением температуры воздуха на Севере:
с конца XIX века по 1940е годы XX века (этот период называется "потеплением Арктики");
с серединыконца 1960х годов до настоящего времени.
 Последнее (современное) потепление пока не достигает размеров "потепления Арктики". Более того, в начале 1990х годов на ряде арктических метеостанций наблюдалось заметное похолодание. Однако последующие годы оказались достаточно теплыми, что явилось причиной сохранения общей тенденции потепления климата в наши дни.
  Темп повышений среднегодовой температуры воздуха за последние 2530 лет составляет 002003 градуса Цельсия в год в условиях Европейского Севера, 003007 на севере Западной Сибири и 001008 градуса Цельсия в год в Якутии. Само повышение температуры воздуха за этот период изменяется от 04 до 18 градуса Цельсия. Потепление климата обусловлено главным образом повышением зимней температуры воздуха.
  Если тенденция к климатическому потеплению сохранится в первой половине XXI века, можно ожидать повышение среднегодовой температуры воздуха к 2020 году на 0915 градуса Цельсия и к 2050 году на 253 градуса Цельсия. Атмосферные осадки к этим же годам возрастут на 5 и 1015 %, соответственно.
Анализ данных мониторинговых наблюдений и геотермических исследований свидетельствует о широко распространенной деградации верхних горизонтов криолитозоны (повышение температуры вечномерзлых пород, уменьшение их площади, возрастание глубины сезонного протаивания) за последние 1525 лет. Повышение температуры мерзлоты может быть вызвано как потеплением климата, так и возрастанием снегоотложений. В качестве наглядного примера происходящих термических изменений в криолитозоне используем данные наблюдений стационара МарреСале (Западный Ямал), расположенного на участке одноименной метеостанции. Здесь почти на всех экспериментальных площадках зафиксировано повышение температуры мерзлых пород на глубине 10 м за 19791998 годы. Оно изменялось от 01 до 1 градуса Цельсия. Только в полосе поверхностного стока воды (площадка 34) многолетние изменения температуры пород практически не отмечались. По результатам геотермических исследований обнаружено, что современное потепление пород достигает глубин в десятки метров. Рассмотрение материалов наблюдений того же стационара МарреСале показывает, что несмотря на большие междугодовые вариации глубины сезонного протаивания, в целом обнаруживается слабая тенденция к ее возрастанию за 19781998 годы. Прогнозируемая глубина сезонного протаивания на 2020 год возрастет на Севере всего на 1520 см в песках, а в супесях, глинах и торфах еще меньше. Прогнозируемые региональные повышения температуры поверхности пород не превысят 14 градуса Цельсия на 2020 (2025) и 23 градуса Цельсия на 2050 год
  При составлении картысхемы учитывалось, что на одинаковые изменения глобального климата вечная мерзлота в разных ландшафтных условиях будет реагировать поразному. Наибольший вклад в разнообразие реакции мерзлоты на атмосферные воздействия вносит рельеф земной поверхности. На карте показаны три категории рельефа: равнины, плоскогорья и горы.
Первая с юга зона это территории, на которых вечная мерзлота к 2020 году будет оттаивать сверху повсеместно, где она развита. Эта зона сформируется только в пределах ЗападноСибирской низменности, на южном пределе современной криолитозоны. Здесь в настоящее время встречаются редкие островалинзы вечномерзлых пород с температурой выше 05 градуса Цельсия, приуроченные к торфяникам. После их оттаивания южная граница криолитозоны отступит к северу на 300 км и более, таяние вспученных льдом торфяников будет сопровождаться интенсивными просадками их поверхности, но серьезных изменений в природную обстановку и деятельность человека это не внесет: вечномерзлые торфяники встречаются редко и в хозяйственную деятельность практически не вовлечены.
Вторая зона территории, где вечномерзлые породы будут повсеместно таять к 2050 году. На севере европейской части России криолитозона к этому времени отступит в северном или северовосточном направлении на 50100 км, в Западной Сибири на 100 250 км, на юге Среднесибирского плоскогорья на 600 км. В горах изменения криолитозоны будут минимальными: острова вечномерзлых пород будут оттаивать повсеместно только на Енисейском кряже и в небольшой части гор Южной Сибири и юговосточного Забайкалья. Как и в предыдущей зоне, последствия оттаивания мерзлых пород окажутся незначительными: исчезнут острова и небольшие массивы мерзлых пород в самых неудобных для человека урочищах торфяниках, на сильно замшелых участках тайги, на затененных днищах узких, глубоких долин, на склонах северной экспозиции. Современная температура этих пород не ниже 1 градуса Цельсия.
Третья зона объединяет территории, где к 2050 году глубокое оттаивание вечномерзлых пород начнется не повсеместно. Современная температура вечномерзлых пород здесь меняется в основном в пределах от 1 до 5 градусов Цельсия. Оттаивать будут только малольдистые породы с температурами не ниже 115 градуса Цельсия. Это преимущественно пески и скальные породы. Ширина зоны частичного оттаивания вечномерзлых пород на севере европейской части России достигнет 30100 км, на севере Западной Сибири 40200 км, в Восточной Сибири 240820 км. Зона включает в себя также часть низких гор Южной Сибири, Забайкалья, юга Дальнего Востока и Камчатки до 6062 градусов северной широты.
В четвертую зону, зону относительно стабильных вечномерзлых пород, входит северная часть криолитозоны с самыми низкими температурами пород от 3 до 16 градусов Цельсия. Мощность их измеряется сотнями метров. При прогнозных масштабах потепления климата глубокое протаивание мерзлых пород на этой территории исключается. Незначительно увеличится лишь площадь таликов.
  Таким образом, на основе вышеприведенных данных можно сделать вывод об изменениях криолитозоны России к середине XXI века. Через 50 лет температура поверхности грунтов повысится на 0923 градусов Цельсия, а глубина сезонного протаивания увеличится на 1533%. В результате этого южная граница криолитозоны на равнинах и плоскогорьях отступит к северу и северовостоку на 50600 км. Если к зонам полного оттаивания вечномерзлых пород добавить зону частичного их таяния, то в целом образуется полоса деградации вечной мерзлоты, ширина которой на севере европейской части России достигнет 50200 км, в Западной Сибири 800 км и в Восточной Сибири 1500 км. Сильно сократятся, но полностью не исчезнут острова и массивы вечномерзлых пород в горах Забайкалья, юга Дальнего Востока и на Камчатке.
  Негативные последствия
климатического потепления
будут отмечаться на всей территории криолитозоны: усиление деградации мерзлых толщ как по вертикали, так и в плане; нарушение функционирования природнотехнических систем, при проектировании которых не была учтена возможность глобального потепления климата и деградации мерзлоты. На территории, где вечномерзлые породы относительно стабильны изза высокой льдистости верхнего горизонта мерзлых пород даже небольшое увеличение глубины сезонного протаивания приведет к активизации таких разрушительных мерзлотных процессов, как термокарст, термоэрозия и солифлюкция. Усилятся процессы разрушения береговых уступов арктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат для обеспечения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооружений.
  Непринятие своевременных защитных мер может обернуться катастрофой.
  Ожидаемое к середине XXI века потепление климата и криолитозоны сопоставимо с потеплением в период голоценового климатического оптимума 46008000 лет назад, когда южная граница криолитозоны отступила к северу и заняла положение, близкое к прогнозируемому ее положению в 2050 г. На территориях, где вечная мерзлота сохранялась, увеличивалась глубина сезонного протаивания. Анализ строения верхнего горизонта вечномерзлых пород позволяет установить глубину сезонного протаивания в это время. В арктических и высокогорных районах она оказалась на 2040 % больше современной глубины, то есть сопоставимой с прогнозируемой величиной прироста мощности сезонноталого слоя к 2050 году. Подобное совпадение лишний раз подтверждает реальность предложенного сценария потепления климата и криолитозоны.
Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Введите код с картинки:*
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Авторизация