Лекция_7_Глобальные процессы в биосфере

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
ЭКОЛОГИЯ
Лекция 8
Глобальные процессы в
биосфере
Макарова Светлана Витальевна
к.б.н., доцент

2. Часть 1

Озоновые «дыры»
2

3. «Озоновые дыры»

Озон - аллотропная форма кислорода (О3)
Озоносфера практически не пропускает к поверхности
Земли солнечное излучение короче 290 нм,
губительное для живых организмов
Озон образуется в верхней стратосфере (40-50 км)
при фотохимических реакциях с участием кислорода,
азота, водорода и хлора
В нижней стратосфере (10-25 км) главную роль в
сезонных и более длительных изменениях его
концентрации играют процессы переноса воздушных
масс
3

4.

Максимальные
концентрации озона
отмечаются на
высоте 10-25 км
(нижняя
стратосфера)
Средняя концентрация озона в
стратосфере
составляет около
0,00005 %
4

5.

Озоновый слой
поглощает
коротковолновое
ультрафиолетовое
излучение (с длиной
волны менее 290 нм),
опасное для всего
живого
5

6.

Последствия воздействия
ультрафиолетового излучения на организм
человека (список ВОЗ):
Повышение вероятности возникновения раковых
заболеваний кожи (меланома, карцинома)
Ожоги
Катаракта хрусталика глаза
Конъюнктивит
Ослабление иммунной системы
Рецидивы герпесной инфекции
6

7.

История проблемы
1974 г. – М.Молина и Ф.-Ш. Роланд предположили,
что долгоживущие хлорфторуглероды (ХФУ), попадая
в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон
1985 г. – опубликованы сведения о снижении
концентрации озона в районе Антарктиды в весенний
(для Южного полушария) период начиная с 1982 г.
[Farman et al., 1985]
1988 г. – НАСА опубликовало данные об
уменьшении озонового столба над густонаселенными
районами Северной Америки, Европы, Китая и
Японии на 3 %, а над странами Скандинавии и
Аляской - на 6 %
7

8.

1972
1981
1982
1983
1984
1985
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

9.

Сентябрь 2000 г.
Сентябрь 2002 г.
Озоновая «дыра» различной формы над Антарктидой
( www.nasa.gov)
9

10. Гипотезы возникновения «озоновых дыр»

1. Химическая гипотеза разрушения озона
Оксиды азота (NO, N2O) - источники: полеты
сверхзвуковых самолетов, азотные удобрения,
ядерные взрывы
N2O + О3 = 2NO + О2
Атомы галогенов (хлора, фтора и брома) источники: ХФУ (хлорфторуглероды), фреоны,
холоны, метилхлороформ, вулканические газы и др.)
Cl + О3 = СlO + О2
СlO + О = О2 + Cl
10

11.

11

12. Международные соглашения об охране озонового слоя

1985 г. - на совещании в Вене была принята
Венская конвенция об охране озонового слоя
1987 г. - в Монреале (Канада) подписан
Монреальский протокол по веществам,
разрушающим озоновый слой.
К ним отнесены хлорфторуглероды (ХФУ) и
бромсодержащие галоны
12

13. 2. Гипотеза естественного происхождения озоновой дыры над Антарктидой

На межгодовую динамику концентрации озона в
атмосфере могут влиять:
Крупномасштабные динамические процессы в
атмосфере
Долговременные циклы взаимодействия океана и
атмосферы
Изменение климата – потепление и рост
концентрации СО2 тормозят разрушение озона
Наблюдается сезонная динамика «дыр», что
указывает на природные причины их появления
13

14. Сезонная динамика озоновой «дыры» в Антарктиде

Июль 2019
Сентябрь 2019
Ноябрь 2019
https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/monthly/
14

15. На сезонную динамику, по-видимому, воздействуют:

изолирует область над
континентом
Циркумполярный
вихрь изолирует область над
Антарктидой от
проникновения
воздушных масс из
соседних регионов в
зимний период в
условиях полярной ночи
15

16.

Полярные
стратосферные
облака,
образующиеся в зимний
период (при температуре ниже -73 С),
содержат соединения
азота и хлора, локально
разрушающие озон при
появлении солнца в
сентябре (первый месяц
весны), что приводит к
появлению «дыры»
(Фото National Science Foundation | Kelly Speelman)
16

17.

Деятельность
вулкана Эребус
(с 1972 г.) –
суточный выброс
хлора составляет
около 90 т.
Хлор адсорбируется
на полярных стратосферных облаках и
участвует в
фотохимических
реакциях
разрушения озона
(фото www.mountine.ru )
17

18.

Озоновая «дыра» в сентябре 2019 г была наименьшей
с начала 2000-х годов
18

19.

Согласно прогнозам, «дыра» над Антарктидой может
окончательно исчезнуть к 2065 г.
https://www.hakahakionline.com/en/11196/
19

20.

17 October 2020
Озоновая дыра 2020 года быстро росла с
середины августа и достигла пика в 24 млн.кв. км в
начале октября, что выше среднего показателя за
последнее десятилетие . Дыра распространилась
на большую часть Антарктического континента.
https://meteoinfo.ru/
https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
20

21. «Озоновая дыра» в Арктике (март-апрель 2020)

https://lenta.ru/news/2020/04/08/hole/
21

22.

Таким образом,
В соответствии с современными представлениями
причина образования «озоновой дыры» над Антарктидой
является комплексной и связана, главным образом с
природными процессами, а не с антропогенным
загрязнением атмосферного воздуха
«Озоновая дыра» над Антарктидой должна
рассматриваться не как экологическая проблема, а как
природное явление
Фреоны антропогенного происхождения, по-видимому,
не являются основной причиной истощения озонового
слоя
Проблема «озоновых дыр» была сильно
политизирована, поскольку затрагивала экономические
интересы отдельных стран и корпораций (как и проблема
климатических изменений)
22

23. Часть 2

Изменение климата.
Глобальное потепление
23

24. Климат Земли и его изменения

Термин «климат» (от греч. klima – наклон
солнечных лучей к земной поверхности) ввел
древнегреческий астроном Гиппарх (190-150 гг. до
н.э.).
Климат - многолетний режим погоды, присущий
данной местности.
«Климат - статистический ансамбль
состояний, которые проходит система океан
— суша — атмосфера за периоды времени в
несколько десятилетий» (А. С. Монин)
24

25. Климат Земли и его изменения

Факторы, определяющие климат:
Астрономические, факторы (внешние) светимость Солнца, положение и движение планеты в
Солнечной системе, наклон ее оси вращения к
плоскости орбиты и скорость вращения
Геофизические и географические факторы –
подстилающая поверхность (океан, суша, леса, льды и
т.п) и ее свойства, которые определяют динамическое
и тепловое взаимодействие с атмосферой, циркуляция
атмосферы и океана
Атмосферные факторы - масса и состав
атмосферы
25

26. Климат Земли и его изменения

Около 3 тыс. лет назад - происходило потепление,
известное как малый климатический оптимум
голоцена, когда температура в Европе была на 1-2
градуса выше современной
Первая четверть второго тысячелетия (ХIII в.) –
начало Малого ледникового периода. Минимум
температур был достигнут во второй половине XVII в.
(в среднем на 1 градус ниже современной)
Конец ХIХ в. - началось новое потепление,
которое продолжается в настоящее время
26

27.

Маршруты викингов
http://rsbtravel.com/article/
27

28. «Малый ледниковый период»

П.Брейгель Охотники на снегу (1565 г.)
28

29.

П.Брейгель «Зимний пейзаж»
29

30.

П.Брейгель "Перепись в Вифлееме", 1566 г.
30

31.

Х.Аверкамп. Сцена на льду у города (1610 г.)
31

32.

Х.Аверкамп «Зима в городе»
32

33.

Повышение температуры поверхности Земли с конца XIX века
https://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v4/
33

34. Современное изменение климата

Информация о современных изменениях климата,
представлена в следующих докладах:
Пятый оценочный доклад Межправительственной
группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 31
марта 2014 года.
Шестой оценочный доклад в полном объеме должен
выйти в 2023 г.
Второй оценочный доклад Росгидромета «Об
изменениях климата и их последствиях на
территории Российской Федерации» (2014)
Доклады об особенностях климата на
территории Российской Федерации (Росгидромет) и др.
34

35. Современное изменение климата

Глобальная температура возросла в среднем на 0,75С
за период 1880-2019 гг. Замедление роста температуры
наблюдалось в период 1998-2012 гг.
Произошло уменьшение объема ледников,
сокращение площади морского льда в Арктике
Повышение уровня Мирового океана в среднем
составило 0,19 м (тепловое расширение)
Повысилась температура океана
Концентрации углекислого газа увеличились на 40 %
с доиндустриального периода, выросло содержание
метана в атмосфере
35

36.

Средние глобальные температуры с 2010 по 2019 год по сравнению с
базовым средним показателем с 1951 по 1978 год.
https://data.giss.nasa.gov/gistemp/maps/index_v4.html
36

37.

А.
Б.
Аномалии среднегодовой температуры воздуха (с точностью до 0.1°С) в
Северном полушарии (А) и России (Б) в 1891-2019 гг.
(https://meteoinfo.ru/131/m131m.htm)
37

38.

Сокращение площади льда в Арктике в апреле с 1979 по 2019 г.
(National Snow and Ice Data Center)
38

39.

А
Б
А
Таяние ледников на Аляске
(А - август 1941 г., G.D. Hazard; Б - август 2004 г., B. F. Molnia , http://climate.nasa.gov/
39

40. Возможные причины изменения климата

Общепринятой причиной климатических изменений
считается антропогенная деятельность
«Было установлено влияние человека на повышение температур
атмосферы и океана, изменение глобального гидрологического цикла,
уменьшение количества снега и льда, повышение глобального
среднего уровня моря и на некоторые экстремальные климатические
явления»
«Чрезвычайно вероятно, что влияние человека было основной
причиной потепления, наблюдаемого с середины ХХ века».
«Основной вклад в наблюдаемое повышение температуры на
территории России во второй половине XX в. — начале XXI в. вносит
влияние изменений концентрации парниковых газов»
40

41.

Данные еженедельных измерений концентрации СО2
на станции Новый Порт
(Красным цветом изображен рассчитанный сезонный ход концентрации СО2)
41

42.

42

43. Возможные причины изменения климата

Главную причину глобального потепления многие
видят в усилении «парникового эффекта»
атмосферы Земли в результате антропогенных
выбросов парниковых газов (СО2, СН4)
Парниковый эффект – удержание части
инфракрасного (теплового) излучения у поверхности
Земли парниковыми газами (пары воды, углекислый
газ, метан)
Это природное явление, благодаря которому, средняя
температура на Земле составляет около + 15 °С.
В отсутствие парниковых газов в атмосфере средняя
температура составляла бы -20 °С, что исключило бы
появление наземных высших форм жизни
43

44.

Все парниковые газы имеют природное происхождение, 90% составляют
пары воды. Человек привносит лишь дополнительное количество CO2 и СН4
за счет сжигания топлива и другой хозяйственной деятельности.
44

45. Возможные причины изменения климата

Парниковый эффект открыл в 1824 г. Жан Батист Жозеф
Фурье, французский математик и физик
В 1860 г. английский физик Джон Тиндаль выяснил, что
СО2, как и водяной пар, экранирует большую часть
инфракрасного излучения Земли
В конце XIX в. шведский химик Сванте Аррениус
количественно оценил влияние изменения концентрации
атмосферного СО2 на температуру земной поверхности
Регулярные наблюдения за концентрацией углекислого
газа в воздухе планеты были начаты в 1958 г. в обсерватории
на вершине гавайского вулкана Мауна-Лоа.
45

46. Международные соглашения по климату

Рамочная Конвенция об изменении климата
(РКИК) принята на Конференции по окружающей среде в
Рио-де-Жанейро (1992), в которой записано, что участвующие
страны «преисполнены решимости защитить
климатическую систему в интересах нынешнего и будущего
поколений»
Киотский протокол (1997 г.) — международное
соглашение, обязывавшее индустриальные страны сократить
или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008-2012
годах на уровне 1990 г. Действие протокола закончилось в
2020 г.
Согласно протоколу, государства или компании могли продавать или
приобретать квоты на выбросы парниковых газов. Российские
климатологи считали, что данное соглашение не имело достаточного
научного обоснования
46

47. Международные соглашения по климату

Парижское соглашение по климату – регулирует
меры по снижению содержания углекислого газа в
атмосфере с 2020 года. Соглашение было подготовлено
взамен Киотского протокола в ходе Конференции по климату
в Париже и принято 12 декабря 2015 года
Заявленная цель Парижского соглашения - не допустить
превышения глобальной среднегодовой температуры на
планете к 2100 году более чем на 2°С от доиндустриального
уровня и сделать все возможное для удержания потепления
в пределах 1,5°С (в настоящее время средняя температура
на 0,75°С выше, чем среднегодовые показатели в 1850-1900
годов).
Россия приняла (с рядом заявлений) Парижское соглашение 21
сентября 2019 года (Постановление Правительства РФ N 1228).
47

48. Возможные причины изменения климата

Альтернативные гипотезы климатических
изменений
Гелиофизическая гипотеза. Повышение
температуры за счет увеличения солнечной
активности на протяжении ХХ в. - причина, а рост
концентраций парниковых газов – следствие (эмиссия
из океана, ускорение разложения органических
веществ)
Уменьшение солнечной активности, начавшееся в
2000-х гг., в будущем может привести к похолоданию
климата (ориентировочно в середине ХХI века)
48

49.

49

50.

Атмосферный CO2, температура на поверхности Земли и
солнечная активность (количество солнечных пятен)
50

51. Положительные обратные связи

Чем выше температура,
тем больше парниковых
газов
Увеличение
содержания
парниковых
газов (Н2О,
СО2, СН4)
Рост
температуры
Чем больше парниковых
газов, тем выше
температура
51

52. Возможные причины изменения климата

Циркуляционная гипотеза – изменение общей
циркуляции атмосферы (что и наблюдается в
настоящее время)
На климат Земли влияют также:
вулканическая деятельность - выброс частиц и
газов меняет свойства атмосферы
вырубка лесов - способствует накоплению
углекислого газа в атмосфере и меняет свойства
подстилающей поверхности
52

53. Негативные последствия изменения климата (существующие и прогнозируемые)

Изменение природных экосистем, снижение видового
разнообразия (в первую очередь в Арктике)
Усиление процессов опустынивания
Повышение уровня Мирового океана и затопление
прибрежных территорий
53

54.

Снижение рН вод
Мирового океана
(ацидификация)
За последние 150 лет
среднее значение pH
понизилось на 0,1.
Подкисление морской воды
ухудшает условия
существования организмов,
образующих известковые
раковины (например у
моллюсков)
https://www.pmel.noaa.gov/co2/files/co2_time_series_03-08-2017.jpg

55.

Повышение частоты возникновения опасных природных
явлений: ураганов, наводнений, засух, лесных пожаров и
др.
Число опасных гидрометеорологических явлений на территории России,
нанесших значительный ущерб, 1996—2019 г.г.
(https://meteoinfo.ru)
55

56.

Последствия зимнего наводнения, Финский залив (январь 2015 г.)
56

57.

Распространение заболеваний, характерных для
тропических и субтропических районов, в более северные
районы
Заболеваемость лихорадкой Западного Нила в России
(Второй оценочный доклад Росгидромета «Об изменениях климата…», 2014)
57

58. Позитивные последствия изменения климата

Повышение продуктивности экосистем
Улучшение условий земледелия, повышение
продуктивности сельскохозяйственных культур
Экономия энергетических ресурсов в странах с
холодным климатом, благодаря сокращению
длительности отопительного периода, и как
следствие, уменьшение антропогенной нагрузки на
окружающую среду
Повышение комфортности проживания в странах с
холодным климатом
Улучшение условий судоходства в арктических
морях
58

59.

«Человек не настолько силен, чтобы мог повлиять на
климат. Это невозможно, это все равно что
утверждать, будто бы человек может остановить
землетрясения. Остановить землетрясения также
невозможно, как изменить климат. Это природные
явления, которые имеют свои законы и причины, к
которым мы можем только адаптироваться, и с
которыми мы должны жить»
Умберто Креченти,
итальянский геолог, геофизик
59

60.

«Древние… не отрицают,
что некоторые
недостатки почвы и воды
еще можно исправить
искусством и умом, но
решительно утверждают,
что климат никакой силой
ума и никакой человеческой
рукой в надлежащей мере
исправить нельзя»
Леон Баттиста Альберти
«Десять книг о зодчестве» (XV в.)
60

61. Заключение

В течение последних десятилетий отмечаются
климатические изменения разной степени интенсивности в
зависимости от региона. Наиболее выраженными они
являются в Арктике
Основной причиной считается антропогенная эмиссия
парниковых газов, которые усиливают парниковый эффект
атмосферы Земли
Однако климат определяется многими факторами и
глобальными процессами, взаимосвязь между которыми до
конца не изучена. Поэтому объяснять климатические
изменения только антропогенной деятельностью не вполне
корректно
В настоящее время нет надежных прогнозов изменения
климата
61

62. Заключение

В настоящее время человечество, несмотря на
заявления, сделанные в международных соглашениях,
вероятнее всего, не может радикально повлиять на
глобальные климатические процессы, поэтому необходимо
учитывать возможные изменения и искать пути
адаптации к ним
Один из наиболее эффективных путей стабилизации
климата – не борьба с парниковыми газами (основное
количество которых поступает из естественных источников),
а сохранение и восстановление природных экосистем (в
первую очередь, лесов)
Проблема климатических изменений очень сильно
политизирована, что часто мешает объективно оценивать
ситуацию и принимать научно обоснованные решения
62

63.

63

64.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
Автор
Макарова Светлана Витальевна
[email protected]