В 1960-х годах советский климатолог академик Михаил Иванович Будыко опубликовал простую климатическую модель энергетического баланса Земли для исследования эффекта, оказываемого ледовым покровом на глобальный климат.
Он исходил из того, что единственным источником тепла на планете является приходящее солнечное излучение (солнечная радиация). Оно всегда остается неизменным и оценивается солнечной постоянной. Солнечные лучи почти беспрепятственно проходит через атмосферу и падают на поверхность Земли. Часть солнечной энергии поглощается поверхностью Земли, а другая часть – отражается и уходит в космос. Если поглощается больше энергии, чем отражается, то тепловой баланс поверхности оказывается положительным и она нагревается. А если, наоборот, поглощается меньше энергии, чем отражается, то тепловой баланс поверхности Земли оказывается отрицательным – Земля охлаждается. В свою очередь, отражение солнечных лучей зависит от свойств поверхности и от угла падения солнечных лучей на поверхность Земли. При появлении снежного покрова отражательная способность поверхности приближается к 100%, тепловой баланс становится отрицательным, Земля начинает терять тепло, а площадь снежного покрова и льда увеличивается. При этом усиливается отражение приходящей солнечной энергии и происходит еще большее покрытие Земли снегом и льдом. Процесс усиливает сам себя все больше и больше, это называют положительной обратной связью. Возникает угроза полного оледенения Земли. Но в природе устроено все гармонично и уравновешено.
В противовес зимнему эффекту стремительного безвозвратного охлаждения Земли с приходом весны вступает второй более мощный фактор – изменение высоты солнца над горизонтом и ослабление отражения приходящей солнечной радиации и усиление ее поглощения земной поверхностью – начинается сезонное потепление.
На основе описания этих закономерностей М.И.Будыко по своей энергобалансовой модели вычислил, что если по каким-то причинам снежный покров и ледники все-таки подойдут достаточно близко к экватору, то за счет самоускорения оледенения вся Земля быстро покроется льдом (M.I. Budyko. 1969) и уже никогда не сможет выйти из этого состояния. Вся приходящая солнечная радиация будет отражаться и уходить в космос. Модель Будыко не показывала какую-либо возможность выйти из ледового стабильного состояния Земли. Из этого следует важный вывод, что если мы живем на зеленой Земле, то значит полного оледенения в истории Земли никогда не было.
Однако, прошли годы и вблизи экватора Земли были обнаружены осадочные горные породы, характерные для ледниковых отложений. Осадочные горные породы, отложенные ледником, имеют характерные черты, позволяющие идентифицировать их. Это означает, что в некоторые геологические эпохи, многие сотни миллионов лет назад, наша планета по каким-то причинам полностью покрывалась льдом, но вопреки модели Будыко Земля каким-то образом вышла из этого состояния. Энергобалансовая модель никем не оспаривалась, солнечное излучение не могло вывести Землю из полного оледенения, но тогда надо было допустить предположение о том, что Солнце не единственный источник тепла на планете. В то время легче было считать, что льда на экваторе никогда не было вопреки обнаруженным фактам, чем допустить существование второго, кроме Солнца, источника тепла на Земле. О проблеме «белой Земли» на время забыли.
Во второй половине ХХ века произошло потепление глобального климата, которое поспешно назвали беспрецедентным в истории Земли (позднее выяснилось, что это не так). М.И.Будыко опять на основе своего радиационного подхода стал искать объяснение смещению теплового (радиационного) баланса в сторону разогрева атмосферы. В его новой модели не было причин для изменения количества приходящей радиации или для изменения отражательной способности Земли. Оставалось только предположить, что потепление может возникнуть, если часть отраженного тепла не уйдет в космос, а задержится в атмосфере. Ослабить отток тепла в космос мог водяной пар, углекислый газ (СО2) и некоторые другие газы, обладающие способностью поглощения тепловой энергии на частоте излучения поверхности земли. Природных причин для усиления парникового эффекта у Будыко не нашлось. В это же время, начиная, со второй половины ХХ века, произошло то, чего никогда не было – началась промышленная революция, резко возросло энергопотребление производства во многих странах мира, а энергию получали от сжигания углеводородов. В результате резко возросли выбросы в атмосферу СО2. Беспрецедентное потепление и беспрецедентное увеличение выбросов СО2 в атмосферу слились в единую гипотезу о том, что добавленный промышленностью СО2 является той причиной, которая привела к невиданному ранее потеплению глобального климата за счет дополнительного парникового эффекта.
Гипотеза всем понравилась своей простотой и понятным физическим механизмом. Оставалось проверить ее количественными оценками. В работу включились математики. Но количественно доказать эту гипотезу им не удавалось. Учитывая стратегическую важность проблемы, во всем мире начали строить сложные физико-математические модели климата с целью выяснить каким станет климат в будущем, если антропогенная парниковая гипотеза верна, а выбросы СО2 человечеством будут с годами усиливаться?
Для построения точной модели не хватало знаний, поэтому строили полуэмпирические модели – недостающие знания заменяли эмпирическим подбором коэффициентов, ответственных за многие прямые и обратные связи в климатической системе (более ста коэффициентов), включая коэффициенты, ответственные за отклик климатической системы на количество СО2 в атмосфере. Меняя разные сочетания коэффициентов, добивались приближения модельного климата к фактическому климату за последние несколько десятилетий. Для научного обоснования значений этих коэффициентов не хватало знаний, но другого пути, кроме подгонки коэффициентов, у создателей моделей не было. По аналогичному пути построения моделей климата пошли во всех климатических центрах мира.
В результате многолетней работы с помощью эмпирических коэффициентов удалось добиться сходства модельного климата с фактическим. Забывая, что количественная сторона модели не имеет научного обоснования, что фактор количества СО2 в атмосфере изначально был назначен ответственным за наблюдаемое глобальное потепление, модельные оценки объявили доказательством вины человечества в глобальном потеплении. Научным такой вывод назвать нельзя.
Ответственные ученые заявляли, что это лишь оценочные суждения, основанные на предположении, а не доказательство. Но стремление любой ценой остановить глобальное потепление затмило научный подход, борьба с сжиганием углеводородов стала мировым трендом. Главными движителями этой борьбы стали экологи, не вникающие в научную часть проблемы, и политики, понимающие, что борьба за ограничение использования углеводородов – это передел рынков сбыта и инструмент мировой экономической борьбы, направленный против стран-экспортеров нефти и газа, прежде всего против России.
А задача о «белой Земле» так и оставалась нерешенной долгие годы. Но недавно о ней пришлось вспомнить в связи с проблемой глобального потепления климата.
А между тем, тот же предполагаемый фактор, которые в давние времена вывел Землю из состояния «белой Земли многие миллионы лет назад, в наше время никуда не исчез, внутреннее тепло Земли и сейчас в малых дозах может подпитывать климатическую систему. Об этом уже написано и опубликовано много работ, исследования продолжаются.
Всегда было известно, что в недрах Земли сосредоточена огромная тепловая энергия, которая в очень явном виде иногда вырывается в виде вулканов на континентах. Еще больше (в 200 раз) происходит извержений вулканов, скрытых на дне Мирового океана. Менее заметно, но в огромных количествах тепло Земли выходит в местах разломов земной коры на стыках литосферных плит, скрытых океанами.
Рис. Верхний подвижный слой мантии Земли ‒ астеносфера
По данным (Клиге Р.К., Школьный Д.И. 2016) развивающееся потепление в Мировом океане происходит одновременно с нарастанием вулканической деятельности, которая охватывает как территорию суши, так и в значительной степени территорию морского дна. Так, положительное развитие вулканизма стало характерным для такого огромного региона, как Тихоокеанский бассейн.
Обработка временных рядов по количеству вулканических извержений за последние 200 лет в разных частях Тихого океана показали (Гамбурцев А.Г., Гамбурцева Н.Г. 1998), что в районе Индонезии, Курил. Японии, Филиппин, Камчатки, Северной и Южной Америки, Аляски, Алеутских островов, Марианских и Гавайских островов, хотя и имеются определённые различия по характеру колебаний активности вулканов, общая тенденция проявляется достаточно определённо к возрастанию вдвое количества действующих вулканов с увеличением их активности за последние 200 лет. Большинство вулканов находятся на дне Мирового океана, и его площадь больше, по сравнению с территорией суши, почти в 2,5 раза. Исследования В.Е. Хаина и Э.Н. Халилова (Хаин В.Е., Халилов Э.Н. 2009) показали, что на дне океанов существуют обширные зоны вулканической деятельности, особенно в районе срединных океанических хребтов, а также в местах многочисленных разломов в земной коре, в поясах сжатия океанских рифтовых зон и внутриплиточных районов. Дно океана является областью интенсивных магматических проявлений, вносящих огромный вклад в энергетический баланс планеты и оказывающих соответствующее влияние на состав гидросферы. Особенно это заметно в самой горячей зоне срединно-океанических хребтов, площадь которых составляет около 15 % всего океанического дна. Срединно-океанические хребты – это величайшие горные системы Земли, протянувшиеся через Арктический бассейн, Норвежское море, Атлантический, Индийский, Южный океаны и через южную часть Тихого океана.
Б.Хизен и П.Д. Фокс (Хизен Б., Фокс П.Д. 1974) показали, что широкая средняя часть срединно-океанических хребтов характеризуется тепловым потоком со значениями выше среднего и что имеются узкие зоны очень высоких значений теплового потока. Помимо экстремальных значений потоков, связанных с отдельными хребтами, имеется громадной протяжённости аномальная геотермическая зона вдоль западной окраины Тихого океана, которая является следствием единых по механизму и характеру геодинамических процессов, охватывающих всю зону северного, западного и юго-западного сопряжений Тихого океана и расположенных по периферии континентов (Деменицкая Р.М. 1975).
Рис. Срединно-океанические хребты
По сведениям из (Клиге Р.К., Школьный Д.И. 2016) исследования А.К. Поповой и др. позволили установить, что в Северной Атлантике общие потери тепловой энергий в узкой полосе рифтовой зоны достигают 500 мВт/м2. При этом оценка кондуктивных потерь тепла составляет около 20 %, вынос тепла магмой - 50 %, а гидротермами - 30 %. Установлено также, что трансформные разломы в осевой части хребта также выделяются относительно стабильными и аномально высокими значениями теплового потока.
Изучение активных частей Срединной зоны в районе Исландии дали возможность выделить (Иванов В.В., Кононов В.И. 1977) особый тип «рифтовых водородных терм», в газовом составе которых в значительной степени присутствует водород мантийного происхождения с температурами до 300°С. Отмечается в отдельных очагах разгрузки вынос тепла до 108 ккал/с с кипением и образованием газово-паро-водяных струй. Подобные горячие выходы обнаружены и американской экспедицией в восточной части Тихого океана (Spiess F.N. et al. 1980). Там был зафиксирован гидротермальный источник с температурой воды 360±20°С с голубоватым фонтаном мутной воды, изливавшейся из конусов донных отложений.
По мнению (Клиге Р.К., Школьный Д.И. 2016), происходящее в настоящее время развитие вулканизма на большей части дна океана и вызывающее нарастание теплосодержания его водной массы является основной причиной увеличения температуры морской поверхности.
К аналогичным выводам пришли авторы (Осика Д.Г. и др. 2011) , которые указывают, что определяющими факторами наблюдаемых климатических аномалий, вплоть до стихийных бедствий, являются громадные выбросы аномального тепла и парниковых газов в связи с усилением сейсмической активности, начавшиеся в последней четверти ХХ в. В работе (Смольков Г.Я. и др. 2013) при исследовании изменений региональных среднегодовых температур с 1830 по 2010 г. сделан вывод о связи изменений температуры с эндогенной активностью Земли и внутренним энергетическим обменом. Основным механизмом эндогенной активности Земли по мнению тех же авторов является механизм дополнительных циклических взаимодействий оболочек небесного тела и их вынужденной относительной раскачки из-за гравитационного воздействия больших планет. Смещения жидкого ядра, мантии и других оболочек Земли, их циклические изменения с периодами космических воздействий порождают вариации магнитного поля Земли, внутреннего теплового потока и других физических полей с теми же самыми периодами. Силы взаимодействия оболочек Земли значительны и могут служить в качестве основного энергетического источника всех геодинамических и геофизических процессов и обеспечивать их временные вариации (Баркин Ю.В. 2002; Баркин Ю.В., Клиге Р.К. 2012; Хаин В.Е., Халилов Э.Н. 2009).
По результатам исследования, авторы (Осика Д.Г. и др. 2013) пришли к выводу о том, что главным поставщиком повышения тепла в атмосфере является сейсмичность плюс синхронные выбросы парниковых газов эндогенного происхождения, которые также несут с собой геотермальную энергию. По оценкам тех же авторов геотермальные выбросы от сейсмичности на 2–3 порядка выше, чем в связи с вулканизмом. Эти тепловые выбросы оказывают заметное влияние на температуру воздуха в планетарном масштабе. Кроме того, выбросы геотермальной энергии в связи с сейсмичностью происходят не одномоментно, как в случае с вулканизмом, а длительно – в течение 2–3-х лет. Эти потоки аномального тепла постепенно распространяются на другие регионы, приводя к росту среднегодовых температур по всей планете. Тепло из недр в связи с сейсмичностью выносится парами воды, газами, термальными водами, распространяющимися по трещинам и мелким нарушениям осадочного чехла. Этим обусловливается высокая скорость и значительные площади распространения геотермальных и климатических аномалий (Осика Д.Г. и др. 2013).
Во всех приведённых публикациях показано, что при повышении сейсмичности из недр Земли выделяется дополнительное тепло в океан или в атмосферу, которое не связано с солнечной радиацией. Попутно из недр выделяется водяной пар и другие парниковые газы, которые способствуют усилению природного парникового эффекта и дополнительному удержанию тепла в нижней атмосфере. Количественные оценки показали, что этого дополнительного тепла достаточно для усиления потепления климата.
На сайте Климатической платформы приводится справедливо много сведений о негативных для человека последствиях изменения климата. Всеобщее беспокойство совершенно оправдано. Но не следует в этих бедах поспешно винить человечество за выбросы парниковых газов. Данные наблюдений опровергают связь потепления с выбросами углекислого газа человечеством. Климат на Земле изменялся всегда, а современное потепление началось на семь десятилетий раньше начала интенсивного сжигания углеводородов человечеством. Следствие не может появиться раньше причины. Обвинения человечества абсурдны. Климат изменяется по своим собственным общим законам Солнечной системы, по законам, которые управляют движениями планет, активностью Солнца, активностью внутренних процессов Земли. Отголоски этих внутренних процессов проявляются на поверхности планеты в виде изменения циркуляции Мирового океана, общей циркуляции атмосферы и изменений климата.
Эти законы сформировались в момент зарождения Солнечной системы. Огромная тепловая энергия, запасенная в недрах Земли, не идет ни в какое сравнение со скромными возможностями человека повлиять на тепловой баланс планеты. Выходы эндогенной энергии на поверхность Земли доказаны наблюдениями. Пора согласиться, что изменения климата от нас не зависят. Но нам жить в этом климате. Поэтому направим все силы на упреждающую адаптацию к ожидаемым состояниям климата. А для прогноза будущего состояния климата давайте сосредоточим все усилия на изучении природных космических законов, ответственных за будущее нашего климата. До сих пор прогноз потепления климата строился на основе представлений о замкнутой климатической системе с единственным внешним фактором – человеческая деятельность. Это примитивно и сравнимо с древними представлениями о картине мира, в котором Земля в центре вселенной, а Солнце и планеты вращаются вокруг нее.
Список использованной литературы
- M.I. Budyko. Effect of solar radiation variation on climate of Earth // Tellus : journal. 1969.Vol. 21, № 5. P. 611-619.1969
- Клиге Р. К., Школьный Д. И. (2016). Изменение режима поверхностных вод гидросферы //Сложные системы, № 3 (20), 2016. С.4–17
- Гамбурцев А.Г., Гамбурцева Н.Г. (1998). Извержения вулканов. Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Т. 2. – М.: Наука, 1998. – С. 140–142.
- Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов:
- ее возможная природа. Научный мир, Москва, 2009. 520 с.
- Хизен Б., Фокс П.Д. (1974). Срединно-океанический хребет В кн. «Океанографическая энциклопедия». – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – С. 495–505.
- Деменицкая P.M. (1975). Кора и мантия Земли. – М.: Недра, 1975. – 255 с
- Иванов В.В., Кононов В.И. (1977). Проблемы генезиса терм регионов активного вулканизма // Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1977. – № 11. – С. 35–43.
- Spiess F.N., Macdonald K.C., Atwater T., Ballard R., Carranza A., Cordoba D., Cox C., Diaz Garcia V. M., Francheteau J., Guerrero J., Hawkins J., Haymon R., Hessler R., Juteau T., Kastner M., Larson R., Luyendyk B., Macdougall J. D., Miller S., Normark W., O rcutt J., Rangin C. East Pacific Rise. Hot Springs and Geophysical Experiments // Science. – 1980. – vol. 207, no. 4438. – pp. 231–242.
- Осика Д. Г. ,Алишаев М. Г. , Пономарёва Н.Л., Отинова А.Ю. (2011). О роли сейсмичности и вулканизма в парадоксах современного климата //Вестник Дагестанского научного центра. 2011. № 43. С. 27–32
- Смольков Г.Я., Базаржапов А.Д., Петрухин В.Ф., Щепкина В.Л. (2013). Геофизические последствия гравитационного воздействия на Землю // Солнечно-земная физика. Вып. 23 (2013) С. 129–135
- Осика Д.Г., Отинова А.Ю., Пономарёва Н.Л. (2013). О природе глобального потепления и естественных причинах формирования климатических аномалий и катастроф // Аридные экосистемы, 2013, том 19, № 4 (57), с. 104–112
- Баркин Ю.В. (2002). Объяснение эндогенной активности планет и спутников и её цикличности // Известия РАЕН. Секция наук о Земле. 2002. № 9. С. 45–97.
- Баркин Ю.В., Клиге Р.К. (2012). Гравитационные воздействия гелиокосмических факторов на эндогенную активность Земли // Современные глобальные изменения природной среды. Т. 3: Факторы глобальных изменений. М.: Научный мир, 2012. С. 46–61.
Фото на обложке: Unsplash / Elena Mozhvilo
