Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад

Конфигурации климата, связанные с антропогенным ростом концентрации парниковых газов в атмосфере, сначала сказываются на более уязвимых компонентах природной среды, чувствительных к переменам теплового режима. К ним относится и нескончаемая мерзлота - многолетнемерзлые породы, подстилающие примерно две третьих местности Рф. Изменение состояния грунтов при вероятной деградации нескончаемой мерзлоты отражается на инженерно-технических сооружениях Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад (зданиях, магистральных нефте- и газопроводах, транспортной инфраструктуре, системах жизнеобеспечения) и в целом на окружающей среде.

В протяжении истории Земли эволюция нескончаемой мерзлоты была плотно сплетена с глобальными потеплениями и похолоданиями климата. В ближайшую теплую эру прошедшего, примерно 6 тыс. годов назад, площадь распространения сплошной нескончаемой мерзлоты в Северной Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад Евразии, по данным палеоклиматических реконструкций, уменьшалась по сопоставлению с современной примерно на четверть [1]. Еще огромным было ее сокращение около 125-130 тыс. годов назад - в то время площадь сплошной нескончаемой мерзлоты составляла наименее одной пятой от сегодняшней. При всем этом среднеглобальная температура воздуха в приповерхностном слое воздуха была примерно на два градуса Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад выше. Приблизительно таким должно быть потепление на нашей планетке к середине XXI в., если выбросы в атмосферу парниковых газов будут поступать сегодняшними темпами [2]. Этот сценарий, условно нареченный business as usual, подразумевает рост содержания углекислого газа, метана, закиси азота и хлорфторуглеводородов, эквивалентный повышению концентрации углекислого газа на 1% в год. При учете Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей, которые наращивают отражение солнечной радиации в космос и отлично охлаждают поверхность, к середине XXI в. глобальная температура повысится на один градус.

Конфигурации средней глобальной температуры по данным наблюдений (I) и по модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка: при росте концентрации парниковых газов Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад по сценарию business as usual без учета эмиссии сульфатных аэрозолей (II) и с учетом этой эмиссии (III).

Способ палеоаналогов был первым методом построения пространственных сценариев будущих состояний климата, геосистем и их компонент в разных регионах [3]. При всем этом палеоклиматические реконструкции строятся для тех интервалов геологического прошедшего, во время Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад которых уровни увеличения среднеглобальной температуры по отношению к сегодняшним соответствовали ожидаемым в близком будущем. Эти построения - принципиальный источник инфы о многолетнемерзлых породах в эры долгих потеплений, когда приповерхностные горизонты приходили в устойчивое, сбалансированное с климатическими критериями, состояние. Но темпы наблюдаемых за последние 30 лет и предсказуемых в XXI в. конфигураций климата Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад не имеют аналогов в прошедшем. При таком резвом антропогенном воздействии отдельные звенья климатической системы не успевают подстроиться к наружным условиям. Можно ли использовать способ палеоаналогов при моделировании стремительно изменяющегося климата и дополняет ли он оценки будущих конфигураций компонент земной климатической системы (в том числе - криосферы) - на Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад эти вопросы мы попробовали ответить в нашей работе.

Моделирование конфигураций глобального климата

Сложность исследования глобального климата связана с тем, что постановка физических тестов с контролем влияющих на него причин невозможна. Такие работы можно проводить только с виртуальным (модельным) климатом, который показывает взаимодействие атмосферы, океана, криосферы, биосферы и поверхности суши Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад на пространстве переменных физико-математических моделей. Более подробные из их, именуемые моделями глобального климата (общей циркуляции) - сложные динамические системы с огромным числом степеней свободы и очень подробным на реальный момент описанием главных локальных климатообразующих процессов. В мире насчитывается несколько 10-ов таких моделей, которые в рамках огромного количества интернациональных программ безпрерывно сравниваются меж Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад собой и с данными наблюдений. Так как они удачно воспроизводят эволюцию климата XX в., их считают “лазутчиками грядущего”, и в этом качестве этим моделям кандидатуры пока нет.

1-ые пробы представить конфигурации климата под действием антропогенных выбросов парниковых газов на моделях общей циркуляции были предприняты посреди 70-х годов прошедшего Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад века. Одним из слабеньких 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 таковой маленький период океан не успеет стопроцентно приспособиться к изменению наружных Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад критерий. Потому в ближайшее время в мире стартовало новое поколение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, более тщательно учитывающее океанические процессы [4].

Опыты с моделями такового типа требуют значимых издержек вычислительных ресурсов, в особенности при расчетах эволюции климата до нескольких сотен лет, и могут проводиться лишь на самых современных ЭВМ. Потому Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад развиваются и модели климата промежной трудности [5], требующие в сотки раз меньше машинного времени и памяти: в их многие явления, такие как конденсация водяного пара либо динамика отдельных циклонов и антициклонов, описываются через свойства крупномасштабных полей. Эти модели климата также сравниваются с данными наблюдений и плодами более подробных Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад моделей общей циркуляции.

При проигрывании эволюции климата последних десятилетий на современных моделях было увидено, что данные наблюдений согласуются с ними лучше, если кроме парниковых газов учесть и эффект антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей. Сосредоточенные в главном в нижних слоях атмосферы, они приводят к выхолаживанию этих слоев вследствие действенного отражения солнечного излучения Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад. При прогнозировании климата охлаждающее действие аэрозолей становится еще заметнее. Расчеты конфигураций средней глобальной температуры приземного воздуха до конца XXI в. на одной из самых современных моделей общей циркуляции атмосферы и океана [4] проявили, что антропогенная эмиссия парниковых газов приведет к повышению средней глобальной температуры на 1.8°С к середине века Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад по сопоставлению с периодом 1960-1990 гг., что близко к оценке ее увеличения 125-130 тыс. годов назад, в период Микулинского межледниковья (по данным палеореконструкции). Учет аэрозольной эмиссии понижает данную величину до 1.3°С, что поближе к условиям, существовавшим 10 тыс. годов назад - в оптимум голоцена. Каковы же современные представления о многолетнемерзлых грунтах в Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад эти эры?

Распространение мерзлоты в теплые эры

В истории становления области долголетней мерзлоты можно выделить несколько очень неравноценных по времени шагов. Сезонная, а потом и долголетняя криолитозона появилась в итоге похолодания 10-1.8 млн годов назад. 2-ой период (1.8-0.13 млн годов назад) характеризовался разрастанием долголетней мерзлоты в прохладные эры и практически полным Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад ее исчезновением в теплые межледниковые. 3-ий шаг содержит в себе последний климатический макроцикл межледниковье-оледенение и соответствует позднему плейстоцену (130-10.3 тыс. годов назад). Тут характеристики криолитозоны изменялись в особенности резко - от климатического оптимума уже упомянутого Микулинского межледниковья (125 тыс. годов назад) к наибольшему последнему похолоданию (20-15 тыс. годов назад).

Индекс относительной суровости и границы современной Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад криолитозоны.

Во время еще не завершенного 4-ого шага последнего межледниковья особенное место занимает оптимум голоцена (около 6 тыс. годов назад) Конкретно его считают палеоаналогом ближайших ожидаемых конфигураций климата в итоге антропогенного роста содержания парниковых газов в атмосфере.

В это время глобальная температура выше современной на 0.8-1.0°С. Область долголетней мерзлоты Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад существенно сократилась. Так, в европейской части Рф, к западу от низовьев Печоры, с поверхности она вполне протаяла, в западном секторе Западной Сибири южная граница криолитозоны проходила у Полярного круга, но восточнее 80°в.д. опускалась к 64-63°с.ш. На юге Восточной Сибири, на всем левобережье Ангары, ее фактически не было, а Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад восточнее Байкала южная граница мерзлоты не подымалась севернее 52-53°с.ш., на севере Западной Сибири двигалась к северу на 300-400 км, на западе Средней Сибири на 150-200 км. Наименее значительны были конфигурации зоны многолетнемерзлых пород в Восточной Сибири и на северо-востоке Азии.

Из-за деградации с поверхности западного Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад сектора криолитозоны появился слой глубокозалегающих многолетнемерзлых пород, не успевших протаять в климатический оптимум голоцена. Такие породы сохранились и до сего времени на огромных глубинах (сотки метров), к примеру, в бассейне Печоры либо в средней полосе Западной Сибири.

В оптимум последнего Микулинского межледниковья (палеоаналога глобального потепления на 2°С) вышло еще Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад больше радикальное сокращение криолитозоны по сопоставлению с предыдущим временем. В это время на местности Восточно-Европейской равнины на поверхности она фактически растаяла, на севере Западной Сибири южная граница криолитозоны проходила у Полярного круга, в Средней Сибири - поблизости 63°с.ш., и исключительно в Северном Забайкалье она могла опускаться до 55-54°с Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад.ш. Сплошная криолитозона (с температурами промерзлых грунтов не ниже –2-3°С) могла сохраняться только повдоль северной кромки Сибири к востоку от 90-100°в.д. Таким макаром, необъятные районы Сибири были заняты островками мерзлоты, что должно было вести к активной деградации сплошных многолетнемерзлых толщ, сформировавшихся в конце среднего плейстоцена. Исключительно в Восточной Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад Сибири, к северу от 68-70°с.ш., существовали подходящие условия для сохранения криолитосферы.

При восстановлении динамики ее разных подзон в течение интересующих нас 2-ух теплых эпох был использован индекс относительной суровости I, представляющий из себя отношение малой (обычно, января) и наибольшей (обычно, июля) среднемесячной температуры воздуха (в °С). Этот показатель Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад, разработанный на базе эмпирических данных одним из создателей статьи, В.П.Нечаевым, охарактеризовывает локальные климатические условия, подходящие для образования промерзлых грунтов [6]. С его помощью можно воспроизвести современное положение границы нескончаемой мерзлоты: для сплошной долголетней значение индекса оказалось меньше –2, а для распространения мерзлоты вообщем – меньше –1.

Тот же индекс мы использовали для Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад сравнения положения границ зон нескончаемой мерзлоты 2-ух уже упомянутых теплых эпох прошедшего с расчетами на модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка (г. Гамбург) посреди XXI в.: с учетом воздействия сульфатного аэрозоля и без его учета. Оказалось, что парниковое воздействие при развитии сценария business as usual приближает Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад положение границ мерзлотно-климатических зон к Микулинскому межледниковью, охлаждающее действие аэрозолей - к оптимуму голоцена. Выше уже отмечалось, что это справедливо и для расчетов уровня увеличения средней глобальной температуры. Таким макаром подтверждаются способности способа палеоклиматических реконструкций, и а именно палеоаналогов.

Индекс относительной суровости по расчетам климатической модели на 2040-2050 гг. и Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад данным палеореконструкций. Вверху - приобретенный в опыте с учетом выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума голоцена (6 тыс. годов назад); понизу - без учета выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума Микулинского межледниковья (125 тыс. годов назад).

Глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических критерий

Способ палеоаналогов развивался для диагностики пространственного Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад рассредотачивания погодных аномалий при данном уровне конфигурации средней глобальной температуры. Удобство его внедрения было почти во всем связано с тем, что такая температура прогнозируется более накрепко по сопоставлению с деталями регионального рассредотачивания этой климатической свойства, разброс в оценках конфигурации среднеглобальной температуры по отдельным моделям не очень велик. При Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад всем этом часто привлекаются облегченные модели климата с малым числом отлично контролируемых характеристик. При стремительных конфигурациях климата, когда его состояние в каждый момент времени далековато от сбалансированного, достижимого исключительно в отдаленном будущем, появляется вопрос о самом существовании взаимосвязей меж средней глобальной температурой и исследуемыми климатическими параметрами.

На модели общей Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад циркуляции атмосферы и океана и модели климата промежной трудности, сделанной в Институте физики атмосферы, мы проследили за более обычной чертой мерзлотных критерий - площадью континентальных территорий Северного полушария (Si ), со значением индекса суровости меньще –2, соответствующим для сплошной мерзлоты, - меняющейся зависимо от среднеглобальной температуры. Другими словами, была оценена глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад критерий. Результаты моделирования проявили тесноватую линейную связь исследуемых черт. При всем этом чувствительность мерзлотно-климатических критерий (на графике наклон прямых площадь-температура) фактически схожа для сценариев с учетом воздействия сульфатных аэрозолей и без их и лежит в интервале от 0.4 до 0.25 К–1 .

В среднем повышению среднеглобальной температуры на один Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад градус соответствует уменьшение площади сплошной нескончаемой мерзлоты на одну третья часть. По данным палеореконструкций для Северной Евразии, при увеличении средней глобальной температуры на 1°С (оптимум голоцена) площадь Si (–2) миниатюризируется на 25% по сопоставлению с современной, что соответствует чувствительности 0.25 К–1 ; при увеличении на 2°С (Микулинское межледниковье) уменьшение этой площади добивается 80%, а чувствительность Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад - 0.4 К–1 . Другими словами, модельные и палеогеографические значения этих черт совпадают. Следует, правда, подразумевать, что модельные опыты проводились только с учетом конфигурации содержания парниковых газов и сульфатного аэрозоля и не учитывали вероятное воздействие других воздействий на климат.

Как мы близки к прошлому?

Как ранее говорилось выше, глобальные потепления Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад прошедшего протекали на еще более долгих отрезках геологического времени в сопоставлении с современными резвыми темпами конфигураций климатообразующих процессов. Потому их следует рассматривать как вероятные палеоаналоги предельных квазиравновесных состояний климатической системы, соответственных текущему расчетному уровню глобального потепления в дальнейшем. С другой стороны, собственная инерционность долголетних промерзлых грунтов, которая может достигать нескольких 10-ов лет Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад на уровне нулевых годичных колебаний, не позволяет проводить прямые аналогии меж текущим уровнем потепления на поверхности и состоянием нескончаемой мерзлоты. Но при моделировании нестационарного отклика климата на современных моделях общей циркуляции атмосферы и океана связь мерзлотно-климатических критерий с уровнем глобального потепления оказывается тесноватой.

Были проведены расчеты Si Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад (–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 деяния аэрозоля (до 2050 г.). Условная площадь сплошной нескончаемой мерзлоты для конца XX в. совпадала с плодами наблюдений. Оказались близкими к реальным современным границам соответственных Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад подзон нескончаемой мерзлоты и главные черты географического рассредотачивания изолиний индексов I(–1) и I(–2) на местности Северной Евразии для этого периода. С начала XXI в. обе модели демонстрируют начало резкого сокращения Si (–2), так что к середине столетия эта площадь уменьшится приблизительно на 65% (около 5-7 млн км2 ) без учета аэрозольной эмиссии и Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад несколько наименее, примерно на 35-40%, с учетом сульфатного аэрозоля [2].

Зависимость площади нескончаемой мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2 и нормированной на современное значение, в Северном полушарии для разных десятилетий от конфигурации среднегодовой глобальной приповерхностной температуры для модели общей циркуляции (вверху) и климатической модели промежной трудности ИФА РАН (понизу). Сплошные кружки - опыт с учетом аэрозолей, пустые Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад - без их. Сплошной и пунктирной линиями обозначены надлежащие линейные регрессии. Для сопоставления на рисунках нанесены крестики, надлежащие данным палеореконструкций для оптимума голоцена (сероватые) и Микулинского межледниковья для Северной Евразии (темные).
Изменение площади нескончаемой мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2, в Северном полушарии при десятилетнем скользящем усреднении в численных опытах Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад: 1 - по модели общей циркуляции без учета аэрозоля, 2 - с учетом аэрозоля, 3 - по модели промежной трудности ИФА РАН без учета аэрозоля; 4 - современное значение площади, покрытой сплошной нескончаемой мерзлотой.

Отметим в заключение, что мы не рассматривали ни мелкомасштабные свойства ландшафта и растительности, ни характеристики грунта, принципиальные для эволюции долголетней мерзлоты, ни вертикальные Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад особенности геокриологических процессов, в том числе в снежном покрове и в слое сезонного протаивания. А конкретно они определяют инерционное запаздывание реакции мерзлоты на изменение поверхностных критерий. Многие мерзлотоведы связывают современное увеличение температур промерзлых грунтов с повышением толщины снежного покрова. Некие черты этих процессов позволяют воспроизвести современные одномерные геокриологические модели, которые безпрерывно Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад совершенствуются, и уже в обозримом будущем их можно будет включать в модели будущих конфигураций климата в качестве отдельных блоков, адаптированных для описания процессов в прохладных грунтах.

Для нас принципно принципиально то, что оценки мерзлотно-климатических критерий XXI в., приобретенные по моделям климата последнего поколения, согласуются с Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад подобными оценками для теплых эпох прошедшего, невзирая 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 Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад толще промерзлых грунтов, которое может достигать десятка-сотен лет, модельные оценки конфигурации мерзлотно-климатических критерий в сторону теплых эпох означают, что уже в наиблежайшие десятилетия можно ждать интенсификации процессов деградации нескончаемой 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 Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад, 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 неких соотношениях меж мерзлотными Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее - доклад 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.



sud-moskvi-udovletvoril-isk-glavi-fonda-federaciya-artemiyu-troickomu.html
sud-nachal-povtornoe-rassmotrenie-dela-eks-premera-bashkirii-o-rastrate-glavnie-sobitiya-nedeli-36-36-3-9-dekabrya-2012-goda.html
sud-naznachil-im-nakazanie-v-vide-shtrafa-g-vahromeevu-v-razmere-150-tisyach-rublej-ego-sinovyam-po-110-tisyach-rublej-kazhdomu-sud.html