7.6: Наслідки зміни клімату

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28816

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

В рамках призначеного читання цього розділу прочитайте статтю «Грядуча буря» Дона Белта, опубліковану в National Geographic: http://ngm.nationalgeographic.com/pr...desh/belt-text У цьому розділі ми обговоримо наслідки зміни клімату, як ті, які вже спостерігалися, як а також майбутні прогнози на основі наукових кліматичних моделей (див. Розділ 7.5 для обговорення наукових моделей). Тут стають очевидними відмінності між термінами глобального потепління та зміни клімату. Глобальне потепління відноситься до підвищення середньої температури атмосфери Землі через підвищену концентрацію парникових газів, посилюючи парниковий ефект. Ми вже спостерігали, як це збільшення відбувається, як ви бачили на малюнку 7.5.2 з розділу 7.5. Ми також бачили і очікуємо продовжувати бачити інші зміни, що відбуваються в кліматі Землі. Крім того, спостерігалися зміни, і ми очікуємо продовжувати спостерігати зміни в інших хімічних, фізичних та біологічних аспектах навколишнього середовища Землі. Ми обговоримо лише деякі наслідки зміни клімату в цьому розділі, включаючи зміни температури, опадів, рівня океану та кислотності океану. Є ще багато змін, які були помічені, і, за прогнозами, продовжуватимуться в майбутньому. До них відносяться: зміни кількості та розподілу льоду та снігу, зміни сезонності, зрушення екосистем та зміни середовища проживання популяцій рослин і тварин, крім інших. Для отримання додаткової інформації про ці наслідки зміни клімату відвідайте цей сайт: http://www.epa.gov/climatechange/sci...ors/index.html.

Температура і опади

Температура та опади є двома найбільш прямими впливами на клімат Землі через зміни клімату. До теперішнього часу ви вже повинні розуміти, чому підвищення рівня парникових газів в атмосфері викликає підвищення температури. Але чому це також впливає на моделі опадів? Як ви вже знаєте, водяна пара є важливою складовою атмосфери Землі (див. Главу 6). Оскільки повітря в тропосфері прогрівається і охолоджується, кількість водяної пари, яку він утримує, різко змінюється. Тут, в Грузії, у нас дуже спекотне і вологе літо. Висока літня вологість повітря в цьому регіоні можлива завдяки підвищеній здатності теплого повітря утримувати водяну пару. Простіше кажучи, тепліше повітря може вмістити більше води, ніж більш прохолодне повітря. У міру охолодження повітря його здатність утримувати водяну пару зменшується, і будь-яка зайва вода буде виходити з повітря як рідка вода. Прекрасним прикладом цього є утворення роси на поверхнях за ніч. Вдень температура тепліше, ніж вночі, а повітря має відносно високу утримуючу здатність водяної пари. Коли сонце сідає, повітря охолоджується, зменшуючи його здатність утримувати водяну пару. Ця зайва вода повинна кудись піти, і вона робить це, накопичуючись на поверхнях. Аналогічно, коли стикаються теплі та прохолодні повітряні фронти, шанси на дощ та грози збільшуються. Крім того, підвищення температури підсилює випаровування, що відбуваються на поверхні Землі. Це підвищене випаровування призводить до більшої концентрації водяної пари в атмосфері, що може призвести до збільшення опадів.

Зміна температури, яку ми вже бачили в середній атмосферній температурі Землі, відносно невелика (близько 0,6° C, згідно з малюнком 7.5.2 з розділу 7.5). Однак, як і у багатьох аспектах зміни клімату, потенціал для більших змін різко зростає з часом у майбутньому. Це можна побачити на малюнку\(\PageIndex{1}\), на якому відображена модель прогнозованого підвищення температури. Зверніть увагу, що ці зміни відбуваються відносно швидко і не є рівномірними по всьому світу. Які можуть бути деякі з причин цього?

Знімок екрана (99) .png — Рисунок\(\PageIndex{1}\): Прогнозовані зміни середніх глобальних температур за трьох сценаріїв викидів (рядків) протягом трьох різних часових періодів (стовпців). Зміни температур відносно середніх показників 1961- 1990 років. Сценарії походять зі спеціального звіту МГЕЗК про сценарії викидів: B1 - це сценарій з низькими викидами, A1B - сценарій середньо-високих викидів, а A2 - сценарій з високими викидами. Джерело: Робоча група МГЕЗК I: Основи фізичної науки, 2007.

Зміни опадів відбуваються внаслідок безлічі факторів, включаючи зміни вмісту водяної пари в атмосфері через зміну температури, про що говорилося вище. Також грає підвищена швидкість випаровування води на поверхні Землі при більш теплих температурах. Більше випаровування призводить до більшої кількості опадів. Нарешті, зрушення вітрових моделей впливають на розподіл опадів. Як ви можете бачити на малюнку\(\PageIndex{2}\), є деякі райони земної кулі, які, як очікується, матимуть збільшення кількості опадів, тоді як інші, як очікується, матимуть різке зменшення. Деякі основні населені пункти, за прогнозами, мають помірне та сильне збільшення опадів включають (оцінки населення столичного району наведені в дужках): Нью-Йорк, США (20,1 мільйона); Богота, Колумбія (12,1 м.); і Маніла, Філіппіни (11,9 м.). З якими проблемами можуть зіткнутися ці міста в майбутньому, коли вони мають справу зі зміною свого клімату?

Знімок екрана (100) .png — Малюнок 7.6.1). Побудовані різниці опадів були обчислені як різниця між середніми показниками 2081 до 2100 за 20 років мінус 1951 до 2000 в середньому 50-річний. Блакитні райони збільшують кількість опадів; Проект коричневих областей зменшується.

На відміну від цього, прогнозується, що багато інших великих мегаполісів матимуть помірне та сильне зменшення опадів (посухи) до кінця 21 століття. До них відносяться Делі, Індія (21,8 м.); Лагос, Нігерія (21 м.); Сан-Паулу, Бразилія (20,9 м.); Колката, Індія (14,6 м.); Стамбул, Туреччина (14,4 м.); Лос-Анджелес, США (13,3 м.); Ріо-де-Жанейро, Бразилія (12 м.); Париж, Франція (12 м.); і Лахор, Пакистан (11,3 м).. Найбільша проблема, з якою ці райони, ймовірно, зіткнуться, - це скорочення водопостачання для пиття та сільського господарства. Див. Розділ 8 для більш докладної інформації про проблеми, з якими стикаються суспільства щодо постачання чистої, надійної води для свого населення та фермерських господарств.

Додаткові проблеми можуть відчувати всі райони світу щодо зміни сезонності або часу опадів, а також форми випадання опадів (наприклад, туман або злива; дощ, лід або сніг). Всі ці фактори впливають на доступність ґрунтових вод для рослин, стік річок і струмків, загальну доступність води по всьому світу. Крім того, вчені прогнозують збільшення кількості та тяжкості штормів у міру прогресування зміни клімату. Для повного обговорення потенційних наслідків цього див. Призначену статтю.

Підвищення рівня моря Хоча ми знаємо, що вода безперервно циклічна по всьому світу (див. Розділ 8 для інформації про круговорот води), і що загальна кількість води на Землі не зміниться через глобальні зміни клімату, розподіл цієї води змінюється. Зокрема, океани збільшуються в об'ємі, тоді як запаси наземного льоду (наприклад, льодовики) зменшуються. Це сприяє підвищенню рівня моря в усьому світі (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Знімок екрана (101) .png — Рисунок\(\PageIndex{3}\): Цей графік показує середні абсолютні сукупні зміни рівня моря для світового океану з 1880 року на основі комбінації вимірювань припливів та останніх вимірювань супутників. Затінена смуга показує ймовірний діапазон значень, виходячи з кількості зібраних вимірювань та точності використовуваних методів.

З даних на малюнку ми бачимо\(\PageIndex{3}\), що рівень моря збільшився в середньому на 0,06 дюйма (0,15 см) на рік за часовий проміжок, показаний вище. Більшість цього підйому, однак, відбулося протягом останніх десятиліть. Швидкість збільшення зросла до 0,11 до 0,14 дюйма (від 0,28 до 0,36 см) на рік з 1993 року. Є дві сили, що спричиняють підвищення рівня моря, обидві спричинені зміною клімату. По-перше, підвищення глобальної температури спричинило посилення танення льоду в багатьох регіонах земної кулі. Танення льоду на суші (наприклад, льодовик, показаний на малюнку\(\PageIndex{4}\)) сприяє підвищенню рівня моря, оскільки вода, яка раніше зберігалася в льоду, сидячи на вершині суші, стає проточною водою, яка досягає океану через стік. Ми також спостерігаємо танення морського льоду (дані та цифри див. http://www.epa.gov/climatechange/sci ence/indicators/index.html). Морський лід, такий як лід, який покриває арктичні регіони Північної півкулі, не має землі під ним. Коли вона тане, вода залишається в тих же місцях, а загальний рівень моря не змінюється.

Знімок екрана (103) .png — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Відступ льодовика

Другим фактором, що впливає на підвищення рівня моря, є явище, яке називається тепловим розширенням. Завдяки фізичним властивостям води, у міру прогрівання води, її щільність зменшується. Менш щільна речовина матиме менше молекул в даній області, ніж більш щільна речовина (див. Розділ 1 додатковий матеріал). Це означає, що у міру зростання загальної температури океанів через глобальні зміни клімату така ж кількість молекул води тепер буде займати трохи більший обсяг. Це може здатися несуттєвим, але враховуючи 1,3 мільярда трильйонів літрів (264 мільярда галонів) води в океані, навіть невелика зміна щільності може мати великий вплив на рівень моря в цілому.

Вчені вже задокументували підвищення рівня моря в деяких районах світу, в тому числі в одному знайомому більшості з нас: південно-східній частині США. Малюнок\(\PageIndex{5}\) зображує виміряну площу суші, втрачену внаслідок підвищення рівня моря з 1996 року. Зверніть увагу, що Південний Схід (визначається тут як Атлантичне узбережжя Північної Кароліни на південь від Флориди) особливо сприйнятливий до втрати площі суші через пологий характер нашої берегової лінії. Рухаючись на північ до середньоатлантичних штатів (визначаються тут як Вірджинія на північ до Лонг-Айленда, Нью-Йорк), прибережні середовища проживання, як правило, мають більш круту географію, яка захищає від деяких втрат.

Знімок екрана (105) .png — Рисунок 7.6.5: Цей графік показує чисту кількість земель, перетворених у відкриту воду вздовж узбережжя Атлантичного океану протягом трьох часових періодів: 1996—2001, 1996—2006 та 1996—2011 рр. Результати поділяються на два регіони: Південно-Східний і Середньоатлантичний. Негативні числа показують, де втрати землі випереджають накопичення нових земель.

Хоча екологічні наслідки підвищення рівня моря залишаються в Сполучених Штатах, ми не проектуємо катастрофічних втрат життя, майна або засобів до існування протягом деякого часу. Частково це пов'язано з великими інвестиціями, які ми зробили в інфраструктуру для захисту наших міст та сільськогосподарських угідь. Це не так у багатьох районах світу. Для обговорення наслідків підвищення рівня моря на менш промислово розвинені країни Бангладеш, Мальдіви, Кірибаті та Фіджі перегляньте необхідне читання статті.

Закислення океану

Розчинений СО ₂ має важливе значення для багатьох організмів, включаючи тварин, що будують молюски та інші організми, які утворюють тверде покриття на їх зовнішній вигляд (наприклад, молюски, корали, гаптофітові водорості). Це тверде покриття побудовано з арагоніту, мінеральної форми молекули карбонату кальцію, CaCo ₃. Ці організми покладаються на утворення карбонатних іонів (див. Розділ 1 додатковий матеріал для інформації про іони), CO ₃ ^2-, з розчиненого CO ₂, через природну хімічну реакцію, яка відбувається. Це відбувається через рівняння ланцюгової реакції, де бікарбонат (HCO ₃ ^-) утворюється як проміжний продукт, а іони водню (H ⁺) генеруються (рівняння\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\)).

\[CO_{2} + H_{2}O \leftrightarrow H^{+} + HCO_{3}^{-}\]

\[HCO_{3}^{-} \leftrightarrow H^{+} + CO_{3}^{2-} \]

Щоб мати кращу візуалізацію цього процесу, дотримуйтесь разом із інтерактивною графікою за адресою: http://www.whoi.edu/home/oceanus_ima...ification.html.

Як бачите, обидва рівняння\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\) кожне виробляють по одному H ⁺. Це важливо для хімії води, оскільки збільшення концентрації H+ означає зниження рН води. На малюнку видно\(\PageIndex{6}\), що більш низький рН означає, що рідина більш кисла. Як показано на інтерактивній графіці, збільшення CO ₂ в атмосфері призводить до розчинення додаткового CO ₂ в океані. Це означає, що більше CO ₂ в атмосфері призводить до більш кислого океанічного середовища.

Знімок екрана (106) .png — Малюнок 7.6.6: Шкала рН і відносна кислотність. Ілюстрація з анатомії та фізіології, веб-сайт Connexions. http://cnx.org/content/col11496/1.6/, 19 червня 2013 р.

На жаль для тварин, що будують оболонки, накопичення Н ⁺ в більш кислому океанічному середовищі блокує засвоєння кальцію і CO ₃ ^2-, і ускладнює утворення арагоніту. Дефіцит арагоніту вже задокументований у багатьох світових океанах, як показано на малюнку\(\PageIndex{7}\).

Зростаюча кислотність світового океану призводить до змін середовища проживання по всьому світу. Очікується, що це лише погіршиться, оскільки рівень CO ₂ в атмосфері продовжує зростати. Багато організмів, включаючи корали, які є основними видами красивих коралових рифів, дуже чутливі до змін рН океану. Вчені задокументували випадки руйнування екосистем шляхом відбілювання коралів, спричинені наслідками зміни клімату, включаючи підкислення океану та підвищення температури. Для отримання додаткової інформації відвідайте веб-сайт програми збереження коралових рифів NOAA: coralreef.noaa.gov/threats/climate/.

Знімок екрана (107) .png — Рисунок\(\PageIndex{7}\): Ця карта показує зміни рівня насичення арагонітом поверхневих вод океану між 1880-х і останнім десятиліттям (2004—2013 рр.). Арагоніт - це форма карбонату кальцію, яку багато морських тварин використовують для побудови своїх скелетів та раковин. Негативна зміна являє собою зменшення насиченості.