Перспективы развития цивилизации
Перспективы развития цивилизации
Человеческая деятельность
накладывает всё больший отпечаток на процессы, происходящие в окружающей среде,
а в частности - в Мировом океане. Поэтому в современном мире проблема
прогнозирования динамики океанических систем стала особенно актуальна.
Мировой океан, процессы,
происходящие в нём, играют важную роль в глобальном изменении окружающей среды.
Один из таких процессов - движение и преобразование углерода в океанической
среде.
Циркуляция углерода осуществляется
за счёт как физических и химических, так и биологических процессов. Например,
фитопланктон поглощает углерод, в результате переработки получается
органическое вещество, одна часть которого опускается на дно, а другая -
поступает вместе с пищей в другие организмы. Общая картина движения СО2
представляет из себя градиент распределения концентрации углерода в толще
океана от донных зон к поверхностным слоям. Структура океанических экосистем
вызывает большой интерес у исследователей, но из-за сложного строения и больших
пространственных масштабов экосистем Мирового океана очень сложно проводить
исследования их характеристик.
Существенным фактором влияния
океанических экосистем на интенсивность биогеохимических круговоротов является
вертикальная структура процессов, происходящих в океане. На эти процессы
оказывают влияние огромное количество обстоятельств, таких как, например,
льдообразование с последующим таянием, загрязнение атмосферы, изменение условий
существования фитопланктона и пр.
При отсутствии влияния внешних
факторов, обмен СО2 между гидросферой и атмосферой находится
в равновесном состоянии. Нарушить это равновесие могут колебания температуры,
изменение уровня Океана и т.д. Количество СО2, который переходит из
гидросферы в атмосферу и обратно, составляет 55,6 миллиарда тонн в год. Эта
величина неравномерно распределена по поверхности Океана, а так же изменяется
со временем.
Особую роль в циркуляции углерода
играют арктические воды. Их низкие температуры позволяют сохранять высокий
уровень содержания растворённого СО2 в поверхностном слое во все
сезоны года. Летом преобладает поглощение СО2, зимой наоборот - его
выделение. В водах североатлантических морей подобное сезонное различие менее
выражено
Как показывают исследования, Мировой
океан имеет неоднородное строение, которое обуславливается распределением
температуры, освещённости, солёности, концентрации биологических элементов,
характеристик потоков воды и пр. Фитопланктон имеет менее разнообразное
вертикальное распределение. Пятнистая структура и вертикальное распределение во
многом зависит от сезонных циклов. Эта зависимость изучена в достаточной мере в
большинстве климатических зон.
Океанические системы влияют на
интенсивность биогеохимических круговоротов посредством взаимодействия океана и
атмосферы. Знание свойств таких обменных процессов необходимо для правильной
оценки парникового эффекта углекислого газа. Обменные процессы на границе
«Океан - атмосфера» подробно представлены в научных работах Киселёвой (1990),
Зайцева (1988) и др. С возрастанием скорости ветра, увеличивается и газообмен.
Это происходит из-за образования пены на гребнях волн. Пена захватывает
пузырьки воздуха, перенося его в верхние слои воды. Экспериментальные оценки
показывают, что при возникновении обрушивающихся волн, количество СО2,которым
обменивается атмосфера и Океан, может увеличиться более чем в 18 раз, а пена на
поверхности воды увеличивает скорость газообмена до 28%. Зоны образования пены
фиксируются с помощью спутникового мониторинга
Эффективно применяется метод математического
моделирования структуры океанических экосистем, что позволяет прогнозировать
динамику сообществ Мирового океана.
Многие исследования показывают, что
существующие модели биологических и химических процессов, происходящих в
Мировом океане, не соответствуют действительности. В основе таких моделей
положен учет биологических и гравитационных процессов, благодаря которым
осуществляется транзит углекислого газа из атмосферы в глубокие слои океана.
Загвоздка состоит в том, что ранее не учитывалось то, что в разных
климатических зонах эти процессы могут значительно различаться, что повлияет на
результаты оценки парникового эффекта.
При составлении модели глобального
круговорота СО2. необходимо учитывать пространственную
неоднородность Мирового океана. В работе Bjorkstrom (1979) осуществилась
одна из первых попыток учёта влияния температурного градиента на обмен
углерода. В ней было предложено разделить океан на две зоны - тёплую и
холодную. Эту идею развивали многие авторы, так, Перванюк в 2001 году предложил
разделять поверхность Мирового океана на 211 акваторий. Такое разделение
базируется на основе сетки с ячейками размером 4° по широте и 5° по долготе,
если соседние ячейки имеют одинаковое направление вертикальных составляющих
скоростей течения воды, то они объединяются в одну акваторию. При этом
максимальный размер акватории по широте не должен превышать 8°. Выше 80°
северной широты Мировой океан представлен одним цельным участком.
Так же в труде К.Я. Кондратьева
рассматривается зональная модель Мирового океана, предложенная Нефёдовой
(1994). Модель основана на широтной зависимости климатических процессов, а
также процессов перемешивания атмосферы и океанов. Согласно такой модели
выделяют 14 широтных зон размерами 10° каждая. В вертикальном направлении
Мировой океан разделён на три слоя: верхний квазиоднородный слой, термоклин и
глубокий океан. Таким образом, Мировой океан разделён на 42 части. Верхний
квазиоднородный слой (перемешанный слой) - поверхностный слой, в котором
скорость изменения плотности воды по вертикали не превышает 0.01 кг/куб. м.
Вода в этом слое движется от экватора к полюсам (рис.). Термоклин - слой
температурного скачка. В нём градиент температуры резко отличается от
градиентов выше- и нижележащих слоев. Обычно, термоклин имеет мощность от
нескольких до десятков метров. Глубоководный слоях вода движется по направлению
к экватору (рис. 1).
Направление глобальной циркуляции
Мирового океана
мировой углерод океан
По данным исследований различных акваторий
Мирового океана произведена оценка потока углекислого газа между атмосферой и
поверхность Океана, эта цифра колеблется в интервале от 16 до 1250 моль/м2
в год. Такой большой разброс значений доказывает необходимость разделения
Мирового океана на отдельные зоны, слои, акватории.