Само слово «климат» происходит от близких по звучанию греческих слов «клинейн» и «клима», означающих «наклонять» и «район» или «зона». Древние греки считали, что климат определяется широтой места, то есть углом, под которым солнечные лучи падают на земную поверхность. Значит, климат местности не может меняться — всегда остается неизменной широта данного района. В наше время в это понятие вкладывается более широкий смысл: климат — целая совокупность состояний системы океан — суша — атмосфера на протяжении длительного времени, по крайней мере нескольких десятилетий.
Современная наука исходит из того, что земной климат за миллионы лет существования нашей планеты претерпел значительные изменения под влиянием ряда природных факторов — астрономических, геофизических, метеорологических. Астрономическая группа факторов включает светимость Солнца, положение и движение Земли в Солнечной системе, наклон ее оси вращения к плоскости орбиты и скорость вращения. Это все внешние климатообразующие факторы. Вполне возможно, что глобальные колебания климата в далеком прошлом нашей планеты связаны с изменениями параметров земной орбиты и наклона земной оси. Геофизические факторы связаны со свойствами Земли как планеты: ее размерами и массой, скоростью вращения вокруг оси, внутренними источниками тепла, собственными магнитными и гравитационными полями, особенностями поверхности и ее взаимодействия с атмосферой. В отдаленном прошлом они могли существенно влиять на климат. Достаточно указать на предполагаемый дрейф материков, изменения конфигурации и высоты горных хребтов и т. п. Наконец, группа метеорологических факторов касается основных характеристик атмосферы и гидросферы. Например, содержание в атмосфере термодинамически активных примесей (воды и углекислого газа), а также аэрозолей (частичек пыли, солей, дымов и т. п.) имеет большое значение для формирования климата.
Изменения земного климата в прошлом за многие тысячелетия более или менее ясны. О них свидетельствуют данные различных наук, не противоречащие друг другу. Но, как это ни парадоксально, однозначного ответа на вопрос об изменениях климата в наше время не найдено.
Десятки миллионов лет назад на Земле преобладали теплые и умеренные климаты, с более равномерным распределением тепла по земной поверхности. Соответственно был богаче и разнообразнее животный и растительный мир. Однако мягкий климат время от времени становился более суровым на относительно короткие периоды, составлявшие по продолжительности менее десятой части всех геологических эпох прошлого. Так, в юрский период, около 150 млн. лег назад, температура воды в неглубоких участках морей была на 5 °C выше современной, кораллы обитали даже на 50–60° с. ш. В эоцене, около 50 млн. лет назад, в Гренландии росли тис, ель, тополь, береза, орешник, а травяная растительность была распространена вплоть до северных берегов острова, ныне покрытого километровым ледяным панцирем. В плиоцене (в пределах 10 млн. лет) климат все еще был значительно мягче и теплее современного: средняя температура воздуха в северном полушарии была выше на 3–4 °C.
Периодические похолодания на Земле происходили, возможно, из-за изменения состава газов земной атмосферы и прозрачности последней (в том числе в связи с вулканической деятельностью). Не исключено, что здесь играли определенную роль и колебания наклона земной оси… Похолодание климата началось примерно 70 млн. лет назад, а наиболее существенное понижение температуры произошло в четвертичном периоде, то есть около миллиона лет назад. С тех пор четыре раза наблюдались оледенения, вызвавшие резкие изменения в растительной и животной жизни. Последнее наступление льдов на континенте Евразии происходило около 10 тыс. лет назад. В дальнейшем площадь оледенения в полярных областях все еще продолжала колебаться, но в гораздо меньших масштабах. Соответственно продолжались и изменения климата. Более стабильным климат Земли стал лишь за последние 2 тыс. лет, хотя отступления от среднего уровня наблюдаются постоянно. В 20 —30-х годах нашего века наблюдалось потепление, в 40-х оно сменилось относительным похолоданием, затем в 70-х годах снова наметилось потепление, оказавшееся неустойчивым. Что наблюдается сейчас, в начале 80-х годов, точно сказать нельзя. В зависимости от того, какое количество данных привлекать для анализа и какой методикой расчетов пользоваться, можно получить различные результаты. Иногда прямо противоположные. Одни ученые склонны считать, что потепление продолжается и земной климат постепенно будет приближаться к наблюдавшемуся в плиоцене. Другие, наоборот, считают, что потепление бесповоротно закончилось и Земля стоит перед новым наступлением льдов, в преддверии новой ледниковой эпохи… Если можно прийти к противоположным выводам при анализе одного и того же материала, значит, нет убедительных свидетельств в пользу какого-либо из них. Ведь периоды в 15–25 лет с потеплениями или похолоданиями на протяжении трех последних столетий наблюдались неоднократно. Так, известна очень суровая зима 1739/40 г. в Европейской России, сходная с зимой 1978/79 г. Памятны суровые зимы 1809, 1912, 1941/42, 1949/50, 1955/56, 1965/66 гг. и, наоборот, очень теплые 1924/25, 1948/49, 1951/52, 1956/57 и 1975/76 гг. Но все эти колебания объясняются естественными причинами.
А может ли уже сложившийся климат изменяться под влиянием человеческой деятельности? Да, если люди вмешаются в естественные факторы формирования климата настолько серьезно, что нарушат приходо-расходный баланс тепла и влагообмена такой большой и сложной системы, как наша Земля и окружающая ее атмосфера. Какие это факторы? Приток солнечного тепла к земной поверхности и способность последней его поглощать и отражать, а также атмосферного воздуха и содержащихся в нем примесей пропускать лучистую энергию и усваивать ее. Для упрощения задачи следует считать количество поступающей на Землю лучистой энергии Солнца неизменным (в противном случае климат Земли изменится и без вмешательства человека).
Одним из самых существенных с этой точки зрения результатов человеческой деятельности следует считать загрязнение атмосферы. Оно может быть химическим, пылевым или аэрозольным и тепловым.
Химическое загрязнение изменяет содержание в воздухе углекислого газа, играющего важную роль в тепловом балансе атмосферы. С ним связано внесение в атмосферный воздух различных вредных примесей, в том числе окислов тяжелых металлов, серы и других веществ, которые не только отравляют воздух, но и могут способствовать разрушению стратосферного озона. Этот газ, как известно, защищает живые организмы от губительного воздействия жесткого космического излучения.
Пылевое загрязнение искусственными аэрозолями уменьшает прозрачность воздуха для солнечных лучей, в том числе и для ультрафиолетовой радиации. Оно может также влиять на тепловой баланс системы атмосфера — Земля.
Тепловое загрязнение растет вместе с ростом энергетической вооруженности человечества (примерно на 3 % в год). Поскольку вся добываемая людьми тепловая энергия практически полностью уходит на нагревание атмосферы, то, как показывают расчеты, она уже в будущем столетии угрожает вызвать повышение температуры воздуха на Земле на несколько градусов. Пока такое повышение заметно лишь в крупных городах, получивших у климатологов название «тепловых островов». Средняя годовая температура Москвы и Ленинграда, например, выше, чем в окружающей их сельской местности, на 2–3 °C, а минимальная в Москве — на целых 8 °C. В больших городах чаще выпадают слабые осадки, слабее ветры, больше дней с облачной погодой… Рост городов, образование мегаполисов, влечет за собой расширение «тепловых островов». По расчетам некоторых ученых, уже в относительно недалеком будущем прогрессирующее увеличение тепловыделений из-за интенсивного сжигания всех видов топлива угрожает перегревом атмосферы, чреватым необратимыми отрицательными последствиями…
Некоторым, хотя и не очень большим, утешением могут служить другие расчеты, показывающие, что человечество не будет в состоянии долго сжигать в огромных количествах органическое топливо: его запасов на Земле хватит самое большее на сто пятьдесят лет. Волей-неволей придется людям найти другие виды энергии, использование которых (например, атомной) не связано с расточительным расходованием кислорода и выделением большого количества углекислоты…
Что же касается озона, основная масса которого сосредоточена в нижней стратосфере, на высоте около 23 км, то до последнего времени считалось, что ему угрожает разрушением все увеличивающееся содержание в воздухе окислов азота, заносимых на эту высоту самолетами (окислы азота возникают при сгорании топлива в авиационных двигателях). В последние же годы установлено, что несравненно большую опасность для слоя озона представляют другие продукты человеческой деятельности — фреоны, а окислы азота сравнительно быстро нейтрализуются, взаимодействуя с водяным паром, также в изобилии образующимся при сгорании авиационного топлива.
Таким образом, пока еще накоплено недостаточно данных для объективной оценки состояния проблемы в целом. Однако закрывать глаза на угрозу подобных изменений нельзя, ибо установлено их влияние на условия жизни на Земле.
Если допустить худшее — что человечество непроизвольно изменит климат, то сумеет ли оно уцелеть, приспособившись к новому климату?
Для этого надо, чтобы изменения протекали очень медленно. Всякие скачкообразные колебания климата, как и других характеристик окружающей среды, губительны для всего живого, они приводят к радикальным изменениям биосферы. Академик Ф. Ф. Давитая утверждает: «Современная биосфера насчитывает менее 1 % видов животных и растении, обитавших на Земле за время существования жизни, — остальные вымерли». И это касается лишь природной среды обитания. Что же произойдет при изменениях прозрачности атмосферы, а следовательно, ее состава в результате хозяйственной деятельности?
Как уже говорилось, наиболее серьезную проблему представляет изменение содержания в атмосферном воздухе кислорода и углекислого газа, а также возможность уменьшения содержания озона. Академик Ф. Ф. Давитая сделал расчеты для двух неравных по продолжительности периодов: от начала хозяйственной деятельности человека до 1969 г. и за последние 50 лет. Оказалось, что расход кислорода и выделение углекислого газа в результате сжигания различных видов органического топлива за эти два несоизмеримых по времени периода в абсолютных цифрах весьма схожи. Расход