Модельдеу: Климаттың ғаламдық жылынуын компьютерлік модельдеу

Модельдеу мақсаты: климаттың ықтимал ғаламдық жылыну салдарын болжау.

  Ғаламдық климаттық өзгерістер өте күрделі, сондықтан заманауи ғылым жақын болашақта климаттың қандай өзгерістерін шынымен күтуге болатыны туралы біржақты жауап бере алмайды. Жағдаяттың дамуының көптеген сценарийі бар. Солардың кейбіреулерімен танысуды ұсынамыз.
  Бірінші сценарий – ғаламдық жылыну біртіндеп жүзеге асады. Жер – көптеген құрылымдық құрамбөліктер өзара байланысқан өте үлкен әрі күрделі экожүйе. Ғаламшардағы жылжымалы атмосфера, ауа массасының қозғалысы ғаламшар ендіктері бойынша жылу энергиясын таратады. Жерде жылу мен газдардың зор аккумуляторы – Дүниежүзілік мұхит бар (мұхит атмосфераға қарағанда 1000 еседей көп жылу жинайды). Мұндай күрделі жүйеде өзгерістер тез жүрмейді. Климаттың сезінерлік өзгерістері туралы айту үшін жүздеген, мыңдаған жылдар өтуі керек.
  Екінші сценарий – ғаламдық жылыну салыстырмалы түрде тез жүзеге асады. Бұл – қазіргі кездегі ең «танымал» сценарий. Түрлі бағалау бойынша соңғы жүз жылда ғаламшарымыздағы орташа температура 0,5–1°С-қа, СО2 концентрациясы 20–24%-ға, ал метан концентрациясы 100%-ға артты. Болашақта бұл үдерістер XXI ғасырдың соңына қарай жалғасатын болады. Жер бетінің орташа температурасы 1990 жылмен салыстырғанда 1,1-ден 6,4°С-қа дейін артуы ықтимал (IPCC болжамы бойынша 1,4-тен 5,8°С-қа дейін). Арктикалық және антарктикалық мұздардың еруі бет альбедосының¹ өзгеруі есебінен ғаламдық жылыну үдерісін тездетуі мүмкін. Кейбір ғалымдардың пікірінше, тек қана ғаламшардың мұзды төбесі күн сәулесінің шағылыстыруы есебінен Жерді 2°С-қа салқындатады, ал мұхит бетін жабатын мұз салыстырмалы түрде жылы мұхит сулары мен атмосфераның едәуір суық беткі қабаты арасындағы жылу алмасуды елеулі баяулатады. Сонымен қатар мұзды төбелер үстінде басты жылыжай газы – су буы жоқ, себебі ол мұздап қалған.
  Ғаламдық жылынудан Дүниежүзілік мұхит деңгейі көтеріледі. 1995–2005 жылдар аралығында Дүниежүзілік мұхит деңгейі болжанған 2 см-дің орнына 4 см-ге көтерілді. Егер Дүниежүзілік мұхит деңгейі әрі қарай осындай жылдамдықпен көтеріле беретін болса, онда XXI ғасырдың соңына қарай оның деңгейінің жиынтық көтерілуі 30–50 см құрайтын болады. Ол көптеген жағалау маңындағы аумақты әсіресе Азияның халық көп орналасқан жағалауының ішінара су басуына себепші болуы мүмкін. Жер бетіндегі шамамен 100 млн адам теңіз деңгейінен 88 см-ден аз биіктікте өмір сүретінін ескеру керек. Дүниежүзілік мұхит деңгейінің көтерілуінен басқа ғаламдық жылыну жел күшіне және ғаламшарда жауын-шашынның таралуына әсер етеді. Соның салдарынан Жер бетінде әртүрлі табиғи катаклизмдер (дауыл, теңіз дауылы, құрғақшылық, су тасқыны) жиілігі мен ауқымы артатын болады.
  Қазіргі кезде құрғақшылықтан барлық құрлықтың 2%-ы зардап шегуде. Кейбір ғалымдардың болжамы бойынша, 2050 жылға қарай құрғақшылық материктің барлық жерінің 10%-ына дейін қамтитын болады. Сонымен қатар жыл мезгілі бойынша жауын-шашын мөлшерінің таралуы өзгереді.
  Үшінші сценарий – ғаламдық жылыну Жердің кейбір бөліктерінде қысқа мерзімді салқындаумен ауысады. Мұхит ағыстарының пайда болу факторларының бірі арктикалық және тропиктік сулар арасындағы температура градиенті (айырмашылығы) екені белгілі. Полярлық мұздардың еруі арктикалық су температурасының артуына себепші болады, демек, тропиктік және арктикалық сулар арасындағы температура айырмашылығының азаюына әкеледі, ол болашақта ағыстардың баяулауына апарады. Белгілі жылы ағыстардың бірі – Гольфстрим ағысына байланысты Солтүстік Еуропаның көптеген елдерінде орташа жылдық температура Жердің басқа ұқсас климат зоналарына қарағанда 10 градусқа жоғары. Осы мұхит жылу конвейерінің тоқтап қалуы Жер климатына қатты әсер ететіні түсінікті. Қазірдің өзінде Гольфстрим ағысы 1957 жылмен салыстырғанда 30%-ға әлсіз болды. Математикалық модельдеу Гольфстрим ағысын толық тоқтату үшін температураны 2–2,5 градусқа арттыру жеткілікті екенін көрсетті. Қазіргі уақытта Солтүстік Атлантика температурасы XX ғасырдың 70-жылдарымен салыстырғанда 0,2 градусқа жылынған. Гольфстрим ағысы тоқтаған жағдайда Еуропада орташа жылдық температура төмендейтін болады. Басқа математикалық модель жалпы ғаламдық жылыну кезінде бүкіл Еуропа континентінде күшті суық болатынын «болжайды».
  Осы математикалық есептеулер бойынша Гольфстрим ағысы 20 жылдан кейін толық тоқтап қалады да, соның салдарынан Солтүстік Еуропа, Ирландия, Исландия және Ұлыбритания климаты қазіргіден 4–6 градусқа суық болып, жиі жауын-шашын және дауыл болуы ықтимал. Нидерланды, Бельгия, Скандинавия мен Ресейдің еуропалық бөлігінің солтүстігі де суиды. Содан кейін Еуропада жылыну екінші сценарий бойынша қайта басталады.
  Төртінші сценарий – ғаламдық жылыну ғаламдық суық болумен алмасады. Гольфстрим мен басқа мұхит ағыстарының тоқтап қалуы алдымен Жерде ғаламдық жылынуды тудырады да, сосын кезекті мұз дәуірі басталады.
  Бесінші сценарий – жылыжай апаты. Жылыжай апаты – ғаламдық жылыну үдерісінің дамуының ең «жағымсыз» сценарийі. Бұл теорияның авторы – А.В. Карнаухов. Оның мәні мынадай: Жер атмосферасында антропогендік CO2 мөлшерінің артуынан Жерде орташа жылдық температураның артуы атмосфераға мұхитта еріген CO2-нің ауысуына, сондай-ақ шөгінді карбонатты жыныстардың қосымша көмірқышқыл газын бөліп ыдырауына апарып соғады, ол өз кезегінде Жер температурасын тағы да жоғарылатады. Содан жер қыртысының едәуір терең қабаттарында жатқан карбонаттардың әрі қарай ыдырауына әкеледі (мұхитта атмосфераға қарағанда көмірқышқыл газы 60 есе көп, ал жер қыртысында 50 000 еседей көп). Мұздықтар Жер альбедосын азайтып, қарқынды ериді. Температураның осылай тез көтерілуі еріп жатқан мәңгі тоң қабатынан метанның қарқынды түсуіне, ал орташа температураның 1,4–5,8°С-қа көтерілуі ғасыр соңында, негізінен, тундрада шоғырланған метангидраттардың (су мен метанның мұзды қосылыстары) ыдырауына себеп болады.
  Метан көмірқышқыл газына қарағанда 21 еседей күшті жылыжай газы болатынын ескерсек, Жерде температураның артуы апаттық жағдайда болады. Жерде не болатынын елестету үшін Күн жүйесіндегі көрші Шолпан ғаламшарына назар аударсақ жеткілікті. Жердегі сияқты атмосфераның осындай параметрлерінде Шолпанда температура Жердегіден бар-жоғы 60°С-қа (Шолпан Жерге қарағанда Күнге жақын) жоғары, яғни 75°С шамасында болады. Шынайы жағдайда Шолпанда температура шамамен 500°С. Шолпандағы карбонатты және құрамында метан бар қосылыстар көмірқышқыл газы мен метан бөліп, баяғыда бұзылған. Қазіргі уақытта Шолпан атмосферасы 98% СО2-ден тұрады, ол ғаламшар температурасын 400°С-қа арттырады.
  Егер ғаламдық жылыну Шолпандағы сияқты сценарий бойынша жүре беретін болса, температура атмосфераның жер бетіне жақын қабатында 150 градусқа жетуі мүмкін. Жер температурасының тіпті 50°С-қа артуы адамзат өркениетін жояды, ал температураның 150°С-қа дейін артуы ғаламшардағы барлық тірі ағзаларды жояды.
  Карнауховтың «оптимистік» сценарийі бойынша, егер атмосфераға түсетін CO2 мөлшері бұрынғы деңгейінде қалатын болса, онда 300 жылдан кейін Жерде температура 50°С, ал 6000 жылдан кейін 150°С болады. Өкінішке орай, жыл сайын CO2 шығарындысының көлемі артып отыр. Бұл жағдайда егер CO2 шығарындысы әр 50 жыл сайын екі есе артатын болса, Жерде 100 жылдан кейін температура 50°С, ал 300 жылдан соң 150°С болады.

  Ұсынылған «сценарийлермен» танысып, сұрақтарға жауап беріңдер.
  1. Қандай да бір сценарий мәліметтерін кесте және солардың негізінде салынған график түрінде көрсетуге болады ма? Бағалаңдар.
  2. Ұсынылған сценарийлердің (екінші, үшінші және бесінші) барлық бір типті мәліметтерін кесте және солардың негізінде салынған бірыңғай график түрінде көрсетуге бола ма?
  3. Кез келген компьютер бағдарламасын (Eхсеl, Раsсаl, V. Ваsiс немесе кез келген басқа) пайдаланып, қарастырылған көрсеткіштердің өзара тәуелділігін модельдеңдер. Төмендегі кестеде берілген мәліметтерді толықтырып және (немесе) өзгертіп, ғаламдық климат өзгерістерінің графигін салыңдар.

¹ Альбедо – беттен шағылысқан күн энергиясы мөлшері мен оған түсетін энергия мөлшері арасындағы айырмашылық.

×
×

Cart