Эффект бабочки: как начинаются наводнения

C. Исламов,
доктор технических наук
«Наука и жизнь» №10, 2013

Участившиеся в последние годы мощные летние наводнения и обильные зимние снегопады, особенно в Европе, заставляют задаться вопросом: в чём их причина? Климатологи объясняют это глобальным потеплением, продолжая дискутировать о степени влияния на климат и погоду техногенных процессов. Предлагаю рассмотреть одну из вероятных гипотез возникновения данных природных явлений.

Фото Дмитрия Зыкова

Фото Дмитрия Зыкова

Со школьных лет нам известно, что такое круговорот воды в природе. За внешней простотой схемы скрывается динамическая система исключительной сложности, которая обладает свойствами детерминированного хаоса, не допускающего однозначного предсказания поведения. Именно поэтому на протяжении многих десятилетий точность прогнозирования погоды практически не изменяется, несмотря на взрывной прогресс в быстродействии и мощности компьютерной техники.

Итак, вода испаряется с поверхности земли и морей и поднимается в нижние слои атмосферы, где по случайно детерминированным закономерностям собирается в облака. По достижении определённой концентрации водяного пара в облаках сначала начинается образование отдельных капель, потом их слияние. И наконец, влага проливается в виде дождя (а зимой выпадает в виде снега) обратно на землю.

Какую роль в этом явлении играют случайные факторы? Время от времени хаотическое движение воздушных масс в атмосфере, а также взаимосвязанные с ними тепловые процессы на земле и в воздухе приводят к формированию исключительно крупных облачных объединений, содержащих огромное количество воды, которые накрывают довольно большие территории. В конечном итоге это приводит к обильным и продолжительным ливням. Если естественные водостоки в виде рек и почвы не успевают отводить выпадающую влагу, происходят наводнения. Мощные снегопады образуются практически по такой же схеме. В среднем за год в круговороте участвует примерно одно и то же количество воды: в какой-то год побольше, в какой-то поменьше. Поэтому среднестатистическая частота ливней разной мощности также примерно постоянна. Естественно, что события катастрофического характера должны происходить тем реже, чем больше их масштаб. Климатическая динамика подчинялась этому сценарию в течение многих и многих столетий.

Однако начиная с прошлого века человечество стало вносить всё более активные возмущения в работу сравнительно устойчивого механизма. Произошло резкое увеличение объёма сжигаемого топлива с удвоением примерно каждые 30 лет. А со второй половины века одним из главных видов топлива в Европе стал природный газ. Поскольку здесь достаточно высокая концентрация населения и наиболее высокий уровень энергопотребления, именно Европа производит значительные объёмы продуктов сгорания в расчёте на квадратный километр территории. И дело совсем не в углекислом газе, который считают виновником так называемого парникового эффекта (кстати, весьма спорная концепция!), а в обыкновенной воде.

Обратимся к последствиям сжигания природного газа. Его горючая часть более чем на 90% состоит из метана. Известное со школьной скамьи уравнение горения метана выглядит следующим образом:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Согласно молекулярно-весовым соотношениям, из него следует, что при сжигании 1 кг газа из атмосферы исчезает 4 кг кислорода, а взамен выбрасывается 2,75 кг углекислого газа и 2,25 кг водяного пара! По данным ассоциации EUROGAS, в 2011 году страны ЕС сожгли около 470 млрд. кубометров природного газа. Как следствие, только в течение этого года из европейской атмосферы исчезло около 1,3 млрд. тонн кислорода. Взамен в неё было внесено 0,92 млрд. тонн углекислого газа и 0,75 млрд. тонн воды.

Помимо газа в Европе ежегодно сжигается порядка полумиллиарда тонн жидких топлив разного химического состава. Запишем уравнение реакции горения для упрощённой формулы бензина:

8Н18 + 25О2 = 16СО2 + 18Н2О.

Отсюда следует, что для сжигания 1 кг жидкого топлива расходуется примерно 3,5 кг кислорода, а образуется около 3 кг углекислого газа и 1,42 кг водяного пара. Таким образом, за счёт сжигания жидких топлив в Европе ежегодно расходуется 1,75 млрд. тонн кислорода, а взамен выбрасывается 1,5 млрд. тонн углекислого газа и ещё 0,7 млрд. тонн воды. Кроме того, сопоставимое воздействие на атмосферу оказывает сжигание примерно 460 млн тонн угля (здесь водяной пар производится главным образом за счёт испарения содержащейся в угле влаги). Таким образом, ежегодно в атмосферу вбрасывается порядка 2 млрд. тонн воды, причём в нарастающих объёмах.

В механизм кругооборота воды, который сравнительно устойчиво функционировал в течение тысячелетий, мы вносим всё большее и большее количество дополнительной влаги. Очевидно, что постепенно должно увеличиваться среднегодовое количество осадков. Признаем сразу, что масштаб водяной «подпитки» по сравнению с общей массой воды, участвующей в круговороте по естественным причинам, невелик. Однако главный её эффект заключается в другом. При определённых условиях сложные детерминированно-хаотические системы, к которым относится и круговорот воды, взрывным образом реагируют на сравнительно небольшие воздействия. В популярной литературе это явление известно как эффект бабочки. Иными словами, по мере увеличения вводимой в кругооборот дополнительной влаги всё более возрастает вероятность образования в атмосфере сверхкрупных скоплений воды, которые неизбежно выпадают на землю в виде продолжительных и обильных осадков. Наиболее ярко этот эффект начал проявляться именно в Европе, которая в целом ряде регионов имеет очень высокую интенсивность выбросов продуктов сгорания. Не исключено, что произошедшее в июле–августе 2013 года уникальное по мощности наводнение на Дальнем Востоке имеет те же причины. Инициирующим фактором здесь могло стать интенсивное сжигание топлива, а именно угля в северо-восточном, промышленном, регионе Китая. Для информации: Китай добывает ровно в 10 раз больше угля, чем Россия, — порядка 3 млрд. тонн в год, сжигание которого сконцентрировано в нескольких промрайонах.

К сожалению, у этой проблемы, по сути, нет эффективного решения. Человечество не в состоянии снизить энергопотребление, а следовательно, и объёмы сжигания органического топлива. Перспектива масштабного перехода на термоядерные технологии производства энергии до сих пор остаётся призрачной. Поэтому, увы, процесс экстремализации климата будет продолжаться.


8
Показать комментарии (8)
Свернуть комментарии (8)

  • Bedal  | 21.02.2014 | 16:32 Ответить
    Да, эффект есть. Именно он, например, ответственнен за появление инверсионного следа от самолёта.

    Дополнение: надо ещё бы учитывать роль выброшенных аэрозолей в конденсации.

    Но роль этого эффекта, конечно, надо ещё оценивать.
    Ответить
  • Василий П.  | 21.02.2014 | 23:37 Ответить
    >>сложные детерминированно-хаотические системы, к которым относится и круговорот воды, взрывным образом реагируют на сравнительно небольшие воздействия. В популярной литературе это явление известно как эффект бабочки. Иными словами, по мере увеличения вводимой в кругооборот дополнительной влаги всё более возрастает вероятность образования в атмосфере сверхкрупных скоплений воды<<

    Даже если это и так, никаких доказательств этому не приводится.
    Чистая спекуляция.
    Ответить
    • Bedal > Василий П. | 24.02.2014 | 10:13 Ответить
      Да, в принципе, проверяемо. То, что туманы над аэродромами бывают гораздо чаще и плотнее, чем над окружающей местностью - известно хорошо. И причина ровно та, что описана в статье. Тонны водяного пара в воздух + аэрозоли.

      Можно, соответственно, поконтролировать - не кореллируют ли массовые выпадения осадков и т.п. с эмиссией пара и аэрозолей в местности (этой или соседней согласно розе ветров).
      Ответить
  • Alex  | 27.02.2014 | 14:09 Ответить
    Если поделить годовой выброс Европы от сжигания топлива (2 млрд. тонн воды) на площадь Европы (например, 10 площадей Испании, т. е. всего 505 0000 км^2), то получим 2*10^(9+6) г / 5^(6+10) см^2 = 0.04г/cм^2. Это примерно 1/10 от водозапаса ясной атмосферы (если осадить всю влагу при ясной атмосфере на землю, получим слой воды толщиной в несколько мм) и, наверное, в сотни раз меньше, чем разово выпадает на землю во время обычных дождей. Может ли быть это дополнительным спусковым крючком?
    Ответить
  • Serg12  | 04.03.2014 | 20:22 Ответить
    Теория звучит крайне неубедительно. Небольшие естественные колебания, например количеств пыли в атмосфере из-за внезапно извергнувшегося вулкана, что вызовет снижение поступления солнечного света, дадут гораздо бОльшую разницу в количестве испаряемой воды.

    Версия общего глобального потепления звучит намного более убедительно, ибо прибавка температуры в районе градуса за последнее столетие - это уже очень существенно. Если взять среднюю температуру Земли 273 кельвина, то плюс 1 градус от деятельности людей - это плюс 0.4%. А это уже очень существенно в сравнении с количеством выделяемой людьми воды.
    Ответить
  • noy  | 10.03.2014 | 19:32 Ответить
    Еще гипотеза.
    Каждая капля воды, упавшая дождем, является сырьем в процессе жизнедеятельности всего живого на планете. Она входит в кровь, мышцы, соки, плоды всей живности в почве и на почве, в каждую травинку и листик. 20 тонн микробов и червей несут свою трудовую вахту на каждом гектаре суши планеты - первые звенья пищевых цепочек. Миллиарды лет природа шлифовала кругооборот воды. Отработаны скорости и объемы обрабатываемой воды, технологические процессы преобразований воды в продвижении от падения на землю до возвращения в небо.
    Пары воды несут ДНК – информацию о проделанной работе. Информация собирается в небе и является основой, которая и представляет ту самую силу, которая управляет всеми процессами жизнедеятельности. Дождевая вода благоприятно воздействует на рост, здоровье, развитие всего живого на земле.
    На половине всей обитаемой суши человек уничтожил подпочвенную живность, 20 тонн с каждого гектара, превратив ее в пашни, отвалы, асфальт, водохранилища, дороги и сокращает производственный цикл воды, испаряет без изменения ее структуры. Многократно увеличены объемы испарений, скорости их возврата в небо и качество испарений. Испарения с асфальта, свалки или чайника не содержат этого. Исчезли воробьи, ласточки, скворцы, жабы и лягушки, летучие мыши. Стремительно снижаются стаи синиц, голубей, горлинок и пр. живности. Чтобы выжить, человечество должно возвратить природе отнятое.
    Именно поэтому меняется климат. Произошло разрушение вековечного природного кругооборота воды, его замена на новый. Исчезают естественные испарения и многократно увеличиваются искусственные. Вода, испаряющаяся с неведомых природе территорий, а также с миллиардов утюгов, радиаторов, моек - все это вода, не выполнившая своих природных предназначений. Безработная вода пытается выйти к своему естеству, прорываясь наводнениями, штормами и пр. бедствиями пытается остановить Человека от безумного пути.
    Имеется подробный текст с приведением статистики и расчетов на 8 страницах. Человечество все активнее начинает возвращаться к природе - развивает зеленые технологии. А это основа или начало восстановления естественного кругооборота - новой идеологии. Если интересно, можем выслать.
    Ответить
    • noy > noy | 12.03.2014 | 09:18 Ответить
      Наглядный пример из того текста. 30 л воды необходимо израсходовать, чтобы изготовить 1 чашку чая, 250 мл. Процесс предусматривает такие операции, как посадка, выращивание, сбор, переработка, производство и реализация. Сколько чашек чая выпивает 6 миллиардов человек. Один человек – не менее 5. Это 6 000 000 000 х 30 х 5 = 900 000 000 000. Уходит в небо 900 миллиардов литров воды только при изготовлении чая за один день. Так с каждым продуктом. Например, апельсин 50 л воды на1 апельсин, 100 г. Пшеница 1000 л воды на 1 кг пшеницы. Сыр2500 л воды на 0,5 кг. Говядина 4500 л воды на 1 стейк. Продуктов таких тысячи и тысячи.
      1000 литров - это тонна воды. Тогда 900 миллиардов литров - это 900 миллионов тонн или 0,9 миллиарда тонн воды искусственного испарения. Только от одного чая. Посчитать на сколько вытянет говядина?
      НО ситуация не столь безнадежна, как сожалеет уважаемый коллега. Имеются варианты возвращения естественного кругооборота воды и они уже развиваются полным ходом. Это "зеленые технологии".
      Ответить
  • Steelmen  | 08.07.2014 | 10:44 Ответить
    Эффект еще многранней - кратное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере(со 100 ррм в 1900г. до 350 ррм в 2000г.)меняет кривую растворимости водного пара в воздухе. При температурах выше нуля Цельсия растворимость воды растет с увеличением концентрации СО2, при температурах ниже нуля растворимость падает. Предположения основаны на наблюдением за крупными лесными массивами. В жаркую сухую безветренную погоду над лесом стоит легкая дымка. В лесу концентрация СО2 значительно ниже и на границе разных по концентрации СО2 воздушных масс выпадает конденсат. Также обьясняются следующие явления:
    - зимой выпадение осадков интенсивнее, периодов ясной, а как следствие более холодной погоды больше (охлаждение поверхности планеты за счет большего излучения, незадерживаемого безводной атмосферой),
    - таяние ледников не коррелирует с ростом уровня океана - влага уходит в атмосферу,
    - замедление темпов потепления - энергия уходит на испарение и растворение воды в атмосфере.
    (кратко только основные симптомы, имеются более тонкие синергетические)

    Итог - температура медленно, но растет, концентрация парниковых газов (включая самый сильный - водянной пар)растет, кривые растворимости меняются - эффект не бабочки, эффект лавины.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»