Масштабные изменения альбедо

Альбедо — это коэффициент отражения солнечного излучения от поверхности планеты, луны или чего-то еще. Он показывает, какая часть солнечной радиации отправляется обратно в космос, а какая остается.

Планетарное альбедо Земли составляет около 0,367. Однако это сильно варьируется от места к месту. Кучевые облака и свежий снег могут иметь альбедо 0,7 и более; то есть 70% падающего излучения отражается обратно в космос. С другой стороны, альбедо океана составляет около 0,08, что означает, что 92% солнечного излучения, падающего на океан, остается с ним.

Есть определенные вещи, которые люди могут сделать для изменения альбедо. Наиболее правдоподобно для древнего человека альбедо леса могло быть равно 0,1, а сухой голой почвы — 0,3. Таким образом, если бы Человек мог менять среду обитания с одной на другую на достаточно большой территории, он мог бы изменить и альбедо Земли.

Какую площадь разумно изменить человеку?

В древнем мире были случаи крупномасштабной вырубки лесов. Возможно, самым большим было сокращение Гангских равнин. 10 000 лет назад территория от Дели до Бенгалии была покрыта влажным лиственным тропическим лесом; площадь около 500 000 км$^2$. В конечном итоге это было заменено пахотными землями в период примерно с 1000 г. до н.э. по 1000 г. н.э. У сельскохозяйственных культур и орошаемой почвы альбедо не намного выше, чем у леса, поэтому влияние изменения климата было невелико. Но та равнина Ганга на самом деле довольно сухая; если бы люди не тратили столько времени на орошение, она могла бы превратиться в бесплодную полупустыню, подобную африканскому Сахелю.

Это 500 000 км$^2$составляет 0,1% поверхности Земли. Если бы альбедо 0,1% поверхности Земли увеличилось на 20 процентных пунктов, общее альбедо Земли изменилось бы с 0,367 до примерно 0,3677; немного.

Но что сверхсаморазрушительного люди сделали с подобными лиственным тропическим лесам по всему миру? Есть 2,7 млн ​​км$^2$леса миомбо на юге Африки; около 0,7 млн ​​км$^2$больше на северном плато Декан в Индии; 0,4 миллиона в Индокитае; 0,3 миллиона на тихоокеанском побережье Центральной Америки; и 0,9 миллиона в Сухом Чако в Аргентине и Боливии. Это примерно 5,5 млн км$^2$общей площади лесов, или до 1,1% земной поверхности. Эффект альбедо превращения всего этого леса в пустыню составит от 0,367 до 0,375.

Что делает это изменение альбедо?

Альбедо можно использовать вместе со звездной светимостью и орбитальным расстоянием для расчета планетарной эффективной температуры с использованием

Для альбедо Земли 0,367,$T_{eff} = 276.5 \text{ K}$. Это немного низко; Средняя планетарная температура больше похожа на 285 К, и разница в основном связана с парниковым эффектом. Но это достаточно близко, чтобы продемонстрировать изменения. Когда альбедо повышается до 0,375,$T_{eff} = 275.6 \text{ K}$. Это примерно на 1 градус охлаждения из-за изменения альбедо или примерно на ту же величину, что и нагрев, который мы в настоящее время вызываем из-за изменения климата.

Вывод

Древние имели возможность изменить климат так же, как мы изменили его сегодня. Однако для этого потребуется спилить около 5 млн км.$^2$леса; площадь примерно в два раза превышает площадь Аргентины. И не просто срубить его, а оставить под паром, чтобы он превратился в захудалую пустыню с большим количеством открытой грязи.

У человечества, безусловно, есть возможность сделать это, даже с технологиями каменного века. Во всех перечисленных мною лесах сухой сезон длится более 6 месяцев. Не составит большого труда поджечь все вокруг в конце засушливого сезона. В качестве двойного бонуса во всех этих лесах идут проливные муссонные дожди в сезон дождей, поэтому, если вы правильно рассчитали время, вы можете заставить сезон дождей смыть весь пепел, оставив пересохшую, неплодородную почву, на восстановление которой уйдут столетия.

Это кажется немного экстремальным, но, учитывая то, что мы делаем и делаем с Землей, возможно, нам следует считать себя счастливчиками, что этого еще не произошло.

И Исландия , и остров Пасхи были вырублены поселившимися там людьми. Викинги выпускали своих сельскохозяйственных животных на волю, и они, вероятно, использовали немало древесины для согрева, лодок, хижин и металлургии. Комбинация оставила остров обезлесенным. То, что произошло на острове Пасхи, менее ясно, но имеет схожий результат.

Неясно, возможен ли такой результат для всего континента, потому что общество, вообще говоря, развивается в пределах определенной степени устойчивости, и вырубка лесов происходит, когда они переезжают в новое место, которое не может поддерживать их образ жизни. (например, разные хищники, поэтому сельскохозяйственные животные могут беспрепятственно расти). Путешествие с инвазивными видами может нанести большой вред, даже если это непреднамеренно.

Упомянутое в другой ветке, Крупномасштабное сельское хозяйство, выжигание сплошных лесов также может быть фактором. Достаточное количество сельского хозяйства и вырубки лесов могут привести к изменению климата, хотя, вероятно, не так быстро, как мы делаем это сейчас, но это возможно. Теоретически предполагается, что человеческое сельское хозяйство оказало согревающее воздействие на планету, которое продолжается и по сей день. И вырубка лесов, и метан (также известный как коровий газ), вероятно, оказывают согревающее воздействие.

Тем не менее, все эти эффекты, вероятно, меньше, чем наше текущее потепление, а не огромные факторы, поэтому значительные изменения маловероятны, но в сочетании с естественными изменениями из-за орбитальных изменений в том же направлении это вполне возможно.

Они могли бы сделать это так же, как мы делаем это сегодня, сжигая большое количество хранимого ископаемого топлива, выбрасывая в атмосферу большое количество углекислого газа.

Из-за низкой численности населения их сжигание в полуполезных целях исключено. Также из-за низкой технологии они будут ограничены приповерхностными месторождениями.

Наиболее вероятными кандидатами, которые я вижу, являются крупные неконтролируемые горящие события. Некоторые из них приходят на ум: существует тревожное количество пожаров в подземных угольных пластах , когда залежи угля загораются и продолжают гореть через подземный пласт в течение многих лет, сжигая огромное количество угля. Многие из этих угольных пластов начинаются близко к поверхности, поэтому ранняя низкотехнологичная добыча или добыча на поверхности может привести к сжиганию огромного количества глубоко подземного угля.

Этот тип подземного сжигания также может происходить для источников природного газа и нефти. Полуизвестным примером является газовый кратер Дарваза в Туркменистане, который местные жители называют «Дверью в ад», где в 1971 году обрушилась советская буровая площадка, в результате чего воспламенился приповерхностный природный газ, который с тех пор горит.

Интересно то, что эти крупномасштабные пожары могут фактически понизить температуру в краткосрочной перспективе, выбрасывая огромное количество сажи в атмосферу, подобно крупному извержению вулкана, а также вызывая кислотные дожди и другие экологические проблемы.

Более близкое к поверхности месторождение или более раннее, широко распространенное, не очень безопасное использование ископаемого топлива сделает эти события более вероятными и окажет большее влияние на глобальный климат.

Итак, наши древние люди действительно заботятся о будущих поколениях. Я бы начал с технологий викингов — они захотят иметь возможность плавать на большие расстояния, хотя это и не обязательно. В других ответах упоминается обезлесение, но само по себе это не окажет такого огромного влияния. Они, конечно, могут приложить к этому некоторые усилия, но что действительно даст вам наибольшую отдачу от ваших средневековых денег, так это:

Горящие торфяники и угольные пласты

Получается, что сжигание угольных пластов составляет 3% мировых выбросов углерода. Если мы будем активно искать и поджигать эти угольные пласты, мы можем увеличить это количество. Подобные эффекты имеют и торфяные болота. Я рекомендую сосредоточить наши поиски в Арктике. Гренландия особенно. Недавние пожары в Гренландиивызывали тревогу у многих ученых. Эти пожары, конечно, вызывают значительный выброс углерода из горящего торфа и угля, но они также выделяют черную сажу, которая снижает альбедо окружающего льда, что может вызвать повсеместное таяние. Как только лед исчезнет, ​​вечная мерзлота тоже начнет таять, высвобождая большое количество метана, очень мощного парникового газа. Если вы действительно хотите извлечь из этого максимальную пользу, я бы порекомендовал вашим древним климатологам найти способ распределить эту сажу по как можно большей площади.

Наиболее очевидным является крупномасштабная вырубка лесов.

Меняются режимы дождей, эрозия, поглощение тепла, свойства почвы, изменяется состав атмосферы и т. д. И это действительно произошло.

Почти наоборот крупномасштабное орошение, которое также имело место в древние времена.

На самом деле, людей в древности было слишком мало, чтобы оказывать существенное влияние даже с сегодняшними технологиями, если только они точно не знали, что делают, и это было преднамеренно.

Тем не менее, самый простой способ повлиять на изменение климата — это увеличить количество углерода в атмосфере. Практически единственный способ, которым древний человек мог это сделать, — сжигать деревья, леса, любой уголь, до которого они могли дотянуться.

Предположим, что они подожгли каждый лес, который смогли найти. Если бы человек был достаточно расселен и имел доступ ко всем лесам на Земле, возможно, это можно было бы сделать. Это имело бы разрушительные последствия для экологии и было бы плохо для них с точки зрения их собственного выживания, не говоря уже о том, что дрова, сгоревшие в дыму, были бы чрезвычайно полезны. Но если бы они сделали это согласованными и постоянными усилиями, сжигая даже отростки, возможно , вы могли бы выбросить достаточно углерода в атмосферу через пожары, чтобы иметь эффект.

Меня беспокоит вышесказанное, потому что я не знаю, будет ли это означать значительное изменение климата. Мне нужно было бы больше знать о лесных активах на Земле в данное время, о том, какой у них был доступ к углю (у древнего человека определенно был уголь в его распоряжении), чтобы записать цифры, но тот факт, что леса иметь роль в любом восстановлении (удаление углерода посредством фотосинтеза), как правило, указывает на то, что вы будете добавлять углерод И одновременно уменьшать способность удалять его из атмосферы.

Кроме того, с их количеством и ограниченными коммуникационными стратегиями такого рода согласованные глобальные усилия кажутся маловероятными. Тем не менее, если бы этот вопрос был решен, возможно, что древний человек оказал влияние на климат; просто не ясно, будет ли это влияние значительным.

Самый простой способ кардинально изменить окружающую среду — ввести (или искоренить) вид, который радикально меняет экосистему.

Инвазивные виды могут в конечном итоге выйти из-под контроля, потому что экосистема, в которую они были введены, не выработала защитных механизмов. Затем они могут уничтожить существующие виды посредством хищничества или конкуренции.

В реальном мире есть много примеров, когда люди переносят виды из одного места в другое, где они выходят из-под контроля. Я не думаю, что это привело к огромным изменениям климата, но легко представить себе ситуацию, в которой это могло бы произойти. например, введение жуков-древоядных может уничтожить леса, а искоренение высших хищников может вызвать бурный рост травоядных, которые поедают все растения.

Не нужно думать о том, что-бы, достаточно сосредоточиться на том, что мы уже сделали:

Есть теория, что мы начали менять климат примерно 10 000 лет назад, когда изобрели сельское хозяйство. Каков был результат этого? Что мы остановили ледниковый период. Вы можете начать исследовать его со статьи Википедии о «раннем антропоцене».

Другим, более поздним, более радикальным, хотя и более механизированным событием был пыльный котёл 1930 года. С одной стороны, обычно считается, что это стало возможным благодаря механизации сельского хозяйства. С другой стороны, это было сделано только с помощью вспашки, поэтому можно представить, что при достаточном усилии это можно было бы воспроизвести только с конным плугом (я не могу найти никаких ссылок, возможна ли глубокая вспашка с лошадью). или если результаты достаточно хороши, чтобы перевесить такую ​​тяжелую работу лошади)

Убить много людей

По словам Юлии Понгратц, Чингисхан и его монгольские полчища убили так много людей, что это привело к поглощению из атмосферы 700 миллионов тонн углерода.

... Но в случае с монгольскими нашествиями, которые оказали наибольшее влияние из четырех изученных событий, повторный рост на обезлюдевших землях привел к накоплению почти 700 миллионов тонн углерода, поглощенного из атмосферы. Это эквивалентно годовому мировому спросу на бензин сегодня. ...

https://carnegiescience.edu/news/war-plague-no-match-deforestation-driving-co2-buildup

Один простой способ случался много раз в прошлом и даже в наше время.

Подсечно-огневое земледелие — один из старейших методов, в основном они вырубают новый кусок леса и поджигают его. Зола удобряет землю, и они сажают свои сады. Совсем недавно, в 80-х или 90-х годах, один из этих пожаров вышел из-под контроля в Индонезии из-за плохого управления и торфяной почвы, и дым на некоторое время изменил местную погоду, а также уничтожил огромные участки леса. Масштабируйте это, и вы можете получить постоянное изменение климата.

Есть примеры из жизни. В качестве примера для всех есть гипотеза (Льюис, Маслин), что значительное похолодание произошло во всем мире (и особенно в Европе, где оно привело к неурожаям, эпидемиям и прочим вещам), когда коренные американцы начали вымирать. вне во время / после колумбийского обмена.

Несмотря на все еще распространенное представление о том, что туземцы находятся «в гармонии с природой» и тому подобное, они, как и европейцы, занимались массовой вырубкой лесов. А когда они вымерли, леса вернулись с удвоенной силой. Это, согласно гипотезе, вызвало существенное временное падение уровня углекислого газа. Естественный лес в среднем нейтрален по отношению к углероду — он улавливает углекислый газ из воздуха, но также выделяет его, когда деревья умирают и разлагаются. Но это не относится к подобному «вторжению» — у вас много новых, здоровых и молодых деревьев и очень мало гниющих. Когда леса повзрослели и снова начали уничтожаться новыми колонистами, уровни снова начали расти. Мы не можем сказать, как долго продлится выздоровление естественным путем,

Короче говоря:

• Произошло это в результате краха цивилизации
• Эффект проявился всего за пару лет
• Эффект длился не менее столетий
• Это оказало значительное влияние на сельскохозяйственное производство, но не настолько, чтобы уничтожить Европу, не говоря уже о людях во всем мире, хотя следует отметить, что колонизация также принесла значительные выгоды, которые, возможно, несколько уменьшили серьезность.

Если это правда, это также показывает, как можно значительно изменить климат за счет одного большого изменения, когда серия небольших изменений в течение достаточно больших временных масштабов будет иметь незначительный эффект или не будет иметь никакого эффекта (когда туземцы первоначально рубили эти деревья, не было «симметричного» нагрева — вероятно, потому что расширение земледелия продолжалось сотни лет). Возможно, это могло быть усугублено некоторыми странными ритуалами, которые периодически вносили бы такие грандиозные изменения в окружающую среду — например, сжигание огромных участков леса, а затем десять лет спустя стимулирование повторной посадки леса, промывание и повторение.

Как упомянул Луаан, «туземцы, живущие в гармонии с природой» — это миф. Коренные южноамериканские племена разбивали лагерь, охотились до тех пор, пока не оставалось ничего крупнее руки, а затем переезжали.

Итак, общая идея состоит в том, что Австралия была большим лесом, пока не прибыли предки аборигенов, скажем, 40 тысяч лет назад, и не превратили все это в пастбища (которые впоследствии превратились в пустыню; ожидайте того же в Амазонке сейчас). Например, в этой статье утверждается, что в ней рассчитаны сезоны дождей и подобные крупномасштабные явления.

По сути, вам не нужны технологии, вам просто нужно что-то крупномасштабное. Например, муссоны: неправильно рассчитайте их время, и все станет непригодным для жизни --- 11 месяцев засухи, за которыми следует месяц наводнений, уничтожающих все, что осталось; с водой, стекающей с непроходимой земли, так что в следующем месяце ваш запас иссякнет.

Козы.

Имея достаточно коз и времени (это уже не раз случалось в древности , и происходит до сих пор ), пастбище, достаточно близкое к равновесию, можно превратить в пустыню. Процесс самоподдерживающийся (козы мигрируют пастись на еще плодородных землях, расширяя пустыню ).

Возможно, чрезмерное население, ведущее к чрезмерному потреблению природных ресурсов и уничтожению естественной среды обитания, было бы самым простым (хотя и самым скучным) объяснением того, как древние люди могли нарушать климат. Каждый человек потребляет кусочек природы, и чем больше технологий, тем более агрессивным является потребление как с точки зрения природных ресурсов, так и с точки зрения потребности в энергии.

Есть некоторые сходства с исследованием поведенческого стока:

https://en.wikipedia.org/wiki/Behavioral_sink

Более того, потребление ресурсов оказывает прямое влияние на климат через выбросы CO2 и т. д., особенно когда вы наблюдаете вырубку лесов:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871823/

Таким образом, даже если это не будет немедленным коллапсом, климат всего мира может серьезно измениться только из-за потребления ресурсов, порожденного массовым расцветом населения.

Что касается обратного...

Резкая депопуляция может снизить потери энергии. Это не обязательно изменит климат, но поможет остановить его изменение.

Запуск вулканической активности может снизить температуру планеты, укрывая ее от солнечного света. Конечно, такой подход может иметь серьезные разрушительные последствия.

http://www.newsweek.com/artificially-cool-earth-volcano-eruptions-extremely-dangerous-711203

Кроме того, лесовосстановление может предположительно повлиять на климат за счет сокращения выбросов CO2 в атмосферу, управления водосборными бассейнами и создания моделей испарения, которые могут повлиять на количество осадков.

https://www.theguardian.com/environment/2012/nov/29/planting-trees-climate-change

Может ли человечество быть создано природным явлением? Допустим, есть период хорошей погоды, который приводит к увеличению населения во всем мире. Затем извержение или комета вызывают глобальное, но кратковременное похолодание. Люди по всему миру рубили деревья для строительства оборонительных сооружений. Они строят корабли, чтобы найти новое место для жизни или охотиться на более далеких морских животных. Некоторые могут сжечь кусты, чтобы облегчить охоту. Сожгите деревья, чтобы получить уголь для ковки оружия. Если ваша земноподобная планета начинается с меньшего количества лесов и большего количества людей, эффект может быть разрушительным для окружающей среды.

Это произошло в небольших масштабах в 1250-х годах. Ирландские хроники говорят, что 1253 год был отличным годом для производства продуктов питания. Извержение в Индонезии в 1257 году вызвало двухлетний голод (и оставило отложения как в Арктике, так и в Антарктике). Культура Миссисипи на Среднем Западе США начала приходить в упадок. Это приводит к маленькому ледниковому периоду здесь, на Земле.

Другие ответы описывают, что люди могут сделать, чтобы изменить климат. Мой ответ заключается в том, чтобы заставить их всех делать это одновременно.

Перенаправление рек может помочь, вызывая опустынивание и изменение местных осадков. Направление их в слепые долины может привести к образованию соляных ванн, которые локально отражают солнечный свет, что может быть нежелательно.

Лучший способ растопить лед — накрыть его чем-то, что будет поглощать больше солнечного света. Черная ткань по краям северной и южной ледяных шапок, которая перемещается по мере таяния, в конечном итоге поднимет уровень моря и изменит соленость настолько, чтобы прервать нормальные умеренные течения из традиционно обитаемых зон. Эти зоны могут перемещаться или почти исчезать. Поочередно можно использовать шлак и золу, но она будет покрыта снегом, так что тысячи рабочих-призывников будут встряхивать и поднимать над новым снегом. Как только слой льда растает и будет достигнута поверхность земли, его можно будет покрыть черной смолой, шлаком или камнями, чтобы повысить местную температуру воздуха, и переместить черную ткань поверх отступающего ледяного покрова. Это может быть протестировано сначала на всех внутренних ледниках по мере развертывания системы.

Вырубка лесов также может работать из-за изменений альбедо. Это также может повлиять на уровень CO2 в парнике, однако в конечном итоге оно может быть нейтрализовано некоторым вирулентным океаническим планктоном, который начинает расти при повышенном уровне CO2, снижая уровень CO2 в атмосфере. С другой стороны, если все растения будут уничтожены, у животных не будет кислорода для дыхания. Чума, пожирающего все растения, должно быть достаточно, чтобы проверить теорию :-/