до уровня подземных вод (во фреатическую зону) и в нижние водоносные горизонты. Вода, где бы она ни находилась, и почвы тесно связаны. Засухи и необычно сухой режим погоды в сочетании с некоторыми методами земледелия привели к появлению в 1930-х гг. Района пыльных бурь на Среднем Западе. В начале XX в. поселенцы занимались возделыванием 5,2 млн акров (2,1 млн га) мощной почвы прерий для выращивания сельскохозяйственных культур – это был период «Великой пахоты». В то время погодные условия были благоприятными, шли дожди, и этот район был очень плодородным. Однако в следующее десятилетие все изменилось, когда погода стала более теплой и засушливой. С 1931 г. начались периоды засухи (всего их было четыре) и неурожая, а мощные ураганы создавали облака пыли, которые захлестнули даже такие далекие районы, как Чикаго и Нью-Йорк.

Пылевые облака способствовали уничтожению миллионов акров пахотного слоя. Когда стали понятны причины этих событий, для предотвращения подобных бедствий в 1935 г. была сформирована Служба охраны земельного фонда (теперь это Служба охраны природных ресурсов – федеральное агентство в составе министерства сельского хозяйства США). Появление Района пыльных бурь многие ученые считают самым масштабным природным бедствием XX в., а некоторые, в т. ч. Джордж Боргстром, американский эколог, специалист, занимающийся проблемой мирового голода, полагают, что это одна из трех самых крупных экологических катастроф в человеческой истории[590]. Пыльные бури и неурожаи еще больше усугубили ситуацию во времена Великой депрессии, и, по оценкам историков, почти 3 млн человек покинули южные штаты Великих равнин; многие люди переехали в Калифорнию. Полагают, что только в 1935 г. было утрачено 850 млн тонн пахотной земли – около 8 тонн на каждого жившего в то время американца. Частицы этой почвы осели за тысячи километров от Района пыльных бурь, некоторые даже достигли Гренландского ледникового щита[591].

«Критическая зона», включающая почвы, является проницаемым, дышащим слоем Земли, который дает пищу, воду и в значительной степени кислород. К сожалению, в наши дни изменения климата влияют на здоровье критической зоны. На территории США существуют девять обсерваторий критических зон, учрежденных Национальным фондом науки в 2007 г., которые сосредоточены на междисциплинарных исследованиях этого региона с участием специалистов из разных отраслей науки.

В полярных широтах некоторые почвы замерзают и образуют вечную мерзлоту, то есть на протяжении всего года находятся в глубокой заморозке. По определению, сформулированному Международной ассоциацией вечной мерзлоты, вечная мерзлота – это породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру более двух лет. Всего несколько сантиметров в верхней части активной зоны могут таять, но остальная часть почвы остается замерзшей и представляет собой капсулу времени из ледниковых эпох. Такие зоны вечной мерзлоты находятся по краям ледников, образовавшихся в последнем ледниковом периоде, и сохраняют древний подземный лед. Они также хранят фрагменты ледников, образовавшиеся, когда ледниковые щиты наступали и отступали. Газы, остатки загрязняющих веществ и фрагменты живой материи тоже могут оказаться в ледяной ловушке. Мамонты, мастодонты, бизоны и семена растений – все это примеры живых организмов, замерзших в плейстоценовых ледниках. В результате недавнего повышения температуры в океанах и атмосфере вечная мерзлота начала таять быстрее, чем прогнозировалось, высвобождая хранившийся диоксид углерода и метан, микроорганизмы, а иногда и тяжелые металлы, такие как ртуть. По мере таяния замерзших почв на склонах, которые были устойчивыми, происходят обвалы и сходят оползни из влажного вязкого материала (оползни, вызванные таянием).

Температура, погода и климат

Погода – это, как уже отмечалось, изменения состояния атмосферы, ощущаемые людьми изо дня в день и связанные с климатом, который является отражением долгосрочных тенденций в атмосфере. Погода и климат в наше время отличаются от погоды и климата, наблюдавшихся более 30 лет назад[592]. Данные, основанные на фактических инструментальных измерениях, показывают, что потепление климата на 1 °C с 1950-х гг. привело к повышению температуры на 4 °C в некоторых районах и к более частым перепадам температур в целом. Наблюдается увеличение вегетационных периодов, оцениваемых по продолжительности дней без заморозков, а также увеличивается продолжительность пожароопасных периодов и частота пожаров. Потепление не распределено равномерно в течение года: результаты одного исследования, проведенного в Канаде, показывают, что декабрь и январь более стремительно становятся теплыми, а скорость потепления в Канаде вдвое больше по сравнению с остальным миром из-за утраты ледниковых щитов и изменений снежного покрова[593].

Температуры в среднем стали выше, и каждый год устанавливаются все новые рекорды (см. цветную вклейку 12.3)[594]. По данным NASA, 2019 г. оказался вторым самым теплым годом с 1880 г., когда впервые начали проводиться температурные измерения[595]. Потенциальное воздействие на гидросферу и водоснабжение всей планеты будет все более значительным. Подумайте вот о чем: можно заменить углеводородное топливо, такое как нефть, природный газ и пропан, возобновляемыми источниками, такими как ветровые, солнечные и гидроэлектростанции, но нельзя заменить воду. Воздействие человека на гидросферу – это лишь один пример того, с какими вызовами столкнутся будущие поколения.

Динамический круговорот углерода

Органические молекулы образованы из атомов углерода, связанного с атомами других элементов, таких как кислород, водород и азот. Углерод имеет множество разных форм, потому что он способен образовывать химические связи с другими атомами. Углерод также служит примером элемента, который в виде различных соединений перемещается через все оболочки Земли в биогеохимическом цикле. Растения поглощают углекислый газ из атмосферы и в результате фотосинтеза превращают его в глюкозу, которая претерпевает дальнейшие превращения в тканях растения, эти растения служат пищей для животных и человека, в результате преобразований органических останков животных и растений углерод поступает в почву, где накапливается. Углерод также фиксируется морскими растениями (в результате фотосинтеза) и кораллами и поступает из атмосферы в океаны, где накапливается в холодных водах на глубине, или превращается в морские осадки, или связывается в резервуарах известняка, образованного из раковин беспозвоночных. В холодной воде может содержаться больше растворенного углерода, чем в теплой. Другими резервуарами углерода являются уголь и нефть. Углерод возвращается в атмосферу в результате дыхания животных и растений, полного разложения их останков, обезлесения и сжигания деревьев и при использовании ископаемого топлива. Из океанов диоксид углерода тоже диффундирует в атмосферу, когда океанская вода на поверхности и из глубины перемешивается в результате действия течений, ветра, изменения температуры океанской воды и характера глобальной погоды и климата.

По оценкам геологов из Геологической службы США, в наши дни вулканы производят в среднем 140–440 млн тонн диоксида углерода в год. Тем не менее эти цифры меркнут по сравнению с объемами антропогенных выбросов углекислого газа, которые измеряются в миллиардах тонн в год. На поверхности Земли эти газы взаимодействуют с водой, горными породами и живыми организмами и могут оказывать