Первый юбилей

Владимир Белокопытов
ведущий научный сотрудник, заведующий отделом океанографии Морского гидрофизического института Российской академии наук, доктор географических наук

В наше время вопросы изменения климата волнуют всех – от рядового гражданина до международных организаций и лидеров ведущих государств мира. Но что понимать под термином «климат»?

Слово «климат» употребляют часто: обсуждая резкую перемену погоды, наступление необычно холодного или жаркого сезона и то, как сезоны эти в принципе изменились по сравнению с прошлым веком. Профессионалы – метеорологи и океанологи – разделяют природные явления на различные диапазоны временной изменчивости, из которых к климатическим относят средние характеристики атмосферы и гидросферы за период в несколько десятилетий. Всемирная метеорологическая организация ЮНЕСКО рекомендует принимать за продолжительность стандартного климатического периода отрезок в 30 лет.

Теплее, еще теплее…

Исследование глобальных изменений климата стало одним из приоритетных направлений мировой науки, но произошло это сравнительно недавно. Еще 40-50 лет назад климатология была лишь одной из частных дисциплин, текущий климат считался вполне устоявшимся и казалось, что его резкие глобальные сдвиги относятся исключительно к прошлому. Климатологи изучали древние мощные обледенения, исторические потепления и похолодания – атлантический, римский и средневековый климатические оптимумы, малый ледниковый период XV–XVIII вв. и др. Последним значительным климатическим явлением считалось потепление Арктики, захватившее первую половину XX века. Что касается новых глобальных изменений, то они, в принципе, не ожидались. Однако в 80-е после периода относительного похолодания началось резкое потепление климата, продолжающееся до сих пор.

Проблемы изменений климата окончательно привлекли повышенное внимание мировой общественности, после того как утвердилось мнение, что причиной потепления является повышение концентрации одного из парниковых газов CO2, вызванное хозяйственной деятельностью человека. Парниковые газы: водяной пар, метан, углекислый газ, озон и ряд других – благодаря своему инфракрасному излучению стали дополнительным источником тепла. Экологи и ранее обвиняли человечество в пагубном воздействии на окружающую среду: в вырубке лесов, преобразовании ландшафтов, изменении русла рек, создании водохранилищ и т.д., но действий такого планетарного масштаба, как изменение климата планеты, мировой цивилизации ранее еще не приписывалось. Нужно уточнить, что только выбросом парниковых газов воздействие человека на тепловой баланс Земли не ограничивается: потеплению способствует перистая облачность, вызванная конденсационными следами авиации, похолоданию – выбросы аэрозолей, повышение отражательной способности поверхности из-за землепользования.

Климатическая тема давно уже стала частью глобальной политики и экономики

Существуют и противники гипотезы антропогенного воздействия на глобальный климат, которые считают современное потепление лишь проявлением естественной природной изменчивости, очередной фазой многолетних колебаний. И сторонники, и противники решающей роли человека в потеплении климата приводят достаточно убедительные аргументы в свою пользу.

Но внутренняя сложность системы океан – атмосфера, подверженной к тому же влиянию геологических и астрономических факторов, не позволяет пока точно объяснить ни современные колебания климата, ни более катастрофические изменения в прошлом Земли. Тем не менее климатическая тема уже давно вышла из разряда чисто научных дискуссий и стала частью глобальной политики и экономики, проявляясь в виде различных хозяйственных ограничений для стран и отраслей, квот на выбросы и т.д.

Изменчивая стихия

Какие основные черты происходящих климатических изменений можно выделить в Мировом океане вне зависимости от знания истинных причин современного потепления? В чем их особенности в сравнении с происходящими процессами на суше? Как они могут повлиять на хозяйственную деятельность человека в море?

Океан из-за большей плотности и теплоемкости нагревается гораздо медленнее суши, запасая большое количество тепла и сглаживая не только сезонные колебания приходящей солнечной радиации, но и длительные, многолетние аномалии тепла. Если средняя температура поверхности суши и приземной атмосферы за последние 30 лет повысилась на 1 °С, то температура поверхности океана – лишь на 0,4 °С. Кроме того, если на континентах температура, хотя и в различной степени, но повсеместно растет, то в океане при преобладающем нагревании может происходить и охлаждение вод, как, например, в восточной части Тихого океана или в антарктических водах. Одна из причин более сложной реакции океана на внешние воздействия – крупномасштабная система циркуляции вод, формирующая глобальный водообмен, в том числе и подъем холодных глубинных вод к поверхности моря.

Сокращение площади морского льда в Северном Ледовитом океане – одно из наиболее ярких проявлений глобального потепления. С 1985 г. она сократилась в полтора раза, что открывает много­обещающие перспективы для навигации по Северному морскому пути и добычи полезных ископаемых на арктическом шельфе. Скорость потепления Арктики очень высока, она приближает нас к природным условиям эпохи викингов, которые свободно плавали в полярных широтах на средневековых парусных судах. Большинство исследователей считают такую высокую скорость следствием положительной обратной связи, когда уменьшение площади льда снижает общее альбедо (отражающее свойство поверхности), тем самым постоянно увеличивая способность морской поверхности поглощать солнечное тепло. С тем же эффектом, скорее всего, связана и высокая скорость потепления в Сибири, где упомянутая обратная связь относится к снежному покрову. В отличие от Северного полушария, в антарктических водах сокращения площади морского льда не наблюдается, отмечается даже обратный процесс небольшого увеличения ледовитости.

С процессом таяния льда тесно связано еще одно проявление глобального потепления – повышение уровня океана, с 1900 года почти на 20 см. Скорость повышения уровня в последние годы увеличилась и сейчас составляет примерно 3 мм в год. Следует подчеркнуть, что главную роль здесь играет не морской лед, а таяние континентальных ледников, в первую очередь ледяных щитов Гренландии и Антарктиды. Также стоит отметить, что более половины приращения уровня океана приходится не на приход дополнительного количества воды (как при таянии ледников), а на ее тепловое расширение, то есть на увеличение удельного объема воды при росте температуры. Основным негативным последствием повышения уровня океана будет затопление низменных приморских участков суши, которые во многих странах густо заселены и хозяйственно освоены. Есть и другие, менее очевидные последствия процесса наступления моря на сушу (трансгрессии моря). При подъеме уровня, даже без существенного затопления побережья, происходит усиленная абразия (разрушение) берегов, в устьях рек изменяется режим формирования наносов в дельтах, соленая морская вода проникает выше по течению рек, меняются условия рыболовства, нарушается работа систем водопроводов и др.

Волны, ветер и соль

В ходе глобального потепления по всей Земле в целом преобладают процессы преимущественно одной направленности: повышение температуры, уменьшение площади ледового и снежного покровов, рост уровня моря, но есть и разнонаправленные процессы. К ним относятся гидрологический цикл (испарение, осадки, поверхностный сток) и связанная с ним соленость поверхностного слоя океана. Так как давление насыщенного пара в воздухе повышается с ростом температуры, ожидается, что с потеплением климата количество водяного пара в атмосфере повсеместно увеличится. Однако в результате повышается не только общая увлажненность, но и ее пространственная неоднородность: осадки увеличиваются там, где их много, – на экваторе и в умеренных широтах, а испарение растет в районах, где оно максимально, – в тропиках.

Соответственно реакция океана на изменения гидрологического цикла состоит в том, что в регионах с высокой соленостью воды, где преобладает испарение, вода становится более соленой, а регионы с низкой соленостью воды, где доминируют осадки, становятся более распресненными.

Скорость потепления Арктики очень высока, она приближает нас к природным условиям эпохи викингов, которые свободно плавали в полярных широтах на средневековых парусных судах

Как влияют глобальные изменения климата на такие важные для мореплавания характеристики среды, как скорость ветра и высота волн? В отличие от поверхности суши, где в основном наблюдается устойчивое снижение скорости ветра, над многими районами океана средняя скорость ветра растет. Это происходит в Южном океане, в тропической зоне Тихого океана (особенно в Южном полушарии), в Центральной Атлантике, у западного побережья Северной Америки, в Средиземном море и дальневосточных морях. Что касается количества тропических тайфунов и глубоких циклонов умеренных широт, приводящих к катастрофическим штормам, то статистически значимых признаков их увеличения пока не выявлено. Рост «высоты значительных волн» максимален в Южном океане, Северной Атлантике и северной части Тихого океана: по различным оценкам, от 20 до 50 см за десятилетие.

Может ли планета Земля каким-либо образом утилизировать избыток поступающего углекислого газа в атмосферу или ее ждет участь Венеры с температурой более 400 °С? В истории Земли неоднократно существовали периоды с очень высоким содержанием CO2 в атмосфере, который медленно изымался из нее в ходе протекания различных биогеохимических процессов. Живые организмы постоянно преобразуют углекислый газ в углерод, входящий в состав разнообразных белков, который потом переходит в почву и в биогенные горные породы. На суше в процессе химического выветривания углекислый газ преобразовывается в карбонатные породы.

Океан также играет важную роль в поглощении избытка CO2 посредством своей сложной углеродно-карбонатной системы. Углекислый газ находится в морской воде в растворенном виде и в зависимости от насыщения может либо поглощаться из атмосферы, либо выделяться в нее или же может переноситься вертикальной циркуляцией в глубинные слои океана. При поглощении CO2 из атмосферы образуется угольная кислота H2CO3, в результате вода океана становится более кислотной, с начала индустриальной эры концентрация ионов водорода в морской воде повысилась почти на 30%. Это, в частности, приводит к уменьшению содержания в воде карбонатных ионов CO32-, которые используются моллюсками, кораллами и планктонными организмами для строительства своих раковин и скелетов.

Кроме процесса закисления вод, наблюдаются и другие изменения в химической структуре океана, влияющие на морскую экосистему и, соответственно, на развитие промышленного морского рыболовства и аквакультуры. Во многих районах океана концентрация кислорода уменьшается, что связано с несколькими физическими причинами. Во-первых, в более теплых водах растворимость кислорода снижается, во-вторых, стратификация (вертикальное расслоение по плотности) в условиях потепления обостряется, что ограничивает вентиляцию вод кислородом из поверхностных слоев. Снижение интенсивности вентиляции вод приводит также к уменьшению поступления биогенных (питательных) веществ из глубинных слоев, что неизбежно приведет к сокращению площади биопродуктивных зон в Мировом океане.

Тропические районы становятся более теплыми и солеными, экваториальная полоса – более теплой и распресненной. Избыток углекислоты из поверхностных слоев опускается на глубину в районах формирования водных масс: вблизи Антарктического побережья (придонные воды), в Северной Атлантике (глубинные воды), Южном океане и северной части Тихого океана (промежуточные воды). Так как эти опускающиеся воды становятся в последнее время менее солеными и, соответственно, менее плотными, это потенциально может привести к ослаб­лению общей циркуляции океана (так называемого «межокеанского конвейера») с далеко идущими климатическими последствиями уменьшения теплообмена между широтами. Повсеместно уменьшается содержание растворенного кислорода и карбонатных ионов, растет кислотность воды и снижается поступление биогенных веществ из-за увеличения стратификации.

Затронутые вопросы лишь в некоторой степени демонстрируют всю сложность и неоднозначность реакции Мирового океана на внешние воздействия климатического масштаба. Происходящие процессы охватывают различные геосферы Земли, и для их полного понимания необходимо взаимодействие всего комплекса естественных наук.

Приведенные иллюстрации заимствованы из пятого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) «Изменение климата, 2013 г.: Физическая научная основа» (Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA).

Эпоха перемен
Эпоха перемен
Эпоха перемен
Эпоха перемен
Эпоха перемен