Климат во времени и пространстве
В статье академика Н. Л. Добрецова получает развитие тема, которой посвящена публикация «Что такое катастрофы и как с ними бороться» академика В. И. Осипова. Освещены такие моменты, как неоднородность («пятнистость») проявления в пространстве и во времени природных катастроф, связанных с климатическими изменениями, и сам феномен периодических изменений климата на нашей планете. В первую очередь подобная информация необходима для понимания явления так называемого глобального потепления, которое на протяжении последних десятков лет постоянно обсуждается в средствах массовой информации
Глобальное потепление – это повышение средней температуры приземной атмосферы в среднем на градус за столетие. Известный отечественный океанолог и климатолог А. С. Саркисян так говорит об этом явлении, которое связывают с началом эры быстрого технического прогресса: «Некоторые ученые называют эту постоянно навязываемую населению страшилку “глобальной ложью ХХ века”. <…> Имеет место односторонняя трактовка глобального колебания климатических характеристик, которое носит циклический характер» (Саркисян, 2009, с. 161).
Он также отмечает, что в обозримой истории Земли периоды потепления всегда чередовались с периодами похолодания за счет астрономических факторов. Добавим – не только астрономических. На климат планеты оказывает влияние и глобальная океаническая «конвейерная лента» течений, которая зависит от расположения высоких гор и самих континентов: относительное движение материков приводит к изменению конфигурации океанических потоков, хотя на это требуются миллионы лет.
Один из самых важных факторов вариаций климата – изменение интенсивности и характера вулканизма с периодичностью до десятков тысяч лет, в результате чего в атмосферу может попадать огромное количество парниковых газов (углекислого газа, метана и т. д.), намного превышающее выбросы промышленных предприятий и ТЭЦ (Добрецов, Коваленко, 2001; Textor et al., 2004). По словам того же А. С. Саркисяна (Там же, с. 162), «здесь целая сумма факторов влияния, и было бы неправильно сводить все к увеличению содержания СО2 в атмосфере за счет индустриализации».
Где-то теплеет, а где-то холодает
Наиболее ярко неоднородность изменения климата на планете за последние 150 лет проявляется в различной динамике температурных изменений в Северном и Южном полушариях. Так, в Арктике зафиксировано отчетливое потепление, в Антарктике – похолодание, за исключением западной ее части (Антарктического п-ова), где наблюдается слабое потепление (Overlemd et al., 2008).
Другой показательный пример влияния территориального фактора – неоднородное таяние полярных льдов. Известно, что потепление в Арктике за последние полвека привело к сокращению поля постоянных (паковых) льдов почти в два раза. Этот процесс наиболее ярко выражен в зоне влияния теплого течения Гольфстрим, однако практически незаметен на восточной Аляске, в районе Баффиновой Земли и Северной Гренландии, где усилилось холодное течение Дрейка.
По-видимому, главная причина неодинакового повышения температуры на континентах связана с Мировым океаном, где постоянный круговорот воды осуществляет медленный теплоперенос. В Южном полушарии в основном преобладают холодные течения, которые компенсируют эффект потепления: отбирая часть избыточного тепла, они отдают его по ходу потока в северных приполярных областях.
Важно отметить, что при помощи одних только наблюдений (включая спутниковые) за температурой и скоростью поверхностных потоков невозможно оценить изменения климатических характеристик океана в целом, так как требуемые вычисления крайне сложны. Поэтому при обработке натурных данных можно получить в лучшем случае качественную картину (Саркисян, 2009).
Есть и другие очевидные проявления контрастной «пятнистости» изменения климата. Так, в полосе, примыкающей к области максимального таяния арктических льдов, последние десятилетия наблюдается значительный рост фотосинтетической активности растений, но к югу от нее пятнами выделяются огромные области максимального опустынивания.
Климатические качели
Для анализа современных изменений климата наибольший интерес представляют данные, относящиеся к голоцену (т. е. за последние 12 тыс. лет) и историческому времени – за последние 2–3 тыс. лет.
Методов реконструкции древних климатических условий существует множество. Для этих целей используются, например, измерения ширины годовых колец деревьев, исследования изотопного состава и количества пыльцы растений в кернах из приполярных и высокогорных ледников, состава фауны и флоры из озерных и пещерных отложений и т. д.
Сопоставляя результаты различных исследований, можно сделать важные выводы о ходе и характере климатических изменений на огромных территориях и за значительные периоды времени. Все полученные данные свидетельствуют об одном: и региональный, и глобальный климат в течение прошедших тысячелетий значительно менялся, при этом среднегодовые колебания температуры в отдельных регионах достигали нескольких градусов.
По результатам химического анализа осадков Телецкого озера построен график колебаний среднегодовой температуры на протяжении 3 тыс. лет (Калугин и др., 2009). Визуально отмечено сходство участка температурного профиля за последние четыре столетия и пятивекового интервала с центром в начале современного летоисчисления (250 г. до н. э. – 250 г. н. э.), что может быть обусловлено цикличным повторением неких процессов, влияющих на климат.
Корреляционный анализ подтверждает гипотезу о периодичности многовекового хода температур, поэтому наложение усредненной кривой древнеримского времени на современный период позволяет спрогнозировать характер изменения климата в ближайшее столетие. При такой экстраполяции выходит, что среднегодовой максимум глобальной температуры будет достигнут к середине XXI в., после чего ожидается устойчивое похолодание, которое погрузит Землю в новый ледниковый период.
Вряд ли можно отнести к техногенному влиянию тот факт, что в донных осадках Телецкого озера, датируемых разными, хотя и близкими, годами глубокой древности, было обнаружено существенно различающееся количество серы. Очевидно, что максимумы концентрации сульфатов отражают периоды запыленности атмосферы вулканическими выбросами. Это подтверждается также соответствующими всплесками содержания магния и кальция в ледниках горы Белуха, находящейся в том же регионе (Oliver et al., 2006).
Нарастание числа пыльных бурь как следствие процесса опустынивания в Алтайском регионе России и Монголии тоже совпадает с максимумом вулканической активности (Zykin, 2003). Следует отметить, что содержание пыли в воздухе во многом зависит от атмосферных осадков. Это важнейший показатель климата, который связан с температурой, хотя и неоднозначно.
Так, колебания уровня воды в оз. Чаны (крупнейшем бессточном озере Западной Сибири) определяются преимущественно объемом выпадающих осадков – дождя и снега. При этом периоды главных экстремумов на кривой уровня находятся в противофазе с температурной динамикой в Евразийской субарктической зоне: годы высокой воды в озере приблизительно соответствуют температурным минимумам. В настоящее время уровень Чанов опустился ниже тысячелетнего минимума и продолжает снижаться (Tarasov, 1995).
Огромный массив накопленных данных об изменениях климата от глубокой древности до наших дней, с примерами которых мы познакомились, позволяет сформулировать два важных вывода.
Во-первых, пресловутая «страшилка» о глобальном потеплении сильно преувеличена, так как, возможно, уже к середине XXI в. потепление должно смениться похолоданием. Точность этого прогноза пока недостаточна, однако в любом случае естественный (природный) тепловой вклад в планетный климатический цикл неизмеримо больше, чем техногенный.
Во-вторых, для многих регионов более важен даже не глобальный тренд температуры, а локальные природные изменения, которые позволят лучше предсказывать нежелательные явления природы, связанные с изменениями климата в макрорегионе.
В заключение следует упомянуть о значении орбитального мониторинга для оценки природных изменений и назревающих катастроф. С помощью спутников можно отслеживать снегопады и мощность снежного покрова, таким образом предсказывая уровень паводка и возможные заторные (из-за скопления ледового материала в русле) наводнения. Кроме того, накоплен опыт регистрации пожаров по спутниковым снимкам и разработаны схемы повышения надежности оценки сезонной пожароопасности в регионах с высоким риском.
Несколько подобных работ уже успешно ведутся в научных учреждениях СО РАН: Институте водных и экологических проблем (Барнаул), Институте леса (Красноярск) и др.
Литература
Глобальные изменения природной среды – 2001 / Ред. Н. Л. Добрецов, В. И. Коваленко. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. 373 с.
Калугин И. А., Дарьин А. В., Бабич В. В. 3000-летняя реконструкция среднегодовых температур Алтайского региона по литолого-геохимическим индикаторам донных осадков оз. Телецкое // Докл. РАН. 2009. Т. 426, № 4. С. 520–522.
Котляков В. М. Прошлое и будущее окружающей среды – свидетельствует гляциология // Наука в России. 2001. № 1. С. 107–111.
Малыгина Н. С., Папина Т. С., Швиковски М. Реконструкция поступления оксидов серы в атмосферу по данным ледникового керна седловины г. Белуха // Лед и снег. 2010. № 2 (110). С. 29–34.
Математические модели циркуляции в океане / Г. И. Марчук, В. П. Кочергин, А. С. Саркисян и др. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1980.
Папина Т. С., Малыгина Н. С., Митрофанова Е. Ю. Сравнение реконструкций изменения температуры на Алтае за последние 750 лет по данным г. Белуха и данным осадкам Телецкого озера // Лед и снег. 2011. № 5 (113).
Саркисян А. С. Моделирование изменения климатических характеристик океанов // Наука и человечество. XXI век: Сб. М.: Фонд «Знание» им. С. И. Вавилова, 2009. Вып. 1. 327 с.
Bradley R. S., Briffa K. R., Cole J., Hughes M. K., Osborn, T. J. The climate of the last millennium // Paleoclimate, Global Change and the Future / K. D. Alverson, R. S. Bradley, T. F. Pedersen (Eds.). Springer Verlag, Berlin, 2003. P. 105–141.
Olivier S., Blaser C., Brtsch S., Frolova N., Gggeler H. W., Henderson K. A., Palmer A. S., Papina T., Schwikowski M. Temporal variations of mineral dust, biogenic tracers and anthropogenic species during the past two centuries from Belukha ice core, Siberian Altai // J. Geophys. Res. Atmos. 2006. V. 111. D05309, doi:10.1029/2005JD005830.
Textor C., Graf H.-F., Timmreck C., Robock A. Emissions from volcanoes // Emissions of Atmospheric Trace Compounds, Series: Advances in Global Change Research, Vol. 18, Chapt. 7 / C. Cranier, P. Artaxo, C. Reeves (Eds.). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. P. 269–303.