Наш Солярис

Человек пока еще слишком слаб для того, чтобы оказывать серьезное влияние на климат Земли. Океан гораздо сильнее

Мировые СМИ регулярно и во всех подробностях передают душераздирающие репортажи о стихийных бедствиях (самый свежий пример - обрушившийся в середине сентября на страны Карибского региона ураган Айвэн), первые полосы бумажной периодики и электронных изданий изобилуют всевозможными сценариями грядущих климатических катаклизмов и катастроф - в общем, картина всеобщего погодного безобразия выглядит столь убедительно, что о каких-либо попытках даже умеренной ее дискредитации, казалось бы, не может быть и речи.

Самой популярной темой в этом алармистском информационном потоке, безусловно, являются рассуждения о так называемом антропогенном факторе, или, проще говоря, о негативном влиянии на климат Земли деятельности homo sapiens. В этих публикациях ответы на сакраментальную пару вопросов "кто виноват?" и "что делать?" считаются самой собой разумеющимися.

Большинство гневных обличителей цивилизации, которых по старой памяти можно условно назвать "представителями прогрессивного человечества", с пеной у рта призывают к скорейшей реализации тезисов пресловутого Киотского протокола. Как известно, этот предварительный правовой документ, принятый в декабре 1997 года мировым сообществом, определяет обязательства индустриальных государств и стран с переходной экономикой по снижению в период с 2008-го по 2012 год выбросов парниковых газов (прежде всего CO2, а также фреонов, метана, закиси азота, озона и т. д.), то есть тех самых "антропогенных производных", которые, согласно мнению "зеленых" климатологов, и являются основными виновниками глобального потепления.

Удивительно ловко оперируя небогатым набором научных фактов, многочисленные живописатели эффектных страшилок о глобальном потеплении климата, озоновых дырах и прочих цивилизационных напастях предпринимают титанические усилия для всеобщей популяризации своей конспирологической теории человеческих следов. Однако, как ни прискорбно это будет услышать адептам "нового экологического мышления", согласно свежим сводкам, поступающим с научной передовой, информацию о скором наступлении антропогенной климатической катастрофы следует считать абсолютно не соответствующей действительности.

Как отметил в беседе с корреспондентом "Эксперта" крупнейший отечественный специалист в области океанологии, академик РАН Александр Лисицын, "человек пока еще слишком слаб для того, чтобы оказывать серьезное влияние на климат нашей планеты". Ключ к пониманию долгосрочных климатических процессов спрятан в глубинах Мирового океана, занимающего две трети поверхности Земли.

Спросите у океана

Благодаря технологической революции в измерениях океанской среды, начавшейся в последней четверти ХХ столетия, ученые-океанологи впервые смогли получить непрерывные пространственно-временные ряды и проанализировать неизвестные ранее масштабы океанологических процессов. Зондирующая аппаратура, записывающая вертикальный профиль океанологических характеристик, автономные системы, работающие в наиболее труднодоступных районах океана, поплавки и буи-дрифтеры, перемещающиеся годами как на поверхности, так и на больших глубинах, - вот далеко не полный перечень нововведений, активно использующихся сегодня при исследованиях.

Другая важнейшая составляющая, обеспечившая в последние годы приток качественно новой океанологической информации, - широкомасштабное использование спутниковых наблюдений. Сплошное покрытие акватории океана наблюдениями за уровнем, температурой, волнением, потоками тепла и влаги впервые позволило получить реальную картину взаимодействия океана и атмосферы, структуру течений и увидеть разномасштабные вихри. Особенно заметным событием в этой области стал запуск в августе 1992 года спутника Topex/Poseidon, совместного проекта американской NASA и французского Национального центра космических исследований. Этот спутник занимается регулярными измерениями глобального уровня моря, и на основании получаемых с него данных ученые осуществляют детальное картирование поверхности Мирового океана с точностью до четырех сантиметров.

Такие измерения, естественно, потребовали и нового уровня обработки данных. Этому способствовала наступившая эра компьютеров и сетевых технологий. Теперь в океанологии впервые появляется возможность оценивать параметры среды сразу с трех позиций: с помощью прямых наблюдений в океане (в том числе и без использования судов), путем дистанционного спутникового зондирования и моделирования океанских процессов в режиме реального времени с усвоением непрерывно поступающей из океана и космоса информации.

Прежде всего необходимо сразу расставить акценты в "главном климатическом вопросе" - так называемом процессе глобального потепления. По большому счету на сегодняшний день можно с определенной долей уверенности сказать лишь то, что за прошедшее столетие произошел крайне незначительный прирост температуры земной поверхности - всего-навсего на 0,6 ± 0,2oC. И если кому-то этот скачок представляется убедительным обоснованием неотвратимости дальнейшего повышательного тренда, то для таких граждан дальнейшие комментарии скорее всего будут уже ни к чему. Всем же остальным будет, наверное, полезно узнать, что эти десятые доли градуса были выявлены на базе температурных замеров земной суши, тогда как сколько-нибудь достоверной информации об исторической динамике за тот же период температуры Мирового океана пока нет и в помине.

Но даже если мы условно предположим, что океаническая температурная динамика в ХХ веке в общем и целом коррелировала с "сухопутной", то и в этом случае никаких серьезных оснований для последующей долгосрочной экстраполяции процесса потепления тоже не имеется. Напротив, значительная часть современных ученых сегодня сходится во мнении, что сейчас наша планета переживает очередной кратковременный межледниковый период.

Согласно этой концепции, в самом скором историческом будущем, а именно в течение ближайших ста, максимум двухсот лет, на Земле следует ожидать отнюдь не продолжения потепления, а "глобального похолодания", в том числе очередного реванша вечной мерзлоты. В пользу данной гипотезы имеется уже немало данных экспериментальных наблюдений, полученных в том числе в результате изучения донных океанических осадков и ледового керна (глубинных проб льда) Арктики и Антарктики.

Второй принципиальный момент, особенно усердно педалируемый сторонниками теории антропогенного влияния, - постепенное увеличение за прошедшее столетие концентрации в земной атмосфере CO2 и других парниковых газов, которое, в их интерпретации, и становится главным катализатором глобального потепления. Увы, сравнительно недавно было установлено, что и основной источник, и крупнейший поглотитель углекислого газа - это Мировой океан, а вовсе не земная суша: в океане его находится в 50 раз больше, чем в атмосфере, а периодически образующийся в нем избыток CО2 частично осаждается в виде карбонатных осадков на дно, а частично выбрасывается океаном "наружу". Более того, многие специалисты полагают, что океан поглощает и почти весь углекислый газ, выбрасываемый с промышленными отходами, то есть постоянно выводит его из атмосферы (роль этого "универсального поглотителя" CО2 в океане выполняет фитопланктон - разнообразные микроскопические растения, главным образом водоросли, пассивно передвигающиеся вблизи поверхности воды под влиянием течений).

Основной же удар по парниковому эффекту и его идеологам был нанесен после того, как ученым удалось частично расшифровать исторические записи по CО2, содержащиеся в так называемых природных самописцах - донных океанических осадках и ледовом керне. Реконструировав при помощи этих "самописцев" климатическую историю нашей планеты на 400-700 тысяч лет назад, ученые пришли к выводу, что вся причинно-следственная цепочка киотских мудрецов на самом деле вообще перевернута задом наперед, то есть периодическое увеличение концентрации углекислого газа в земной атмосфере - не причина, а прямое следствие потепления климата, в первую очередь - повышения температуры Мирового океана.

Известный российский геофизик Олег Сорохтин интерпретирует эту взаимосвязь предельно просто: растворимость CО2 в океанических водах строго зависит от температуры воды. Чем ниже температура воды, тем больше в ней растворено CО2, и наоборот. Поэтому потеплениям климата (подъему температуры Мирового океана) всегда будет соответствовать увеличение содержания газа в атмосфере, а похолоданиям - его уменьшение. Приняв к сведению информацию о том, что венцу эволюции отводится явно несоразмерная его амбициям роль в современных климатических процессах, необходимо сделать следующий логический шаг - попытаться найти их истинных виновников.

Глобальный конвейер

Важнейший источник погодной цикличности всех процессов на Земле - энергия Солнца, которая поступает на земную поверхность неравномерно, и если бы она не перераспределялась между широтами, то контрасты температур между экватором и полюсами были бы гораздо большими. Двумя "глобальными транспортерами", обеспечивающими стабильный тепловой режим на нашей планете, как известно, являются океан и атмосфера. Следовательно, есть основания полагать, что ответы на основные вопросы современной климатологии должно дать проникновение в механику взаимодействия этих двух переносчиков солнечного тепла друг с другом.

Еще в середине ХХ века считалось, что главную роль в глобальном переносе тепловой энергии играет атмосфера. Однако в последние десятилетия в этом вопросе произошел переворот, и немалую роль в этом сыграла группа российских ученых из Института океанологии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Сергея Лаппо. Было обнаружено, что роль океанских процессов как минимум сопоставима с атмосферными.

Причем, что характерно, в системе "океан-атмосфера" океан служит инерционной средой, медленно накапливающей изменения, которые происходят в атмосфере. Эта его инерционность вполне объяснима: плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха, а удельная теплоемкость - в четыре раза (теплозапас всего лишь трехметрового слоя океана равен теплоемкости всей атмосферы). Благодаря своей высокой теплоемкости океан относительно медленно нагревается и охлаждается, а атмосфера, напротив, представляет собой волатильную часть. Таким образом, океан в климатической системе определяет долгопериодные изменения климата и служит своеобразным стабилизирующим компонентом, причем существенная роль в этом принадлежит глубинным водам, занимающим три четверти его общего объема.

В XIX веке существовало заблуждение, что движение вод океана вызвано исключительно действием ветра и все динамически значимые процессы в нем сосредоточены в относительно тонком верхнем слое. Что же касается глубинных и донных вод, то они рассматривались как неподвижная инертная среда, изолированная от воздействия внешних процессов, в которой отсутствует изменчивость температуры и показателей солености.

Сегодня этот упрощенный подход к океанической динамике подвергся весьма серьезной корректировке. Благодаря проведенным в последние несколько десятилетий исследованиям было установлено, что, хотя ветровое воздействие действительно оказывает определенное влияние на циркуляцию вод поверхностной части океана, значительно более серьезным фактором является перемещение водных слоев из-за различий в распределении их плотности. В поверхностном слое движение вод происходит с большими скоростями, чем в глубинном, но сам этот слой занимает лишь верхние несколько сотен метров. Поэтому объем вод, переносимых в глубинных слоях, во многих районах океана оказывается более значительным, чем вблизи поверхности.

Неоднородность физико-химических свойств различных слоев Мирового океана вызывает глобальное перераспределение теплых поверхностных и холодных глубинных вод между разными регионами земного шара, и этот процесс, получивший название "глобальный океанский конвейер", и является главным движущим механизмом долгопериодных климатических вариаций.

Общая схема межокеанской циркуляции слоев была впервые обнаружена в начале 70-х годов ХХ века американским ученным Уолласом Брокером, но еще в 50-е годы схожие идеи высказывал классик отечественной гидрохимии Семен Бруевич.

Самые плотные воды Мирового океана образуются в Арктическом бассейне. Часть этих вод через глубоководные проходы-желобы на глубинах порядка 500-1000 м проникает в Северную Атлантику и распространяется вблизи дна. Смешиваясь с дополнительными порциями вод из прилегающих морей, этот арктический поток на глубинах более двух километров распространяется на юг и далее - по всему Мировому океану. В свою очередь, в верхнем слое возникает компенсационный поток теплых вод из Тихого и Индийского океанов обратного направления.

За счет разности температур двух звеньев "глобального конвейера" - уходящих на юг глубинных вод и приходящего от экватора теплого компенсационного течения - Северная Атлантика получает дополнительное количество тепловой энергии (занимая 11% поверхности Мирового океана, она отдает 19% всего солнечного тепла, поступающего на Землю). Эта избыточная теплота, переносимая на север поверхностными атлантическими течениями, среди которых наиболее известен Гольфстрим, смягчает климат стран Европы, особенно в зимний период.

Новая Панама

Ключ к климатическим процессам - в глубинах Мирового океана, занимающего две трети поверхности Земли

Помимо долгопериодных внутриокеанических процессов, определяемых относительно инертным "глобальным конвейером", на естественные колебания климата Земли в среднесрочном плане огромное влияние оказывает ряд явлений, обусловленных тесным взаимодействием океана и атмосферы. В Южном полушарии климатические вариации в значительной степени определяются явлением Эль-Ниньо, а для климата Северного полушария, особенно Европейского региона, большое значение имеет так называемое Северо-Атлантическое колебание (САК), причем оба эти явления определенным образом связаны между собой. Так, сравнительно недавно метеорологам удалось установить, что в годы, когда Эль-Ниньо находится на пике своей активности, в Атлантике, напротив, наблюдается снижение количества зарождающихся ураганов и тайфунов.

Явление Эль-Ниньо, впервые ставшее предметом углубленного научного анализа в начале 80-х годов ХХ века, представляет собой периодический процесс перестройки атмосферной циркуляции в Тихом океане. В его "спокойной" стадии за счет разности в атмосферном давлении между северо-западной Австралией и южноамериканским побережьем огромная масса нагретой в экваториальной зоне Тихого океана воды под действием пассатных ветров перемещается от берегов Южной Америки вдоль экватора в сторону австрало-азиатских морей. При этом у берегов Чили, Перу и Эквадора обычно наблюдается так называемый апвеллинг - подъем к поверхности глубинных холодных вод, насыщенных питательными элементами, основой для питания планктона. Этот прибрежный район благодаря данному процессу является наиболее богатым рыбными ресурсами участком Мирового океана.

Однако время от времени (с периодом от двух до девяти лет) направление потока теплых вод Эль-Ниньо резко меняется на противоположное: интенсивный водный поток движется уже из западной части Тихого океана к берегам Южной Америки.

В периоды активности Эль-Ниньо у берегов Южной Америки теплые поверхностные воды из западной части океана с температурой около 25oC останавливают подъем глубинных вод к поверхности, и, сталкиваясь с нехваткой корма, рыбные косяки временно уходят из этих мест. Это циклическое явление, известное местным рыбакам с XIX века, наносит огромный урон экономике многих южноамериканских стран. Однако помимо проблем с рыбным промыслом с Эль-Ниньо связаны и куда более серьезные погодные катаклизмы: многочисленные засухи, наводнения и ураганы в тропических странах Тихоокеанского региона. Причем его влияние распространяется далеко за пределы экваториальной полосы Тихого океана, где оно непосредственно наблюдается, и включает в себя ураганы на западном побережье Калифорнии, аномально теплые и влажные зимы в странах, прилегающих к Мексиканскому заливу, сбои в нормальном функционировании Индийского муссона и т. д. Установлено даже некоторое влияние Эль-Ниньо на аномалии уровня Каспийского моря, которое было прослежено с помощью математического моделирования (оказалось, что положительные аномалии температуры водной поверхности в восточной части тропиков Тихого океана довольно устойчиво коррелируют с усилением осадков в бассейне водосбора Волги), а также на изменение температуры в Средней Сибири, которая в годы активности Эль-Ниньо понижалась на 3oC.

Близкий аналог Эль-Ниньо - Северо-Атлантическое колебание, которое напрямую определяет, насколько суровыми будут зимы в европейских странах. (Схема действия САК проиллюстрирована на рис. 2.) В отличие от его тихоокеанского собрата механизм работы САК до самого недавнего времени оставался неизвестным земным метеорологам: его важнейшую роль в регулировании климатических процессов в Европе удалось выявить только в середине 90-х годов благодаря исследованиям, проведенным американскими и российскими учеными.

Специфика САК состоит в том, что изменение разности атмосферного давления между высокими значениями у Азорских островов и низкими над Исландией приводит к усилению или ослаблению интенсивности формирования циклонов, приносящих в Европу влагу, а также к изменению преобладающего направления переноса воздушных масс. Обычная траектория движения циклонов при высоких значениях разности давлений (высоком индексе САК) идет через северную часть Европы, а при низком индексе она смещается в район Средиземноморья. Катастрофические наводнения последних лет в Европе и Краснодарском крае - прямое следствие уменьшения индекса САК. Причем установлено, что в последнее столетие число таких южных циклонов несколько увеличилось.

В будущем рост природных катаклизмов на нашей планете, по-видимому, неизбежен, однако было бы по меньшей мере наивно заранее посыпать голову пеплом и каяться во всех смертных грехах, так до конца и не разобравшись в глубинных механизмах, регулирующих долгосрочные климатические процессы. Для всех же желающих следовать пламенным призывам премьер-министра Великобритании Тони Блэра, заявившего в середине прошлой недели о необходимости скорейшего осуществления "зеленой индустриальной революции" и очередного объединения усилий по борьбе с глобальным потеплением, нам остается лишь процитировать Александра Лисицына: "Киотский протокол - это научная Панама XXI века".

Новая исследовательская программа

Для исследования причин климатической изменчивости было выполнено несколько крупных международных программ. В процессе глобального эксперимента WOCE (World Ocean Circulation Experiment), проходившего в 90-е годы под эгидой Всемирной программы исследования климата, по единой программе и на основе единых методик выполнена глобальная подробная съемка состояния океанских вод. Аналогичный объем работ был выполнен за предыдущие два века наблюдений. Недавно успешно завершилась международная программа по изучению тропического океана и атмосферы TOGA (Tropical Ocean Global Atmosphere), проводившаяся в 80-90-е годы. Проект TOGA путем прогнозирования изменений погоды для районов, подверженных воздействию Эль-Ниньо, способствовал практическому применению фундаментальных знаний о климатической изменчивости. В результате осуществления целого ряда долгосрочных проектов была создана всемирная база океанологической информации, а также региональные центры сбора, хранения и усвоения данных. Огромный накопленный массив океанологических и метеорологических данных послужил основой для международной программы CLIVAR (Climate Variations), цель которой - изучение и долгосрочное прогнозирование климатической изменчивости.

Великая соленостная аномалия

Долгосрочные изменения в глубинной и поверхностной циркуляции Северной Атлантики, приводящие к серьезным перебоям в работе "межокеанского конвейера", с определенным временным лагом обязательно сказываются на изменении климата Европы. Так, если зимой в Северной Атлантике плотность воды на поверхности по какой-либо причине уменьшится, не возникнет условий для погружения вод в глубинный слой. При этом должна произойти перестройка всей циркуляции Мирового океана, поскольку у теплого поверхностного потока уже нет возможности беспрепятственно проникать далеко на север: без опускания холодных вод для него там нет свободного пространства. Одно из наиболее значительных событий такого рода произошло в конце 1960-х годов из-за выноса аномально большого количества льда из Арктического бассейна вдоль побережья Гренландии и его последующего таяния. В верхнем двухсотметровом слое соленость сильно уменьшилась, образовавшиеся пресные и легкие воды не могли погружаться на значительные глубины, как прежде. Это явление получило название "Великая соленостная аномалия". Во время ее развития в высоких широтах накапливались холодные воды, в субтропиках - теплые. Контраст температур воды в умеренных широтах обострялся, и в результате с середины 1970-х годов увеличилось количество образующихся над Северной Атлантикой атмосферных циклонов и количество переносимой ими влаги. Следствием усиления циклонической активности были мягкие зимы с сильными оттепелями в районе Москвы, увеличение стока Волги примерно на четверть в 1980-е годы по сравнению с 1970-ми, а с конца 1977 года начался рост уровня Каспийского моря, поднявшегося к 1994 году более чем на два метра.