На вопросы корреспондента «Аргументы недели» о подъёме уровня Мирового океана, прогнозах его повышения или понижения, о геологической истории нашей Планеты и, о том, какие территории останутся при наводнении, а какие территории станут навсегда морским дном, о таяние ледникового щита Гренландии, о том, был ли Библейский потоп и что в ближайшей перспективе ждет город на Неве Санкт-Петербург - ответил известный российский ученый, исследования которого уровня Мирового океана и климата соответствуют мировому уровню, доктор географических наук, академик РАЕН, профессор кафедры прикладной океанографии и комплексного управления прибрежными зонами Российского государственного гидрометеорологического университета Валерий Николаевич Малинин. Ряд его работ («Влагообмен в системе океан-атмосфера», «Морские льды и климат», «Водный баланс атмосферы как гидрологическая задача», «Изменчивость вихревой активности атмосферы над Северной Атлантикой», «Глобальный водный баланс», «Уровень океана: настоящее и будущее», «Гидросфера Земли» и др.) находятся на стыке различных наук о земле: океанологии, гидрологии, метеорологии, климатологии, а РГГМУ единственная организация в России, которая занимается проблемой изучения изменчивости уровня Мирового океана. Валерий Николаевич автор 8 учебников, лауреат премии Правительства Санкт-Петербурга им. М.И. Будыко за выдающиеся достижения в науке и технике (2016), руководитель ведущей научно-педагогической школы Санкт-Петербурга «Взаимодействие океана и атмосферы и изменения климата», главный редактор научно-теоретического журнала «Гидрометеорология и экология».
- Хочу сразу взять «быка за рога». В настоящее время уровень Мирового океана (УМО) по данным спутников НАСА растет со скоростью 3,3 мм/год. Это много или мало? По прогнозам многих авторов он может увеличиться к концу столетия на 50-70 см и даже более метра. Это реально? И чем это грозит для человечества?
- Возможно, быка за рога вы и возьмете, но меня точно нет. Но шутки в сторону. Поговорим об уровне океана, с которым точно шутить нельзя. Очевидно, в общем случае сведения о морском уровне можно разделить на три этапа: палеоклиматические реконструкции, береговые (футшточные) и спутниковые (альтиметрические) наблюдения. Сведения об уровне в прошлом дают палеоклиматические реконструкции. Однако, чем дальше вглубь веков они отступают, тем меньше их надежность. Поэтому имеет смысл рассматривать изменчивость УМО с последнего Вюрмского оледенения, которое достигло максимального развития около 20 тыс. лет назад. Затем оно стало быстро разрушаться, отступая к очагам своего формирования. Разрушение связано с приближением максимума самого мощного 100000-летнего климатического цикла, обусловленного эксцентриситетом земной орбиты. Именно он сформировал нынешнее межледниковье, называемое голоценом. На рис. 1 представлен межвековой ход УМО за последние 20 тыс. лет, реконструкция которого выполнена в работе (Rohde, 2014). По-видимому, это наиболее достоверный график изменчивости УМО.
Рис.1. Межвековой ход уровня Мирового океана за последние 20 тыс. лет назад по данным проекта Global Warming Art project (Rohde, 2014).
Итак, 20 тыс. лет назад уровень был ниже современного примерно на 125 м. Как видно из рис. 1, наиболее интенсивный рост УМО начался 15 тыс. лет назад до нашей эры. Однако через 1,5 тыс. лет он немного затормозился, но затем опять стал интенсивно расти. Рост УМО резко замедлился около 8 тыс. лет назад, т.е. в наступившую эпоху голоцена. За период 18–8 тыс. лет УМО рос со скоростью 11 мм/год и вырос на 110 м, причем за последние 8 тыс. лет его рост резко замедлился до 1,25 мм/год. В результате средняя скорость роста УМО за рассматриваемый период составила 6,67 мм/год.
- Валерий Николаевич, как Вы считаете, был ли Библейский потоп с геологической точки зрения, когда Ной спасал всех? Если да, может ли история повториться?
- Дело в том, что исторические даты «Всемирного потопа» сильно различаются. Например, согласно хронологии Септуагинты потоп произошел 1 декабря 3248 г. до н. э. по юлианскому календарю, а библейской хронологии он случился в 1656―1657 гг. до н. э. причем его происхождение не связано с какими-либо естественными факторами, а вызвано грехами человека. Согласно Ветхому Завету длительность ливней составила 40 дней, начало потопа произошло 9972 г. до н.э. при этом уровень моря до потока находился на отметке -180 м. Если мы посмотрим, на рис. 1, то видим явную нестыковку. Даже 20 тыс. лет назад уровень был на отметке -125 м. Каких-либо достоверных документальных подтверждений о существовании потопа до сих пор не найдено. Я склонен думать, что «Всемирный потоп» не более чем красивая библейская легенда. В принципе, в будущем он может произойти в том случае, если в Землю врежется крупный астероид. Но вероятность этого крайне мала.
Давайте лучше поговорим об изменениях уровня океана в современный период. Относительно регулярные массовые береговые наблюдения за уровнем стали проводиться в XIX-м веке. При их накоплении появилась возможность анализировать межгодовую изменчивость УМО. Однако при этом возникает целый ряд неопределенностей. К ним относятся: пространственная неоднородность в распределении прибрежных станций с длительными наблюдениями (если в Европе и США их избыточное число, то в Африке, Австралии и Южной Америке, наоборот, очень мало), невозможность измерения морского уровня вне береговой черты, трудности учета вертикальных движений земной коры и т.п. Несмотря на это, разными авторами построено значительное число длительных временных рядов УМО. В нашей стране единственный временной ряд УМО за 145 лет с 1861 г. был реконструирован в РГГМУ еще в 2007 г. (рис. 2). Нетрудно видеть, что его главной закономерностью является наличие мощного линейного тренда, который описывает 94 % дисперсии исходного ряда УМО. В течение XX столетия величина тренда достигала почти Tr=1,8 мм/год.
Рис. 2. Межгодовой ход УМО, рассчитанного разными авторами.
1 – модель РГГМУ (2007), 2 – данные (Church, White 2006),
3 – данные (Jevrejeva et al., 2006).
Спутниковые измерения морского уровня начались еще в середине 70-х годов XX века, однако достоверными оценки УМО по альтиметрическим данным считаются с ноября 1992 года после запуска спутника TOPEX/Poseidon. Принципиальное достоинство данного метода состоит в том, что он позволяет получить оценки уровенной поверхности океана практически для всей его акватории. На рис. 2 дается межгодовой ход аномалий УМО за 1993-2023 гг. Нетрудно видеть, что в нынешнем веке по сравнению с прошлым произошло почти двукратное ускорение роста УМО (Tr=3,4 мм/год), основным виновником которого послужили океаны южного полушария за счет ускоренного роста теплосодержания его вод. Сравнение альтиметрического тренда с палеоклиматическим (за 20 тыс. лет) показывает, что он почти в 2 раза меньше. Отсюда следует, что ускорение роста УМО в начале ХХI века не стоит рассматривать как неординарное событие. Оно не более, чем рядовое.
Рис. 2. Межгодовой ход аномалий уровня Мирового океана за 1993-2023 гг. (http://sealevel.colorado.edu)
- Вопрос повышения уровня является крайне актуальным, поскольку он связан с миграцией населения в прибрежной зоне. Но очевидно предварительно необходимо объяснить причины повышения уровня.
- Так как на формирование уровня действует большое число различных по своей природе факторов, то их целесообразно объединить в три большие группы: космогеофизические силы, геолого-геодинамические процессы, гидрометеорологические процессы. Их детальный анализ (см. Малинин В.Н. Уровень океана: настоящее и будущее, РГГМУ, 2012, 240 с.) показал, что в диапазоне межгодовой изменчивости преимущественный вклад в колебания УМО вносят гидрометеорологические (климатические) факторы. Если точнее, то пренебрегая деформационными колебаниями ввиду их малости, изменения УМО представляют собой сумму эвстатических факторов и стерической компоненты. К эвстатическим факторам относятся составляющие водного баланса (осадки, выпадающие на акваторию МО, материковый (поверхностный и подземный) сток в Мировой океан (МО), ледниковый сток в океан из Антарктиды и Гренландии, испарение с акватории МО. Стерическая (плотностная) компонента УМО, обусловлена изменением плотности морской воды. Как вы думаете, какой фактор дает наибольший вклад в изменения УМО?
- Наверное, ледниковый сток?
- В палеоклиматических масштабах это действительно так. Однако для современных условий в масштабе десятилетий главной оказывается стерическая компонента, которая в ХХ веке составляла примерно треть от изменений УМО. На рубеже веков (1993–2016 гг.) она уже стала описывать половину изменений уровня, т.е. практически сравнялась с суммарным вкладом эвстатических факторов.
- Все-таки не очень понятно, что представляет собой стерическая компонента уровня.
- Между уровнем океана и плотностью морской воды существует обратная почти функциональная зависимость. С увеличением плотности уровень понижается и наоборот. В тоже время температура воды – основной фактор изменения плотности. С ее повышением плотность уменьшается и наоборот. Таким образом, получаем прямую зависимость уровня от температуры воды. С ее повышением уровень океана растет. Но поскольку изменения температуры происходят примерно до нижней границы главного термоклина, т.е. глубин порядка 2-3 тыс. м, вся эта водная толща вод океана (теплосодержание) влияет на уровень. Даже если потепление океана остановится, то его уровень все равно будет повышаться в течение многих десятилетий.
- Неужели?
- Дело в том, что вертикальная скорость имеет порядок 10-4―10-5 м/с, т.е. крайне малая. В результате тепловой импульс от поверхности океана дойдет до нижней границы термоклина через несколько десятилетий. Как видите, огромная инерция. К сожалению, оценить время влияния импульса ТПО на теплосодержание толщи океана очень сложно, но приближенные статистические расчеты показывают, что такое запаздывание составляет порядка 25-30 лет.
- Можно я вас перебью? Некоторые наши российские ученые считают, что Земля прогревается изнутри, со дна океана. Может ли это отразиться на климате и уровне Мирового океана?
Достоверных сведений о выделении со дна океана значительного количества тепловой энергии, способного повлиять на теплосодержание вод океана нет. Поэтому я продолжу. Суть подхода, развиваемого в РГГМУ, состоит в том, что оценка вкладов различных факторов осуществляется с использованием уравнения пресноводного баланса Мирового океана как сумма эвстатических и стерического факторов. Что касается ледового стока с Гренландии и Антарктиды, то по моим оценкам суммарный (твердый плюс жидкий) сток Гренландии в рост УМО в конце ХХ в. составлял 7,8 %, а твердый сток Антарктиды – 13,4 %., причем на рубеже веков (1993–2016 гг.) сток с Гренландии возрос до 16 % в основном за счет увеличения жидкого стока. При этом сток с Антарктиды остался примерно на том же уровне. Вклад материкового стока по объему остается на уровне ХХ в., но с учетом того, что тренд УМО возрос почти в 2 раза, значит вклад материкового стока уменьшился на столько же.
Обратимся к оценкам эффективного испарения (разность испарение минус осадки, Е-Р) с поверхности океана. Понятно, что за многолетний период эта разность должна соответствовать сумме материкового и ледового стока в океан. Выполненные расчеты испарения и осадков с 1980 г., т.е. с начала интенсивного глобального потепления, показали наличие в их временном ходе значительных положительных трендов. При этом в течение всего периода до 2016 г. и даже для отдельных временных отрезков тренд в осадках всегда был выше тренда в испарении. Это означает тенденцию уменьшения горизонтального переноса влаги с океана на материки и повышение уровня океана. Для периода 1993-2016 гг. тренд в Р-Е равен 0,66 мм/год или 0,21 % от тренда УМО. Если теперь просуммировать все тренды, то получим, что суммарный вклад факторов в тренд УМО равен 3,16 мм/год, в то время как наблюденный тренд УМО за этот период составлял 3,1 мм/год (Малинин и др. Изменения уровня Мирового океана в текущем столетии//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 9–22). Дисбаланс (невязка) очень мал и равен всего 0,06 мм/год.
- Это ваши результаты. Они соответствуют зарубежным исследованиям?
- В отличие от России за рубежом, особенно в США, на проблему изменений УМО и его прогноза на долгосрочную перспективу тратятся огромные финансовые ресурсы, ей занимаются большие коллективы исследователей. При этом для оценки вклада разных факторов в изменения УМО используется другой подход, а именно, уравнение баланса вод в гидросфере, т.е. в криосфере и на суше. Под криосферой понимаются ледниковые щиты и горные ледники. С помощью спутниковых методов оцениваются изменения массы ледниковых щитов Гренландии, Антарктиды и массы горных ледников, а также изменения запасов поверхностных и подземных вод суши. Их тренды суммируются с трендом стерических колебаний уровня и затем сравниваются с наблюденным трендом УМО. Обобщение полученных результатов приводится в Оценочных отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и представлены в многочисленных публикациях.
На мой взгляд, зарубежные исследователи допускают принципиальную ошибку, рассматривая таяние горных ледников в качестве вклада в изменения УМО. Таяние горных ледников, которое действительно весьма существенно, может давать непосредственный вклад в изменения УМО только с ледников, расположенных на островах в Северном Ледовитом океане, и возможно частично с территории Аляски, поэтому вряд ли превышает 0,1 мм/год относительно УМО. Горные ледники, находящиеся в Европе, Азии, Африке и Южной Америке, могут влиять на УМО, очевидно, только через приток речных вод к океану. При этом значительная часть таяния ледников находится в области внутреннего стока, т.е. вообще не может попасть в океан. Поэтому отнесение их вклада в тренд УМО представляется более чем сомнительным. Кроме того, оценки изменения огромных запасов подземных вод суши практически невозможно определить. У разных исследователей их тренды имеют противоположные знаки. Если исключить вклад горных ледников, то получаем большую невязку между фактическим и вычисленным УМО. Например, за период 1993-2010 гг. (МГЭИК, 2013) она равна 1,2 мм/год при фактическом УМО равном 3,2 мм/год. Впечатляет?
- !!! Но все-таки, что будет происходить с уровнем в будущем?
- Уровень будет расти. В этом нет сомнений, т.к. растет глобальная температура воздуха, которая является наиболее важным фактором изменений УМО. Вопрос в том, насколько быстро. Понятно, с удлинением заблаговременности точность прогностических оценок уменьшается. В РГГМУ разработан комплекс статистических методов долгосрочного прогноза УМО на длительную перспективу (столетие) на ближнюю перспективу (несколько десятилетий) и на несколько лет. Надежный прогноз УМО на несколько лет может быть получен очень простым способом – по его линейному тренду. С практической точки зрения наиболее важными являются прогнозы УМО на длительную перспективу, в частности, на конец столетия. С данной целью применяются модели общей циркуляции атмосферы и океана, которые позволяют рассчитывать параметры климата на очень длительный период времени. Обычно для этого используются климатические сценарии, на основе которых рассчитываются оценки изменений глобального климата до 2100 года. Наиболее широкое распространение они получили в рамках проектов CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3), CMIP5 и CMIP6, результаты которых использовались соответственно в Четвёртом, Пятом и Шестом оценочных докладах МГЭИК. Так как результаты, рассчитанные по отдельным моделям, характеризуются значительными расхождениями, то для уменьшения неопределенности отдельных моделей, обычно выполняется усреднение по всему комплексу моделей или выбирается «лучший» сценарий и «лучшая» модель. По сути, это означает экспертный подход, ибо мы можем выбрать такую оценку УМО, которую сочтем наиболее разумной. Диапазон роста оценок УМО на 2100 г. составляет 26-82 см. Нижняя оценка меньше современного тренда УМО и означает деградацию потепления, а верхняя – наоборот, его значительное усиление.
Если не дай Бог, реализуется верхняя оценка роста УМО, то это может привести к катастрофическим последствиям, включая переселение до млрд. человек из зоны затопления и подтопления равнинных прибрежных территорий. Прежде всего, это касается Вьетнама, Таиланда, Бангладеша, Южной Индии, южных островов Японии, Китая, Индонезии и др. стран. Некоторые страны уйдут под воду (Тувалу в Тихом океане, Мальдивы в Индийском океане). Крупнейшие мегаполисы США, Европы, Азии потенциально попадают в зону затопления и подтопления. К сожалению, в зоне подтопления окажется и Санкт-Петербург. И никакая дамба не поможет.
- Почему?
- Потому что Нева несет свои воды в Финский залив. Впрочем, это только цветочки. По мнению многих исследователей, даже высшая оценка роста УМО с высокой вероятностью окажется заниженной к концу XXI в. Причиной этого называется резкое усиление таяния ледникового щита Гренландии, частичное разрушение Западно-Антарктического щита Антарктиды и рост теплосодержания океана. В этом случае УМО может повыситься к 2100 г. на 2−2,5 м. Впрочем, подобные прогнозы выглядят скорее фантастическими, ибо диапазон разброса опубликованных прогнозов, а также неопределённости в понимании изменений климата на перспективу лишь подчёркивают тот факт, что будущее повышение УМО остаётся ареной глубокой неопределённости.
- Вы сказали, что температура воздуха является важнейшим фактором изменений УМО. Но по мнению многих исследователей, особенно за рубежом, антропогенные выбросы СО2 дают преобладающий вклад в изменения климата. В Пятом отчете МГЭИК даже написано « ...в высшей степени вероятно (extremely likely, 95–100 %), что влияние человека является доминирующей причиной наблюдаемого потепления с середины XX столетия». Значит ли это, что в росте УМО также надо «винить» СО2?
- Хорошо, кратко выскажусь на эту тему, хотя она требует специального обсуждения. Парниковый эффект (ПЭ), обусловленный углекислым газом, состоит из двух компонент: естественной и антропогенной. Эмиссия СО2 из МО в атмосферу составляет 78 млрд т/год, из биосферы — 118 млрд т/год. Антропогенные выбросы СО2 равны примерно 9 млрд т/год. Даже без учета вулканических извержений антропогенный вклад в ПЭ оказывается равным всего 4,6 %. Как известно, полное перемешивание газов в атмосфере в глобальном масштабе оценивается примерно неделей. Именно за такое время происходит полное обновление водяного пара в атмосфере. Даже в течение месяца парниковые газы перемешиваются в атмосфере не менее четырёх раз. В связи с этим в настоящее время корректное разделение ПЭ на естественную и антропогенную компоненты практически нереально. Поэтому нельзя утверждать, что антропогенный СО2 с его вкладом в ПЭ менее 5 % является доминирующим фактором глобального потепления.
Современное глобальное потепление обусловлено не антропогенной деятельностью, а крупномасштабным взаимодействием между океаном и атмосферой и регулируется системой положительных и отрицательных обратных связей, причем положительные связи преобладают. При этом особую роль играет положительная обратная связь между влагосодержанием атмосферы (ВА) и температурой воздуха (ТВ). Как известно, ВА является главным парниковым газом, вклад которого в ПЭ достигает 75 %. На долю СО2 приходится около 20 %. Но 20 % относится к суммарной концентрации СО2 за счет всех источников. Отсюда легко получить экспертную оценку вклада антропогенного СО2 в ПЭ, которая составляет 1 %. Выводы делайте сами.
Итак, при повышении ТВ увеличивается влагоемкость атмосферы, что сказывается на росте ВА. В свою очередь ВА через ПЭ повышает ТВ. В этом суть обратной связи. Однако связь между ВА и ТВ не является функциональной, как это принимается в зарубежных исследованиях. В Четвертом отчете МГЭИК (2007) черным по белому написано «увеличение концентрации водяного пара является ключевым следствием, но не причиной процесса глобального потепления и, следовательно, полностью обусловлено положительной обратной связью между ними». Это означает полное игнорирование естественных причин. Однако физические законы не в силах отменить даже всесильная МГЭИК. В соответствии с уравнением водного баланса атмосферы изменчивость ВА определяется разностью между испарением и выпавшими осадками, которые в свою очередь зависят от процессов взаимодействия в системе океан-атмосфера. Впрочем, это тоже тема специального важного разговора.
Однако нельзя утверждать, что антропогенный СО2 никак не влияет на климат. Я вижу его роль в том, что он является своеобразным катализатором глобального потепления. Рост СО2 – это фактор усиления обратной положительной связи между температурой воздуха и влагосодержанием, не допускающий движения климатической системы в сторону похолодания. Так что в росте УМО «вина антропогенного СО2» примерно такая же, как в его влиянии на глобальную температуру.