доцента кафедры океанологии Института наук о Земле СПбГУ Бориса Иванова.
Изменение климата или погрешность наблюдений?
— Борис Вячеславович, на ваш взгляд, можно ли говорить о глобальном потепеле— нии в Арктике, или наблюдения за последние десятилетия — слишком короткий срок, чтобы делать подобные выводы?
— Безусловно, когда специалисты говорят о глобальном потеплении, то анализируют весь доступный ряд регулярных инструментальных наблюдений, которому как минимум полторы сотни лет. Например, самые первые российские наблюдения в Арктике начались в последней четверти XIX века на Новой Земле на станции «Малые Кармакулы». Это был I Международный Полярный год (I МПГ). В качестве стандартного периода для оценки климатических переменных, характеризующих текущий или современный климат, по рекомендации Всемирной Метеорологической Организации (ВМО) используется период в 30 лет. В настоящее время это 1991— 2020 годы. Термин «норма» по умолчанию означает среднее значение переменной величины именно за указанный период, а отклонение этой величины от «нормы» называют «аномалией».
— Есть такое мнение бывалых полярников, что та картина в Арктике, которую мы наблюдаем сегодня — это лишь небольшая часть глобального процесса, и, на самом деле, мы стоим на пороге вовсе не потепления климата…
— Если следовать выводам геологов и анализу глобальных геологических эпох и циклов, то с этой точки зрения мы вообще приближаемся к очередному ледниковому периоду. На фоне глобальных циклов, продолжительность которых длится от десятков до сотен тысяч лет и более, наши локальные изменения на протяжении нескольких десятилетий едва ли позволяют нам говорить о каких-либо глобальных изменениях, которые происходят на планете. Есть инструментальные наблюдения за температурой воздуха, а есть косвенные — это дендрология или те же оценки ледяных кернов в Антарктиде. В зависимости от того, что берем за основу, мы можем делать те или иные выводы.
— То есть климатические колебания идут в пределах статистической погрешности?
— Не совсем так. Давайте опираться на регулярные инструментальные наблюдения. Вы не
поверите, но в одном из отчетных докладов Росгидромета указана точная дата, месяц и год начала потепления на территории России — это август 1976 года. Но климатологи подчерки-
вают, что большинство оценок периодов и интенсивности потеплений зависят от временных интервалов, которые они берут для расчета тенденций. Зачастую это рубеж 80−90 гг. Кстати, это одна из причин, по которой ВМО сменило предыдущий стандартный период для оценки климатических переменных (норму). Прежний стандартный период, 1961−1990 гг., захватывал годы как устойчивого похолодания, так и потепления, то есть эта норма не была репрезентативной в полной мере. С 1991 по 2020 год мы наблюдаем устойчивое потепление в терминах среднегодовых температур на всем этом интервале. Несмотря на то, что от года к году могут быть изменения — например, последующий год может быть холоднее предыдущего, это не значит, что начинается смена тенденции. Это естественные межгодовые колебания или так называемая межгодовая изменчивость.
— Почему в Арктике принято измерять температуру в двух метрах от поверхности?
— Таким способом температуру воздуха измеряют не только в Арктике, но и по всему миру — это так называемый «screen level» по терминологии ВМО. Дело в том, что измерять температуру у самой поверхности некорректно, потому что сама поверхность либо нагревается, либо остывает относительно температуры воздуха на уровне двух метров. Дело в том, что два метра — тот уровень, в пределах которого, как правило, осуществляет свою жизнедеятельность человек. Эту норму ВМО приняла еще в 19 веке. Вне зависимости от того, где находится метеостанция — в горах, на равнине или в какой-то впадине, наблюдения производят на высоте два метра над уровнем поверхности в специальных метеорологических будках. Возраст метео-рологической будки даже несколько больше, чем длина рядов регулярных инструментальных наблюдений в некоторых странах.
Автор такой будки — Томас Стивенсон. Это отец Роберта Льюиса Стивенсона, автора романа «Остров сокровищ». По этой причине она очень долго называлась английской будкой. Суть в том, что ее внутренние и внешние жалюзи находятся под определенным углом, и прибор в будке защищен от прямых солнечных лучей, осадков и ветра. Кроме того, в ней происходит естественная циркуляция воздуха.
Погодные аномалии по всему миру
— В 2021 году навигацию по Северному морскому пути завершили намного раньше, а в 2012-м для освобождения судов ото льда в Финском заливе пришлось задействовать атомный ледокол «Вайгач». Кроме того за прошедшее десятилетие не раз замерзало Черное и Азовское море. На ваш взгляд, с чем связаны такие погодные аномалии?
— Даже на этапе устойчивого потепления от года к году могут происходить сдвиги в температурном режиме. Кстати, если вы затронули проблемы с навигацией 2021 года, то одна из самых первых зарегистрированных трагедий на Северном морском пути произошла в 1937
году, а это был период первого потепления Арктики. В 1937 году на трассе Севморпути замерз большой караван торговых судов, в частности ледокольный пароход «Георгий Седов», который с 1937 по 1939 год продрейфовал практически по пути норвежской полярной экспедиции Ф. Нансена на судне «Фрам». Это был второй сквозной трансарктический дрейф. Все это происходило в период первого потепления Арктики — в 20−40-е годы XX века. По ряду оценок оно было более интенсивным, чем современное, хотя и более кратковременным. Что касается Финского залива, то в этом регионе периодически возникают аномалии ледового режима, а замерзание северной части Черного моря в районе Одессы — явление отнюдь не аномальное. То же самое касается Азовского моря, которое, практически ежегодно замерзает. Также зимой замерзает и северная часть Каспия, а иногда и бухта «Золотой Рог» во Владивостоке. Льдом покрывалась и северная часть Адриатического моря, бывали случаи, когда замерзали каналы Венеции и даже побережье в районе Копенгагена. В последние 30 лет, несмотря на устойчивое потепление, температурные аномалии происходят регулярно. Специалисты в области термодинамики сложных систем считают, что мы наблюдаем переход климатической системы из одного устойчивого состояния в другое, а в период такого перехода возможны и резкие отклонения.
— В вашей статье упоминается, что темпы потепления в северной части Баренцева моря в 2−2,5 раза выше, чем во всей остальной Арктике. Как вы считаете, с чем это связано и как именно в данный момент влияет на погоду?
— Увеличение темпов потепления в северной части Баренцева и Карского моря было отмечено не только нами, но и нашими норвежскими коллегами. У нас даже вышла совместная пуб— ликация в солидном научном журнале. Известно, что темпы потепления в Арктике превышают средние оценки по планете. Такое явление называется «arctic amplification» или «арктическое усиление». Оно связано с очень сложными процессами в системе океан-атмосфера в полярных широтах или так называемыми положительными обратными связями. Например, теплые воды из Северной Атлантики проникают в северную часть Баренцева моря. Соответственно, Баренцево море позже замерзает, его ледяной покров не достигает максимальной толщины, наблю-давшейся здесь ранее. В весенне-летний период такой лед быстрее тает и освобождение значительных акваторий моря от ледяного покрова происходит раньше, чем обычно. Морская вода имеет низкое альбедо (отражающую способность поверхности), потому больше и быстрее нагревается. Растет теплозапас верхнего слоя моря и, как следствие, ледообразование начинается еще в более поздние сроки и так далее.
Подобный триггерный процесс называется положительной обратной связью. Он проявляется
в Арктике в наибольшей степени. Добавьте к этому процессы, связанные с увеличением содержания водяного пара, облачности и так далее. По совокупности ряда причин потепление в Арктике происходит более интенсивнее, чем в целом по планете. Есть арктические районы,
где потепление максимально. Своеобразный рекорд установил небольшой архипелаг под названием Острова Карла XII, расположенный к северу от архипелага Шпицберген. Там за последние 30 лет приземная температура воздуха в зимний период выросла примерно на 9°С.
Это безусловный рекорд, подтвержденный инструментальными наблюдениями.
Байки о Гольфстриме
— Сейчас много мнений о том, что Гольфстрим может изменить свое течение. Насколько это реально, и чем такое изменение обернется для России?
— Это «научные» фейки. Солидные российские и зарубежные специалисты в области моделирования океанической циркуляции не подтверждают эту информацию. Есть такая гипотеза — «over-turning circulation» — «опрокидывающая циркуляция». Ее сторонники считают, что Голь-фстрим имеет тенденцию к ослаблению и некоторому развороту на границе Северной Атлантики и Норвежского моря. Это может привести к тому, что Западная Европа будет получать меньшее количество тепла, и вскоре там резко изменится климат в сторону похолодания. Есть такой американский фильм, где был затоплен Нью-Йорк, Исландия, вертолеты прямо в полете замерзали и падали. Это как раз о развороте Гольфстрима. Теоретически такому процессу мо-жет способствовать увеличение выноса из Арктики дрейфующих льдов, их ускоренное таяние и опреснение поверхностного слоя океана. Последнее обстоятельство теоретически может препятствовать нормальному движению вод Гольфстрима на север. Серьезные научные исследования пока это не подтверждают.
Да, можно создать такую математическую модель, в которой при определенной манипуляции начальными и граничными условиями может возникнуть подобная драматическая ситуация. На практике всё происходит несколько иначе. В первые десятилетия XXI века в Арктический бассейн поступал больший объем теплых атлантических вод по сравнению с предыдущими годами. Был проведен российско-американский эксперимент — NABOS (Nansen Amundsen Basin Observation System). В его ходе приборы, установленные на притопленных буйковых станциях, зафиксировали аномально высокое поступление теплых атлантических вод на всем протяжении от Шпицбергена до моря Лаптевых. Был выявлен не только аномальный объем, но и аномально близкое положение верхней границы этих вод и их теплосодержания, что способствует потеплению арктического климата, но никак не свидетельствует о развороте Гольфстрима.
Лед тает — уровень Мирового океана растет?
— У вас в статье упоминалась цифра — почти 30 триллионов тонн льда растаяло с 1994 года по нынешнему времени. Как такой колоссальный объем пресной воды влияет на состояние Мирового океана и на состояние Арктики конкретно?
— Судя по официальным инструментальным и дистанционным наблюдениям, уменьшается объем льда в Гренландии. Лед Гренландии — один из главных мировых запасов пресной воды. В первом приближении, если количество пресной воды, связанное с таянием ледников Гренландии и поступающее в Мировой океан, вырастет, то, очевидно, должен подняться и уровень Мирового океана. При этом нельзя забывать, что с увеличением площади водного зеркала возрастет и испарение. А это, в свою очередь, должно привести к снижению уровня Мирового океана. Какой процесс будет преобладать, ответить очень сложно.
В 1930 году в Токио была опубликована работа российского ученого Евгения Гернета «Ледяные лишаи (новая ледниковая теория, общедоступно изложенная)». В ней на примере Гренландии показано, что существует некий автоколебательный процесс: при увеличении количества осадков растет объем накопленного льда и увеличивается давление на поверхность литосферы. Это ведет к опусканию уровня поверхности Земли, смещению (снижению) снеговой линии, и, как следствие, усиленному таянию ледяной шапки. В итоге уменьшается объем и масса ледяной шапки, снижается ее давление на поверхность литосферы, возникают обратные процессы в движении литосферы, а фаза снегонакопления и увеличения ледниковой шапки снова возобновляется.
По разным оценкам, если растопить весь ледниковый купол Антарктиды и Гренландии, уровень Мирового океана вырастет на 8−20 метров. Это, безусловно, приведет к катастрофическим последствиям. Например, самая высокая точка в Петербурге — это Поклонная гора, вершина которой расположена, примерно, на высоте 20 м над уровнем моря. То есть от Петербурга мало что останется, не говоря уже о более низменных территориях планеты. К счастью, вероятность такого события очень мала.
Стоит отметить, что современные климатические изменения в Антарктике серьезно отличается от аналогичных в Арктике. Так, наибольшие темпы потепления наблюдается в Западной Антарктиде и, в частности, на Антарктическом полуострове. А вот в Восточной Антарктиде, где расположены российские станции «Молодежная», «Прогресс», «Мирный», эти процессы малозаметны.
— Как на климате Арктики сказывается таяние льдов?
— Любые изменения площади открытой воды в Арктике в любой сезон года влияют на местную погоду. Рост таких площадей обусловливает увеличение тепло— и массобмена океана с атмосферой, способствуют формированию циклонов. В последние десятилетия в Арктике заметно уменьшилась толщина льда — это официально подтверждается как инструментальными, так и дистанционными наблюдениями. Если в 60−70-е годы XX столетия советские дрейфующие станции располагались на многолетних паковых льдах толщиной 3−5 метров, либо на небольших айсбергах, то сегодня Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) перешел к исследованию Арктики с помощью ледостойкой самодвижущейся платформы (ЛСП). Размещать обитаемую дрейфующую станцию на льду толщиной в полтора метра стало очень опасно. В целом уменьшение толщины льда и площади многолетних и сезонных льдов в период их минимального распространения (сентябрь) способствует потеплению климата Арктики.
Плюсы и минусы арктического потепления для судоходства
— Приведет ли потепление в Арктике к интенсивному развитию движения по Северному морскому пути и освоению месторождений полезных ископаемых на шельфе?
— С первого взгляда можно сказать и так. Потепление и уменьшение площади, занятой сезон-
ными льдами, благоприятно как для поиска и добычи углеводородов на арктическом шельфе, так и для судоходства. Сейчас наблюдается уменьшение количества толстых и сплоченных паковых льдов и их частичное замещение более тонкими однолетними льдами, в которых гораздо чаще появляются торосы, создающие немало проблем для судоходства. Сезонные
увеличения пространств чистой воды, с одной стороны, плюс, а с другой — минус. Положительные изменения — это увеличение сроков навигации по Севморпути. Отрицательные — более частое возникновения штормов, ухудшение дальности видимости, появление сильных дрейфовых течений из-за усиления ветров, что усложнит судоходство в регионе. Как правило, караваны судов на СМП идут вблизи берегов и многочисленных архипелагов, а в штормовых условиях или ограниченной видимости это небезопасно. Поэтому однозначно утверждать, что потепление в Арктике даст только плюсы для судоходства и освоения шельфа, не стоит.
— Сейчас в России строят ледокол «Россия» проекта 10510 «Лидер» — один из мощнейших в истории. Насколько он будет востребован в условиях потепления в
Арктике?
— Даже при нынешнем потеплении в Арктике нельзя забывать про зимний период, когда арктические моря практически полностью покрываются сезонным ледяным покровом. Навигация в таких условиях невозможна без мощных атомных ледоколов. Например, пролив Вилькицкого, отделяющий архипелаг Северная Земля от полуострова Таймыр и соединяющий Карское море с морем Лаптевых, — наиболее сложное место на Северном Морском пути. Зимой там даже при условиях потепления толщина сезонного ледяного покрова может достигать метра и более. Образующиеся торосы могут создать большие проблемы даже для действующих атомных ледоколов. Кроме того, если верить некоторым прогнозам, нынешнее усиленное потепление в Арктике может смениться похолоданием, потому необходимость в ледоколах сохранится.
Призрак ледникового периода
— В самом начале нашей беседы вы сказали, что нынешние температурные колебания в Арк— тике могут быть началом локального ледникового периода. Насколько это реально?
— Как правило, подобные прогнозы строится на основе анализа предшествующих данных, подвергающихся определенной статистической обработке. Но использование предшествующего ряда наблюдений, тем более непродолжительного и сравнимого по длительности с ожидаемыми циклами потепления или похолодания, статистически неоправданно. Если взять ряд инструментальных наблюдений за приземной температурой воздуха в Арктике, усредненный по ряду станций за последние 150 лет, на нем можно четко проследить 70−80-летний цикл. И на этом основании некоторые исследователи делают заключение о предстоящем похолодании, но любой специалист в области математической статистики подтвердит: для объективной количественной оценки подобных колебаний 150-летний ряд наблюдений слишком короткий.
Более объективную картину может дать метод математического моделирования. В нем используются уравнения гидротермодинамики и в той или иной математической форме описываются физические процессы, которые мы знаем или достоверно изучили. К сожалению, расхождение модельных прогнозов, касающихся, например, площади ледяного покрова в период его максимального сокращения (в сентябре) довольно велико. Эти расхождения наблюдается даже при использовании семейства сертифицированны климатических моделей, которые применяет Межправительственная группа по изменению климата (IPCC). Некоторые модели прогнозируют, что уже к 30−50-м годам XXI века в Арктике может полностью исчезнуть ледяной покров в летний период. При этом зимой лед снова восстановится. По данным других моделей, в XXI веке это не произойдет.
Ряд известных отечественных специалистов предполагает, что освобождение Арктики от сезонных льдов также может произойти примерно на рубеже 50-х годов XXI века. Они исходят из анализа наблюдаемых тенденций сокращения площади ледяного покрова в сентябре от года к году и предположения, что такая тенденция сохранится без изменения. К сожалению, большинство авторов таких предсказаний едва ли смогут проверить это по объективным причинам, а мы не сможем обсудить с ними реальное положение дел. Например, недавно вышла монография наших коллег из Института Физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН «Климат Арктики. Процессы и изменения». Авторы очень подробно проанализировали все многообразие физических процессов взаимодействия в сложной нелинейной системе «атмосфера-крио-сфера-гидросфера», включая результаты физико-статистического и гидродинамического моделирования состоянии и динамики арктической климатической системы и возможные сценарии ее поведения в будущем. Авторы не исключают вероятности катастрофического сценария (очищение Арктики ото льда к 2050 г.), однако в своих собственных прогнозах более осторожны.
Арктика без многолетней мерзлоты?
— Повышение температуры в Арктическом регионе ведет не только к таянию льдов, но и многолетней мерзлоты. Насколько далеко этот процесс может зайти в ближай— шие годы?
— Таяние многолетней мерзлоты наблюдается в Арктике уже давно. С ним связано разрушение берегов, увеличение слоя летнего протаивания грунта и площади прибрежных пляжей, разрушение фундаментов строений и многое другое. Конечно, уменьшение мощности многолетне-мерзлотных грунтов — это большая проблема. Есть ряд смелых заявлений, связанных с исчезновением слоя многолетней мерзлоты в шельфовой зоне российских арктических морей, где через эти линзы или воронки вырывается метан, и кто-то даже видел бурлящие пузыри этого газа на поверхности моря Лаптевых.
В настоящий момент в ведении ГНЦ РФ ААНИИ находится российская национальная сеть наблюдений за многолетней мерзлотой по всей территории России. Это более 100 точек наблюдений, где пробурены скважины, в которые помещены специальные регистрирующие датчики — термокосы. Вся информация с них в онлайн-режиме попадает в ААНИИ. Подобные наблюдения уже велись различными ведомствами в некоторых регионах России на протяжении многих десятилетий, потому есть достоверные сведения об изменении мощности многолетней мерзлоты в тех или иных точках страны. Особенно активно они ведутся на Ямале.
На мой взгляд, наблюдения за мощностью и температурным режимом мерзлотных грунтов должны осуществляться на протяжении более длительных сроков времени, чем наблюдения, например, за температурой воздуха. Лед, как и промерзший грунт — среда более инерционная, обладающая иной теплоемкостью, теплопроводностью и плотностью по сравнению с воздухом. Процессы, которые мы наблюдаем в атмосфере (потепление или похолодание), сказываются на состоянии льда и многолетней мерзлоты через более длительные промежутки времени. Наблюдается определенное запаздывание реакции криосферы на атмосферное потепление или похолодание. Потому атмосферное похолодание не приведет к быстрому прекращению таяния льда или многолетней мерзлоты. Это связано с довольно сложным нелинейным взаимодействием атмосферы, гидросферы и криосферы.
Спутники и беспилотники на службе у ученых
— Какие методы и механизмы исследования погоды в Арктике сегодня применяют— ся, и хватает ли этого инструментария?
— Методов исследования погоды и климата в Арктике довольно много. Это и классические инструментальные наблюдения на сети метеорологических станций, научно-исследовательских судах, дрейфующих станциях, а также дистанционные методы, моделирование и реанализ. Последнее — довольно сложная система, опирающаяся на результаты моделирования, в которых, в свою очередь, усваиваются данные текущих инструментальных наблюдений. Такие расчеты наиболее объективны и корректны для регионов, где уже имеется достаточно густая сеть наземных наблюдений и менее пригодна там, где таких наблюдений недостаточно или они вовсе отсутствуют. Дистанционные или спутниковые методы получили сейчас очень широкое распространение и применение. Например, эти наблюдения в различных спектральных диапазонах производят многочисленные спутниковые группировки, которые фиксируют состояние подстилающей поверхности. Так, европейская система спутников CRYOSAT определяет даже толщину морского льда. Уже есть спутники, которые фиксируют микрорельеф поверхности, ее шероховатость и ряд других важных свойств. Спутниковые данные — это мощнейший прорыв в изучении состоянии и динамики ледяного покрова, погоды и климата Арктики.
Кроме того, для мониторинга верхнего слоя моря и нижней поверхности льда применяются
разные подводные аппараты, а для изучения поверхности — беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Сейчас их стали активно использовать для дистанционных измерений, потому что не все спутники справляются с облачностью, либо установленные на них измерительные приборы не функционируют во время полярной ночи (например, радиометры, настроенные на работу в видимой части спектра). БПЛА могут оперативно отслеживать изменения свойств подстилающей поверхности в различных спектральных диапазонах. Особенно они востребованы в ледовой разведке, при проводке судов на ледовых трассах, в съемке ледовой поверхности, где человеку невозможно работать из соображений безопасности.
Например, вместе с коллегами из ААНИИ я имел возможность исследовать краевые зоны ледников на Шпицбергене, где по технике безопасности просто нельзя находиться человеку. В то же время это наиболее динамичное место, где ледник теряет свою сплошную структуру. В
таких местах формируются краевые трещины, происходит откалывание будущих айсбергов, а также максимальное таяние льда и поступление пресных вод в прилегающие морские акватории. Такую зону можно исследовать только с помощью БПЛА. Все это относится к изучению как Арктики, так и Антарктики.
Лед в Арктике стал тоньше и из-за этого — более динамичным и в большей степени начал подвергаться механической деформации. Он может ломаться под действием ветра, тороситься и наслаиваться. По последним данным, в ряде районов Арктики в определенные сезоны более 90% поверхности арктического бассейна — так называемые всторошенные льды. Это не относительно гладкая поверхность, покрытая снегом, а хаотичное нагромождение льда различного возраста и формы, которое формирует принципиально иной характер динамического и теплового взаимодействия подстилающей поверхности с атмосферой. Возможно, в этом и кроется одна из причин того, что пока мы не можем достоверно определить причины изменения площади и толщины льда в Арктике, так как не в состоянии корректно оценить интенсивность таяния, связанную с изменениями его свойств на поверхности.
