Человек и климат

Продолжаем публикацию доклада члена корреспондента РАН В.И. Уткина «Геофизика и человек», прозвучавшего на одном из заседаний интеллектуально-делового клуба екатеринбургского Дома ученых (Начало см. № 29 – 30, 2006 г.). Предлагаемый раздел посвящен одной из самых актуальных для всех нас теме.


 

Влияние человека, или, главным образом, влияние антропогенных выбросов углекислого газа, как основного виновника «глобального потепления» климата — одна из наиболее обсуждаемых сегодня проблем. Рядом стран, в том числе нашей, принят так называемый Киотский протокол, ограничивающий выброс углекислого газа в атмосферу. В соответствии с этим протоколом отдельным государствам предлагается «выкупать» квоты на выбросы у других государств, и так далее, и тому подобное. В России в срочном порядке организуются государственные и частные фирмы, специализирующиеся на оценке выбросов углекислоты городскими конгломератами и отдельными предприятиями. Каковы же научные основы требований Киотского протокола?
 

В качестве основного довода в пользу наличия антропогенного глобального потепления приводится наблюдаемое увеличение среднемировой температуры в последние 500 лет (рис.1). По приведенным данным реконструкции американского профессора Дж. Поллака заметное потепление началось уже 300 лет тому назад, и скорость его за минувшее столетие увеличилась почти в два раза.
 

Рис.1. Увеличение глобальной температуры за последние 500 лет
(реконструкция J. Pollack).

Киотский протокол безаппеляционно предполагает, что потепление вызвано исключительно антропогенной причиной, а именно сбросом углекислого газа промышленными предприятиями и другими созданными человеком объектами. Однако интересно рассмотреть реконструкции тепловой истории Земли в более далекие времена. Это возможно сделать, изучая распределение температуры в специально подобранных глубоких скважинах. Такая методика позволяет получить реконструкцию глубиной до 20000 лет.
 

На рис. 2 представлена реконструкция палеотемператур, выполненная на основе исследований в Уральской сверхглубокой скважине (проф. Д.Ю. Демежко) и по данным бурения ледника Антарктиды (акад. В.К. Котляков). На приведенных графиках четко отмечается так называемое Вюрмское оледенение (18–20 тысяч лет тому назад), которое широко известно и остатки которого мы наблюдаем на большой площади России.
 

Рис.2. Реконструкция палеотемператур по
данным скважинных измерений и ледового
керна Антарктиды (по Д.Ю.Демежко).

Так же четко фиксируется «малый ледниковый период», хорошо известный из истории средних веков и отображенный на полотнах голландских живописцев (катание на коньках по льду голландских каналов и т.п.). Причем переход от Средневекового теплого периода к малому ледниковому в земном масштабе времени проходил стремительно — 12 градусов за 400 лет.
 

Данные по антарктическому льду (рис.2, по В.Н. Котлякову) повторяют описанные закономерности. Однако здесь амплитуда колебаний температур существенно меньше. Этот процесс хорошо отражен и на реконструкции Вюрмского оледенения в области полярных шапок нашей планеты. Эта реконструкция показывает, что большая площадь Северного полушария была покрыта льдом, в отличие от Южного, на котором увеличение площади ледника Антарктиды несущественно, что, вероятно, связано с влиянием на процессы оледенения Южного океана, обрамляющего Антарктиду.
 

Для таких изменений климата требуются, очевидно, очень большие энергетические затраты, поэтому интересно рассмотреть связь в историческом времени между солнечной активностью (поскольку Солнце является основным источником поступления энергии на поверхность Земли), и средней температурой поверхности (рис. 3). Может быть, глобальное похолодание (или потепление) как-то связано с изменением активности Солнца?
 

Рис.3. Изменение солнечной активности ( S) и изменение
среднего значения поверхностнойтемпературы Северного полушария
за последние 250 лет ( Т).

Действительно, имеется достаточно устойчивый тренд с тенденцией связи активности Солнца и поверхностной температуры, хотя устойчивой корреляции между этими параметрами в текущем времени не наблюдается: иногда изменение солнечной активности предшествует соответствующему изменению температуры, а иногда — наоборот.
 

Уникальные данные по реконструкции палеотемператур были получены при глубоком бурении ледника Антарктиды (В.Н. Котляков). По соотношению изотопов кислорода в ледовом керне были получены данные о температуре, существовавшей в то время, а по анализу пузырьков воздуха в керне – о содержании углекислого газа. Эти данные позволили заглянуть вглубь истории Земли почти на 500 тысяч лет. Результаты сопоставления этих данных оказались неожиданными (рис.4).
 

Рис.4. Сопоставление данных по температуре ледового керна в
антарктической скважине и содержания углекислого газа в этом же керне.
Временной интервал изменений — 420 тысяч лет.

Вариации изменения температуры и содержания углекислого газа в атмосфере показывают, что «рост» углекислого газа всегда следует за повышением температуры, а не наоборот, как предполагается по установкам Киотского протокола. Кстати, такое поведение этих параметров легко объяснимо, ибо океан, а не атмосфера, является наибольшим аккумулятором углекислого газа на планете; ибо океан первым реагирует на изменение температуры поверхности: сбрасывает углекислоту при повышении температуры и поглощает при охлаждении. Каково же соотношение между естественными и антропогенными источниками углекислого газа?
 

Подсчитано, что все человечество сбрасывает в атмосферу около 22 млрд т окиси углерода. Причем 20 наиболее развитых стран сбрасывает около 16 млрд тонн. Наибольшие сбросы принадлежат США, Китаю, России, Японии. Индии и Германии. Это обстоятельство и является экономическим обоснованием Киотского протокола: развитые страны должны покупать квоты на сброс углекислого газа у слаборазвитых стран. Было бы понятно, если бы далее следовало: «чтобы обеспечить развитие этих стран». Но далее следует другое обоснование: «чтобы остановить процесс глобального потепления». Однако ниоткуда не следует, что процесс глобального потепления есть следствие выбросов углекислого газа.
 

Какова же доля антропогенных выбросов в общем балансе сброса углекислого газа?
 

Анализ выбросов вулканов и грязевых потоков, сброса океана при его равновесии с воздухом атмосферы показывает, что даже в условиях равновесия доля антропогенного углекислого газа не превышает 30% от естественного сброса. Если же учесть другие естественные источники углекислого газа — водоросли, болота и т.п., то доля антропогенного сброса уменьшается практически вдвое. При рассмотрении общего баланса углекислого газа в атмосфере оказывается, что сильнейшим поглотителем его является биота: растительность, водоросли и т.д. Есть мнение, что заметное увеличение прироста древесной массы в бассейне р. Амазонки связано непосредственно с увеличением содержания углекислого газа в воздухе. То же самое относится к повышенным урожаям зерновых в Северном полушарии — даже несмотря на неблагоприятные метеоусловия.
 

Исследования последних лет показали еще одно несоответствие подсчитанного ранее баланса сброса углекислого газа. Выбросы из открытых печей и очагов, которые весьма распространены в странах Африки, Азии и Южной Америки, превышают выбросы всех дизельных двигателей мира. Поэтому в настоящее время следовало бы произвести переоценку квот Киотского протокола.
 

При обсуждении проблем глобального потепления часто путают понятия «глобальное потепление» и «климат». Изменения климата совсем не обязательно следуют за глобальным потеплением, причины изменения климата, как явления регионального, могут быть совсем другими.
 

Исследования распределения палеотемператур вдоль меридианальной структуры Урала показало, что потепление на Урале идет с СЕВЕРА (рис. 5).
 

Рис. 5. Распределение палеотемператур вдоль меридиана 60°
восточной долготы для различных периодов:
 а) от Вюрмского оледенения до наших дней;
б) от малого ледникового периода до наших дней.

Из приведенных графиков видно, что за последние 10000 лет на севере (60° северной широты) потепление составило 12° С, а на широтах около 50° северной широты потепления практически не наблюдается (рис.5). За последние 600 лет заметное потепление отмечается только на Среднем Урале на широтах от 54° до до 58° северной широты. Создается впечатление, что вектор потепления сменил свое направление с северо-западного на западное. На основе этих данных выдвинута неожиданная и оспариваемая, но оригинальная и убедительная гипотеза о прорыве Гольфстрима на Север как следствии движения материков Северной Америки и Евразии.
 

Известно, что за счет спрединга (расширения) дна Атлантического океана Евразия двигается на восток — северо-восток со скоростью около 50 мм в год, а Северная Америка на запад— северо-запад со скоростью около 30 мм в год (рис. 6). Расстояние же между Исландией и Великобританией в самом узком месте прохождения Северо-Атлантического течения (САТ), больше известного в быту как «Гольфстрим», увеличивается со скоростью около 10 см в год. Кажется, что это немного — за 100 лет всего на 10 метров. Но если проанализировать движение Гольфстрима, то окажется, что в своем течении на севере Атлантики Гольфстрим имеет довольно развитую турбулентность. Возникающая на северо-востоке турбулентость весьма критична к расстоянию между островами. Поэтому малейшее увеличение ширины северного прохода (расстояния между Исландией и Великобританией) больше амплитуды турбулентности течения ведет к прорыву Гольфстрима на север Европы.
 

Рис.6. Фактическая траектория течения Гольфстрим (выделена
светлыми треугольниками), полученная по космическим
снимкам. Холодные течения с пониженной температурой воды,
ответвляющиеся от Гольфстрима, выделены темными
треугольниками. Отчетливо просматривается развитие
турбулентности на всем протяжении САТ. Стрелки показывают
направление движения отдельных блоков континентов по
данным глобальной системы спутникового позиционирования.

Гипотеза о прорыве теплых вод Гольфстрима на север Евразии подтверждается несколькими фактами. В-первых, проникновением в последние годы атлантической теплой воды с изотермой ноль градусов далеко на восток до полуострова Таймыр и даже далее (рис.7). Во-вторых, некоторым похолоданием так называемого «Португальского» течения, которое начинается на севере Великобритании и спускается на юг до северо-западных берегов Африки. Вследствие этого практически исчезают знаменитые лондонские туманы, становится холоднее на западном побережье Пиренейского полуострова и в Западной Сахаре, где недавно было отмечено выпадение снега, о котором не помнят даже старики.
 

Анализ положения нулевой изотермы (вода с температурой 0 градусов) в Северном ледовитом океане у северного побережья России показал следующее (рис. 7). За время наблюдений с 1982 года положение изотермы достаточно медленно смещалось на восток до 1996 года: с 70 градусов восточной долготы (о. Новая Земля) до 100 градусов восточной долготы (полуостров Таймыр). В 1997–1998 годах последовало резкое смещение изотермы до 140 градусов восточной долготы — до моря Лаптевых и устья р. Лена. В последние годы наблюдается устойчивое положение нулевой изотермы на уровне 135 градусов восточной долготы. Это явление можно связать только с прорывом теплых вод Гольфстрима, что приводит к последовательному распространению тепловой волны с севера в южном направлении.
 

Рис.7. Прорыв теплых атлантических вод по северу Евразии за
последние годы.

На представленной схеме (рис. 6) показаны лишь основные направления океанических течений, которые имеют достаточно сложную структуру, но для объяснения многих явлений достаточно и такого упрощения.
 

На схеме затемненным кругом выделена область в районе между о. Исландия и о. Гренландия. Эта «аномальная» область характеризуется резкими перепадами температур океанических течений, перепадами температур воздуха и, по мнению многих исследователей, является центром формирования атлантических циклонов.
 

В Институте геофизики УрО РАН профессором Д.Ю. Демежко был проведен анализ распределения палеотемператур по данным в глубоких скважинах (обозначены треугольниками на рис. 8). Анализ показал, что центр «волн потепления», которые распространяются на восток, юго-восток, находится в этом же «аномальном» районе. Указанное совпадение нельзя считать случайным. Поэтому логичным представляется проведение детальных исследований поведения данной «аномальной» зоны при ее взаимодействии с турбулентным течением Гольфстрима. Похоже, что этот район является ответственным за многие аномальные климатические явления, которые наблюдаются в последние годы на территории Европы и Севера Евразии.
 

Рис.8. Распределение аномальных температур в Западной
Европе и на севере европейской части России в 2000 г.
Знаком (+) отмечено аномальное потепление,
знаком (-) – аномальное похолодание.

Все рассмотренные причины привели, на мой взгляд, к тому, что распределение аномальных среднегодовых температур по Западной Европе приобретает к 2005 году весьма характерные очертания (рис. 8).
 

Наибольшее аномальное повышение температур наблюдается на западном побережье острова Новая Земля, где происходит замедление скорости течения Гольфстрим. При этом отклонение Гольфстрима к северу от Новой Земли растапливает паковые льды Северного ледовитого океана, что хорошо видно на космических снимках. Кроме того, аномальное повышение температур наблюдается в районе Исландии.
 

Аномальное понижение температур наблюдается в Великобритании, Центральной Европе и на Пиринейском полуострове.
 

Аномальные климатические явления конца 2006 года и начала 2007 года также мало связаны с так называемым «глобальным» потеплением. Национальное агентство США по исследованию океана и атмосферы (NOAA) опубликовало распределение аномальных температур по земному шару за декабрь 2006 года. Действительно, аномальное повышение температур до +10 градусов наблюдается не только на громадных территориях Центральной Европы и Западной Сибири, но и на территории юго-восточной Африки, на северном и восточном побережье Северной Америки. Однако на территории о. Грендандия, о. Ирландия, западное побережье Франции, Пиринейского полуострова, всей северной и западной Африки, Аравийского полуострова, северо-западной Индии, Центрального Китая, на севере Южной Америки отмечается аномальное понижение температур до тех же +10 градусов. Поэтому трудно утверждать, что во всех наших климатических бедах виновато «глобальное» потепление. Для некоторых районов Земли наступает скорее «глобальное похолодание»...
 

…В истории Земли были периоды как глобального потепления, так и глобального похолодания. На этом общем фоне происходят относительно быстротекущие (в масштабе геологического времени) изменения климата. Для нас, можно сказать, «современные» изменения. Все эти процессы весьма сложны, поскольку в них участвуют громадные массы вещества. Поэтому недопустимо все сводить просто к увеличению концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе. Кроме того, сейчас уже понятно, что энергетика этих процессов на много порядков превышает энергетические возможности человечества. Получается, что места для человека в процессе изменения климата —НЕТ.
 

В заключение, однако, следует отметить и ценность Киотского протокола. А ценность его состоит в том, что протокол активизировал исследования по изменению климата. Однако он был бы еще более ценен, если бы выделяемые под него финансы использовались для дальнейшего изучения проблем глобального потепления и региональных климатических перемен.
 

В.И. УТКИН,член-корреспондент РАН