Игорь Кароль - Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?

• Название: Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
• Автор: Игорь Кароль
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-462-01402-4

Климат на нашей планете меняется, причем весьма интенсивно. С этим уже не поспоришь… Растет число природных катастроф, и эти изменения касаются каждого жителя Земли, лишая его возможности занять удобную позицию стороннего наблюдателя. А потому как никогда актуальна задача разобраться в причинах происходящего: ведь если установить механизмы, определяющие поведение климатической системы Земли, мы сможем прогнозировать будущие изменения климата, а со временем и направлять их в желаемое русло.

---

Индийский океан находится в основном в Южном полушарии. В нем есть два крупных острова – Цейлон и Мадагаскар. Известен Индийский океан главным образом муссонной циркуляцией на полуострове Индостан.

Муссонная циркуляция – часть общей циркуляции атмосферы, характеризующаяся муссонами – достаточно устойчивым режимом ветра с определенным преобладающим направлением с материка на океан и обратно в зимний и летний сезоны соответственно.

Значение данного явления для большого населения Индостана хорошо известно, менее «на слуху» значительные межгодовые колебания интенсивности осадков, приносимых летним муссоном, а также крупные погодные катастрофы (наводнения, засухи), происходящие на берегах этого океана.

Южный океан имеет особую циркуляцию вод и выполняет роль канала водообмена между «главными» океанами. В Южном океане нет препятствий течению вод в зональном направлении, вдоль кругов широты. Это самое мощное во всем Мировом океане Циркумполярное, или Антарктическое, круговое течение, обусловленное сильными и устойчивыми западными ветрами. Оно охватывает зону в 2500 км по ширине и километровые толщи по глубине, пронося каждую секунду около 200 млн т воды (для сравнения: крупнейшая река мира Амазонка несет лишь около 220 тыс. т воды в секунду). Такой перенос и обеспечивает водообмен между океанами, он также занимает важное место в «конвейере».

Несколько слов о вертикальной структуре океанических вод. Принято разделять толщу океана на два слоя. Верхний квазиоднородный слой имеет почти постоянные по глубине температуру и соленость, так как он перемешивается ветрами и дрейфовыми течениями. Его толщина сезонно изменяется от минимальной в конце зимы (до 100 м) до максимальной (в несколько сот метров) в конце лета в средних и высоких широтах вне зон льдообразования и переноса айсбергов. В тропической зоне толщина верхнего квазиоднородного слоя почти постоянна во времени. Соленость верхнего квазиоднородного слоя достаточно изменчива как во времени, так и в пространстве, она зависит от выпадения дождей и от испарения с поверхности океана, прежде всего в тропиках, а также от приноса больших масс пресной воды реками и стоками с населенных берегов.

Ниже верхнего квазиоднородного слоя располагается так называемый слой термоклина переменной толщины (до 1,0–1,5 км), где температура воды достаточно быстро падает от температуры верхнего квазиоднородного слоя до постоянной для глубинных вод величины в несколько градусов Цельсия. Столь низкая температура этих вод кажется непонятной: за многие миллионы лет существования Земли прогретые Солнцем воды верхнего слоя океана должны были бы при перемешивании с глубинными увеличить близкую к нулю температуру последних. Причина такой низкой температуры глубинного океана кроется в том же глобальном океаническом конвейере: его температуру регулярно поддерживают холодные поверхностные воды Северной Атлантики, опускающиеся в глубинные воды Мирового океана. Имеет место устойчивое расслоение этих вод (внизу холодные, соленые и тяжелые, выше – менее соленые, более теплые), мешающее вертикальному водообмену. Подъем глубинных вод в зонах апвеллинга происходит в основном по динамическим причинам, в том числе в результате взаимодействия морских течений с донным рельефом.

В настоящее время особое внимание в мире вызывает рост уровня Мирового океана, что самым непосредственным образом «задевает» прибрежные регионы материков и острова, обычно густонаселенные, промышленно и экономически развитые. Для ряда малых островных государств на коралловых атоллах Тихого и Индийского океанов рост уровня воды ставит вопрос о возможности их существования в ближайшие десятилетия, поэтому представители этих малых стран – наиболее активные борцы с глобальным потеплением.

Во всех прогнозах изменений климата ожидаемый рост уровня Мирового океана занимает центральное место, но точность и надежность этих цифр пока невелика. В ХХ веке данная скорость оценивалась в 1,7 ± 0,5 мм/год, но для последнего периода с использованием спутниковых измерений она определяется величиной 3,1 ± 0,7 мм/год, и пока неясно, как согласуется эта оценка с предыдущей.

Вклад термического расширения воды в эти оценки измеряется 25 % до 1990-х гг. и почти 40 % для последних десятилетий. Остальную часть данного роста составляет приток воды от таяния ледников – как горных на материках и полярных островах, так и (в большей мере) ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В последние годы для оценки состояния этих щитов начали использоваться спутниковые замеры их высоты и площадей. Они показали значительное уменьшение массы ледникового щита Гренландии, а также Канадского архипелага.

Согласно данным спутников, только от происходящего в настоящее время таяния льдов Гренландии и Антарктиды уровень океана может вырасти на 15 см к 2050 г. Указанные выше оценки скорости подъема уровня океана являются глобально средними, в регионах эти скорости могут отличаться в разы.

Так, повышенные скорости роста отмечаются у восточного побережья Северной Америки и Австралии. Заметный вклад в этот рост вносят также стоки вод с поверхности суши, особенно в регионах с интенсивно развивающейся промышленностью и большим населением.

Измерения температуры верхнего слоя океана до глубины 700 м и ниже показали заметный рост теплосодержания за период с начала 1990-х гг. до 2009 г., причем темп этого роста близок к скорости увеличения содержания парниковых газов. Ввиду большей теплоемкости воды по сравнению с грунтом суши, температура воды в верхнем слое океана в среднем выросла на сотые доли градуса, а не на десятые, как на суше.

Каким образом эти пока незначительные изменения в океане могут отразиться на его динамике, на характере морских течений, определить трудно – наблюдений пока очень мало. Немногие модельные исследования указывают на возможные перестройки и самого глобального океанического конвейера, снижение его водооборота. По имеющимся палеоклиматическим данным, подобное уже происходило после окончания последнего ледникового периода. Тогда большое «озеро» талой воды с материка Северной Америки вылилось в Северную Атлантику, остановило опускание легких пресных поверхностных вод в глубины соленого океана, привело к сбоям в работе глобального конвейера и поспособствовало наблюдавшемуся похолоданию в Северном полушарии.

Ряд недавних модельных исследований показал, что значительное опреснение поверхностных вод Северной Атлантики может достаточно быстро (в масштабах изменений глубинных течений в океане, за одну – три тысячи лет) «закрыть» опускание поверхностных вод в этом регионе, а с ним становится возможной остановка глобального океанического конвейера. В таком случае, согласно модельным исследованиям, вероятны уход Гольфстрима из северо-западной Европы к Средиземному морю, общее охлаждение Западной Европы и прочие катастрофы.

Восстановление обычного режима вышеупомянутого опускания поверхностных вод северной Атлантики, согласно указанным моделям, может произойти после их усиленного засоления до уровней несколько бо́льших, чем современные. Некоторое «распреснение» поверхностных вод региона возможно в результате таяния ледников Гренландии и Канадского архипелага, а также из-за усиления осадков в регионе при общем потеплении.

Надо сказать, что труднодоступный глубинный океан и его динамика стали систематически изучаться сравнительно недавно, фактически с середины ХХ века, и потому сведения о них пока далеко не полные. В этом смысле атмосфере «повезло» значительно больше.

Атмосфера

В последнее время – с начала эры спутникового мониторинга – банк атмосферных данных пополняется регулярно и очень интенсивно. В первую очередь это касается нижних слоев атмосферы – тропосферы и стратосферы. Но если исторически сложившееся разделение Мирового океана на четыре (или пять) частей довольно естественно, то аналогичное разбиение вроде бы однородной атмосферы может вызвать недоуменные вопросы. Для того чтобы устранить эту неясность, посмотрим как изменяется температура воздуха с высотой: сначала она падает, на некотором уровне достигает своего минимума, а выше – уже растет.

Именно поведение температуры лежит в основе разделения атмосферы на высотные слои. Нижний слой, где температура с высотой убывает, – тропосфера, а тот, где ее убывание сменяется ростом, – стратосфера. Границу их раздела называют тропопаузой.

Высота тропопаузы неодинакова над различными областями земного шара: в тропиках и у полюсов она составляет примерно 15–17 и 8–10 км соответственно, а среднеглобальной величиной считается высота в 12 км. Характерные скорости перемещения воздушных масс выше, чем скорости в Мировом океане, и по динамичности атмосфера занимает первое место в климатической системе. Направления движения основных крупных воздушных потоков – движений планетарного масштаба – представлены на рис. 5 цв. вклейки.