Инициирование аномалий. Сход ледника Колка в 2002 году
- -
- 100%
- +
Главным компонентом глобальной климатической системы является Мировой океан. За последние 45 лет XX века происходило возрастание теплосодержания верхнего слоя всех океанов. Отсюда следует приоритетность анализа изменчивости этого компонента. В арктической климатической зоне потепление происходит быстрее и масштабней, чем в других регионах мира. Вероятность того, что рассматриваемые аномалии теплосодержания обусловлены лишь внутренней изменчивостью климатической системы, по мнению [48], не превосходит 5%, что предполагает реальность антропогенного характера изменений климата.
9.3. Соленость вод в Амеразийском и Евразийском суббассейнах
Переход от холодной эпохи к потеплению, произошедший во второй половине века, сопровождался осолонением поверхностных вод на значительной части Арктического бассейна. Авторы [63] эти связывают с усилением циклонической деятельности в этом регионе. Основными причинами изменений в Арктике состояния морского ледяного покрова называются естественные факторы, которые могут во много раз превышать антропогенное воздействие на климат.
С 2007 г. в Арктическом бассейне СЛО складывается аномальная структура поверхностной солености воды. В Амеразийском суббассейне наблюдаются отрицательные солености. В Евразийском суббассейне по всей акватории происходит слабое осолонение поверхностного слоя. Положительными аномалиями солености (до 5 ‰) характеризовались поверхностные слои в Карском море и море Лаптевых [53]. Зона осолонения в этом регионе сохранилась до осени. На глубоководной акватории Амеразийского суббассейна СЛО летом 2011 г. наблюдалось распреснение в поверхностном слое (4–5 ‰).
Летом 2008 г. солености в поверхностном слое СЛО имели особенности. Отрицательные аномалии содержания солей в морской воде (распреснение) отмечалось на большей части акватории Амеразийского суббассейна, в отдельных районах они достигали –2 ‰. В то же время аномально соленым был поверхностный слой Евразийского суббассейна. В Евразийском суббассейне от пролива Фрама (φ = 80° с. ш., λ = 0° в. д.) вдоль материкового склона до моря Лаптевых (φ = 76,269° с. ш., λ = 125,64° в. д.) отмечалось осолонение поверхностного слоя. В северной части моря Лаптевых положительные аномалии солености достигали +2 ‰. В целом поверхностный слой Амеразийского суббассейна был аномально распресненным, а у Евразийского суббассейна – аномально соленым. Контраст солености между двумя суббассейнами достигал 4 ‰ [62]. В Карском море увеличение солености по сравнению с 2007 г. достигало 4 ‰. Нулевая изолиния аномалии солености проходила от Новосибирских островов (φ = 75° с. ш., λ = 145° в. д.) на север вдоль хребта Ломоносова (φ = 88,031° с. ш., λ = 133,616° в. д.).
В Амераазийском суббассейне, начиная с 90–х годов XX века, наблюдалось уменьшение средней солености воды. В прибрежной зоне Амеразийского суббассейна значения аномалий температуры поверхностного слоя были на 1–2 °С ниже, чем в евразийской части Арктического бассейна. На глубоководной акватории Амеразийского суббассейна СЛО летний период 2011 г. наблюдалось распреснение в поверхностном слое (4–5 ‰). В Евразийском суббассейне, граничащим с Амеразийским, неизвестные факторы вызывают противоположные процессы. Летом 2011 г. положительные аномалии солености в нем достигали величины 1,0–1,5 ‰ [53].
В первой декаде 2012 г. в Амеразийском суббассейне наблюдали отрицательную аномалию солености, сравнимую с аномалиями солености зимой 2006–2007 годов. Зона влияния распресненных вод была ограничена с севера – φ = 74–75° с. ш., с запада – λ = 70° в. д. (по данным экспедиции «Ямал–Арктика 2012»). Лето 2012 г. отмечалось положительными аномалиями температуры воды. Аномалии температуры воздуха для широтной зоны φ = 70–85° с. ш. в 2012 г. составили летом +2,0 °С, осенью +3,6 °С [60]. В III квартале 2012 г. в центральном районе Канадской глубоководной котловины, в районе хребта Менделеева (φ = 80° с. ш., λ = 178° з. д.) и в районе восточного склона хребта Ломоносова распреснение поверхностного слоя достигло максимальной величины. Отрицательные аномалии солености в этих областях достигали 2–3 ‰ [53].
В 2012 г. в зоне формирования положительной аномалии солености оказалась центральная часть Карского моря, максимальные значения которой достигали 5–6 ‰ [60]. В работе [53] представлены графики изменения состояния солености и температуры в поверхностном слое вод в Канадской котловине (φ = 75° с. ш., λ = 145° з. д.), построенные по данным наблюдений за последние 60 лет. На графиках [60, рис. 8] изменения температуры воды в морях и океанах видно, что до 1982 г. с течением времени температура незначительно, но снижалась, а соленость медленно росла. Начиная с 90-х годов XX века произошло резкое уменьшение солености от 30–31 ‰ до 26–27 ‰ – для зимнего периода, и от 29–31 ‰ до 24–25 ‰ – для летнего периода 2012 года. Соленость изменилась примерно на 4 ‰ зимой и на 5–6 ‰ летом. Потепление в Баренцевом море, по мнению авторов статьи, было вызвано влиянием притока теплых атлантических вод. Поскольку к северу от архипелага Земля Франца-Иосифа, на глубине 75–100 м температура вод атлантического происхождения была выше нормы на 1,5–2°C.
Данное умозаключение не достаточно корректно для Евразийского суббассейна, в котором средняя скорость роста температуры воды в 2 раза больше, чем в Амеразийском суббассейне, несущего теплые воды; в отдельных регионах поменялся тренд, вместо общего распреснения морских вод происходит увеличение солености. В глобальных объемах двух сопрягающихся суббассейнов температура воды и приземной атмосферы увеличивается, но в одном из них (в Амеразийском) наблюдают распреснение, тогда как в другом (Евразийском) происходит увеличение солености. Рост солености происходит на фоне повышения температуры окружающей среды и интенсивного таяния льда, который является источником распреснения морской воды.
Амплитуда солености в сезоне 2011-2012 гг. составила 2,98 ‰, что почти в 1,5 больше средней амплитуды для этого района в период 1950–1989 гг. Наблюдения за изменчивостью температуры и солености океана, зафиксированные полярниками на станции СП-39, дрейфовавшей южнее поднятия Альфа (φ = 84° с. ш., λ = 97° з. д.), оказались подобными. Максимум температуры на глубине 10 м здесь наблюдали во второй декаде июля. Летом 2012 г. в районе западного склона хребта Ломоносова (φ = 88° с. ш., λ = 134° в. д.) было зафиксировано осолонение поверхностного слоя. Положительная аномалия солености была порядка 1,5 ‰, а температура воды была ниже нормы. Буй ITP-48 в 2012 г. дрейфовал в сторону пролива Фрама (φ = 80° с. ш., λ = 0° в. д.). Соленость воды в районе дрейфа ITP-48 в 2012 г. изменилась от максимальной к минимальной между хребтом Ломоносова и Канадской котловиной на горизонте глубины 10 м, а разница температур между максимальным и минимальным значениями составляло 0,05 °С. Амплитуда солености в этом районе была в 4–5 раз больше средней климатической сезонной амплитуды для периода 1950–1989 гг. [53].
Температура поверхностных слоев океана изменялась с конца 1950-х годов, в верхних слоях происходило увеличение теплосодержания. Таяние льдов начинается с 1990-х годов, оно должно было привести к распреснению верхнего слоя вод Арктического бассейна. Криосфера содержит ~ 80% всех запасов пресной воды, включая все формы льда, снежный покров и вечную мерзлоту. По съемкам 2007 и 2008 гг. пресные речные воды к концу летнего периода уходили от устья Оби и Енисея на север, достигая мыс Желания. На фоне таяния ледников в Арктике в 2012 г., по границам РФ происходило распреснение вод Амеразийского и осолонение вод Евразийского суббассейна. Совокупность данных наблюдений ГМС береговой сети характеризует нетипичную реакцию Карского моря на происходящие изменения в природе. В Карском море и море Лаптевых соленость поверхностного слоя в 2012 г. характеризовалась большими положительными аномалиями. Если исходить из интенсивности таяния льдов и увеличения объема речных вод, впадающих в моря, то в них должен был проявить себя отрицательный тренд солености воды, но не положительный. Парадоксальность процесса заключается в том, что воды речного происхождения, распространяясь в Карском море, не создали отрицательную аномалию солености в поверхностном слое. Не типичное распределение солености ученые объясняют [53]: воздействием атмосферных процессов, которые сказались на формировании гидрологических условий в Карском море; изменением направления течения и смещением в восточном направлении фронтальной зоны морских вод, распресненных речным стоком. Утверждение не соответствует всей совокупности изменений происходящим в северной полярной области.
Аномалии, наблюдаемые в Арктическом бассейне, противоречат естественным процессам, протекающим в природе. В СЛО с 2007 г. складывается дипольная структура аномалий поверхностной солености. Большие отрицательные аномалии солености наблюдаются в Амеразийском суббассейне. Противоположная тенденция наблюдается в Евразийском суббассейне. По всей акватории происходит слабое осолонение поверхностного слоя. В Карском море и море Лаптевых в поверхностных слоях положительные аномалии солености увеличились до 5 ‰ [53]. Рост солености в Евразийском суббассейне, при одновременном распреснении Амеразийского суббассейна, должен был заставить ученых задуматься о причине противоположных процессов. Ожидание аргументированного ответа затянулось.
10. Ледовый покров над озером Восток в Антарктиде и появление открытой воды у Северного полюса
Гляциологические исследования в Центральной Антарктиде ученые СССР начали в середине 1950-х годов. Советскими полярниками были основаны такие станции, как Пионерская, Восток-1, Комсомольская, Восток (16 декабря 1957 г.), Полюс недоступности, Советская. В настоящее времени продолжает функционировать лишь станция Восток. В 1970 г. начались гляцио-буровые работы на станции Восток и в ее окрестностях. В это время развивался такой метод палео-климатологии, как бурение скважин в полярных ледниках и изотопные исследования ледяных кернов. Реконструкции климата по данным трех фирновых кернов глубиной до 70 м в районе станции Восток показали, что за последние 2 000 лет температура воздуха в этом районе на временных отрезках порядка сотен лет была стабильной и без значимых трендов. Средняя скорость снегонакопления в последние 200 лет выросла с 1,8 г/(см²)⋅год до 2,1 г/(см²)⋅год. По данным инструментальных измерений за последние 50 лет средняя скорость снегонакопления составляет 2,26 ± 0,1 г/(см² )⋅год и является самой большой за два тысячелетия [64].
В последующем были пробурены 4 скважины глубиной до 2546 м. Прекращение бурения связано с авариями в скважинах. В феврале 1990 г. была забурена скважина 5Г («пятая глубокая»). Из-за аварии ее бурение было прервано в 1991 г. на глубине 2503 м. и возобновлено с отметки 2232 м (скважина 5Г-1) [64]. В январе 1998 г. на глубине 3623 м бурение было остановлено. Скважина 5Г-1 на глубине 3537 (3539) м вошла в слои конжеляционного льда, который образовался из воды озера [65]. В керне скважины 5Г-1 в интервале 3310–3538 м расположен лед атмосферного происхождения, характеризующийся нарушенным залеганием слоев. К основным признакам, указывающим на водное происхождение этого льда, ученые относят резкое изменение изотопного состава и низкое содержание газа в ледяном керне (в 10–103 раз меньше, чем во льду атмосферного происхождения). В октябре 2007 г. из-за аварии на глубине 3666 м бурение скважина 5Г-1 было прекращено. Бурение новой скважины (5Г-2) было начато с глубины 3580 м. Скважина 5Г-2 достигла 5 февраля 2012 г. поверхности подледного озера Восток. Вертикальная мощность ледника, рассчитанная по длине ствола скважины, составила 3758 м. Исследования показали, что керны из стволов скважин 5Г-1 и 5Г-2 в интервале 3 538–3 769 м сложены льдом конжеляционного типа, сформировавшимся в результате медленного намерзания озерной воды на подошву ледника. Ученые попутно установили, что современная концентрация СО2 в атмосфере в 1,5 – 2 раза превышает пределы концентрации этого газа за последние полмиллиона лет [64]. Предполагается, что на дне озера действуют активные геотермальные источники. Озеро насыщено атмосферными газами, в том числе кислородом, концентрация которого может в десятки раз превышать значения, характерные для наземных водоемов. Вблизи контакта ледника с замерзшей водой озера Восток (на глубине 3538 м) возраст льда атмосферного происхождения достигает 1,2 млн. лет. Однако в изотопном профиле керна со станции Восток неискаженный климатический сигнал наблюдается только до горизонта 3310 м (возраст льда около 410 тыс. лет) [66]. В толще ледника обнаружены структурные и геохимические признаки нарушения первоначальной последовательности залегания ледяных слоев. В работе акцентируют внимание на том, что если концентрация парниковых газов и глобальная температура в прошлом изменялись параллельно, то из анализа ледяных кернов следует: за последние 100 лет содержание газов резко возросло, а изменения температуры не выходят за рамки ее естественных флуктуаций.
Минеральные и газовые включения встречаются только в верхней части толщи конжеляционного льда до глубины примерно 3618 м. По расчетам, выполненным с помощью математической модели, перемещение ледника от западного берега озера до станции Восток продолжалось примерно 40 тыс. лет. В соответствии с этой гипотезой, возраст конжеляционного льда в районе скважины с ростом глубины его залегания уменьшается от 40 тыс. лет (на контакте с атмосферным льдом) до нуля (на контакте с озёрной водой). Предполагается, что именно в этой части подледникового водоема (глубина залегания слоя 3537 – 3618 м) формируется 81-метровый слой озерного льда, содержащий видимые минеральные включения донных осадков озера. Плотность дислокаций в образцах льда с глубин 3538 – 3610 м на порядок ниже плотности дислокаций в вышележащей толще ледникового льда. Петрографические исследования озерного льда, которые проводились сначала по керну скважины 5Г-1, а затем по керну скважины 5Г-2 (начиная с глубины 3600 м), показали: размер кристаллов озерного льда увеличивается по мере приближения к контакту лед–вода, а не наоборот, как следовало ожидать, исходя из гипотезы о росте кристаллов после льдообразования.
В 2008 г. были завершены радиолокационные исследования по определению береговой линии оз. Восток и составлена подробная карта. Согласно полученным результатам, площадь подледникового оз. Восток составляет 15790 км² [67]. Подледниковые водоемы, расположенные вокруг озера Восток, находятся выше уровня его водного зеркала. Тело озера полностью располагается в желобе коренных пород и при этом его водная поверхность располагается ниже уровня моря. Береговая линия в западной, южной и северной частях озера осложнена многочисленными мысами и бухтами. Восточный берег озера выдержан в субмеридиональном направлении приблизительно вдоль λ = 107° в. д. на расстояние около 230 км и далее в северо-западном направлении на расстояние около 65 км [68]. Многочисленные исследователи из разных стран указывают на то, что в данный момент озеро Восток изолировано от других водных объектов [69].
11. Содержания озона в атмосфере полярных областей в последние десятилетия
Температура на Земле повышается в среднем на 0,17 °С за десятилетие, т. е. за 100 лет она могла бы подняться на 1,7 °С. Динамика повышения температуры приземных слоев атмосферного воздуха по регионам не одинаковая. На территории Евразии, занятой современной Россией, это повышение за аналогичные сроки в 2,5–3 раза больше [70]. В России летом 2021 г. происходили разрушительные лесные пожары и наводнения, которые, как отметил президент Владимир Путин, в большой степени спровоцированы изменением климата [71], что демонстрируют важность системного подхода к решению вопросов о связях изменений в климате и окружающей среды. По данным Госгидромета представлен график аномалий температуры приземного воздуха на территории РФ за 1961–1990 гг., как отклонение от средней величины, который динамику изменений и потепление на 1.4 °С [49, рис. 2]. За тот же период времени средняя температура в Северном полушарии увеличилась на 0,8 °С, а в Южном полушарии – на 0.4 °С.
Озон (О3) защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Он присутствует в воздухе в виде одной из малых атмосферных составляющих на высотах до 90 км от поверхности Земли. Общее содержание озона (ОСО) является важнейшей характеристикой озонового слоя, которая определяет поглощение ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца в области длин волн 290–315 нм (так называемая УФ-Б область). Озоносфера располагается в приполярных широтах на высоте 10 км от поверхности Земли, вблизи экватора – на высоте до 50 км. Основная масса озона рассредоточена в диапазоне высот 15–30 км [72]. Максимальная концентрация О3 отмечается на высоте 20–25 км. В атмосфере озон находится в очень разреженном состоянии. Количественно ОСО выражают приведенной толщиной слоя озона, которая получилась бы, если весь озон, содержащийся в атмосфере, привести к нормальному давлению и температуре 0 °С. Средняя толщина слоя озона вокруг земного шара равна 3 мм, но он может изменяться от 1 мм (в Антарктиде) до 6 мм (над Дальним Востоком). В качестве единицы измерения газообразного озона в вертикальном столбе атмосферы используется единица Добсона (е.Д.), соответствующая толщине слоя. Толщине озонового слоя в 1 мм соответствуют 100 е.Д. Толщина озонового слоя изменяется в широких пределах (от 90 до 600 е.Д.) при среднем глобальном ОСО в 290 е.Д.
Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаружили в 1957 году. Измерения Добсона на станции Нalley-Bay (Великобритания) с координатами (75° ю.ш., 26° в. д.), показали: весной наблюдается уменьшение ОСО, которое впоследствии восстанавливалось. Межгодовое уменьшение весенних значений общего содержания озона было определено по отрицательным трендам ОСО на трех антарктических станциях: Нalley-Bay (φ = 75°S, λ = 26°W) за период (1957-1968 г.г.), Syowa (φ = 69°S, λ = 40°E) – с 1965 по 1976 г. и South Pole (90°S) – с 1962 по 1972 г. За 11 лет по результатам измерений на первой станции значения ОСО уменьшились на 6,3%, на второй уменьшение ОСО составило 6,6%, а на третьей станции за 10 лет – на 5,4% [73]. Весной 1984 г. над антарктической станцией Халли-Бей английские ученые впервые обнаружили озоновую дыру диаметром более 1000 км. Устойчивые тенденции уменьшения ОСО над Антарктидой, наиболее отчетливо выражены в весенние антарктические месяцы (сентябрь – ноябрь), регистрируются со второй половины 1970-х гг. В 2002 г. озоновая дыра над Антарктикой также развивалась весной, но не по стандартному сценарию. Разрушение циркумполярного вихря произошло в начале весны и площадь «дыры» была меньше, чем в предыдущие годы. С 1988 по 2007 гг. озоновая дыра в Антарктике увеличилась с 8 до 25 млн. км².
В северной полярной области в период с 1973 г. и до середины 1990-х гг. отрицательный тренд содержания озона в атмосфере проявился в основном на западных станциях Российского Севера – Мурманске, Печоре, острове Хейса и Игарке [74].По данным российских озонометрических станций с конца 1980-х гг. началось сильное и устойчивое уменьшение ОСО. Оно продолжалось до середины 1990-х, а затем наступил период резких колебаний озона (1997–2002 гг.), который по-разному проявлялся в различных регионах страны. На станциях в восточной части Арктики данных недостаточно, чтобы надежно судить о наличии какого-либо тренда общего содержания озона (ОСО). График изменения среднесуточных значений общего содержания озона в период наблюдений 2003–2005 гг. [74, рис. 1 а] построен на данных исследований полученных с СП-32 (2003 г.), научно-исследовательское судно «Академик Федоров» (2004, 2005 гг.) и СП-33 (2005 г.). Наблюдения в Центральном Арктическом бассейне в течение 2003, 2004, 2005 гг. зарегистрировали уменьшение ОСО по величине (с апреля по сентябрь) почти в два раза. Результаты наблюдений на СП-32 и СП-33 показывают, что в теплый период года ОСО уменьшалось с 470 до 250 е. Д. Более низкий уровень ОСО (175 е. Д.) наблюдался во время рейса судна «Академик Федоров» в середине сентября 2005 года. Обращает на себя внимание достаточно быстрое восстановление ОСО в зимний период следующего года. Заметим, что в январе наблюдения практически не проводятся. По мнению авторов [74], глубокое понижение содержания озона, начиная со второй половины июля 2005 г. было обусловлено характером внутригодовых изменений ОСО в Центральной Арктике. Поверхностное заключение не предполагает причинной связи изменения содержания озона в атмосфере с другими природными аномалиями.
Области низкого ОСО наблюдались во всех широтных зонах Южного и Северного полушарий. В средних широтах Северного полушария локальными уменьшениями ОСО на 30-50 % выделялись регионы Западной Европы и Восточной Сибири [75]. Продолжительность существования данных озонных аномалий в среднем составляла от нескольких дней до 1 месяца, а площадь – более 500 км². До введения запрета на производство веществ, разрушающих озон, озоновый слой на средних широтах в Северном полушарии истощался на 3,4% за 10 лет, в Южном – на 3,7%. После введения запрета, истощение продолжает наблюдаться: в Северном полушарии – на 2,9%, в Южном – на 3,0% за 10 лет [76]. Существуют несколько гипотез относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. В химическую антропогенную теорию, не укладывается известный факт: теория не может объяснить увеличение содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.
Динамика стратосферных воздушных потоков, которые создают циркумполярный вихрь, не дает правдоподобного объяснение механизму вращения и расширения озоновой дыры над Антарктидой. Современные гипотезы не могут дать ответа на вопрос: почему дыра образуется в Южном полушарии, когда фреоны вырабатываются в Северном полушарии. По мнению академика А.П. Капицы [77], факты показывают, что природные, естественные причины могут быть главным фактором возникновения озоновых дыр. Опасность озоновых дыр для человечества значительно преувеличена, огромные затраты на реконструкцию промышленности, которые лягут на плечи потребителя – не оправданы.
Академик Кондратьев К.Я. утверждает, что в международных документах, содержащих анализ современных представлений о климате, научные выводы, определялись не доказательством и соответствующими дискуссиями, а всеобщим согласием (консенсусом) по тем или иным конкретным вопросам [48]. В публикации отмечается: данные наблюдений в США, в Арктике и результаты СВЧ-спутникового дистанционного зондирования не содержат отчетливого существования антропогенно обусловленного подтверждения «глобального потепления»; если усиление парникового эффекта атмосферы предполагает удвоение концентрации СО2 в атмосфере, что составляет около 4 Вт/м², то неопределенности, связанные с учетом роли атмосферного аэрозоля и облаков, а также с введением «потоковой поправки» при численном моделировании климата, достигают радиации десятков и даже 100 Вт/м²; результаты численного моделирования климата, обосновывающие гипотезу «парникового глобального потепления» и якобы согласующиеся с данными наблюдений, представляют собой не более, чем подгонку к данным наблюдений. По данным численного моделирования даже полная реализация рекомендаций протокола Киото, обеспечит снижение среднегодовой приземной температуры воздуха (ПТВ) на несколько сотых долей градуса [48].
Весной 2011 г. в Северном полушарии впервые образовалась озоновая дыра, сопоставимая по площади с дырой, возникающей в Южном полушарии. Данное событие произошло на фоне общего постепенного восстановления озона и уменьшения содержания хлорфторуглеродов в атмосфере Земли. Некоторые эксперты возражали против хлорной теории и выдвигали альтернативные гипотезы. Ряд российских ученых (Кароль И.Л., Александров Э.Л., Кондратьев К.Я.) с недоверием относились к «фреоновой» гипотезе. Капица А.П. утверждал, что модные теории глобального потепления и озонных дыр – не более, чем псевдонаучные мифы [78]. Крученицкий Г.М. назвал Монреальский протокол «документом, не имеющим под собой научного основания, грандиозной аферой с финансовыми целями».
12. Возможности космического воздействия на климат Земли
В работе [79] утверждают, что проблема глобального потепления не может быть полностью объяснена антропогенным фактором, т. е. воздействием хозяйственной деятельности человека. Увеличение среднеширотных температур воздуха в пределах одного градуса за столетие при значительной межгодовой изменчивости не является достаточно убедительным доказательством современного потепления, вызванного антропогенными факторами. В качестве альтернативных гипотез рассматривают влияние имеющих разную природу периодичностей – от изменений планетарной орбиты до увеличения частоты извержения вулканов.