Глобальное потепление и вечная мерзлота как факторы геополитики.

 

«Человечество сейчас проводит глобальный геофизический эксперимент, равных которому не было в прошлом и никогда не будет в будущем. В течении всего нескольких столетий мы возвращаем в атмосферу и океаны углерод органического происхождения накопленный в осадочных породах за сотни миллионов лет.»

Р. Ревел и Г. Сюс,  Europhysics News, vol. 27 (1996) p.213

 

 

Глобальное потепление – общие сведения и прогнозы.

 

 

Этот фактор – постепенное таяние вечной мерзлоты под воздействием происходящего потепления климата. Для страны, на 60% площади которой распространена вечная мерзлота, это очень важный фактор, влияющий на ее связность.

 

Современное потепление объясняется ростом парникового эффекта, который можно описать следующим образом:

 

1) падающее солнечное излучение (основная энергия которого сосредоточена в видимом диапазоне длин волн) частично отражается атмосферой, частично пропускается к поверхности Земли (после частичного рассеяния и поглощения атмосферой);

 

2) дошедшее до поверхности Земли солнечное излучение частично сразу отражается, частично поглощается и нагревает ее;

 

3) далее эта энергия переизлучается земной поверхностью обратно в космос в более длинноволновом, инфракрасном диапазоне (так как температура поверхности Земли  много меньше температуры на которой излучает Солнце, что определяется расстоянием между ними);

 

 

4) но в этом диапазоне длин волн излучение значительно поглощается парниковыми газами атмосферы (в видимом диапазоне они практически не поглощают);

 

5) в дальнейшем молекулы парниковых газов переизлучают поступившую энергию по всем направлениям, и половина инфракрасного излучения возвращается обратно к поверхности Земли, дополнительно нагревая ее;

 

6) в ходе этих процессов происходит и нагрев атмосферы, ее нижних слоев.

 

 

По существующим прогнозам МГЭИК, основанным на моделировании изменений климата под воздействием антропогенного роста содержания парниковых газов в атмосфере, к концу нынешнего столетия средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,4 до 5,8 °С, по сравнению с 1990 г. (26) (не стоит забывать что к этому моменту она уже увеличилась приблизительно на 0,6°С (плюс-минус 0,2 °С) по сравнению с прошлым веком). Однако к прогнозам этим подходить надо довольно осторожно – современное моделирование климатических изменений имеет существенные недостатки. Прежде всего,  довольно часто это недостаточность и невысокая точность исходных данных. Так, например, если говорить только о парниковых газах, то потоки некоторых из них в атмосферу в результате сжигания горючих полезных ископаемых известны с точностью до процентов, а вот обмен ими между атмосферой и другими природными резервуарами известен существенно хуже. Большие сложности вызывает и само моделирование. В связи с огромной сложностью климато-экологической системы, чрезвычайно трудно осуществить качественное моделирование с учетом всей ее сложности, всех значимых обратных связей.

 

 

В случае повышения средней температуры поверхности Земли на несколько градусов, температура в высоких широтах растет существенно сильнее, в то время как в низких – медленнее. Это известно благодаря палеоклиматическим данным, и подтверждается современными наблюдениями. Так, в наиболее теплые эпохи за последние полмиллиарда лет (т.е. на протяжении фанерозоя), средняя температура поверхности Земли была выше современной (около +15 °С) приблизительно на 10-15 °С. А разность температур на экваторе и на полюсе в это время уменьшалась даже до 20 °С и менее (27), что значительно меньше современного значения (почти в два раза).

 

Уменьшение градиента температур между экватором и полюсом  в результате общего потепления объясняется изменением меридионального теплопереноса в гидросфере и атмосфере (прежде всего в атмосфере, в значительной части за счет усиления испарения в низких и средних широтах, и конденсации влаги в высоких широтах, что охлаждает теплые регионы и приводит к потеплению холодных). Важным фактором является и исчезновение ледяного покрова в теплые эпохи, а значит и увеличением доли поглощенной солнечной энергии в данных регионах (из-за снижение альбедо). Ледяной покров способствует охлаждению как общепланетарного климата, но в еще большей степени местного, и уменьшение ледяного покрова снижает его охлаждающее влияние. Охлаждение общепланетарного климата современным оледенением Арктики и Антарктики только лишь за счет отражения солнечного излучения составляет около 2 °С (28). Кроме того, лед на поверхности океана препятствует теплообмену между относительно теплыми сейчас водами океана и более холодными приповерхностными слоями атмосферы. Также над наиболее крупными оледенениями планеты практически не работает парниковый эффект от водяного пара (он выморожен) – самого главного на сегодняшний день парникового газа.

 

 

Таким образом, изменение температуры в высоких широтах в результате потепления, оказывается существенно выше, чем среднее изменение по планете. Так, ближе к концу мелового периода, среднегодовые температуры на палеоширотах 65-82o с.ш. составляли 7-13 °С, при небольших сезонных колебаниях, что сходно с современным термическим режимом Крыма (29), а на экваторе в то же время температура отличалась от современной незначительно (на пару-тройку градусов). Даже относительно небольшое глобальное потепление первой половины ХХ века (по сравнению с концом ХIХ века) – около 0,6°С, вызванное, вероятно, прежде всего снижением вулканической активности и уменьшением потока в атмосферу сульфатного аэрозоля (отражающего солнечное излучение), привело к увеличению зимних температур в районе Гренландии и на Шпицбергене на 5-9 °С (летние температуры менялись существенно меньше) и повышению температуры мерзлой толщи на 1,5-2 °С (27). Произошло тогда и уменьшение площади морских льдов на 10% (28). В дальнейшем, после восстановления обычной вулканической активности в 40-х годах, произошло снижение температуры, не достигнув, однако своего первоначального значения.

 

 

В настоящее время, анализ температурных изменений на территории Сибири за 1955-1990 гг. показывает уверенную тенденцию к потеплению, со скоростью от 0,2°С/10 лет до 0,5°С/10 лет в зависимости от  территории (30) (наиболее быстрые изменения на – севере Западной Сибири и в Якутии). Более поздние данные MГЭИК за период 1974-2000 гг. дают тренды потепления в северных широтах местами до 0,8-1,0°С/10 лет (26).  Вообще же потепление нижних слоев атмосферы в Северной Америке и в Европе последние десятилетия идут со скоростью 0,3°С/10 лет и 0,4°С/10 лет соответственно, а в районе экватора менее 0,1°С/10 лет (26). Уменьшение площади морского оледенения Арктики в 90-х годах по сравнению с 50-ми уже составило 10-15%, кроме того, ледяной покров стал значительно тоньше (на 40%), причем всего лишь за последнее десятилетие (26). В последние годы вновь отмечаются значительные зимние положительные аномалии (от 6°С до 9°С) в Арктике, в частности в районе Шпицбергена. Особо стоит отметить значительные летние положительные аномалии последних лет – так в Сибири в июле и августе 2001 года они достигали 2-5 °С (31), причем эта ситуация характерна не только для этого года, но и вообще для последних лет. Летние положительные аномалии важны тем, что благодаря именно им происходит оттаивание многолетней мерзлоты и переход ее в однолетнюю. В частности, если затрагивать морское оледенение, то согласно расчетам Будыко, при положительной аномалии летних температур в Центральной Арктике около 4°С в течении 4 лет, бОльшая часть многолетних льдов Северного Ледовитого океана превратилась бы в однолетние (27).

 

 

Существует ряд работ, дающих прогноз изменений в вечной мерзлоте на территории Сибири на протяжении нынешнего столетия, которые мы разберем ниже.

 

Умеренный прогноз деградации вечной мерзлоты в первой половине нынешнего столетия.

 

 

А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис (32) исходят из прогноза повышения среднегодовой температуры воздуха на севере России к 2020 году на 0,9-1,5°С и к 2050 году на 2,5-3°С, основываясь при этом на анализе нынешних трендов температур по данным метеонаблюдений и их экстраполяции на будущее. Температуры поверхности пород в Сибири, по прогнозам этих авторов, могут местами подняться максимум на 1,4°С к 2020 г. и 2,3°С к 2050 г. Вместе с тем, до 2020 года глубина сезонного протаивания увеличится незначительно, на пару дециметров  в песках, а в глинах и торфах и того меньше. К 2020 году повсеместно протаивать будет только мерзлота Западно-Сибирской низменности, где в настоящее время встречаются только острова многолетней мерзлоты, приуроченные к торфяникам. После их оттаивания граница вечной мерзлоты отступит приблизительно на 300 км, а в местах таяния мезрлых торфяников будут происходить значительные просадки поверхности, но в связи с небольшой распространенностью вечномерзлых торфянников, серьезного ущерба человеческой деятельности не произойдет.  Однако ситуация значительно усугубится в следующих десятилетиях.

 

Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты к 2020 и 2050 гг. по А.В.Павлову, Г.Ф.Гравису (32)

 

18042011_Glob Pot1

 

На карте, составленной этими авторами, к 2050 году таяние вечной мерзлоты затронет уже обширные пространства (выделено темно-серым цветом). В эту область входят две подзоны – с полным протаиванием существующих ныне островов и небольших массивов многолетней мерзлоты, современная температура которых не ниже -1°С, и локальным протаиванием более холодных пород (современная температура которых лежит в пределах от -1°С до -5°С). Глубина сезонного протаивания к этому времени увеличится на 15-33%. В целом, с учетом областей полного и локального протаивания, сдвиг границы вечной мерзлоты для европейской части России составит  50-200 км, Западной Сибири – 800 км и Восточной Сибири – 1500 км. Разрушение вечномерзлых пород будет усиливаться осадками, которые по мнению авторов, возрастут на 10-15% к 2050 году.

 

 

Стоит отметить, что прогнозируемые в данной работе (32) повышения температуры в Сибири к 2020 и 2050 годам (0,9-1,5°С и 2,5-3°С соответственно) довольно малы и с учетом зависимости роста температуры от широты соответствуют нижней области оценок потепления в последних прогнозах МГЭИК (26) –  рост общепланетарной температуры по этим прогнозам за периоды 1990-2025гг. и 1990-2050гг. составит 0,4-1,1°С и 0,8-2,6°С соответственно. Если привести палеоклиматическую аналогию, то потепление общепланетарной температуры на 2°С должно вызвать потепление в высоких широтах приблизительно на 4°С, как это было во время рисс-вюрмского межледниковья около 125 тыс. лет назад. При этом в Сибирской Арктике потепление может достигнуть 6°С и даже выше – на Таймыре, к примеру, во время этого межледниковья температура была выше нынешней на 8-10°С, что, кстати, проявилось в интенсивной деградации мерзлоты там (33). В последних модельных расчетах МГЭИК в некоторых сценариях (А2) прогнозируется повышение среднегодовой температуры к периоду последних 30 лет нынешнего столетия на широтах 60-80° с.ш. на 8-10 °С (26).

 

 

Так что, для прогнозов деградации вечной мерзлоты на основе верхней области оценок возможного потепления к 2050 году можно привлечь работу Э.Д.Ершова (34), в которой исследуется вопрос разрушения вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8°С. Хотя реальная картина деградации вечной мерзлоты и будет несколько отличаться от расчетов – в данном сценарии потепления предполагается что такое повышение температуры будет достигнуто в Сибири только к концу нынешнего века (стоит учесть, что эта работа была написана в 1990 году).

 

 

Прогноз деградации вечной мерзлоты

 

18042011 GLob Pot2

при потеплении в Сибири на 4-8 °С.

 

Работа Э.Д. Ершова (34) основывается на моделировании процесса деградации многолетней мерзлоты с учетом потепления климата на 4-8°С на территории криолитозоны России к концу столетия. Расчеты показывают, что при тренде потепления порядка 0,06°С/год, скорость оттаивания мерзлого торфа составит около 6 см/год, суглинка 13 см/год, а песка все 20 см/год. При такой скорости протаивания к концу срока, глубина его в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около –0,5°С может достигнуть 22 м в песках и 14 м в суглинках, а в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около –2°С глубина оттаивания составит соответственно 16 м и 10 м. Начало протаивания в первом случае начнется в первом десятилетии потепления, а во втором случае ближе к середине рассматриваемого периода.

 

 

Ершовым была составлена карта состояния криолитозоны к концу рассматриваемого периода, которую можно увидеть ниже.

 

Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты по Э.Д.Ершову (34)

 

Для просмотра увеличенного изображения, кликните по картинке.

 

 

 

На данной карте наибольший интерес представляют области 1-2, где вечная мерзлота исчезнет полностью, либо повсеместно оттает с поверхности. Стоит обратить внимание и на область 3, где вечная мерзлота хотя и будет широко представлена, но будет носить островной характер. Как видим, область значительной, а то и полной деградации вечной мерзлоты достигнет широты 700, и площадь сплошной вечной мерзлоты составит приблизительно всего одну пятую часть от современной, что сходно с ситуацией межледниковья 125 тыс. лет назад. Стоит подчеркнуть, что используемый Ершовым сценарий потепления предполагает рассматриваемый рост температуры в высоких широтах в течении ста лет, в то время как исходя из последних прогнозов МГЭИК, этот рост может осуществиться всего за полстолетия (а с учетом еще некоторых положительных обратных связей и того быстрее – см. последнюю главу).

 

***

 

Итак, как мы видим, в первой половине текущего столетия произойдет весьма существенное таяние вечной мерзлоты в Сибири. По минимальному сценарию, первые пару десятилетий таяние вечной мерзлоты будет довольно незначительным, преимущественно в Западно-Сибирской низменности, и основные проявления его дадут о себе знать во второй четверти столетия. По адаптированному второму сценарию, весьма, кстати, вероятному, все произойдет значительно быстрее и сильнее, и уже в ближайшие пару десятилетий следует ожидать существенных изменений в криолитозоне России, а к середине столетия либо несколько позже, от вечной мерзлоты России останутся жалкие остатки – около одной пятой от современной ее площади.

 

Чем грозит столь значительное таяние вечной мерзлоты? В самом начале этой части упоминалось, что сейчас 60% территории России занимает вечная мерзлота. На вечной мерзлоте стоят множество городов и поселков Восточной и Западной Сибири, проложены нефте- и газопроводы, автомобильные и железные дороги (например, 80% Амурской ж/д проходит по вечной мерзлоте), линии электропередач и коммуникаций. Просадка земной поверхности, затопление и заболачивание многих участков местности, на которых расположены искусственные сооружения, разрушение фундаментов и опорных конструкций – вот что будет проявляться при таянии вечной мерзлоты. Таким образом, потребуются очень серьезные усилия, огромные финансовые и людские ресурсы, чтобы ликвидировать последствия таких изменений. Фактически речь пойдет о том, что многие населенные пункты и промышленные предприятия придется большей или меньшей частью отстроить заново, заново проложить большую часть нефте-, газопроводов и дорог, причем иногда не единожды.

 

 

Упомянем только один частный случай – нефтепроводы. Они, как и большая часть нынешней российской инфраструктуры, уже сейчас пребывают в довольно плохом состоянии – около 37% протяженности магистральных нефтепроводов в эксплуатации уже свыше 30 лет, только около 20% эксплуатируются менее 10 лет. По оценкам «Транснефти», только на текущий ремонт этих нефтепроводов уже сейчас, безо всякого учета грядущего таяния мерзлоты, необходимо затратить около 6,5 млрд. долларов на протяжении ближайших пары десятков лет (причем сама Транснефть с полным финансированием этих работ не справляется и привлекает сейчас нефтедобытчиков). Строительство же одного нового магистрального нефтепровода имеет стоимость порядка единиц миллиардов долларов.

 

 

Для того чтобы ликвидировать последствия таяния вечной мерзлоты в Сибири, вполне можно готовится к дополнительным многомиллиардным ежегодным затратам уже в следующем десятилетии, а во второй четверти нынешнего столетия речь, вероятно, речь пойдет уже о десятках миллиардов в год дополнительных затрат. Справится ли Россия с этой проблемой? Если не справится – то фактически будет отрезана от основной части Сибири, потеряв и территории и ресурсы. В таком случае следует ожидать нового самоопределения этих территорий и безусловного перехода их к Китаю.

 

 

Совсем кратко можно упомянуть то, что стоило бы сделать, чтобы не допустить потери восточных регионов России по каким либо из причин, описанных выше. Насколько это реально в современных условиях – вопрос другой.

 

 

Конечно, как минимум, необходимо не допустить дальнейшего ухудшения состояния и мощности ядерных сил России, ввиду того, что конфликт с Китаем, на почве доступа к российским углеводородам, довольно вероятен, и вполне может перерасти в военный, в том числе и с применением ядерного оружия, ввиду низкой чувствительности Китая к людским потерям, и того, что он может быть поставлен в безвыходную ситуацию действиями США по монополизации основных нефтяных запасов мира. Необходимо восстановление боевого потенциала и обычных вооружений, хотя бы частичного.

 

 

И увеличивающееся китайское присутствие в Сибири, и необходимость начала работ по восстановлению и перестройке сибирской инфраструктуры из-за разрушений от таяния вечной мерзлоты уже в следующем десятилетии, требует значительного увеличения населения Сибири в ближайшие пару десятков лет. Речь может пойти даже о нескольких десятках миллионов человек. Удовлетворить эти потребности полностью российским населением, да еще учитывая нынешнюю демографическую ситуацию совершенно нереально, даже при создании значительных стимулов для переселения. Большую часть переселенцев могли бы составить русские и русскоязычные из бывших советских республик. Так русских в Ближнем Зарубежье порядка 24 млн. человек, немало настроенных лояльно к России и представителей иных национальностей. Вместе с тем, в настоящее время для такого переселения в Сибирь не только почти нет стимулов, но и создаются максимум препятствий недавно принятыми законами «О гражданстве» и «О правовом положении иностранца в России» (особенно последним), которые способствуют выдавливанию даже тех, кто уже находится на территории России (в Восточной Сибири их вообще мало, но в Западной ситуация уже другая).

 

 

Даже если окажется невозможным переселение пары десятков миллионов человек на территории Восточной и Западной Сибири, как минимум, дополнительно несколько миллионов человек в Западной Сибири обеспечить необходимо – без этого Россия потеряет и ее, и останется практически вообще без основных источников энергии.

 

 

Финансовую нагрузку, которая ляжет в ближайшем будущем на Россию вследствие деструктивных процессов в вечной мерзлоте, частично могла бы облегчить Западная Европа, так как перспектива остаться без российских газа и нефти, да еще в условиях возможного ограничения доступа к углеводородам Персидского залива, явно не обрадует западноевропейцев.

 

 

Как видно уже сейчас, встающие перед Россией проблемы, потребуют значительных изменений, и выше были перечислены только некоторые из них. В принципе, даже успешная их реализация, возможно не сможет предотвратить потери некоторых территорий, приграничных  с Китаем, однако если не пытаться минимизировать потери, Россия утратит и Восточную, и, весьма вероятно, и Западную Сибирь.

 

 

В заключении стоит заметить, что вполне возможно, реальная картина будущих событий будет в большей или меньшей степени другой. Ниже, в Особом дополнении, рассмотрены некоторые факторы, способные существенно повлиять на дальнейший ход событий и привести к значимым отличиям реальности от представленных выше прогнозов уже в следующем десятилетии, не говоря уже о более поздних сроках.

 

Особое дополнение.

 

Недостатки современных климатических моделей МГЭИК. Обратные связи в климатической системе.

 

 

Уровень глобального потепления может быть выше оценок, приводимых МГЭИК, и значительно более серьезными могут быть его последствия, причем отнюдь не только для России, но и всего мира. Стоит рассмотреть этот вопрос подробнее.

 

 

Следует сразу заметить, что расчеты МГЭИК основываются в основном на учете роста парникового эффекта за счет антропогенного выброса парниковых газов, с учетом некоторого его снижения за счет выбросов тропосферных сульфатных аэрозолей, что также происходит благодаря человеческой деятельности. К сожалению, в современных моделях, используемых МГЭИК пока еще практически не учитываются некоторые мощные обратные связи в климатической системе, ее нелинейный характер, что объясняется очень большой сложностью в построении моделей с их учетом и потому проблема исследована еще мало: “…в очень небольшом количестве исследований рассматриваются динамические ответные реакции на постоянно возрастающие концентрации парниковых газов” (35). В будущем они вероятно будут учтены, и конечно отразятся на прогнозных оценках повышения температуры. Пока же стоит учесть предупреждения, опубликованные во Втором докладе МГЭИК об оценках изменения климата: “…по всей вероятности, реальный ход событий будет включать сюрпризы и неожиданные быстрые изменения” (35).

 

 

Рассмотрим некоторые положительные и отрицательные обратные связи, в том числе и те, которые практически пока еще не учитываются МГЭИК, но все они могут серьезно повлиять на реальное повышение температуры в дальнейшем.

 

 

1. Сначала стоит выделить рост содержания водяного пара в атмосфере, последствия чего довольно неоднозначны и учет их весьма сложен (см. этот и следующий пункт). Как известно, главным парниковым газом на сегодняшний день является водяной пар, дающий около 62% от всего парникового эффекта, прежде всего благодаря своему высокому содержанию в атмосфере по сравнению с другими парниковыми газами (около 0,3%) и наличию широких мощных полос поглощения в инфракрасной области спектра. Прямое антропогенное влияние на его содержание довольно мало, сводится к росту площади орошаемых земель и работе энергетики, что на фоне испарения со всей водной поверхности планеты и вулканической деятельности малозаметно, и потому обычно не учитывается. Однако рост температуры благодаря антропогенным выбросам углекислого газа, метана и пр., вызывает и увеличение испарения с водных либо увлажненных поверхностей, а значит и дальнейший рост парникового эффекта. Увеличение содержания водяного пара в атмосфере приводит и к увеличению его конденсации в высоких широтах, благодаря чему там выделяется больше конденсационного тепла. А значит должны усиливаться в том числе и процессы разрушения мерзлоты.

 

 

Также вода в атмосфере в некоторой степени способствует выводу из атмосферы углекислого газа  – часть его растворяется в воде и осадками переносится на поверхность, однако стоит отметить что этот механизм работает только в нижних слоях атмосферы, к тому же при потеплении растворимость углекислого газа в воде падает.

 

 

2. С факторами потепления и изменения содержания водяного пара в атмосфере тесно связана проблема изменения альбедо планеты, т.е. изменения доли отраженного обратно в космос солнечного излучения. Потепление очевидно сокращает площадь оледенения, что вполне заметно уже сейчас – площадь оледенения (прежде всего морского – в Северном ледовитом океане) и снежного покрова уменьшилась приблизительно на 10-15% за последние десятилетия (26). Причем сокращение площади морского льда должно сильно влиять на термический режим этих мест, прежде всего в холодное время года – поток тепла от более теплых нежели атмосфера океанических масс не задерживается таким неплохим теплоизолятором как лед. В то же время увеличение с потеплением количества осадков в высоких широтах, в зимнее время должно увеличивать и количество выпадающего снега там. Вероятно в условиях столь быстрого потепления будет расти преимущественно толщина снежного покрова, нежели его площадь. Рост же толщины снежного покрова уменьшит теплоотдачу поверхности суши холодной атмосфере в зимний период, что еще более усугубит ситуацию с вечной мерзлотой и будет способствовать ее деградации.

 

 

Вместе с тем даже таяние оледенения со всей поверхности планеты (что произойдет довольно нескоро, таяние Антарктиды продолжится многие сотни лет, а то и более) приведет к дополнительному потеплению за счет изменения альбедо всего на 2 oС (28). Правда таяние значительной части (а уж тем более всей) ледовой массы приведет к повышению площади водной поверхности (что будет способствовать росту содержания водяного пара в атмосфере), а также кардинальной перестройке всей океанической циркуляции, что также окажет влияние на климат (частично об этом чуть ниже).

 

 

Увеличение глобальной температуры и рост содержания водяных паров приводит и к увеличению облачности, правда небольшому (около 0,4% на 1оС потепления), а значит и к увеличению альбедо (доли отраженной солнечной энергии). Однако облака дают весьма двойственный эффект, отражая и солнечное излучения идущее сверху, и поглощая и переизлучая инфракрасное излучение, идущее снизу, и в разных условиях вклады этих процессов в формирование температуры различны. Эффекты «облачного жалюзи» особенно хорошо заметны летним днем и зимней ночью. Противоположный эффект на потепление облака оказывают (при частичной облачности в дневное время суток) и в зависимости от высоты своего расположения.

 

 

На альбедо влияет и выброс сажевых частиц из-за хозяйственной деятельности человека – благодаря выпавшей саже отражательная способность снега  падает до 80%, а в индустриальных  районах до 30%, кроме того происходит поглощение солнечной энергии сажей в атмосфере – если в чистых районах поглощение сажевыми частицами составляет около 1-3%, то в областях с высокой задымленностью может достигать 30% (36). К разогреву поверхности приводит присутствие сажевых частиц на низких высотах, в то время как на высоких они могут оказать обратный эффект (знаменитые расчеты «ядерной зимы» описывают именно такой случай), однако в обычной хозяйственной деятельности речь идет как раз о выбросе на низкие высоты. В связи с возможным резким увеличением потребления угля в случае перехода в «постнефтяной мир» (что для многих стран может наступить уже в ближайшие десятилетия), выбросы сажи возрастут значительно – уголь их дает намного больше чем нефтепродукты.

 

 

3. К серьезным последствиям приведет и перестройка океанической и атмосферной циркуляции. В качестве частного случая стоит упомянуть Гольфстрим и Северо-Атлантическое течение, определяющие довольно теплый климат Европы. В настоящее время холодные и соленые воды Северной Атлантики, обладая достаточной плотностью, опускаются в глубины океана, перемещаясь к южным широтам, а теплые и легкие, менее плотные воды, формирующиеся вблизи экватора, выталкиваются на север, перемещаясь по поверхности океана. Вследствии потепления и таяния оледенения, а также увеличения количества атмосферных осадков, приносимых с юга (см. выше), в высоких широтах происходит увеличение поступления пресных вод в Северную Атлантику, соленость, а значит и плотность холодных вод падает, и благодаря этому происходит  блокировка теплого течения Гольфстрима. Остановка, либо значительное замедление этого течения приведет к локальному похолоданию в Европе приблизительно на 5-10оС. Однако при таком развитии событий не будет происходить и формирование мощных зимних антициклонов (областей повышенного давления) на материках, что улучшит атмосферный теплоперенос в высокие широты. В нашем случае важно то, что значительно ослабнет тот же зимний Сибирский антициклон, который уже не будет мешать переносу тепла атмосфере и разогреву северных регионов России.

 

 

Возвращаясь к Гольфстриму и Северо-Атлантическому течениям, стоит заметить, что результаты расчетов по одним моделям показывают значительное замедление Северо-Атлантического течения при потеплении по достижении концентрацией углекислого газа в атмосфере величины, лежащей в пределах от двух до четырех своих доиндустриальных значений (24) (хотя вероятно имеется в виду эквивалент концентрации СО2 по всем парниковым газам), т.е. может произойти уже к концу первой половины столетия, согласно сценариям выбросов МГЭИК (37). Другие модели показывают постепенное замедление этого течения при постоянном росте концентрации углекислого газа на 1% в год (таков этот рост в настоящее время), и полное ее прекращение, если концентрация углекислого газа превысит свою доиндустриальную величину в 2,6 раза. При более быстром росте (что верно уже для ближайшего будущего, в связи с довольно быстрым наращиванием роста потребления энергии), разрушение Северо-Атлантического течения происходит уже при концентрации углекислого газа в атмосфере, превышающей доиндустриальную в 2,3 раза. Еще одно исследование показывает что уже в период 2000-2030гг. может произойти уменьшение общего атлантического переноса на 25% и полное отключение циркуляции в Лабрадорском море (которое является одним из двух крупнейших центров формирования глубинных холодных вод) (24).

 

 

Другой стороной изменения океанической циркуляции является то, что теплые воды уже не будут быстро выносится из теплых низких широт в холодные высокие, и за счет сильного и длительного испарения соленость, а значит и плотность поверхностных вод будет повышаться, что приведет к их опусканию в глубины. В результате существенно ускорится прогревание глубинных слоев Мирового океана, что в свою очередь значительно усилит такие процессы, способствующие потеплению, как выделение в атмосферу растворенного в Мировом океане углекислого газа и разрушение метангидратных залежей (см. ниже). В настоящее время уже зафиксировано потепление глубинных вод Средиземного моря (38), правда пока еще очень слабое.

 

 

4. Одину из самых сильных положительных обратных связей между содержанием углекислого газа и метана атмосфере и процессом потепления определяет растворимость их в Мировом океане, причем прежде всего растворимость углекислого газа (растворимость же метана в воде мала). При потеплении растворимость углекислого газа падает, причем довольно серьезно – например, при повышении температуры воды с 5 до 10 oС, коэффициент растворимости углекислого газа в ней уменьшается с 1,42 до 1,19 (данные для пресной воды) (39). Всего в Мировом океане растворено около 4х104 Гт (гигатонн) (40) углекислого газа в пересчете на углерод – для сравнения в атмосфере его сейчас 7,5х102 ГтУ (24), т.е. в гидросфере его больше приблизительно в 50 раз. В первую очередь при потеплении затрагиваются верхние слои Мирового океана (в среднем приблизительно до глубин последние десятки – первые сотни метров), где хорошо работает вертикальная конвекция и позволяет достаточно быстро произвести изменения в температуре этих слоев и содержании в них углекислого газа. В этих слоях содержится всего несколько процентов от всего углекислого газа в гидросфере (т.е. сопоставимо с его атмосферным содержанием), обмен же углекислым газом между  верхними и глубинными слоями имеет большое характерное время порядка 500-1000 лет и потому казалось бы прирост углекислого газа в атмосфере от уменьшения его растворимости будет в первые десятилетия и даже столетия заметным, но не катастрофически сильным. Однако в случае изменения системы циркуляции в Мировом океане (как мы видели ранее, это возможно уже в ближайшие десятилетия), нагретые осолоненные воды теплых широт начнут опускаться в глубины, ускоряя их прогрев и способствуя массовому выбросу углекислого газа в атмосферу.

 

 

Такая ситуация уже бывала в истории Земли, во времена теплых эпох (термоэр). И содержание углекислого газа в атмосфере было много выше сегодняшнего, например в мезозое оно превышало современное приблизительно в 6-10 раз (28), выше очевидно было и содержание водяного пара. Вместе с тем глобальный климат тогда был теплее современного всего приблизительно градусов на 10. Это обуславливалось более низкой тогда светимостью Солнца, а значит и меньшим притоком энергии к планете. Известно что с тех пор светимость Солнца выросла приблизительно на 4%, а это весьма немало для влияния на климат. И увеличение в будущем содержания углекислого газа до таких же величин что и в мезозое (что вполне может быть достигнуто довольно быстро после начала процесса массового выброса углекислого газа из океана в атмосферу) приведет уже к большему увеличению температуры.

 

 

5. Однако самым опасным явлением можно считать разрушение залежей метангидратов, что может повлиять на климат очень быстро и очень сильно. Метан – сильный парниковый газ, его способность поглощать инфракрасное излучение в 21 раз выше таковой у углекислого газа (на единицу массы). Метан, в совокупности с некоторыми другими газами, постепенно закрывает еще остающийся после действия водяного пара и углекислого газа «островок прозрачности» в спектре поглощения земной атмосферы (900-1200 см-1).

 

 

Содержание метана в атмосфере растет довольно быстро – с начала индустриального периода оно выросло приблизительно на 150%, в то время как содержание углекислого газа выросло всего на 30% (26) (у обоих газов скорость роста концентрации была довольно мала до второй половины ХХ века и значительно возросла в последние десятилетия). В 2000 году радиационный форсинг от изменения концентрации метана в атмосфере составлял 0,5 Вт/м2 (треть от радиационного форсинга антропогенных выбросов углекислого газа) (26), но это объясняется небольшим пока еще содержанием метана в атмосфере (хотя и довольно быстро растущим) – около 5 Гт. Под действием человеческой деятельности рост содержания метана в атмосфере будет продолжаться, к 2100 году содержание может  удвоиться по сравнению с 1990 г. (по некоторым сценариям выбросов) (26), однако несравненно большее его количество может поступить от реакции некоторых его природных резервуаров на потепление. Так, в результате повышения температуры  увеличивается интенсивность микробиологических процессов, в ходе которых происходит выделение метана, приблизительно на 10% на каждый градус потепления в данной местности. Это важно для таких источников метана как болота, рисовые поля.

 

 

Но особенно важным фактором во влиянии на климат могут оказаться залежи метангидратов в глубинах Мирового океана (лежащих обычно на глубине от нескольких сотен метров и ниже) и в вечной мерзлоте на суше.

 

 

Метангидраты – это фактически тот же лед, в котором в каркасах молекул воды за счет действия ван-дер-ваальсовских сил присутствуют еще молекулы метана (химическое взаимодействие отсутствует). Залежи метангидратов огромны – около 1019 г (41), т.е.104 Гт. Значительная часть метангидратов находится в метастабильном состоянии и подвергаются опасности разложения при небольшом повышении температуры (порядка одного-нескольких градусов) – это  прежде всего метангидраты в зонах вечной мерзлоты и особенно отложения континентальных арктических шельфов (42). Вместе с тем перестройка океанической циркуляции, о которой говорилось выше, и вследствие которой будет происходить опускание теплых вод на глубину, положит начало и разрушению глубинных метангидратов. Однако еще до перестройки циркуляции Мирового океана, только вследствие отклика на современное потепление уже происходит либо начнет происходить в ближайшие годы разрушение некоторой части океанических метангидратов, как свидетельствуют некоторые модельные расчеты (43). Правда, разрушение пока весьма небольшое – потоки метана от этого разрушения должны лежать в пределах 2,6-12,7 Тг в год (44) (т.е. 0, 0026-0,0127 Гт/год), что составит малую добавку к современному общему потоку в атмосферу порядка 0,5 Гт/год. После значимых изменений в системе океанической циркуляции, очевидно, эти цифры станут несравненно выше.

 

 

Обязательно стоит учесть и реакцию метангидратов внутриконтинентальных морей, в частности Черного и Каспийского морей. Эти моря будут прогреваться значительно быстрее, нежели Мировой океан (прогрев поверхностных вод уже ощутим). В бассейне Черного моря, вероятно, содержится  от 0,25х1014 м3 (45) до 1,0×1014 м3 (46) метана в газогидратах. Для сравнения – все мировые запасы метана в газогидратах, исчисленные в метрах кубических, составляют около 2×1016 м3 (41). Метангидраты есть даже в озерах, например в Байкале.

 

 

Единовременное выделение метана из всех его запасов в газогидратах способно увеличить температуру поверхности на первые сотни градусов. Но конечно такого единовременного выделения не будет. По мере поступления  в атмосферу, он будет удаляться из нее. Другой вопрос с какой скоростью будет происходить это удаление. Вывод метана из атмосферы осуществляется преимущественно в результате химических реакций в атмосфере, а именно в реакции с радикалом ОН (47). Еще один, более слабый, путь вывода метана из атмосферы это поглощение почвенными бактериями. В настоящее время вывод метана из атмосферы близок к его потоку в атмосферу (около 0,5 Гт/год), благодаря чему при времени жизни молекул метана в атмосфере около 8-12 лет, его содержание сейчас составляет около 5 Гт, как было сказано выше. Вместе с тем, при значительном увеличении потока метана в атмосферу, при интенсивном разложении метангидратов, скорости образования радикала ОН в атмосфере, необходимого для реакции с метаном, может не хватить, и время жизни молекул метана в атмосфере увеличится на порядок, до сотен лет (48). А значит произойдет серьезнейшее накопление метана в атмосфере.

 

 

Кстати, при повышении температуры и таянии вечной мерзлоты, заметно увеличится и поток углекислого газа в атмосферу, причем выделение тепла при окислении органики будет еще более усугублять разрушение вечной мерзлоты.

 

 

Вообще, сейчас сложилась по-видимому уникальная ситуация в истории Земли. Естественные изменения средней глобальной температуры планеты в фанерозое, с амплитудой около 10оС, проходили на протяжении периодов в 100-300 млн. лет (27). После наступления кайнозойской эры, в конце палеогена, уже со времени около 30 млн. лет назад началось явственнне постепенное похолодание климата, около 3 млн. лет назад сменившееся периодическими колебаниями температуры с максимальной амплитудой около 6оС, которые происходили с периодами во многие десятки и сотни тысяч лет. Кстати, все известные залежи метангидратов в мире образовались как раз именно в последние 3 млн. лет (41), очевидно, когда после общего похолодания как раз возникли условия для их образования.

 

 

Нынешнее изменение температуры, почти на 6оС, возможно произойдет по прогнозам МГЭИК всего в течении одного нынешнего столетия, т.е. в сотни-тысячи раз быстрее, чем это было ранее. Повышение же на 10оС, произойдут ненамного позже, вероятно в течении первой половины следующего столетия. Если ранее изменения температуры конечно же воздействовали на метангидраты, то они были довольно медленными, и увеличивали поток метана в атмосферу ненамного – при этом, вероятно, он большей частью успевал выводиться из атмосферы и его накопления были весьма низки (изменения концентрации за последние 140 тыс. лет можно посмотреть в (47)). Сейчас же, скорее всего, поток метана от быстрого разложения метангидратов значительно превысит пропускную способность механизмов его вывода из атмосферы, что приведет к самым тяжелым последствиям.

 

 

Так что, в случае если указанные обратные связи в климатической системе заработают с достаточной мощностью, и уровень потепления, и его последствия будут весьма отличаться от нынешних прогнозов МГЭИК. И влияние этих факторов станет настолько сильным, что поведет историю по совсем другому пути. Но это уже тема не для данной статьи.

 

 

 

www.poteplenie.ru