/>
А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис
Наисходе XX века проблема изменений климата в сторону глобального потеплениястала одной из центральных, волнующих мировую общественность. Повышениетемпературы воздуха большая часть ученых-климатологов связывает со всевозрастающими промышленными выбросами в атмосферу двуокиси углерода, метана, идругих газов, вызывающих парниковый эффект. Еще недавно, всего несколько летназад, ряд крупных климатологов прогнозировал повышение температуры воздуха наСевере в начале XXI века на 10-15 градусов Цельсия. Ученый-уфолог А.К.Приймадаже предсказывал, что при таком резком потеплении климата треть человечестваможет погибнуть от засух и катастроф.
Анализметеорологических данных по ряду стран Северного полушария (Россия, Канада,США-Аляска, Китай) подтверждает, что в последние 25-30 лет действительнопроисходит потепление климата, хотя и более умеренное. Повышение температурывоздуха за этот период в большинстве регионов России составляет 1-1,2 градусаЦельсия. По данным Американского геофизического союза, за 1991-1997 годыглобальная температура воздуха повысилась на 0,62 градуса Цельсия. В последние 3-4года потепление климата мог почувствовать каждый россиянин средней полосы нашейстраны: здесь жаркие и сухие летние сезоны и мягкие зимы следовали друг задругом. Нашим современникам особенно запомнится лето 1999 года, сценарийкоторого развивался по М.Е.Салтыкову-Щедрину, точно как в городе Глупове вовремя правления градоначальника Фердыщенки, когда «с самого вешнегоНиколы, с той поры, как начала входить вода в межень, и вплоть до Ильина дня невыпало ни капли дождя… небо раскалилось… пахло гарью… травы и всходыогородных овощей поблекли…»
Людизадались вопросом — почему это происходит и что будет дальше? Глуповцы виделипричину возникшего несчастья в распутстве Фердыщенковой любовницы Аленки. Ксожалению, в наши дни высокообразованные специалисты, владеющие арсеналомсовременных математических методов и быстродействующей компьютерной техникой,также пока не могут уверенно объяснить, что случилось с климатом Земли, будетли он намного теплее в XXI веке по сравнению с XX, в чем причины глобальных климатическихизменений? В наши дни заговорили о смещении полюсов и даже о натовскихбомбардировках Югославии, мол, виноваты они. Потепление климата приводит, всвою очередь, к оттаиванию вечной мерзлоты и освобождению газов (особеннометана), захороненных в мерзлоте, и их дополнительному поступлению в атмосферу.Не случайно в газетных сообщениях последних лет появились предостерегающиезаголовки: «Метановая бомба в вечной мерзлоте». Что это — реалии илифантазии? Многочисленные исследования по проблеме глобального потепленияклимата проводились и проводятся в рамках тематических планов институтов,государственных и международных программ.
Россиянпроблема ожидаемых изменений климата интересует или должна интересовать особо:как никак более 65% ее огромной территории занято вечной мерзлотой, котораязависит от климата, чутко реагирует на малейшие его изменения и поэтому отнюдьне является вечной.
Скованныельдом горные породы развиты на севере Европейской России, Урала, севереЗападной Сибири (примерно до широтного отрезка Оби), на большей части ВосточнойСибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Отрицательные температуры проникают вземную кору до глубины 1300-1500 м, минимальные их среднегодовые значениядостигают -15…-16 градусов Цельсия. Вечномерзлый покров литосферы в планенапоминает изрядно потертое одеяло: вдоль верхнего (северного) края картыРоссии он почти сплошной, с редкими дырами и прорезями в виде таликов подкрупными озерами и реками, мощность мерзлоты здесь максимальна, а температурыминимальны. К югу таликовых прорех становится все больше, толща мерзлотыуменьшается, температура ее повышается и у нижнего, южного края области вечноймерзлоты от сплошного покрова остаются одни лоскутки — острова мерзлых породмощностью в несколько метров или десятков метров с температурой, близкой кнулю.
Хозяйственноезначение области вечной мерзлоты, или криолитозоны,как ее называют мерзлотоведы, трудно переоценить. Это — стратегический тылэкономики России, ее топливно-энергетическая база и валютный цех. Северный крайстраны населен крайне скудно. На огромных просторах арктических холодныхпустынь, тундры, лесотундры, тайги и горных степей, на равнинах, плоскогорьях ив горах на один квадратный километр приходится менее одного человека. ВЯмало-Ненецком национальном округе этот показатель равен 0,6 чел. на кв. км, вКорякии и на Чукотке — 0,1-0,2, а в Эвенкии и на Таймыре и вовсе 0, 03-0,06
Темне менее нельзя забывать, что в пределах криолитозоны России сосредоточеноболее 30% разведанных запасов всей нефти страны, около 60% природного газа,неисчислимые залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов,запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и преснойводы. Значительная часть этих природных богатств уже вовлечена в хозяйственныйоборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловыеобъекты, магистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров,шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, построеныавтомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На вечной мерзлоте стоятМагадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Надым, Воркута, даже вграницах Читы имеются острова вечной мерзлоты. В настоящее время хорошоразработаны методы прогнозирования последствий строительства зданий исооружений на вечной мерзлоте. Однако не только деятельность человека меняетмерзлотные условия. В гораздо больших масштабах оказывают влияние на мерзлыетолщи труднопредсказуемые изменения климата.
Прогрессивноеоттаивание мерзлых пород может обернуться катастрофическими последствиями. Делов том, что верхние горизонты вечномерзлых пород мощностью от 2-5 до 30-50 м иболее содержат лед в виде мелких линзочек и жилок, а также крупных залежей ввиде клиновидной решетки (полигональной в плане) или пластовых залежеймощностью до 30-40 м. На некоторых участках северных равнин лед составляет до90% объема мерзлых пород (рис. 1). Б.И.Втюрин оценивает запасы подземных льдовкриолитозоны России в 19 тыс. куб. км, что дает право иногда называть вечнуюмерзлоту подземным оледенением.
/>
Рис.1.Крупныеледяные жилы в вечномерзлых породах.Хребет Кулар, Северная Якутия
Оттаиваниельдонасыщенных пород будет сопровождаться просадками земной поверхности иразвитием опасных мерзлотных (криогенных) геологических процессов: термокарста,термоэрозии, солифлюкции и др. Целые регионы с низкими абсолютными отметкамиповерхности окажутся затопленными морем. Возникнет угроза разрушения зданий иинженерных сооружений, возведенных с сохранением мерзлого основания. Такиепоследствия потепления климата станут разорительными для экономики.
Мерзлотоведыв состоянии количественно оценить грядущие изменения вечной мерзлоты на любойсрок времени и предотвратить многие вредные их последствия, свести к минимумузатраты на стабилизацию мерзлотной обстановки, но только в том случае, еслидостоверно известны исходные климатические параметры. Загвоздка в том, чтоклиматические прогнозы еще далеки от совершенства, что объясняется сложнойприродой изменений погоды и климата. Климат постоянно претерпевает естественныеизменения. В 1625 г. сэр Фрэнсис Бэкон обратил внимание на то, что кромесуточных и сезонных изменений метеорологических элементов имеются ещемногочисленные многолетние циклы их изменения. В 1957 г. Дж.К.Чарлсуэрт уженасчитывал около 150 циклов колебаний климата различной продолжительности.А.С.Монин и Ю.А.Шишков выделяют миллиардолетние циклы, циклы продолжительностьюв сотни и десятки миллионов лет и более мелкие (в историко-геологическомпонимании) колебания с периодом от десятков тысяч до десятков лет. Хорошоизвестны короткопериодные колебания метеорологических элементов: 9-14-летние,5-6-летние и др. Все разнопериодные циклы изменения климата и погоды накладываютсядруг на друга и создают сложный интегральный ход изменения метеорологическихэлементов. В последние два-три десятилетия на естественные климатические циклывсе заметнее стали накладываться направленные изменения, связанные стехногенезом.
Ксожалению, достоверность и оправдываемость долгосрочных метеорологическихпрогнозов пока оставляют желать много лучшего. В итоге результаты прогнозовклимата получаются разноречивыми, что, в свою очередь, вызывает неоднозначностьв мерзлотных прогнозах. Различаются сценарии значительного потепления климатаобласти вечной мерзлоты в XXI веке (М.И.Будыко, О.А.Анисимов, М.К.Гаврилова,Ф.Э.Нельсон) и умеренного потепления (Е.П.Борисенков, А.В.Павлов), имеется дажесценарий похолодания (Н.А.Шполянская). Сценарии значительного потепленияклимата распространяются на территорию вечной мерзлоты лишь с учетом самыхобщих ее свойств. По М.К.Гавриловой, к середине грядущего столетиясреднегодовая температура воздуха в Сибири и на Дальнем Востоке повысится на4-10 градусов Цельсия, вследствие чего вечная мерзлота будет оттаивать и современем сохранится только в высоких горах и на равнинах севера ВосточнойСибири и Дальнего Востока. О.А.Анисимов и Ф.Э.Нельсон считают, что увеличениеглобальной температуры воздуха на 2 градуса Цельсия приведет к полномуоттаиванию мерзлых пород на 15-20 % территории криолитозоны. Метеорологическиеданные за последние 10-15 лет показывают, что экстремальные сценарии измененияклимата не оправдываются, потепление идет, но более скромными темпами.
Приобосновании сценариев умеренного потепления климата, помимо данныхметеостанций, используются также результаты наблюдений на геокриологических(мерзлотных) стационарах, где одновременно с метеорологическими измерениямиисследуются тепловой режим грунтов, сезонное промерзание — протаивание имерзлотные процессы (А.В.Павлов). Такое сочетание повышает достоверностьмерзлотно-климатических прогнозов. Остановимся на этой проблеме подробнее.
Донедавнего времени сеть метеостанций на севере России была достаточноразветветвленной; продолжительность метеорологических измерений в нашей странедостигает 180 лет. Кроме того, к началу 1990 г. здесь существовало около 25геокриологических стационаров — опорных пунктов мониторинга криолитозоны.
Приизучении многолетних колебаний современного климата необходимо осреднятьметеорологические данные за ряд соседних лет, чтобы исключить случайныевариации. Наиболее часто выбирают период осреднения в 10 лет. Анализ среднихскользящих 10-летних значений температуры воздуха, выполненный по ряду регионовсевера России, показал, что в большинстве континентальных районах Севера заметеорологический период наблюдений в целом отмечается заметное повышениетемпературы воздуха (до 2,4 градуса Цельсия в Якутске за 1830-1995 годы). Наоборот,в районах, примыкающих к северным морям, прирост температуры воздуха за всевремя метеорологических измерений, несмотря на существование ее колебаний вотдельные годы, практически отсутствует. Это дает основание полагать, что вАрктике и некоторых смежных регионах вследствие близости морей и слабоготехногенного воздействия современные потепления и похолодания не выходят запределы естественной вековой цикличности климата. Здесь «маятник»погоды находится в состоянии устойчивого равновесия.Можно выделить два периода с отчетливо выраженным повышением температуры воздуха на Севере: с конца XIX века по 1940-е годы XX века (этот период называется «потеплением Арктики») и с середины-конца 1960-х годов до настоящего времени (рис. 2). Последнее (современное) потепление пока не достигает размеров «потепления Арктики». Более того, в начале 1990-х годов на ряде арктических метеостанций наблюдалось заметное похолодание. Однако последующие годы оказались достаточно теплыми, что явилось причиной сохранения общей тенденции потепления климата в наши дни.
/>
Рис.2. Отклонение средних скользящих 10-летних значений среднегодовой (1),среднелетней (2) и среднезимней (3) температур воздуха от нормы в Салехарде(север Западной Сибири)
Темпповышений среднегодовой температуры воздуха за последние 25-30 лет составляет0,02-0,03 градуса Цельсия в год в условиях Европейского Севера, 0,03-0,07 — насевере Западной Сибири и 0,01-0,08 градуса Цельсия в год — в Якутии. Самоповышение температуры воздуха за этот период изменяется от 0,4 до 1,8 градусаЦельсия. Потепление климата обусловлено главным образом повышением зимнейтемпературы воздуха.
Еслитенденция к климатическому потеплению сохранится в первой половине XXI века,можно ожидать повышение среднегодовой температуры воздуха к 2020 году на0,9-1,5 градуса Цельсия и к 2050 году на 2,5-3 градуса Цельсия. Атмосферныеосадки к этим же годам возрастут на 5 и 10-15 %, соответственно.
Анализданных мониторинговых наблюдений и геотермических исследований свидетельствуето широко распространенной деградации верхних горизонтов криолитозоны (повышениетемпературы вечномерзлых пород, уменьшение их площади, возрастание глубинысезонного протаивания) за последние 15-25 лет. Повышение температуры мерзлотыможет быть вызвано как потеплением климата, так и возрастанием снегоотложений.
/>
Рис.3. Изменение температуры вечномерзлых пород на глубине 10 м на стационареМарре-Сале (Западный Ямал)…
Вкачестве наглядного примера происходящих термических изменений в криолитозонеиспользуем данные наблюдений стационара Марре-Сале (Западный Ямал),расположенного на участке одноименной метеостанции. Здесь почти на всехэкспериментальных площадках зафиксировано повышение температуры мерзлых породна глубине 10 м за 1979-1998 годы (рис. 3).
Оноизменялось от 0,1 до 1 градуса Цельсия. Только в полосе поверхностного стокаводы (площадка 34) многолетние изменения температуры пород практически неотмечались. По результатам геотермических исследований обнаружено, чтосовременное потепление пород достигает глубин в десятки метров. Рассмотрениематериалов наблюдений того же стационара Марре- Сале показывает, что несмотряна большие междугодовые вариации глубины сезонного протаивания, в целомобнаруживается слабая тенденция к ее возрастанию за 1978-1998 годы (рис. 4).Прогнозируемая глубина сезонного протаивания на 2020 год возрастет на Северевсего на 15-20 см в песках, а в супесях, глинах и торфах еще меньше.Прогнозируемые региональные повышения температуры поверхности пород не превысят1,4 градуса Цельсия на 2020 (2025) и 2,3 градуса Цельсия на 2050 год (таблица).
/>
Рис.4. Изменение глубины сезонного протаивания пород на стационаре Марре-Сале(Западный Ямал) за 1978-1998 гг…
Нарис. 5 показана эволюция вечной мерзлоты в России в том случае, еслиоправдаются приведенные выше прогнозные оценки потепления климата на Севере вXXI веке. Выделены 4 зоны, отличающиеся разной степенью и неодинаковыми срокаминачала повсеместного глубокого оттаивания вечномерзлых пород сверху.
Заначало глубокого оттаивания мерзлых пород принят момент, когда слой грунтов,оттаявший за лето, зимой промерзнет не полностью и кровля вечномерзлых породначнет прогрессивно понижаться. Временной интервал, за который вечномерзлыепороды оттают полностью, зависит не только от потепления климата, но также отсостава и льдистости пород, их температуры и мощности, от теплопритока снизу(из земных недр). Таяние может продолжаться годами, десятилетиями, сотнями итысячами лет.
/>
Рис.5. Вероятные изменения вечной мерзлоты в России при потеплении климата к 2020 и2050 гг…
Присоставлении карты-схемы (см. рис. 5) учитывалось, что на одинаковые измененияглобального климата вечная мерзлота в разных ландшафтных условиях будетреагировать по-разному. Наибольший вклад в разнообразие реакции мерзлоты наатмосферные воздействия вносит рельеф земной поверхности. На карте показаны трикатегории рельефа: равнины, плоскогорья и горы.
Перваяс юга зона — это территории, на которых вечная мерзлота к 2020 году будетоттаивать сверху повсеместно, где она развита. Эта зона сформируется только впределах Западно-Сибирской низменности, на южном пределе современнойкриолитозоны. Здесь в настоящее время встречаются редкие острова-линзывечномерзлых пород с температурой выше -0,5 градуса Цельсия, приуроченные кторфяникам. После их оттаивания южная граница криолитозоны отступит к северу на300 км и более, таяние вспученных льдом торфяников будет сопровождаться интенсивнымипросадками их поверхности, но серьезных изменений в природную обстановку идеятельность человека это не внесет: вечномерзлые торфяники встречаются редко ив хозяйственную деятельность практически не вовлечены.
Втораязона — территории, где вечномерзлые породы будут повсеместно таять к 2050 году.На севере европейской части России криолитозона к этому времени отступит всеверном или северо-восточном направлении на 50-100 км, в Западной Сибири — на100- 250 км, на юге Среднесибирского плоскогорья — на 600 км. В горах изменениякриолитозоны будут минимальными: острова вечномерзлых пород будут оттаиватьповсеместно только на Енисейском кряже и в небольшой части гор Южной Сибири июго-восточного Забайкалья. Как и в предыдущей зоне, последствия оттаивания мерзлыхпород окажутся незначительными: исчезнут острова и небольшие массивы мерзлыхпород в самых неудобных для человека урочищах — торфяниках, на сильно замшелыхучастках тайги, на затененных днищах узких, глубоких долин, на склонах севернойэкспозиции. Современная температура этих пород не ниже -1 градуса Цельсия.
Третьязона объединяет территории, где к 2050 году глубокое оттаивание вечномерзлыхпород начнется не повсеместно. Современная температура вечномерзлых пород здесьменяется в основном в пределах от -1 до -5 градусов Цельсия. Оттаивать будуттолько малольдистые породы с температурами не ниже -1…-1,5 градуса Цельсия.Это преимущественно пески и скальные породы. Ширина зоны частичного оттаиваниявечномерзлых пород на севере европейской части России достигнет 30-100 км, насевере Западной Сибири — 40-200 км, в Восточной Сибири — 240-820 км.
Зонавключает в себя также часть низких гор Южной Сибири, Забайкалья, юга ДальнегоВостока и Камчатки до 60-62 градусов северной широты.
Вчетвертую зону, зону относительно стабильных вечномерзлых пород, входитсеверная часть криолитозоны с самыми низкими температурами пород — от -3 до -16градусов Цельсия. Мощность их измеряется сотнями метров. При прогнозныхмасштабах потепления климата глубокое протаивание мерзлых пород на этойтерритории исключается. Незначительно увеличится лишь площадь таликов.
Такимобразом, на основе вышеприведенных данных можно сделать вывод об измененияхкриолитозоны России к середине XXI века. Через 50 лет температура поверхностигрунтов повысится на 0,9-2,3 градусов Цельсия, а глубина сезонного протаиванияувеличится на 15-33%. В результате этого южная граница криолитозоны на равнинахи плоскогорьях отступит к северу и северо-востоку на 50-600 км. Если к зонамполного оттаивания вечномерзлых пород добавить зону частичного их таяния, то вцелом образуется полоса деградации вечной мерзлоты, ширина которой на севереевропейской части России достигнет 50-200 км, в Западной Сибири — 800 км и вВосточной Сибири — 1500 км. Сильно сократятся, но полностью не исчезнут островаи массивы вечномерзлых пород в горах Забайкалья, юга Дальнего Востока и наКамчатке.
Негативныепоследствия климатического потепления будут отмечаться на всей территориикриолитозоны: усиление деградации мерзлых толщ как по вертикали, так и в плане;нарушение функционирования природно-технических систем, при проектированиикоторых не была учтена возможность глобального потепления климата и деградациимерзлоты. На территории, где вечномерзлые породы относительно стабильны (третьяи четвертая зоны на рис. 5) из-за высокой льдистости верхнего горизонта мерзлыхпород даже небольшое увеличение глубины сезонного протаивания приведет кактивизации таких разрушительных мерзлотных процессов, как термокарст,термоэрозия и солифлюкция. Усилятся процессы разрушения береговых уступоварктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат дляобеспечения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооружений.
Непринятиесвоевременных защитных мер может обернуться катастрофой.
Ожидаемоек середине XXI века потепление климата и криолитозоны сопоставимо с потеплениемв период голоценового климатического оптимума 4600-8000 лет назад, когда южнаяграница криолитозоны отступила к северу и заняла положение, близкое кпрогнозируемому ее положению в 2050 г. На территориях, где вечная мерзлотасохранялась, увеличивалась глубина сезонного протаивания. Анализ строенияверхнего горизонта вечномерзлых пород позволяет установить глубину сезонногопротаивания в это время. В арктических и высокогорных районах она оказалась на20-40 % больше современной глубины, то есть сопоставимой с прогнозируемойвеличиной прироста мощности сезонноталого слоя к 2050 году. Подобное совпадениелишний раз подтверждает реальность предложенного сценария потепления климата икриолитозоны.
Список литературы
АнисимовО.А., Нельсон Ф.Э. Прогноз изменения мерзлотных условий в северном полушарии:применение результатов балансовых и транзитивных расчетов по моделям общейциркуляции атмосферы // Криосфера Земли, 1998, 2. С. 53-57.
БорисенковЕ.П. Изменение климата и человек. М.: Знание, 1990.
БудыкоМ.И. и др. Предстоящие изменения климата // Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1992, 4.С. 36-52.
МельниковЕ.С., Гравис Г.Ф., Конченко Л.А., Молчанова Л.С. Карта криогенных геологическихпроцессов криолитозоны России (м-б 1:7500000) // Итоги фундаментальныхисследований Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука, 1997. С.279-286.
МонинА.С., Шишков Ю.А. История климата. Л., Гидрометеоиздат, 1979. 408 с.
Общеемерзлотоведение (геокриология) / Под ред. В.А.Кудрявцева.М.: Изд-во МГУ, 1978.464 с.
ПавловА.В. Закономерности формирования криолитозоны при современных измененияхклимата // Известия РАН, серия геогр.,1997, N 4, c. 61-73.