Климатолог Павел Константинов о необходимости исследования климата Арктики, роли спутников в метеорологии и значении климатологии в изучении истории
Малоизвестный факт: в годы Великой Отечественной войны огромное внимание уделялось именно метеорологическому обеспечению Арктики. Тот, кто знал больше об арктической погоде, имел преимущества на море и в воздухе. Есть замечательные литературные источники, в которых описывается, что со стороны наших противников существовали определенные стратегии, которые были направлены именно на уничтожение советских метеорологических станций, работающих на арктических островах, и на замену их собственными. Во время Великой Отечественной войны тот, кто владел погодной информацией из Арктики, владел непосредственно воздухом и даже частично океаном.
После окончания военных действий благодаря накопленной информации, вкупе с развитием технологий, изучение климата Арктики продолжилось. Первые запущенные спутники позволили посмотреть на шапку арктических льдов, в том числе проследить их динамику. Спутник в метеорологии — это достаточно интересное средство. Когда спутники научатся делать все, возможно, наземные сети метеорологических станций станут в традиционном их понимании не нужны. То есть это серьезно удешевит процесс получения метеоинформации. Но сейчас спутники еще не сравнимы по точности, к примеру, с измерением приземной температуры воздуха. С этим связаны известные случаи, когда со спутников в районе, например, Антарктиды регистрировался температурный рекорд — если я не ошибаюсь, -94 °C, но точность его определения достаточно невысока и составляет даже не несколько градусов, а около 5–7. Поэтому признать его реальным рекордом не представляется возможным. Со спутника удобно обозревать площадные характеристики, то есть смотреть количество площади арктического Северного Ледовитого океана, занятого льдом. Если говорить о точных измерениях, спутники пока, к сожалению, не везде могут нам помочь.
Благодаря спутникам сейчас открыто такое беспрецедентное явление, как арктические (полярные) мезоциклоны. Это аналог небольшого тропического циклона. По размерам он очень похож на обычный. Конечно, это несравнимо с тропическими ураганами, которые обрушиваются на побережье Мексиканского залива или южные области Японии. Тем не менее испортить инфраструктуру и изменить направление движения воздушных судов эти мезоциклоны вполне могут. Открыть их до этого не могли, потому что срок их жизни достаточно мал, иногда составляет менее суток. Первые спутники, которые не были геостационарными, пролетали над Арктикой один раз в сутки и могли этот циклон не зарегистрировать. Существующих измерительных систем в Арктике не хватало, потому что, чтобы их зарегистрировать, как и в случае с торнадо, арктический циклон должен был бы пройти по метеорологической станции, разрушив ее до основания. С этим связано много интересных историй: синоптики не очень любят прогнозировать торнадо, потому что если они его спрогнозировали, а ни по каким данным метеорологических станций его не было замечено, то этот прогноз не оправдался.
Полярные мезоциклоны доставляют множество проблем. Со спутника в конце 1980-х — начале 1990-х годов совместными усилиями Канады, Соединенных Штатов, Норвегии и тогда еще Советского Союза удалось впервые открыть существование этих опасных вихрей. Они обычно формируются рядом с кромкой замерзания льда, то есть на границе льда и свободной воды. В сезон можно наблюдать несколько хорошо выраженных полярных мезоциклонов, которые способны в неудачном случае нанести заметный ущерб. Сейчас уже даже составлены базы данных практически всех полярных мезоциклонов, которые когда-либо наблюдались. Заметна интересная закономерность в том, что некоторые из них связаны с теми проблемами в арктической атмосфере, которые до этого оставались непознанными.
Это явление без всякого преувеличения можно назвать самым крупным открытием в современной климатологии последних 30 лет. Новые технологические средства помогли нам открыть то, о чем ранее не было представлений. Символично, что это произошло именно в Арктике, потому что этот регион был terra incognita для серьезной метеорологии с большим покрытием поверхности. Теперь мы уже знаем не все, но достаточно много: траектории, среднее количество и опасные области, в которых, скорее всего, в определенные месяцы будет наблюдаться максимум активности циклонов. В некотором смысле мы знаем уже даже больше, чем о тайфунах и тропических ураганах, зарождение которых еще не очень уверенно прогнозируется современными технологиями.
Большое беспокойство у тех, кто занимается современным изменением климата, особенно в части его потепления, вызывают вопросы освобождения метана с океанического шельфа. Есть некоторые гипотезы, которые показывают нам, что огромное количество связанного в том числе химическим образом метана, так называемые метангидраты, находится в прибрежной зоне. А метан — это один из главных парниковых газов. Если начнется его лавинообразное высвобождение, это может сильно повлиять на уже текущий процесс потепления арктических широт. Арктика теплеет гораздо быстрее и интенсивнее, нежели вся планета. То есть тревоги по поводу глобального потепления — это одно, а потепление Арктики — это то же самое, только умноженное на 2–3. Если метан, связанный на шельфе, начнет лавинообразно высвобождаться, возможно, путем подтаивания вечномерзлых грунтов, то возникнет положительная обратная связь: процесс начнет усиливать сам себя. И именно в арктических широтах огромные количества освободившегося метана приведут к еще более лавинообразному росту температуры и потеплению арктического климата.
Сейчас это мы можем называть климатическими страшилками, но существовали опасения, что лавинообразное высвобождение метана теоретически могло бы приводить к потоплению некоторых судов. Можно представить себе огромное скопление метановых пузырьков, которые меняют плотность океанической воды. Если оно было бы достаточно большим, то небольшие морские суда могли бы быть затоплены такими метановыми пузырями по уменьшению плотности арктической воды. К счастью, сейчас уже принято считать, что подобная гипотеза, скорее всего, является ложной. И чтобы потопить среднее морское судно, даже рыболовное, нужен совершенно фантастических размеров и интенсивности метановый пузырь.
В числе других новейших открытий я упомяну, наверное, самый неожиданный результат моделирования арктического климата. Моделирование климатических процессов происходит с помощью суперкомпьютерных вычислений. Если вдруг случайно с вами по соседству находится один из крупнейших суперкомпьютеров мира, то, скорее всего, одним из его основных занятий будет прогнозирование климата. Потому что климатические прогнозы требуют чрезвычайно интенсивного использования компьютерных ресурсов. Это связано с тем, что огромное количество климатических задач требуют решения нелинейных уравнений газовой динамики, которые не решаются численно, как, например, обычные квадратные уравнения.
Когда появилась возможность играть с возможными сценариями, первое, что сделали для Арктики, — решили проверить, что произойдет, когда стает весь арктический лед. Преобразовав компьютерную модель Земли, убрали всю ледяную шапку, запустили климатическую модель, которая показала чрезвычайно интересный результат. Климат, в том числе Западной Европы, несмотря на то что огромные куски льда исчезнут с карты, не только не стал теплее, но и зимы стали гораздо более суровыми. Нарушился традиционный западный перенос. Мы привыкли, что все к нам в умеренных широтах приходит с запада. А за счет уменьшения контраста между тропиками и полюсом перенос естественным образом практически исчез. Это привело к смене западного типа циркуляции на субмеридиональный, и зимы стали гораздо более суровыми. Казалось бы, льда добавь — станет теплее, а лед убери — становится гораздо холоднее. Это поразило в свое время всех климатологов. Исследование с разными поправками производилось в течение 10 лет. Для того чтобы сохранять текущую климатическую ситуацию, по-хорошему необходимо каким-то образом сохранять эти арктические ледяные шапки и бороться с арктическим изменением климата, чтобы льды не стаяли окончательно. Такое парадоксальное явление показывает нам, что абсолютно не все можно естественным образом спрогнозировать на кончике пера.
Завершая рассказ о последних климатических открытиях, конечно же, нельзя обойти самый большой остров на Земле — Гренландию. На ней еще до Антарктиды начали активно бурить ледяные керны — это столбики льда, которые вынимают из скважины. Поскольку ледяная шапка Гренландии нарастала, в ней в запечатанном виде находится информация о климате планеты за последние десятки и сотни тысяч лет. Предполагалось, что можно будет только восстанавливать базовые события, то есть изменения газового состава, но оказалось, что некоторые важные вехи в развитии человеческой европейской цивилизации тоже хорошо в этом керне видны. К примеру, именно по изменению содержания свинца в различных уровнях данного керна можно прослеживать периоды расцвета или периоды угасания древних цивилизаций.
Идеальный пример — это Римская империя. Свинец добывался на территории Европы и естественным образом переносился и оседал на ледниках Гренландии, а потом сверху поглощался новыми ледяными слоями. Период наибольшего содержания свинца в кернах соответствовал наибольшему расцвету, потому что чем больше добывали свинца, тем, скорее всего, больше добывали серебра. А серебро использовалось в экономических и финансовых расчетах. При этом не стоит, конечно, забывать, что в Древнем Риме свинец использовался практически для всего: от посуды до труб акведуков. Есть информация, что большая часть населения Римской империи подвергалась хроническому отравлению свинцом. Потому что даже водопровод пролагался с помощью свинцовых труб. Периоды развития с максимальной добычей свинца, которые соответствовали цивилизационным успехам, идеально прослеживаются по времени в кернах Гренландии. Наоборот, где концентрация свинца резко снижалась, это было временем эпидемий либо экономического и финансового упадка.
Это место, где встречаются между собой гуманитарные и естественные науки. С одной стороны, мы имеем информацию об истории древних цивилизаций. С другой стороны, у нас есть ежедневник — керн, в котором с достаточно высокой степенью точности можно восстановить временную привязку событий. Обращаю ваше внимание, что это было сделано именно по данным гренландского керна, а не антарктического, который более известен. Через экваториальную зону свинцовые примеси и результаты добычи свинца и серебра просто бы не дошли. Это открытая книга, в которую записана история европейской цивилизации и древних цивилизаций последних как минимум десятков тысяч лет. Это сильно может помочь представителям гуманитарных специальностей, которые имеют потребность в более точном датировании. Без Арктики с ее ледяными шапками, в том числе гренландским ледниковым щитом, это было бы трудноосуществимым.
Источник ПостНаука