Почему меняется климат?

Накануне Дня российской науки беседуем с Владимиром Владимировичем Зуевым - членом-корреспондентом Российской академии наук, профессором, доктором физико-математических наук, заместителем директора Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН в Томском научном центре СО РАН.

- Судя по названию, ваш Институт ведет наблюдения за погодой, климатом?

- Наш Институт занимается достаточно популярной в мировом научном сообществе проблемой - мы исследуем климатические изменения. Если в России по этой тематике издаются 6-7 рейтинговых журналов, то на Западе ей посвящены десятки журналов с большим импакт-фактором. Актуальность проблемы объясняется тем, что экстремальных погодных явлений в разных частях земного шара становится все больше.

Но изменения климата не могут не вызывать экологических изменений. Наш Институт изучает в том числе и эту проблему. О том, как климат влияет на экологию, можно судить по такому примеру: в последние годы вдруг обнаружилось, что наше богатство - пихтовые леса - уничтожает вредитель, пихтовый пильщик. Это не наш, а дальневосточный вредитель, и транспорт его понятен: завезли при перевозке древесины. Но еще 10-15 лет назад пихтового пильщика у нас не было. Регион Томской области ближе к понятию полярной зоны, и ему здесь «было холодно». В последние годы в Западной Сибири «потеплело», и пильщик приживается на территории Томской области, а для сибирской тайги это - бедствие.

- Владимир Владимирович, в последние годы все мы стали свидетелями природных катаклизмов. Они происходят в разных частях света, летом 2012 года небывалая жара и пожары охватили и Сибирь, Томскую область. Что происходит с погодой, климатом?

- Наше жаркое лето 2012 года, принесшее столько пожаров в Сибирь, является логическим продолжением жаркого лета 2010 года в европейской части России, когда пожарами там был охвачен весь регион. Эти аномалии связаны с действием блокирующего антициклона. И появление таких аномальных блокирующих процессов постепенно становится нормой. Летом такой антициклон приводит к жаре и засухе, зимой - к сильным холодам.

На смену бездождевым жарким летним месяцам приходят мощные зимние холода. Об этом не очень часто говорят, но экстремальная жара и пожары лета 2010 года в Европе сменились сильными холодами зимой 2010-2011 года, когда замерзли каналы в Нидерландах, был скован льдом незамерзающий Кольский залив. И неудивительно, что вслед за жарким летом 2012 года в Сибирь пришли суровые зимние морозы.

Специфика климатических изменений сегодня характеризуется появлением контрастных очаговых климатических зон. Усиление температурных контрастов увеличивает вероятность и частоту появления таких опасных явлений, как ураганы, особенно в субтропических регионах. До сих пор на слуху ураган «Катрина» в 2005 году, приведший к нескольким тысячам жертв в Новом Орлеане.

- А наука может выяснить причины климатических изменений?

- Наш Институт как раз и пытается разобраться с этими причинами, прежде всего, на региональном уровне. Пока существующие компьютерные мощности позволяют рассчитывать климатические модели на глобальном уровне. Но как только мы пытаемся сжать масштабы до уровня регионов - все модели разваливаются. И это понятно, поскольку, когда речь идет о глобальных моделях, то главную роль играет радиационный фактор, а динамический фактор усредняется и сглаживается. Как только мы сужаем масштабы исследуемого региона, определяющим становится динамический фактор, и, как следствие, возрастает число параметров, которые необходимо учитывать при вычислениях. Но пока даже самому мощному компьютеру обработка такого количества информации не под силу.

Вся сложность науки о климатических изменениях заключается в её многофакторности. На климат Земли влияют и космос, и Солнце, и планетарная геосистема: мировой океан, водные объекты суши, криосфера (мерзлота, ледники), атмосфера и биосфера. Чтобы решить задачу климатических изменений, нужно не только учесть многообразие этих факторов, но и правильно описать их взаимосвязи. Учесть все - задача невыполнимая, поэтому важно определить, какие факторы и связи являются превалирующими. Наши исследования показали, что значимое влияние на изменение климата Сибири и Арктики оказывают вроде бы далекие от нас вулканы тропического пояса.

- Но где Сибирь и где вулканы в тропиках?!

- И тем не менее... Нас интересуют не все вулканы, а лишь те, которые способны забросить в стратосферу продукты извержений. Считается, что такие извержения приводят к похолоданию. Действительно, временное похолодание происходит, но затем наблюдается разгон температур. По нашей модели в стратосферу после извержения вулкана попадают наноразмерные частицы сажи, образующиеся при термическом разложении метана в раскаленной части эруптивной колонны. Черная сажа поглощает солнечную радиацию и разогревает тропическую стратосферу, вызывая значительные возмущения общей циркуляции атмосферы, т.е. динамического фактора. В результате через год-два у поверхности Земли формируются контрастные зоны с образованием очагов тепла за счет нагнетания теплого воздуха из нагретых регионов планеты, особенно в высоких широтах, что и наблюдалось во второй половине 20-го века.

- Владимир Владимирович, и что нас всех ожидает в будущем?

- Современное поведение температуры не вписывается в рамки всех прогнозных сценариев. С середины 90-х годов XX века на фоне увеличения выбросов СО₂ температура понижается, что противоречит традиционной теории глобального потепления. Если сопоставить период похолодания 1940-1960-х годов и наши дни, то можно видеть, что при схожих темпах понижения температуры скорость роста важнейшего радиационного фактора СО₂, стимулирующего потепление, в современный период на порядок выше. Значит, набрал силу новый фактор, способствующий падению температуры. Вероятнее всего, это изменения термохалинной циркуляции, определяющей океанический перенос тепла из тропиков в полярные широты. Яркий пример - это Гольфстрим и его продолжение, Североатлантическое течение, заканчивающееся в Баренцевом море, где его иногда именуют Норвежским течением.

Термохалинная циркуляция основывается на двух основных физических законах: теплая вода легче холодной и соленая вода тяжелее пресной, поэтому пресная располагается сверху. В результате интенсивного таяния льдов северные моря покрываются пресной водой, термохалинная циркуляция притормаживается и может даже сменить свое направление. Если Гольфстрим станет перекачивать больше тепла в сторону Африки, то в Северной Атлантике тепла не будет. Основная «печка» для Западной Европы, обеспечивающая ей мягкие теплые зимы, выключится.

Мы промоделировали ситуацию выключения переноса тепла в районе Североатлантического и Норвежского течений с помощью современных климатических моделей. Расчеты были выполнены в Метеорологическом институте им. Макса Планка в Гамбурге. Они показали, что к концу XXI века изменение термохалинной циркуляции может привести к дополнительному понижению зимних температур на 20 С в Норвежском и Гренландском морях, которые, как и остальная часть Атлантики севернее 50 с.ш., будут покрыты льдом. Очевидно, что в случае реализации подобного сценария климат в Европе будет совершенно другим. Например, зимние температуры в районе Черного моря понизятся до -2ºС, и зимой оно будет покрыто льдом. Но наиболее серьезные проблемы коснутся Арктики, где все воды окажутся скованными льдами практически круглогодично. Нужны будут совершенно новые подходы к освоению арктического шельфа.

- Но это тема для нового разговора....