Ледокол Polarstern готовится лечь в дрейф среди льдов. Фото © Московское бюро Объединения им. Гельмгольца
Ледокол Polarstern фактически стал ядром исследовательского городка, созданного вокруг него. Иллюстрация © Helmholtz Perspektiven. 2020Агентство Bloomberg со ссылкой на американских ученых из Weather Underground и Weather Tiger LLC сообщает, что нынешняя аномально теплая зима в России, в странах Европы и США объясняется необычной ситуацией в Арктике. Все дело - в сформировавшейся необычайно устойчивой областью низкого давления в районе Северного полюса. Из-за нее ветры, которые обычно «отправляют» холодный воздух на юг, оказались буквально заперты в одном месте. Они циркулируют на самом севере планеты и не попадают в южные районы.
Такая ситуация привела к тому, что в США температура оказалась выше средней на 3 градуса. По данным местных метеорологов, если аномальная ситуация продлится до конца февраля, то нынешняя зима станет самой теплой в Соединенных Штатах за последний 141 год. Аналогичная ситуация складывается в Европе, восточной части Канады, а также большей части России. Ученые пока не выяснили, что стало причиной аномалии.
В том числе и на этот вопрос должна ответить начавшаяся пять месяцев назад, 20 сентября 2019 года, крупнейшая за всю историю изучения и освоения Арктики научная экспедиция на немецком ледоколе Polarstern («Полярная звезда»). Сейчас Polarstern, вмерзший в паковый лед, дрейфует в районе Северного полюса. Проект получил название MOSAiC (The Multi-Disciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate program – «Многопрофильная дрейфующая обсерватория по программе изучения арктического климата»).
Презентации этой уникальной исследовательской экспедиции была посвящена традиционная зимняя встреча, организованная московским бюро Объединения им. Гельмгольца (Германия). Президент Объединения им. Гельмгольца профессор Отмар Вистлер подчеркивает: «Мы уже получили огромный массив данных, касающихся проблемы изменения климата… Но науку не ледоколы делают, а ученые, светлые головы».
Горячая Арктика
Экспедиция на одном из самых современных исследовательских ледоколов «Полярная звезда» рассчитана на год. На борту медленно вползающего в льды Центральной Арктики судна трудится команда ученых, 100 человек из 17 стран. Каждые два месяца – пересменка.
В исследовательском консорциуме под руководством Института им. Альфреда Вегенера, германского центра полярных и морских исследований, совместно работают более 70 институтов. Бюджет MOSAiC – 140 млн евро. Зачем все это?
«То, что происходит в Арктике с изменением климата, не остается только там. Арктика представляет собой «большую кухню» и для погоды в Центральной Европе. Мы – возможно, последнее поколение, которое наблюдает Арктику, покрытую льдом круглогодично», – подчеркнул в интервью журналу Helmholtz Perspektiven руководитель экспедиции, специалист по физике атмосферы Маркус Рекс.
Уже имеющиеся экспериментальные данные действительно не слишком оптимистичны. «Мы существенно теряем лед в Арктике, – подчеркивает член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Сергей Гулев. – За 40 лет количество льда сократилось на 30%».
«Все может прийти к тому, что ледяной покров в Арктике станет сезонным. Если бы растаяли льды Гренландии, уровень Мирового океана поднялся бы на семь метров», – подчеркивал директор Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова (Росгидромет) Владимир Катцов. И по словам Катцова, с середины ХХ века большая часть глобального потепления связана с антропогенным воздействием.
Научных проблем в Арктике хватает. В общем, хотелось бы лучше понять влияние происходящих в Арктическом регионе изменений на глобальный климат. «Если дело так пойдет дальше, то во второй половине столетия мы сможем из порта Гамбурга дойти под парусом до Северного полюса и открыть там бутылку шампанского», – невесело шутит Маркус Рекс.
Океан и Россия
«Наблюдаемый климат изменяется, – резюмирует Сергей Гулев. – Средняя глобальная температура за 100 лет выросла на один градус. Эти изменения выводят климатическую систему из равновесия: 2002 год – наводнение в Германии; 2003 и 2010 годы – волны тепла во Франции и России.
Но самое главное – это изменение происходит неравномерно. Так, в среднем по России температура выросла на 1,3 градуса за 100 лет...» Это явление получило уже и специальное название – «нервозность климата». Естественно, что нервничают и люди, и есть от чего.
По словам Гулева, на 86% нынешнее потепление – это потепление океана. На всех глубинах до 2000 м его теплосодержание растет. И это критически важно. В среднем по планете динамика роста уровня океана составляет 3 мм в год, регионально этот показатель может составлять до 6–7 мм в год. И динамика этого показателя усиливается. (Замеры производятся с 1880 года.)
В регионах, относящихся к Арктике, добывается 80% российского газа, более 90% никеля и кобальта, 60% меди, 96% платиноидов. На долю Арктики приходится более трети российской добычи рыбы и морепродуктов и около 20% производства рыбных консервов.
«Отступление вечной мерзлоты – это очень важный показатель для оценки устойчивости территории России, – подчеркивает Сергей Гулев. – Вся инфраструктура в Арктике опиралась на устойчивость вечной мерзлоты. И это важно для планирования хозяйственной деятельности». Это не просто общие фразы, констатация очевидного. К северу от полярного круга расположено 20% (3 млн кв. км) территории России… В Российской Арктике живет около 2,5 млн человек, и это, как ни странно, преимущественно городское население.
И все эти процессы, актуальные и потенциальные, надо исследовать. Скажем, Германия и Франция в 2024 году специально для изучения вечной мерзлоты готовятся запустить спутник. Но одно ясно уже сейчас: вечная мерзлота деградирует. Вопрос только в том, какова динамика этого процесса. Как отметил Владимир Катцов, «сама наука адаптируется к изменениям климата: «Сейчас невозможно подобрать подходящую льдину для научной полярной станции. Приходится создавать искусственную дрейфующую платформу». И в 2019 году в России началось строительство своей «искусственной льдины» – дрейфующей ледостойкой самодвижущейся платформы «Северный полюс». Она рассчитана на 34 ученых и 14 членов экипажа. Очень похоже на Polarstern, только в уменьшенном масштабе.
Каковы стратегии поведения государства в арктическом макрорегионе? От научных экспедиций, подобных MOSAiC, политики, бизнес и общество ждут конкретных рекомендаций, обоснованных прогнозов. Как заметил на конференции Московского бюро Объединения им. Гельмгольца государственный секретарь Федерального министерства образования и научных исследований Германии Вольф-Дитер Лукас, «люди нуждаются не в панических выкриках, а в объяснениях».
Без суперкомпьютеров и математических моделей с этой задачей не справиться…
Погода с точностью до гектара
«Моделирование климата – это самое дорогое упражнение для современных компьютеров», – замечает Сергей Гулев. Судя по всему, Германия может себе такое позволить. По крайней мере на презентации MOSAiC специалист Центра им. Гельмгольца по исследованию окружающей среды Георг Тойч заявил: «Мы можем, наблюдая потоки энергии и массы, строить модели с привязкой к любому региону мира с разрешением 1–3 км. Мы можем на 80–100 лет предсказывать температуры, урожаи, запыленность. Модели могут имитировать сотни вариантов развития событий в зависимости от исходных данных».
По словам Георга Тойча, спутниковые данные позволяют получить разрешение до одного конкретного поля и даже до отдельной борозды на этом поле. Обработка этих данных производится сегодня, конечно, с использованием возможностей систем искусственного интеллекта. Логика такая: надо готовиться к изменениям климата как можно раньше: это проще и дешевле. Но, не зная причин, ни о какой адаптации к климатическим изменениям говорить не приходится.
Вообще на конференции Объединения им. Гельмгольца приводились результаты математического моделирования, которые впечатляют. Например, матмодели сегодня позволяют одновременно анализировать состояние 3–4 млрд деревьев! То же самое – относительно моделирования экологического статуса городов: как функционируют зеленые насаждения в городских условиях. Причем можно проследить историю отдельных деревьев за 100 лет…
Есть и еще одна проблема, особенно чувствительная для России с ее огромным шельфом.
«На арктическом шельфе существуют зоны активного выброса метана, – подчеркивает член-корреспондент РАН, руководитель геологического направления Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Леопольд Лобковский. – Происходит нагрев толщи многолетнемерзлых пород – отсюда и выбросы метана из газогидратов».
Так, за последние 10 лет температура воздуха над восточно-сибирским шельфом увеличилась на 5 градусов. «Потепление может быть связано и с разрушением берегов, с выбросом метана, – поясняет Леопольд Лобковский. – Некоторые общие оценки: вся почва – это примерно 1400 гигатонн метана, одна гигатонна – это миллиард тонн. Подводная мерзлота восточно-сибирского шельфа оценивается в 1400 гигатонн газогидрата. Это на два порядка больше, чем метана в атмосфере. Два порядка! И если даже выделяется 0,01 – это уже сравнимо с тем, что сегодня находится в атмосфере. Это очень большой потенциал».
Самое интригующее – вполне может быть, что деятельность человека здесь ни при чем. Просто 10 тыс. лет назад нынешний шельф был сушей со средней температурой грунта минус 17 градусов. Затем океан поднялся, температура повысилась до минус 1 градуса, и метан стал «газить». «Это одна из возможных причин потепления в Арктике», – отмечает Леопольд Лобковский.
Как бы там ни было, но однозначного ответа на вопрос – насколько во всех этих климатических изменениях повинен антропогенный фактор? – до сих пор не может дать ни одна математическая модель. Дело здесь, возможно, в масштабе.
Да, действительно, с 1500 года концентрация углекислого газа в атмосфере возросла очень сильно. На больших масштабах времени, по-видимому, основную роль играет изменение орбитальных параметров Земли – наклон оси, например. Уже в историческое время мамонты ходили на остров Врангеля, там было тепло! А на картинах Брейгеля, XVI век, жители Нидерландов катаются на коньках по замерзшим каналам.
Но на масштабах нескольких столетий трудно исключить влияние хозяйственной деятельности человека. «Без учета антропогенного воздействия современные модели климата не способны объяснить наблюдаемые экспериментальные данные», – констатирует Сергей Гулев…
Впрочем, на бытовом уровне пафос, конечно снижается. «Мы, кто живет в вечной мерзлоте, относимся к этому более спокойно, – заверила всех участников презентации президент Северо-Восточного федерального университета Евгения Михайлова. – Проблемы мы не отметаем, но и не драматизируем». Адаптация, о которой говорили ученые, в действии.
