Глобальное потепление в Арктике: прогнозы и реалии

Сегодня Северный морской путь назван стратегической транспортной магистралью России. Через Арктику проходят кратчайшие пути между рынками Северо-Западной Европы и Тихоокеанского региона (Японией, Китаем, США, Канадой). Но перспективы развития СМП зависят не только от политической воли и экономических расчетов. На вопрос: какую роль в истории суждено играть арктической транспортной системе? – ответ может дать природа. А точнее, прогнозы по поводу глобального потепления в Арктике.

Климат и экономика: точки взаимодействия

В условиях ожидаемого уменьшения сложности ледового плавания в Арктике из-за глобального потепления, изменяются многие ключевые параметры не только судоходства, но и всей экономики региона. Очень высока вероятность воздействий климатических изменений на береговую инфраструктуру морских транспортных систем: порты, портопункты, транспортные операции в зимний период с использованием припая и т.п. Более того, изменения протяженности морского ледяного покрова на трассах СМП могут повлиять на правовые основы юрисдикции России над этой морской транспортной системой.

Прилегающий к территории России арктический шельф становится в ХХI веке основным источником углеводородного сырья как для России, так и для мирового рынка (по некоторым оценкам, здесь сосредоточена четверть всех земных запасов нефти и газа). Чувствительность работ по освоению ресурсов на шельфе арктических морей к изменениям климата и гидрометеорологической обстановки связана с воздействием на добывающие сооружения и транспортирующие средства морского дрейфующего льда, обломков айсбергов, штормовых ветров и волнения. Конечно, потепление климата не исключит опасные гидрометеорологические воздействия, но перераспределит степень опасности от разных факторов. Например, если вероятность появления дрейфующих льдов уменьшится, то возрастет вероятность роста высот ветровых волн. Следует ожидать сохранения наметившейся в конце ХХ – начале ХХI века тенденции к увеличению вероятности появления айсбергов в районах северных морских месторождений. Сохраняется риск вторжения арктических паковых льдов в более южные районы моря. А значит, необходимо предусмотреть создание специальных служб контроля айсберговой и ледовой опасности, которые должны включать активную защиту от айсбергов и ледовый мониторинг.

Вообще совместимость инженерных сооружений с окружающей средой обеспечивается действующей нормативно-методической системой создания инженерных объектов, предусматривающей последовательные этапы её реализации – от инженерных изысканий до строительства и эксплуатации объектов. Оценка природных рисков является частью таких работ и должна выполняться уже на начальном этапе проекта, поскольку во многих случаях судьба сооружения решается именно на этапе обоснования предпроектной документации и инвестиций в строительство сооружения. Естественно, учет природно-климатических условий является важнейшим компонентом всех этих работ. Однако учет климатических изменений на этапе эксплуатации сооружения как фактора риска является исключением из общего правила: климатические условия, как правило, считают постоянными.

Поэтому представляется целесообразным при проектировании сложных, опасных для окружающей среды и финансово емких объектов, которые предполагается использовать на море или материке в Арктике в течение длительного времени (например, 10 лет и более), проводить обязательную оценку рисков, обусловленных климатическими изменениями в морском льду, вечной мерзлоте, в других компонентах природной среды. Следует пересмотреть полученные ранее оценки экстремальных высот волн, значения которых заложены в проектные решения буровых платформ для нефтяных и газовых месторождений. Стратегической задачей является создание условий, способствующих достижению необходимого уровня и качества специализированного гидрометеорологического обеспечения работ на шельфе, что в итоге позволит снизить отрицательное воздействие опасных гидрометеорологических и/или геофизических явлений при освоении минерально-сырьевых ресурсов.

Климатические условия Арктики являются постоянно действующим природным фактором, который определяет зону распространения многолетнемерзлых грунтов, развитие опасных гидрометеорологических, ледовых и других природных процессов, увеличение риска и ущерба от этих процессов, влияет на опасность возникновения техногенных аварий и катастроф. Арктические регионы отличаются от других регионов страны экстремальными для проживания, хозяйственной и иной деятельности условиями, которые оказывают отрицательное воздействие на здоровье, хозяйственные объекты и инфраструктуру, зависимостью от поставок топлива, продовольствия и других товаров по сложным транспортным схемам в ограниченные сроки, уязвимостью окружающей природной среды и экосистем к антропогенным воздействиям.

Таяние вечномерзлых грунтов в Арктике приводит к негативному воздействию на городскую и промышленную инфраструктуру, включая аэродромы, автомобильные и железные дороги и трубопроводы, вызывает значительные последствия в окружающей среде, экономике и социальной сфере. Многочисленные примеры разрушения жилых домов в Якутии и других районах Крайнего Севера (Якутск, Норильск, Воркута, Амдерма, Тикси) свидетельствуют о повышении риска для инфраструктуры и жизни людей. Повреждения линий нефте- и газопроводов в зоне вечной мерзлоты были зафиксированы в Ханты-Мансийском автономном округе. Таяние вечной мерзлоты может потребовать значительных восстановительных работ, т.е. больших инвестиций. Можно ожидать определенного нарушения снежно-ледовых дорог (зимников), что может вызвать транспортные проблемы. С другой стороны, наблюдается снижение объемов топлива, используемого для обогрева зданий, что является положительным эффектом наблюдаемых в последнее время изменений климата.

Кроме того, для обеспечения устойчивого развития арктической зоны особое значение придается развитию коммуникационной инфраструктуры на основе развертывания систем связи и вещания, прежде всего спутниковых. Развитие опирающихся на коммуникационные сети отечественных космических и автоматизированных технических средств наблюдений обеспечит повышение надежности и оперативности получения информации о гидрометеорологической обстановке. Но на системы связи, а также на линии электропередачи, трубопроводные системы негативное воздействие оказывают магнитные бури, вызывающие индуцированные электрические токи, поэтому необходим мониторинг текущего состояния ионосферы и долговременных трендов ионосферных параметров.

При этом в перспективе добавляется проблема смещения магнитного полюса в сторону Сибири. За последние 100 лет Северный магнитный полюс переместился по широте почти на 1000 км. До 1970 года полюс смещался равномерно со скоростью около 9 км/год, затем стал ускоряться и в 1990-х уже проходил 15 км/год. Современная скорость дрейфа оценивается в 40 км/год. Если ничего не изменится, то полюс покинет Канаду, пройдет через Аляску и примерно через полвека окажется в Сибири. Авроральный овал, где магнитные возмущения наиболее интенсивны, окружает магнитный полюс. В настоящее время материковая часть Российской Арктики находится вне овала, но если полюс переместится в Сибирь, то овал с сильными магнитными бурями накроет значительную часть Российской Арктики.

Роль Арктики в формировании климата

Утверждение о том, что Арктика является кухней погоды, возникло в 30-е годы прошлого века, когда начались интенсивные исследования в этом регионе. Арктика оказывает несомненное влияние на погоду в прилегающих умеренных широтах. Особенно зимой, когда ее холодное «дыхание» ощущается вплоть до субтропических районов Северного полушария.

Роль Арктики в формировании изменений климата весьма заметна. В Арктике накапливается пресная вода, поступающая с речным стоком и осадками, которая превращается в морской и наземный лед (ледники) и опресняет верхний слой Северного Ледовитого океана. В среднем за год нарастание массы льда зимой на его поверхности превышает летнее таяние. Избыток льдов вместе с пресной водой выносится из Арктики и способствует распространению морских льдов далеко на юг, влияет на условия формирования глубинных и придонных вод и тем самым на приток тепла с океанскими течениями в высокие широты Северного полушария.

Морские льды вместе с наземными ледниками усиливают как потепление, так и похолодание глобального климата и связанные с ними изменения уровня Мирового океана. Усиление потепления происходит в результате увеличения поглощения солнечного тепла поверхностью океана при сокращении площади морских льдов. Осенью и зимой это тепло поступает в атмосферу, повышая температуру воздуха и замедляя начало образования льда. При похолодании климата лед появляется раньше, растут его толщина и площадь, а количество солнечного тепла, поступающего на поверхность океана, уменьшается из-за значительного его отражения от светлой поверхности льда. Таяние арктических ледников, прежде всего Гренландского ледникового щита, при потеплении усиливает рост уровня океана. При похолодании этот уровень понижается, так как вода из океана в виде осадков остается на поверхности ледников в виде снега и льда.

С 70-х годов прошлого века средняя температура воздуха в Арктике повышается вместе с повышением средней температуры на всей планете и параллельно с ростом концентрации углекислого газа и других «парниковых» газов в атмосфере. Последнее обстоятельство послужило основанием для предположения об антропогенном вкладе в увеличение средней температуры воздуха. Расчеты на глобальных моделях климата, созданных в разных странах, в том числе и в России, подтверждают это предположение. Сравнение данных наблюдений за глобальной температурой приземного воздуха с результатами модельных расчетов дает убедительные аргументы в пользу антропогенного вклада в наблюдаемое потепление.

Согласно расчетам, повышение температуры будет происходить в течение ближайших 50 лет при всех рассматриваемых сценариях изменений концентрации, в том числе при стабилизации концентрации СО2 на современном уровне. Естественные климатические изменения, преобладавшие на всем протяжении истории Земли, также будут оказывать влияние на климат будущего. Их вклад в наблюдаемое потепление, согласно последней оценке межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), составляет не более 10%. И все же некоторые ученые не разделяют точку зрения о преобладающем антропогенном вкладе в современное потепление и настаивают на его естественной природе. Однако их доводы не всегда основаны на надежных данных и строгих математических методах в отличие от расчетов климатических изменений на глобальных моделях климата.

Несмотря на прогресс в области моделирования, прогноз будущего климата Земли остается предположением с определенной отнюдь не 100%-ной вероятностью. Почему? Возможны воздействия на климатическую систему непредсказуемых природных процессов, таких как извержения вулканов, процессы на солнце и в космосе. И даже в Мировом океане! Например, вследствие замедления океанического переноса тепла в высокие широты и в Арктику. Все это требует продолжения исследований процессов в климатической системе Земли, а также за ее пределами. Сюда входит и совершенствование глобальных моделей климата, являющихся основным инструментом для математических расчетов будущих климатических изменений. Необходимы и сведения о развитии мировой экономики, от которой зависят сценарии антропогенного воздействия на климат.

Арктика является одним из районов, для которых пока не удается получить хорошего согласия между глобальными моделями и наблюдениями в воспроизведении происходящих изменений климата (IPCC). В связи с этим необходимы новые данные о процессах в арктической части климатической системы, и особенно в ее морской составляющей. Широкомасштабные и комплексные исследования, выполненные в ходе экспедиций Международного полярного года 2007/2008 в высокоширотной морской Арктике, позволили получить уникальные данные об этих процессах и изменениях, произошедших в океане, морских льдах и атмосфере над ними.

С началом потепления в Арктике в 1990-х годах возрос интерес к изменениям в состоянии Арктического океана (Арктический бассейн и арктические моря), что проявилось в организации и осуществлении целого ряда международных и национальных программ арктических исследований и в проведении Международного полярного года в 2007—2008 гг. В этот период впервые после обширных советских исследований 1970-х годов удалось охватить наблюдениями большую часть Арктического океана. Правда, в отличие от советских наблюдений 1973—1979 годов, которые проводились в течение каждого из семи весенних сезонов на акватории всего Арктического океана, наблюдения в период Международного полярного года 2007/2008 покрыли почти весь Арктический океан в течение двух летних сезонов.

Главный итог МПГ – осознание роли и места полярных областей Земли для всего мира. Можно с уверенностью сказать, что эти районы – стратегический резерв человечества. При этом двухлетний цикл наблюдений в период МПГ совпал с периодом наибольшего потепления Арктики. Атмосферные процессы Северного полушария развивались на аномально повышенном фоне зональной высокоширотной циркуляции. Циклоны смещались по более высокоширотным траекториям, что обусловило в среднем за год экстремально высокие аномалии температуры воздуха в Арктике. В результате исследования МПГ стали долгосрочным базисом для дальнейшего изучения климатических изменений в Арктическом регионе.

Данные исследований

Надо отметить, что океанографические данные, собранные до начала 1990-х годов, использовались ранее при подготовке климатических атласов (Атлас океанов, 1980; Атлас Арктики, 1986) и цифровых океанографических атласов Северного Ледовитого океана (Атлас цифровой, 1998). Таким образом, были получены климатические океанографические характеристики Арктического океана в период до развития современного потепления, особенно детально представляющие его климат в 1970-е годы – в период относительного похолодания между потеплением Арктики в 1930—1950-е годы и современным потеплением. Данные океанографических наблюдений, полученные в период МПГ 2007/2008, позволили оценить характеристики состояния водных масс на акватории почти всего Арктического бассейна и сравнить их с климатическими значениями для 1970-х годов. Они показали масштабы потепления в этом слое, охватившем весь Арктический бассейн.

Так, максимальная температура в слое атлантической воды (АВ, вода, поступившая из Северной Атлантики и занимающая слой от 100 до 800 м в Арктическом бассейне) увеличилась, особенно в области потока АВ вдоль материкового склона, превысив на востоке области на 1-1,5° С уровень 1970-х годов. Одновременно поднялась верхняя граница слоя АВ, отождествляемая с нулевой изотермой. Уменьшение глубины нулевой изотермы составило от 20 до 80 м относительно её глубины в 1970-е годы. Вследствие этих изменений опресненный верхний слой над областью потока АВ уменьшился, и часть воды этого слоя сместилась в сторону Гренландии и Канадского архипелага. И в результате усилился сток опресненной воды из Арктического бассейна через Канадские проливы.

В условиях неопределенности последствий глобального потепления для океанического влияния на климат мониторинг поступления атлантической воды в Арктический бассейн – конечного звена североатлантической части глобального океанического «конвейера» – приобретает особое значение. Данные о температуре АВ, полученные в 2007 и 2008 годах в ходе экспедиционных исследований по программам МПГ 2007/2008 в Арктическом бассейне и сопоставленные с данными предыдущих наблюдений, показали продолжение потепления.

Толщина льда является наиболее трудным для массовых измерений параметром арктического морского ледяного покрова. Основное внимание сейчас уделяется развитию дистанционных неконтактных методов ее измерений как с летательных аппаратов, так и с подводных судов и заякоренных подледных установок. В то же время появляется все больше возможностей для попутных измерений с борта ледоколов и судов активного ледового плавания по мере увеличения числа рейсов в высокие широты.

Специалисты по морскому льду из Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ), участвовавшие в высокоширотных плаваниях, предложили простой способ визуальной оценки толщины льдин на пути ледокола. Он заключается в оценке размера боковой поверхности льдины, перевернутой «на ребро» движущимся судном, с помощью рейки, укрепленной на борту судна. Таким визуальным способом были проведены оценки толщин льдин во время плаваний атомных ледоколов «Арктика» и «Сибирь» на всем пути от входа во льды до Северного полюса и обратно в 1977 и 1987 гг. соответственно.

В 2004 году было предложено использовать телевизионный комплекс (ТК) для непрерывной цифровой съемки боковых граней льдин на фоне измерительной рейки. Благодаря этому стали получать обширные массивы изображений льдин, которые обрабатывались с помощью специального программного обеспечения. В 2004—2008 гг. были выполнены наблюдения за толщиной льда с использованием ТК в 10 высокоширотных рейсах.

Отметим, что особенности плавания во льдах позволяют оценивать толщину ровных однолетних и старых льдов, которым обычно движется судно, обходя участки всторошенного льда. Изменение за период потепления максимальной толщины ровного льда, достигаемой в Арктическом бассейне в мае, можно получить из сравнения данных 2006 и 1987 годов. В мае 2006 г. наблюдения проводились с борта атомного ледокола «Ямал», а в мае 1987 г. – с борта атомного ледокола «Сибирь» при эвакуации дрейфующих станций «Северный полюс». Обе морские операции по срокам и району проведения практически идентичны.

В мае 1987 г. старые (многолетние) льды наблюдались к северу от 83° с.ш., а в мае 2006 г. намного севернее – на 87° с.ш. (по меридиану 43° в.д.). В результате количество старых льдов на пути плавания ледокола в мае 2006 г. составило 13%, в то время как в мае 1987 г. их количество достигало 36%.

В период МПГ 2007/2008 проводились попутные измерения толщины льда в летний период с июля по сентябрь. Полученные данные позволят проследить изменения в распределении толщины льда в течение периода таяния, а также сравнить их с распределением толщин в более ранние годы, начиная с 1977 года.

Выполненное исследование показывает возможность использования для мониторинга толщины морских льдов попутных измерений с борта ледоколов и других судов, способных совершать плавание во льдах. Продолжение этих наблюдений, обработка и анализ их результатов вносят весомый вклад в исследования по программе Международного полярного года и в реализацию международной программы «Климат и криосфера».

Количество и средняя толщина льдов различного возраста на пути плавания атомных ледоколов «Сибирь» в мае 1987 г. и «Ямал» в мае 2006 г. (участки пути, свободные ото льда, исключены)

Глобальное потепление в Арктике: прогнозы и реалии

В период полевых исследований на дрейфующих станциях «Северный полюс-34» и «Северный полюс-35» получило подтверждение положение об активной роли сезонной трансформации морского льда в Арктике в увеличении амплитуды годовых колебаний концентрации СО2 в арктической атмосфере. Известно, что амплитуда годового хода концентрации СО2 растет от экватора к Северному полюсу. Предположение, что механизм этого влияния связан с экранированием льдом газообмена между океаном и атмосферой в зимний период несостоятельно, поскольку сокращение стока СО2 в океан не может увеличить его содержание в атмосфере зимой без дополнительного источника. Таким источником не может быть атмосфера над прилегающими широтами, поскольку средняя концентрация СО2 по крайней мере не убывает. Особенно зимой, по направлению к полюсу и от побережья в сторону покрытого льдом моря. Измерения потоков СО2, выполненные А.П. Недашковским на поверхности нарастающего льда во время дрейфа «СП-35», подтвердили его поступление в атмосферу при нарастании льда. В этом контексте Арктический бассейн в среднем за год может быть источником СО2, поскольку здесь нарастание льда превышает его таяние за счет выноса льда за пределы бассейна. В таком случае ускоренное сокращение площади морского льда может привести к усилению этого источника в результате роста объема льда, образующегося в зимний период.

Деградация ледяного покрова

Морские льды в Арктике, согласно палеклиматическим данным, образовались около 0,7 млн лет назад и с тех пор постоянно присутствуют в Арктике с большими или меньшими изменениями площади распространения. Как показали ученые из ААНИИ В.Ф. Захаров, Ю.П. Доронин и другие исследователи, устойчивость морских льдов обеспечивается наличием относительно тонкого (50-75 м) верхнего слоя опресненной воды в Арктическом бассейне и арктических морях. В этот слой практически не поступает снизу тепло от нижележащих вод, а тепло с его поверхности почти круглый год, за исключением короткого летнего сезона, отдается в атмосферу. В результате слой быстро охлаждается и на поверхности формируется ледяной покров. Большая часть образовавшихся льдов не успевает растаять за короткое арктическое лето и, таким образом, формируются многолетние льды. Предельный возраст, до которого могут «дожить» льды, зависит от суровости зимних условий и интенсивности выноса льдов за пределы Арктического бассейна. Устойчивость опресненного верхнего слоя поддерживается постоянным притоком пресной воды с осадками и речным стоком.

Глобальное потепление, согласно прогностическим расчетам на моделях климата, может значительно (на 10° С) повысить зимнюю и на 5° С летнюю температуру воздуха в Арктике к концу 21-го столетия. При этом количество осадков и сток рек увеличатся, т.е. опресненный верхний слой сохранится. Повышение летней температуры воздуха и увеличение периода таяния льдов приведут к сокращению доли многолетних льдов и к замене их однолетним льдом. Таким образом, морской лед в Арктике может постепенно превратиться в сезонный с коротким периодом почти полного отсутствия льда в конце периода таяния. Зимой, несмотря на повышение температуры воздуха, ледяной покров восстановится и будет достигать толщины однолетнего льда (на менее 1 м). А с учетом торошения, интенсивность которого возрастет, и много больше. Поэтому катастрофически быстрого исчезновения льдов в Арктике не предвидится, даже если прогноз развития глобального потепления оправдается.

Однако для подтверждения реальности благоприятного для СМП сценария деградации морского ледяного покрова необходимы дальнейшие исследования и мониторинг происходящих изменений во всех составляющих морской среды Арктики. Неотложными задачами развития системы мониторинга являются регулярные экспедиционные исследования высокоширотной морской Арктики с использованием новых научно-экспедиционных судов, автономных средств долговременных измерений параметров арктической морской среды, плавучих ледостойких платформ как базы для организации нового поколения дрейфующих научных станций «Северный полюс».

Надо отметить, что сложившаяся структура природопользования и экономики в Арктическом регионе, в которой главенствующая роль отводится отраслям сырьевого комплекса и промышленного производства, находится в явном противоречии с ролью Арктики в формировании регионального и глобального экологического равновесия. Значительная часть природно-ресурсного потенциала сосредоточена в Арктике в отдаленных и труднодоступных районах, наименее затронутых промышленным освоением и в наибольшей мере сохранивших качества природной среды. Эти районы сами являются важнейшим «экологическим ресурсом», значение которого выходит за национальные рамки. В условиях уязвимой арктической природной среды осуществляемая в Арктике хозяйственная деятельность обусловливает значительную деградацию природных комплексов. На отдельных территориях возникла угроза сохранению благоприятной окружающей среды для коренного и пришлого населения.

Основные задачи в области охраны окружающей природной среды состоят в предотвращении или снижении угроз окружающей среде и восстановлении нарушенной окружающей среды в Арктической зоне Российской Федерации. Они включают оценку, прогнозирование и управление экологическими рисками в условиях интенсификации природопользования, системные природоохранные мероприятия на основе государственно-частного партнерства.

Генрих Алексеев
Руководитель отдела взаимодействия океана и атмосферы НИИ Арктики и Антарктики
Газета «Морские вести России» №18 (336) 2010