2000 №3

Вода и суша. Схватка двух стихий

Г. АЛЕКСАНДРОВСКИЙ.

Возраст нашей планеты наука определяет в 4,6 миллиарда лет. Древнейшим из найденных учеными камней — уже образовавшимся минералам — около 4-х миллиардов лет. Первая ледниковая эра на Земле наступила около 2,5 миллиарда лет назад. Потом были вторая, третья, четвертая. Каждая из них длилась от нескольких десятков до 200 миллионов лет. Ледниковья чередовались с не менее продолжительными полосами теплого климата. Ледниковая эра состояла из нескольких периодов длиной в миллионы лет, периоды, в свою очередь, дробились на ледниковые эпохи. Последняя из них продолжалась около 100 тысяч лет и закончилась 25 тысяч лет назад.

Средняя температура на Земле во времена ледниковий была на 6–7 °C ниже, чем в теплые периоды. Большая часть материков (в полярных, приполярных и умеренных широтах) покрывалась толстым ледяным панцирем, возникали обширные зоны вечномерзлых грунтов. И каждый раз все это сопровождалось весьма существенным понижением уровня Мирового океана. Иногда он понижался на 100–125 метров. На образование гигантских ледяных панцирей, покрывавших материки и мелководные моря, воду давали океаны, их испарения.

Когда ледниковья сменялись периодами межледниковий, повышалась температура воздуха, оледенения почти полностью или частично стаивали, зоны лесов, сначала хвойных, потом лиственных, продвигались далеко на север.

Нередко климат межледниковий был существенно теплее, чем нынешний. Например, в Европе на широте Вологды росли широколиственные деревья, теперь в этих местах — преимущественно хвойные леса. В Англии широко процветало виноградарство, а ныне там уцелели лишь немногие сорта виноградника. Около 40 миллионов лет назад климат Антарктиды (хотя она так же, как и теперь, находилась в районе Южного полюса) был умеренным, пятый континент покрывали леса.

Во все периоды глобальных потеплений уровень Мирового океана неизменно повышался.

За последние 2,5 миллиарда лет жизни нашей планеты общая продолжительность ледниковий (вместе с начальными фазами и временем постепенной деградации ледников) занимает почти столько же времени, сколько и теплое, безлёдное.

Причина возникновения и изменений оледенений Земли до сих пор не разгадана. То ли это какие-либо внешние явления космического порядка, то ли внутренние, планетные. Многие ученые склоняются к тому, что правильнее причины изменений климата и оледенений искать в процессах, происходящих на самой Земле.

Мы живем в межледниковый период. И сейчас, как это уже признают большинство специалистов, идет потепление атмосферы. За последний век средняя приземная температура воздуха повысилась на 0,55 °C, а уровень океана поднялся (максимальная оценка) на 20 сантиметров. Ожидается, что в наступающем веке средняя приземная температура повысится на 1,5–4,5 °C. Этот прирост относят за счет парникового эффекта, вызванного антропогенными загрязнениями.

Расчеты изменения климата на ближайшие сто лет не дают ясного ответа — на сколько при этом поднимется уровень Мирового океана. Его подъем связан со многими причинами. И одна из наиболее существенных — сколь интенсивно будут таять льды Антарктиды, поставляя воду в океан. А мнения самые разные. Есть, например, такое: ледяной щит Антарктиды при глобальном росте температур будет не таять, а расти. Сторонники этой гипотезы предполагают, что температура атмосферы над пятым континентом, сохраняющая даже в летние месяцы отрицательное значение, будет так сильно охлаждать насыщенный водяными парами воздух, что над материком начнутся бесконечные снегопады. И тогда окажется, что Антарктида способствует не приросту уровня океана, а его понижению. Но, скорее всего, это будет компенсировано притоком воды от таяния других ледников. На диаграммах А и Б показаны две группы факторов, определяющих пополнение водной оболочки планеты.

Основные составляющие, за счет которых, как предполагается, будет происходить подъем среднего уровня Мирового океана в XXI веке. Минимальный сценарий — график А. Экстремальный сценарий — график Б.

Судя по приведенным на стр. 46 диаграммам, подъем уровня Мирового океана в ближайшие сто лет ожидается на 10–20 сантиметров, а может, и на 4 метра. Большинство ученых склоняются к тому, что прирост уровня воды в Мировом океане к 2025 году составит 25 сантиметров, к 2050-му — 50 сантиметров, а к концу века — 1 метр.

Все эти расчеты осложняются еще и тем, что часть материков, например Северная Германия, опускается, а другие, как Скандинавия, — неуклонно и довольно быстро «всплывают».

Карта народонаселения планеты говорит, что 40 процентов человечества живет поблизости от берегов Мирового океана и морей. Даже средняя цифра подъема воды к 2050 году — 48 сантиметров — означает, что число людей, живущих в возросшем районе действия океана к середине XXI века значительно увеличится.

Суша будет убывать не только в низменных местах. Высокие берега тоже отступят под натиском океана. Какой же механизм здесь действует?

Северное море. Шторм во время прилива. Еще в средние века здесь была насыпана дамба. После этого прекратился размыв берегов.

Сначала познакомимся с тем, как живет берег при неизменном уровне моря. Зимой море чаще штормит, на сушу накатываются крупные сильные волны. Всюду, куда проникают волны, даже брызги, происходит размывание береговой породы. При откате вода уносит с собой в море измельченный прибоем материал: песок, мелкую гальку. Уносит недалеко, примерно туда, где начинают расти волны прибоя. С приходом лета меняется направление ветров, море становится спокойнее, и оно выбрасывает песок из-под воды снова на пляж.

Но вот уровень воды в море поднялся. Удары волн приходятся теперь уже на более высокую линию берега. Он станет сильнее размываться, возрастет количество песка, увлекаемого откатывающейся водой в подводную часть. Из-за того, что уровень воды вырос, летний прибой уже не в состоянии вернуть на пляж весь смытый с него за зиму песок. Берег немного отступит в сторону суши. Так будет происходить из года в год, пока остается высокий уровень моря. Таков закон в борьбе океана с сушей.

Комиссия по береговым обстановкам (это один из отделов Международного географического союза) пришла к заключению: более 70 процентов берегов, ранее нараставших за счет материала, принесенного морем, теперь начнут отступать в глубь суши со скоростью 10 сантиметров в год, около 20 процентов песчано-галечных берегов — со скоростью 1 метр в год.

И это еще не все. Самые большие неприятности принесет не столько сам подъем уровня океана, сколько связанные с ним приливы и штормы. И чем выше будет подниматься температура воды и воздуха, тем яростнее станут бушевать воздушная и водная стихии.

Море уже теперь грозит поглотить многие островные поселки.

Чтобы отстоять нынешние берега, противостоять прогнозируемому подъему вод в 1 метр, население земного шара должно построить немалое количество защитных сооружений. Подсчитано, что они обойдутся примерно в 1000 миллиардов долларов. Если этого не сделать, то Нидерланды, например, потеряют в наступающем веке 6 процентов своей суши. Через устья крупных рек соленые воды океана проникнут далеко в глубь материков, отчего пострадает прежде всего сельское хозяйство. В тяжелейшем положении окажется Бангладеш. Эта плоская страна при подъеме уровня воды на 1 метр потеряет 25000 квадратных километров своей плодородной земли. В густонаселенной и бедной стране в трагическом положении окажутся миллионы людей. У них нет денег, чтобы возвести защитные дамбы. Уже сейчас в прибрежных районах, страдающих от штормовых нагонов воды из Бенгальского залива, крестьяне насыпают холмы, на которых пытаются спастись сами и спасти свой скот.

Чрезвычайно мрачные перспективы у островных государств. Земли многих из них возвышаются над водой всего на какие-то метры. Например, низменные коралловые Маршалловы острова в Тихом океане будут затоплены на 4/5 своей площади, а иные острова и вовсе исчезнут.

Поднимающееся и все теплеющее южное море грозит гибелью коралловым рифам. Кораллы не могут развиваться ни на больших глубинах, ни при температуре выше 37 °C. А в нынешних южных водах уже сейчас теплее. Погибнут коралловые рифы, окружающие острова, — откроется путь мощным океанским волнам к берегам островов. Жители Мальдивских островов уже сейчас отчаянно борются, стараясь защитить свои кораллы. Даже принят закон, запрещающий туристам выламывать их.

Специалистам ясно, что более 20 густонаселенных прибрежных районов планеты в ближайшее время будут нуждаться в мощных гидротехнических сооружениях, которые если и не устранят грядущие катастрофы, то все же значительно уменьшат урон, который принесет растущий уровень вод океана.

О том, как много значат подобные защитные сооружения, можно судить на примере Нидерландов. С помощью сложной техники и щедрых финансовых вливаний страна уже давно отвоевала у моря изрядный кусок дна, превратив его в плодородную землю. Но в 1953 году во время сильнейшего шторма воды Атлантического океана прорвались через старые плотины и хлынули в глубь страны. Ущерб был нанесен огромный. Погибли 1800 человек.

После этого был выдвинут план объединить дельты Рейна, Мааса и Шельды и урегулировать связь рек с океаном. Спроектирована система широких каналов, плотин и шлюзов так, чтобы не было помех ни океанскому приливу, ни течению рек, ни судоходству. Интересно решена конструкция створок плотины, отделяющей воды океана от речных вод. Эти створки не распахиваются, как ворота, что мы видим обычно на шлюзах. Здесь — иная система: полуцилиндры, качающиеся в вертикальной плоскости. Такое устройство можно сравнить с забралом, которое рыцарь опускал на шлем перед боем, защищая лицо. Для выравнивания уровня вод предусмотрены шлюзы и мощные насосы. Весь комплекс работ был завершен в 1998 году. Нидерланды показали образцовый пример решения очень сложной гидротехнической проблемы.

К сожалению, нередко бывает и иначе: строительная деятельность человека приносит не успех, а огромный вред, если без глубоких знаний люди вмешиваются в отлаженные природные процессы. И примеров этому, увы — немало.

Каменный, или, как говорят специалисты, обломочный, материал — основа прочных береговых систем. Поступает он из устьев рек, преимущественно горных, которые вместе с водой гонят к морю тысячи тонн камней. В верховьях камни крупные, но затем, на подходе к устью, они измельчаются в гальку. Главное направление ветров на побережье определяет направление ударов волн и, следовательно, движения галечно-песчаной массы.

Так было всегда. Но лишь до тех пор, пока на речках, впадающих в озера, моря и океаны, не начали ставить плотины и гидроэлектростанции. Они перекрыли поступление каменного материала из русла рек в большие водоемы. В результате вместо галечных и песчаных пляжей — голые скалы. Выдвинутые в море инженерные сооружения (дамбы, волнорезы, порты) тоже затрудняют движение песчано-галечного материала вдоль берегов. Например, сооруженный на Черном море порт в Поти стал препятствием каменному потоку, двигающемуся на юго-восток. Через короткое время за портом, южнее его, оказалась размытой полоса суши шириной 900 метров. Другой пример. Когда была построена Асуанская плотина, ил не стал доходить до дельты Нила. Берега там начали размываться и отступать со скоростью до 40 метров в год.

Протяженность морской береговой линии России примерно 60 тысяч километров. Двенадцать морей, омывающих наши берега, находятся в самых разных физико-географических условиях. И ожидаемые изменения их береговых зон тоже будут совсем не одинаковыми.

Мы коснемся лишь наших арктических морей. Их побережье составляет 2/3 всех морских границ России, а специфические особенности требуют и особо серьезного изучения, и постоянного наблюдения, наверное, больше, чем где-либо на других морях.

На западе наше арктическое побережье начинается от Кольского полуострова. Здесь берега носят фиордовый характер — горное побережье, изрезанное глубокими ущельями. Подъем уровня океана на этих скалистых берегах вряд ли может иметь какие-либо катастрофические последствия. Такие же фиордовые скалы защитят сушу на многих отрезках побережья Новой Земли и Земли Франца-Иосифа. Устоит, вероятно, и полуостров Таймыр: его берега тоже сложены достаточно твердыми породами. А вот судьба побережий морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского вызывает серьезные опасения.

Подводный береговой склон Ледовитого океана характерен малыми уклонами, но там господствуют довольно сильные ветры, зарождающиеся на северо-западе Атлантического океана. Поэтому, несмотря на низкий, пологий берег, высота ветровых нагонов воды на этих берегах составляет 2,5–3 метра. Эти волны выглаживают береговой рельеф, и ширина пляжей там достигает 25 километров. Такие условия, как мы уже говорили, смягчают атаки наступающего моря. И все же в настоящее время скорость размыва коренных участков побережья в этих местах достигает 20–40 сантиметров в год, а если на побережье много льдов и морских отложений, то море уже наступает со скоростью 2–4 метра в год. Берега моря Лаптевых отодвигаются в глубь континента еще быстрее — 4–6 метров в год. Цифры взяты из сводок наблюдений, проведенных нашими исследователями за последние годы в Арктике.

Головная часть гидротехнического узла в разрезе.

Панорама гидротехнического сооружения в Нидерландах, введенного в строй в 1998 году. Оригинально решена конструкция створок плотины, отделяющей воды океана от речных вод. Створки качаются в вертикальной плоскости и немного напоминают забрало на шлеме рыцаря.

О том, что ожидает эти берега в будущем, пока строятся лишь прогнозы. И они неутешительные. Побережья морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского — приморские равнины, сложенные сильнольдистыми песчано-суглинистыми породами. Они подвержены сезонному промерзанию и протаиванию. И есть примеры исключительно быстрого наступления морских вод на полярные берега такого типа. Например, море Лаптевых на некоторых участках продвигается на юг со скоростью 10–12 и даже 40 метров в год.

Потепление климата скажется на состоянии многолетней мерзлоты, играющей в грунтах роль прочного каркаса. Берега, обращенные на юг, размываются уже в наши дни со скоростью 40–50 метров в год.

Вся острота проблемы, связанной с повышением уровня океана, была оценена сравнительно недавно, когда стало очевидным, что резкие перемены в земном климате действительно происходят. Но нельзя сказать, что природа захватила науку врасплох. Взаимодействие воды и суши у берегов разного типа уже многие годы изучают и западные и российские специалисты. Советские, российские ученые сделали много в этой области. Мировую известность получила школа исследователей береговой зоны морей, создателем которой был ныне покойный академик В. П. Зенкович (см. «Наука и жизнь» № 8, 1966 г.; № 7, 1968 г.; №№ 3 и 12, 1970 г.). Им были заложены основы учения о развитии морских берегов. Им же разработана классификация берегов океана для «Морского атласа» (1953 г.). Академик В. В. Шулейкин много лет посвятил своему основному труду по теории взаимодействия Мирового океана, атмосферы и материков (см. «Наука и жизнь» № 8, 1972 г.). Теперь эти направления в океанологии продолжают их ученики.

Истинный подарок исследователям береговых процессов недавно преподнесла сама природа. Объектом исследований стало Каспийское море.

Общий вид гидротехнического узла в Нидерландах, который сооружен при впадении в море рек Рейн, Маас и Шельда. Он защищает реки от проникновения в них соленой воды, дает спокойный выход в море речным водам и обеспечивает проход кораблям в море и обратно.

Карта западной части Нидерландов, отвоеванной у моря. Синей штриховкой обозначены территории, находящиеся ниже уровня моря. (Некоторые участки ниже моря на 7 метров.) Красной линией обозначена граница земель, лежащих на 1 метр и выше над уровнем моря.

Сложные геотектонические процессы в период 1928–1977 годов способствовали значительному понижению уровня моря. Его поверхность за эти годы упала на 3 метра. Сначала многие решили, что все связано с Волгой: из-за водохранилищ, сооруженных на ней, в Каспий стало поступать меньше воды. Но в начале 80-х годов, хотя водохранилища при ГЭС никак не были усовершенствованы, уровень воды в Каспии начал подниматься и довольно заметно: по 12–15 сантиметров в год. За 20 лет подъем составил 2 метра. Дело выглядело так, будто природа специально решила помочь ученым разобраться в береговых процессах, связанных с подъемом уровня моря. Конечно, не все типы побережий представлены в этой природной модели, но спасибо природе и за эти уроки. Она нам преподнесла азбуку, а, как говорится, азбука — к мудрости ступенька.

Автор и редакция благодарят посольство Нидерландов за участие в подборке материалов.

_{ЛИТЕРАТУРА}

_{О проблемах, затронутых в статье, читайте журнал «Наука и жизнь»:}

_{Зенковпч В. П. Дельта Нила нуждается в защите. — № 12, 1970.}

_{Как лечить пляж Пицунды? — № 3, 1970.}

_{На коралловом рифе. — № 8, 1966.}

_{На рубеже земли и моря. — № 5, 1963.}

_{Победить море можно. — № 7, 1968.}

_{Шулейкин В. В. Ветровая волна в океане и в лаборатории. — № 8, 1972.}