Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

2. Температура и соленость вод в Арктическом бассейне

Временной ход аномалии температуры приземного воздуха, представленный как отклонение от средней величины за 1961–1990 гг., показывает, что на территории РФ за этот период произошло потепление на 1,4 °С [6]. В то же время аномалия в Северном полушарии составляет плюс 0,8 °С, в Южном полушарии – плюс 0,4 °С. В арктической климатической зоне потепление происходило быстрее и масштабней, чем в других регионах мира.

Согласно «Атласу Арктики» [8], границу Евразийского суббассейна можно ограничить условными линиями: с запада – 50° з. д., на востоке – 144° в. д. Остальную часть арктической зоны занимает Амеразийский суббассейн. Экстремальное потепление атлантических вод в Евразийском суббассейне наблюдали в 2003–2004 гг. Впервые за всю историю инструментальных наблюдений в Арктике в сезоне 2007 г. происходило аномальное развитие температуры. Изменения в распределении теплового состояния атлантических вод (АВ) и ледяного покрова в Северном Ледовитом океане (СЛО) летом 2007 г. были экстремально велики. Воды атлантического происхождения в Евразийском бассейне демонстрировали значительную положительную аномалию температуры относительно климатических значений. В ядре АВ, расположенном на глубинах от 210 м до 300 м, наблюдались аномалии, достигающие +0,6 °С [9]. Положительные аномалии температуры в слоях АВ наблюдались на глубинах, превышающих 80–100 м, и прослеживались до глубины 600–700 м.

Эксперты Всемирного фонда дикой природы (WWF) сообщили людям неприятную новость о состоянии ледяного покрова в Арктике и на Антарктиде. В 2008 г. льда в Арктике оказалось меньше, чем когда-либо за всю историю наблюдений. В Северном Ледовитом океане впервые очистился ото льда проход в районе Канадского архипелага и морской путь у побережья России.

Изменение климата Земли существенно влияет на ледники. По новым оценкам гляциологов в ближайшие десятилетия в летнее время могут исчезнуть льды в Арктике. Этот прогноз связан с ростом притока теплых вод из Атлантики. Оппонентом данной научной позиции выступает В.Т. Соколов, руководитель российской арктической экспедиции «Арктика-2008» на научном судне «Академик Федоров» ААНИИ Росгидромета. Он обращает внимание на то, что площадь ледового покрова в Арктике летом 2008 г. оказалась на 315 тыс. км² больше, чем в 2007 году [10]. По его мнению, полное исчезновение льда в Арктике из-за глобального потепления в ближайшие десятилетия исключено.

Распределение поверхностной солености летом 2008 г. на большой части акватории Арктического бассейна и арктических морей относят к аномальному. Отрицательные аномалии в содержании солей (распреснение) отмечалось летом на большей части акватории Амеразийского суббассейна. Нулевая изолиния аномалии солености проходила на север от Новосибирских островов, вдоль хребта Ломоносова. В отдельных районах распреснение достигало 2 ‰. В то же время поверхностный слой Евразийского суббассейна был аномально соленым. Контраст солености между двумя суббассейнами достигал 4 ‰ [9].

В 2008–2011 гг. продолжалось сохранение зон, характеризующихся существенными аномалиями термохалинного состояния СЛО. Летом 2011 г. в поверхностном слое морской воды глубоководной акватории Амеразийского суббассейна наблюдалось распреснение 4–5 ‰. Нулевая изолиния аномалии солености проходила от Новосибирских островов (75° с. ш. 145° в. д.) на север вдоль хребта Ломоносова. Контраст солености между двумя суббассейнами достигал 4 ‰ [9]. В отдельных районах распреснение достигало 2 ‰. Воды Арктического бассейна в 2011 г. были всюду теплее нормы.

В прибрежной зоне Амеразийского суббассейна в 2011 г. значения аномалий температуры поверхностного слоя были на 1–2 °С ниже, чем в евразийской части Арктического бассейна. Положительные аномалии температуры достигли: в Карском море (75° с. ш., 71° в. д.) – плюс 1,0–1,5 °С, в море Лаптевых (76° с. ш., 126° в. д.) – плюс 5–7 °С. В восточном направлении, к северу от моря Бофорта (74° с. ш., 137° з. д.), аномалии постепенно уменьшались до плюс 0,30–0,35°С [11]. В Евразийском суббассейне, начиная с 90–х годов XX века и на протяжении десятков лет, наблюдалось уменьшение средней солености воды. Летом 2011 г. тренд изменился, а положительные аномалии солености в этой акватории достигли величины 1,0–1,5 ‰.

В начале 2012 г. аномалия температуры воздуха для широтной зоны 70–85° с. ш. в Амеразийском суббассейне составила + 3,9 °С. В первой декаде 2012 г. в Амеразийском суббассейне наблюдались значительные отрицательные аномалии солености, сравнимые с аномалиями солености зимой 2006–2007 гг. Лето 2012 г. отмечалось положительными аномалиями температуры воды. Зона влияния распресненных вод, по данным экспедиции «Ямал—Арктика 2012», была ограничена с запада 70° в.д., с севера 74–75° с. ш. В третьем квартале 2012 г. в центральном районе Канадской глубоководной котловины, в районе хребта Менделеева (80° с. ш., 178° з. д.) и в районе восточного склона хребта Ломоносова распреснение поверхностного слоя достигло максимальной величины. Отрицательные аномалии солености в этих областях достигали 2–3 ‰. Соленость в Амеразийском секторе в 2012 г. хотя и уменьшилась с 5 ‰ до 4 ‰, но сохранилась [11].

Температура поверхностных слоев вод Арктического бассейна в 2012 г. была значительно выше климатической нормы. В большинстве районов положительные аномалии температуры в поверхностных слоях воды начали формироваться во втором квартале. Высокие температурные аномалии наблюдались в морях Бофорта, Чукотском, Лаптевых и Карском (до 4 °C и выше). Площадь летних льдов уменьшилась. Был установлен исторический минимум ледового покрытия в СЛО. Аномалии температуры воздуха для широтной зоны 70–85° с. ш. в 2012 г. составили летом + 2,0 °С, осенью + 3,6 °С. Амплитуда солености в сезоне 2011–2012 гг. составила 2,98 ‰ – почти в 1,5 больше средней амплитуды для этого района в период 1950–1989 гг.

Наблюдения за изменчивостью температуры и солености со станции СП-39, дрейфовавшей южнее поднятия Альфа (84° с. ш., 97° з. д.), оказались подобными; максимум температуры на глубине 10 м здесь наблюдался во второй декаде июля. В районе западного склона хребта Ломоносова (88° с. ш., 134° в. д.) летом 2012 г. было зафиксировано осолонение поверхностного слоя. Положительная аномалия солености была порядка 1,5 ‰, а температура воды была ниже нормы. Буй ITP-48 в 2012 г. дрейфовал в сторону пролива Фрама (80° с. ш., 0° в. д.), Колебания температуры между максимальным и минимальным значениями составляло 0,05 °С. Соленость воды в районе дрейфа ITP-48 в 2012 г. изменилась от максимальной к минимальной между хребтом Ломоносова и Канадской котловиной на горизонте глубины 10 м. Амплитуда солености в этом районе была в 4–5 раз больше средней климатической сезонной амплитуды для периода 1950–1989 гг.

В Арктическом бассейне СЛО с 2007 г. складывается дипольная структура аномалий поверхностной солености. Наблюдаются большие отрицательные аномалии солености в Амеразийском суббассейне. Противоположная тенденция наблюдается в Евразийском суббассейне – по всей акватории происходит слабое осолонение поверхностного слоя. В Карском море и море Лаптевых поверхностные слои характеризовались положительными аномалиями до 5 ‰ солености [11]. Исследование температурных изменений, зарегистрированных на гидрометеорологических станциях (ГМС), в районах прибрежной и островной зоны Карского моря выявило тренды устойчивого увеличения среднегодовой температуры со скоростью 0,62 °C/10 лет у юго-западного побережья и 1,41°C/10 лет на севере моря. В открытом море величина температурного тренда менялась от минимальных значений в центральной части акватории (1,05 °C/10 лет) до максимальных в ее северо-западной части (1,64 °C/10 лет). Для всего моря в среднем рост происходил со скоростью 1,22 °C/10 лет, возрастание среднегодовой температуры за 40 лет составило 4,9 °C. Вода в разных районах Карского моря стала теплей от 1,9 до 6,0 °C. Центральная часть Карского моря оказалась в зоне формирования значительной положительной аномалии солености, максимальные значения которой достигали 5–6 ‰ [12]. Скорость роста в 3 раза превосходит все соответствующие значения в Северном полушарии за тот же период.

Температура в восточном секторе Арктики заметно повысилась за период c 1978 по 2017 гг., например, в Восточно-Сибирском море – на +3,7 °C, в Чукотском – на +2,9 °C, в море Лаптевых – на +2,8 °C. По данным ГМС прибрежных районов, в перечисленных водных акваториях наблюдается растущий тренд среднегодовой температуры воздуха (Та) на 1,01 °C, 0,78 °C и 0,75 °C/10 лет соответственно. Среднегодовой рост температуры воды (Tw) в теплый период года в этих арктических морях составил 2,6 °C, 2,3 °C и 1,3 °C соответственно. Большая положительная аномалия температуры воды сформировалась в Баренцевом море (75° с. ш., 38° в. д.) на разрезе "Кольский меридиан" (условная линия, проходящая по 33,5º в. д.). По данным экспедиции научно-исследовательского судна «Профессор Молчанов» температура воды во втором квартале 2012 г. в слое 5–300 м была выше нормы на 2–2,5 °C. Положительная аномалия температуры в поверхностном слое воды (5–15 м) у островов Новая Земля достигала 4 °C.

В работе [11] представлены графики изменения состояния температуры и солености поверхностного слоя вод, в точке с координатами 75° с. ш., 145° з. д. (в Канадской котловине), составленные по данным наблюдений за последние 60 лет. На графиках видно, что до 1982 г. температура воды незначительно, но снижалась, а соленость медленно росла. Начиная с 90-х годов XX века к 2012 г. происходит резкое уменьшение солености: от 30–31 ‰ до 26–27 ‰ – для зимнего периода, и от 29–31 ‰ до 24–25 ‰ – для летнего периода. Соленость изменилась примерно на 4 ‰ зимой и на 5–6 ‰ летом. Авторы статьи высказали предположение, что потепление в Баренцевом море было вызвано влиянием притока теплых атлантических вод, поскольку к северу от архипелага Земля Франца-Иосифа, на глубине 75–100 м температура вод атлантического происхождения была выше нормы на 1,5–2°C.

Данное предположение не согласуется с быстрой сменой распреснения морских вод в отдельных регионах на противоположный тренд – увеличение солености и рост температуры в граничащим с ним суббассейне. Должна быть физическая причина и у потепления атлантических вод на глубине до 100 м.

В Карском море и море Лаптевых соленость поверхностного слоя в 2012 г. характеризовалась большими положительными аномалиями (до 5 ‰). Воды речного происхождения, распространяясь в Карском море, не создавали отрицательную аномалию солености в поверхностном слое. Подобное распределение является не совсем типичным. По съемкам 2007 и 2008 гг. пресные речные воды к концу летнего периода уходили от устья Оби и Енисея на север, достигая мыс Желания. Изменение течения ученые объясняют [11] воздействием атмосферных процессов, которые сказались на формировании гидрологических условий в Карском море, что выразилось в смещении в восточном направлении фронтальной зоны распресненных речным стоком морских вод.

При интенсивном таянии ледников, в 2012 г. в поверхностном слое вод Амеразийского сектора происходило распреснение, а на всей акватории Евразийского суббассейна наблюдалось слабое повышение солености поверхностного слоя. Судя по значительному увеличению температуры, выросло поступление пресной воды от таяния ледников в океаны. Температура поверхности океана изменялась с конца 1950-х годов, в верхних слоях океанов происходило увеличение теплосодержания. Таяние льда начинается с 1990-х годов, оно должно было привести к распреснению верхнего слоя вод Евразийского суббассейна. Увеличение солености вызывает вопросы.

В XX веке уровень Мирового океана поднялся в пределах 0,1–0,2 м [13]. Скорость подъема уровня Мирового океана превзошла в 10 раз, наблюдавшуюся в течение последних 3000 лет. Результаты анализа данных потепления отдельных компонентов климатической системы в течение второй половины 20-го века, а также оценки затрат тепла на таяние льдов, привели к выводу об увеличении теплосодержания в атмосфере и океанах. Рост теплосодержания верхнего слоя океана толщиной 3 км за период 1950–1990 гг. превосходил на порядок величины увеличение теплосодержания других компонентов климатической системы. Теплосодержание океана за период 1955–1996 гг. выросло и достигло 18,21022 Дж, в атмосфере составило 6,61021 Дж.

Крейг Лоэл, американский доктор философии из Национального совета по улучшению качества воздуха (National Council for Air and Stream Improvement), публикует статью «Охлаждение Мирового океана с 2003 года» (Craig Loehle. Cooling of the global ocean since 2003). Согласно его исследованиям, с 2003 по 2008 год (4,5 года) наблюдается снижение теплосодержания на 0,351021 Дж/год. Нам трудно обсуждать взятые автором источники и модель, по которым он получил отрицательный тренд, но инструментальные наблюдения с дрейфующих полярных станций и буев показали, что с 2007 г. идет рост теплосодержания в высоких широтах Земли.

Возрастание теплосодержания в верхних слоях океанов, происходило в течение последних 45 лет XX века. О причинах быстрых климатических изменений в Арктике, научное сообщество не сформировало однозначного ответа. Температура воздуха в восточном секторе Арктики примерно в 2,5 раза выше соответствующих оценок для дальневосточных морей (Берингово, Охотского) [11]. Средняя скорость роста уровня МО за последние десятилетия составляет 1,4 мм/год. Для южного региона Атлантического океана типично наличие интенсивного вертикального перемешивания и быстрого проникновения потепления вглубь океана. В других океанах этот процесс происходит гораздо медленнее. Академик Кондратьев К.Я. связывает изменение теплосодержания океана с ростом концентрации парниковых газов в атмосфере.

Ежегодно антропогенное поступление углерода в атмосферу, в виде двуокиси СО2, составляет 5,5 Гт, что не может повлиять существенным образом на воду морей и океанов массой более 1 миллиарда Гт. В работе [6] предполагают, что эмиссия СО2 служит своеобразным триггером мощных процессов в системе «океан – атмосфера». Совместное действие антропогенного фактора и крупномасштабного взаимодействия в системе океан – атмосфера – наиболее реальный механизм формирования тренда изменения глобальной температуры воздуха. В Отчете МГЭИК-2001 не говорится об усилении антропогенно обусловленного глобального потепления климата в высоких широтах северного полушария.

На фоне таяния ледников в Арктике в 2012 г., по границам РФ происходило распреснение вод Амеразийского и осолонение вод Евразийского суббассейна. Совокупность данных наблюдений ГМС береговой сети характеризует нетипичную реакцию Карского моря на происходящие изменения в природе. Если исходить из интенсивности таяния льдов и объема речных вод, впадающих в Карское море, то в нем должен был проявить себя отрицательный, но не положительный тренд солености воды. Изменения в полярных областях широко обсуждается в литературе, выдвигаются различные гипотезы. Среди них: перестройка крупномасштабных планетарных процессов, увеличение концентрации парниковых газов, смена типов атмосферных процессов и другие. По мнению некоторых ученых, чередование теплых и холодных эпох носят циклический характер.

К авторам нелинейных теорий колебания температуры в сферах Земли есть вопросы: почему в акватории, где наблюдается более быстрый рост температуры вод, ПТВ, таяние льда, происходит увеличение осолонения, вместо опреснения? Кондратьев К.Я. обращает внимание [13] на температурные изменения в Арктике, где последние десятки лет на большей части, за исключением моря Баффина, наблюдался рост температуры воды. Одновременно формировались регионы, как потепления, так и похолодания климата. Наличие области похолодания западнее Гренландии (море Баффина, Девисов пролив) и области потепления к востоку от нее (Гренландское море) наводит ученых на мысль, что их происхождение связано с устойчивым действием в регионе циркуляционных факторов. Аналогичной они видят природу формирования области потепления над северо-западом Северной Америки и Аляской, а также области похолодания в Охотском море [14]. Однородного усиления потепления не наблюдалось в последние 2–3 столетия. Вторая половина XX века характеризовалась сильной пространственно-временной неоднородностью.