Автор: Величко А. А.

Доктор географических наук А. А. ВЕЛИЧКО, Институт географии РАН

Острейшая проблема, с которой столкнулось человечество на рубеже XXI в., - глобальное потепление, вызванное накоплением в атмосфере углекислого газа. Как в связи с ним изменяются природные условия на территории России и сопредельных стран? Проясняют это реконструкции климатов и ландшафтов далекого прошлого, когда средние температуры воздуха повышались на величину, близкую к ожидаемой в текущем столетии.

стр. 43

РАЗНЫЕ УРОВНИ ПОТЕПЛЕНИЯ - РАЗНЫЙ КЛИМАТ

Согласно оценкам Межправительственной группы по изучению климата, среднеглобальная температура в первой половине нашего столетия скорее всего повысится на 0,7-1, во второй - на 1,7-2 ^о С. В лаборатории эволюционной географии нашего института установили: именно таким изменениям отвечают пространственные палеоклиматические реконструкции, построенные для оптимумов (наиболее теплых эпох) современного межледниковья, когда среднеглобальная температура поднималась в пределах 0,6-1 ^о С, и предшествовавшего ему микулинского (70-110 тыс. лет назад), когда она возрастала на 1,6-2 ^о С по сравнению с современной.

И в том, и в другом случае наибольшее потепление испытывали высокоширотные территории, однако во втором его пространственные масштабы были вдвое больше. В полосе 45-35 ^о с.ш. повышения температуры были меньше, а дальше к югу преобладало чередование слабоположительных и слабоотрицательных отклонений. Однако если изменения температур в обоих вышеуказанных интервалах были сходными, то широтные колебания годовых сумм осадков существенно различались. Это главным образом касается современных аридных и полузасушливых областей. При повышении среднеглобальной температуры на 1 ^о С здесь проявлялись огромные области сокращения осадков, образующие как бы прерывистый циркумполярный пояс (круговой, с центром в точке полюса). При потеплении же в пределах 2 ^о С они исчезали. В высоких широтах оба термических режима способствовали повышению количества влаги, в низких же этот процесс также был активнее, чем ныне.

Примечательно, что по степени выпадения осадков на различных широтах ситуация, отвечающая второму термическому режиму, была прямо противоположной современной: в оптимум микулинского межледниковья бореальные (северные) пространства иссушались, тогда как в аридных областях увлажненность существенно возрастала.

Приведенные характеристики климата двух уровней определяли особенности общей циркуляции воздуха в атмосфере. Воссоздание ее систем, существовавших в далеком прошлом, требует специальных разработок с применением численного моделирования. Здесь же нужно лишь обратить внимание не некоторые климатические параметры рассматриваемых эпох. Например, распределение температур по широтным поясам свидетельствует об уменьшении их меридионального градиента от экватора к полюсу по сравнению с современностью. Но несмотря на это зона повышенной влажности в боре-альном поясе Евразии тогда простиралась на восток в Сибирь дальше, чем ныне. Такое явление ученые обычно связывают с преимущественным движением воздушных масс в Северном полушарии с запада на восток. Однако с данной версией не согласуется упомянутое уменьшение меридионального температурного градиента. Остается предположить, что циклоны, несущие осадки из Атлантики, некогда создавались за счет более интенсивного летнего и более слабого зимнего прогрева суши. Вместе с сокращением размеров Сибирского и Центрально-азиатского антициклонов это способствовало проникновению дальше на восток влажных воздушных масс из Атлантики. В низких же широтах увеличение количества осадков, вероятно, было связано с активизацией системы муссонной циркуляции в районах, где повышались летние температуры.

Наряду с климатическими реконструкциями для указанных эпох были получены данные о состоянии окружающей среды в виде особых карт ландшафтных компонентов. Но, как я покажу далее, они служат лишь ориентиром в выявлении ожидаемых климатических изменений. Более реалистичная их оценка потребовала разработки специальных подходов.

ОТКЛИК ЛАНДШАФТНОЙ ОБОЛОЧКИ

Анализ реакции геосистем на чрезвычайно резкие смены температуры и влажности, происходящие всего за несколько десятилетий, - совершенно новое направление прогностических исследований в географии. Уже первые подходы вскрыли некоторые свойства этих природных территориальных комплексов, без учета которых нельзя оценить предстоящие изменения климата. К ним прежде всего относится инерционность геосистем, т.е. степень запаздывания их реакции на вновь возникшую климатическую ситуацию. Другое свойство - полихронность: каждой их компоненте требуется свое собственное характерное время на трансформацию и достижение равновесия с не-

стр. 44

давно установившимися условиями. Например, реакция морских льдов измеряется одним или несколькими годами; намного длительнее она у слоя сезонного оттаивания в области многолетней мерзлоты; от десятков до нескольких столетий требуется для заметных изменений растительных зон; перестройка же почвенного покрова и рельефа может проходить еще дольше.

Уже само по себе такое сочетание разноскоростных реакций отдельных компонент геосистемы существенно влияет на весь комплекс ее биохимических циклов. Более того, отдельные части внутри каждого компонента тоже создают весьма широкий спектр периодов, в течение которых они перестраиваются. Скажем, на преобразование всего рельефа того или иного региона уходят сотни лет, а его отдельных частей - другие интервалы времени. Даже рассматривая одни только эрозионные и склоновые процессы (происходящие на склонах гор и холмов), мы сталкиваемся с целым семейством таких интервалов: от одного года (оползни или мелкие эрозионные рытвины) до многих столетий и тысячелетий (образование террас в долинах).

Весьма сложным будет и спектр характерных периодов для такого ландшафтного компонента, как растительность. Он должен включать время реакции на изменение климата отдельных ее представителей, их целых сообществ и т.д.

Разработать подобные спектры, как и отобрать соответствующие компоненты и их части, нужно индивидуально для каждого региона. И только затем можно приступать к наиболее ответственной операции - сопряженному анализу полученных характеристик. Таким образом, исследование подойдет к синтезу "поведения" геосистемы в новых климатических условиях, т.е. к построению так называемой неравновесной модели ее реакции на меняющуюся ситуацию. Суть модели в следующем. За короткое время, измеряемое лишь несколькими десятилетиями, разные составляющие ландшафтов с их сильно различающимся характерным временем адаптации не смогут полностью приспособиться к новым условиям. А потому нарушится стабилизированное взаимодействие между ними, и геосистема из равновесного состояния перейдет в неравновесное. В этом случае первому соответствует такое положение, когда ее компоненты приходят в относительное, квазиравновесие с внешними условиями, в дан-

стр. 45

стр. 46

ном случае с климатом (полное недостижимо хотя бы из-за неустойчивости самой климатической системы). Таким моделям, в частности, отвечают реконструкции палеоландшафтов для эпох прошлых глобальных потеплений, когда на протяжении столетий геосистемы достигали подобного состояния.

Как показали исследования, равновесная и неравновесная модели для одних и тех же уровней потепления радикально различаются. Согласно первой, перестройки ландшафтной оболочки достигали в прошлом глобальных масштабов, вплоть до смещения границ природных зон на сотни километров. Так, при повышении температуры в пределах всего лишь 1 ^о С подзона хвойно-широколиственных лесов в Восточной Европе "продвигалась" на север более чем на 400 км; при потеплении на 2 ^о С она располагалась уже на 700-800 км севернее ее нынешнего положения, а зона тундр даже на северо-востоке Азии замещалась лесотундрой.

Согласно же неравновесной модели, когда новое состояние глобального термического режима, как уже отмечалось, достигается за короткое время (десятки лет), указанные зоны вообще могут не сдвигаться. Так, моделирование, проведенное в лаборатории эволюционной географии нашего института, показало: при аналогичных климатических изменениях хвойно-широколиственные леса за 30-40 лет "продвигаются" на север не более, чем на 8-10км.

Однако стоит ли вообще использовать равновесные модели? Но, во-первых, палеоландшафтные реконструкции, по которым они строятся, служат достоверным источником сведений о трансформации геосистем при глобальном потеплении рассматриваемого уровня; во-вторых, эти модели позволяют судить о направлениях будущего развития того или иного компонента геосистемы и о конечном равновесном состоянии, к которому он стремится.

стр. 47

Можно наметить определенную последовательность разработки регионального системного прогноза, связанную с ожидаемыми изменениями климата. Сначала нужно проанализировать современное состояние конкретной геосистемы (первый этап), затем (второй) детально изучить ее нынешнюю ситуацию, после чего построить для нее сценарии изменения климата с помощью палео-реконструкций и данных численного моделирования (третий). На четвертом этапе необходимо определить ожидаемые здесь характерные временные периоды реакции отдельных ландшафтных компонентов на будущие изменения и выявить среди них наиболее чувствительные к ним в установленный отрезок времени (выбрать ведущие, лидирующие процессы и факторы). На заключительном, пятом этапе нужно особенно детально оценить роль лидирующих процессов и их сочетаний. Син-

стр. 48

тезируя все полученные данные, можно, наконец, выработать прогноз состояния геосистемы при ожидаемом изменении климата.

КЛИМАТИЧЕСКИЕ СЦЕНАРИИ ДЛЯ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ

В лаборатории эволюционной географии мы исследовали некоторые особенности изменения геосистем этой обширной географической зоны в связи с ожидаемым глобальным потеплением. Проведенные коллегами и мной работы включали изучение реакции растительного и почвенного покрова, многолетней мерзлоты, оледенения. Гидрологические расчеты были выполнены в лаборатории экспериментальных методов нашего института, а относящиеся к изменению влагосодержания в почвах - на факультете почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова; оценку агроклиматических изменений сделали в Институте агроклиматологии

стр. 49

Роскомгидромета. Подчеркну: все перечисленные работы базировались на едином комплексе реконструкций, разработанных в нашей лаборатории.

А теперь приведу основные черты ландшафтно- климатических изменений, прогнозируемых в связи с глобальным потеплением в тех или иных природных поясах Северной Евразии.

В европейском секторе высокоширотной островной Арктики в первой половине XXI в. ожидается повышение летних и зимних температур на 3-4, по сравнению с современными, а в азиатском - на 2-3 ^о С. К середине века в первом регионе они, скорее всего, повысятся на 4-6 ^о С, а во втором могут возрасти на 6-8 зимой и на 4-6 ^о С - летом. В этой обстановке удлинится период, когда океан будет свободен от сплошных льдов, что благоприятно скажется на судоходстве. Однако из-за усиленного притока влажных воздушных масс из Атлантики увеличится годовая сумма осадков - сначала на 100, затем на 200 мм, так что навигация осложнится частыми дождями, снегопадами, туманами.

Несмотря на заметный рост осадков, будут сокращаться размеры ледников - в связи с повышением не только зимних, но и летних температур. По предварительным расчетам, к середине текущего столетия на Новой Земле и Новосибирских островах дефицит накопления снега, необходимого для стационарного состояния ледников, возрастет не менее чем вдвое, на Северной Земле - вчетверо.

А вот какие изменения ожидаются в расположенном южнее тундровом поясе. В начале XXI в. в его восточно-европейском и западно-сибирском секторах летние и зимние температуры могут повыситься на 3-4, в восточно-сибирском - на 1- 3 ^о С; годовая сумма осадков во всем поясе возрастет на 100 мм.

Более сильные контрасты следует ожидать в середине столетия, причем в восточно-европейском секторе тундрового пояса зимние температуры значительно не изменятся, тогда как летние поднимутся на 4-6 ^о С. Существенное потепление зимой (на 8-12 ^о С) и летом (на 6-8 ^о С), вероятно, произойдет к востоку от Полярного Урала - вплоть до низовьев реки Лены. Далее на восток январские и июльские повышения температур будут менее значительными - на 4-6 ^о С. Что же касается суммы годовых осадков, то максимально она увеличится между Полярным Уралом и Леной - на 200 мм.

Однако несмотря на общий рост осадков, влагосодержание почв до глубины 1 м в восточно-европейском секторе пояса сократится в начале столетия на 0,5 см (в азиатском существенно не изменится). К середине века иссушение почв достигнет уже 1 см. И все же некоторые оценки коэффициентов увлажнения позволяют считать: гидротермические условия в большинстве северных районов Восточно-Европейской равнины останутся прежними или станут немного благоприятнее, особенно в начале века (в настоящее время вла-гонасыщенность грунтов и почв здесь избыточная). Можно, следовательно, предположить, что в тундровом поясе сократится заболачиваемость, а некоторые повышенные участки подвергнутся даже иссушению. В районах вечной мерзлоты возрастет толщина слоя сезонного оттаивания - от 20 см в первые десятилетия до 40-60 см в середине столетия. Замечу: этот процесс может вызвать интенсивное перемещение по склонам рельефа оттаявшего фунта, что негативно скажется на инженерно-строительных конструкциях, газо- и нефтепроводах, нефтедобывающих установках.

Во второй половине XXI в. уровень океана повысится, по крайней мере, на 15-17 см. Это приведет к подтоплению прибрежной суши. Следует также ожидать значительных разрушений морских побережий в восточном секторе Северного Ледовитого океана, где на многих участках они в основном сложены льдом.

Что касается лесного пояса, то гидротермический режим там скорее всего существенно не изменится. В его восточно- европейском секторе в начале века зимние и летние температуры на севере возрастут примерно на 3, а вблизи южной границы лесов лишь на 1-2 ^о С. Годовая сумма осадков увеличится здесь незначительно. Зато в центральной части Восточно-Европейской равнины на обширной территории (между Вологдой и Брянском, Смоленском и Нижним Новгородом) она, видимо, сильно сократится - до 50 мм. Содержание влаги в почве упадет тут на 1,5 см (почти на 10% по сравнению с концом XX в.).

Очевидно, на севере лесного пояса уменьшится заболачивание, а на юге, возможно, возрастет биологическая активность почв, связанная с большим их прогревом в течение года и меньшими межсезонными контрастами температур.

В начале XXI в. начнутся перестройки внутри лесных сообществ, в частности "продвижение" на север лиственных пород деревьев, особенно березы. А вот ель, которой для нормального роста нужны отрицательные зимние температуры, в связи с потеплением будет постепенно вытеснена из западной части восточно-европейского сектора лесов.

Особое внимание следует обратить на состояние геосистем центральных районов рассматриваемого пояса, где сократятся осадки и содержание влаги в почвах. Здесь участятся засухи, так что почвенно-климатический потенциал территории понизится. Иссушение также вызовет деструкцию почвенного покрова из-за активного растрескивания и осыпания. Усилится воздействие пыльных бурь, поскольку южная часть лесного пояса (за исключением долинных лесов) - это по существу открытые, распаханные пространства.

По всей этой территории в начале столетия речной сток сократится до 50, а в центральных районах даже до 100 мм/год. В бассейне Волги, согласно расчетам, он уменьшится на 15% по сравнению с нынешним, что, конечно, создаст серьезные проблемы с водоснабжением, орошением, состоянием водохранилищ, обеспеченностью водными ресурсами ГРЭС, рыбоводством, судоходством.

К середине века последствия парникового эффекта во всем восточноевропейском лесном поясе, скорее всего, станут более благоприятными. Зимние температуры повысятся на 4- 6 (в Волго-Вятском регионе - на 10-12), летние же не более чем на 1-2 ^о С. Годовая сумма осадков возрастет (в том числе и в центральных

стр. 50

стр. 51

районах) примерно на 100 мм, содержание влаги в почве на юге останется близким к современному, а на севере несколько сократится. Агроклиматический потенциал в большинстве районов восточно-европейского сектора по сравнению с нынешним увеличится более чем на 20%.

Изменения гидротермических условий в сибирском секторе данного пояса в начале XXI в. в целом будут примерно такими же, как и в восточно-европейском. Как и там, в центре Западно-Сибирской низменности, в среднем течении Оби и Иртыша выявляется область, где годовая сумма осадков сократится более чем на 50 мм, а содержание влаги в почвах понизится на 0,5 см. Следовательно, здесь также можно ожидать ослабления процессов заболачивания.

Расчеты по неравновесным моделям показали: в сибирском, как и в восточно-европейском секторе данного пояса, северная граница лесов существенно не сместится в высокие широты. Несмотря на, казалось бы, благоприятные климатические условия, которые создаст потепление, древесные породы даже в середине века "продвинутся" на север не более чем на 8-10 км, и лишь по долинам рек они, возможно, активнее будут проникать в тундру.

К востоку от Енисея в первой половине века станет теплее: январские температуры, например, в Центральной Якутии возрастут на 8, а в Северной - на 8-10 ^о С, что, в первую очередь, увеличит здесь на 40-60 см толщину слоя летнего сезонного оттаивания. Связанное с ним переувлажнение грунта может негативно сказаться на лесном хозяйстве региона.

По-иному будут складываться природные условия в степных пространствах юга Восточно-Европейской равнины - засушливом (аридном) и полузасушливом поясе. Здесь ожидается лишь некоторое повышение зимних температур - от 1-3 в начале столетия до 2-5 ^о С в середине;

летние же на основной территории пояса даже могут понизиться (на 2 ^о С к середине века). На этом фоне возрастет годовая сумма осадков - на 200-300 мм на западе европейских степей и на 100 мм в Казахстане. Это, конечно, увеличит вероятность получения более устойчивых и высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Предварительные оценки, сделанные для юга Восточно-Европейской равнины, показывают: уже в начале XXI в. агропромышленный потенциал здесь может повыситься на 2-5, а на засушливом ныне юго-востоке - даже на 25%.

Вместе с тем рост осадков, несомненно, вызовет в степном поясе оживление эрозионных процессов в почвах; кроме того, тут следует ожидать интенсивное формирование промоин, активизацию эрозионных процессов в оврагах, образование оползней. Поэтому необходимо заблаговременно разработать систему борьбы с этими стихийными бедствиями.

Такие районы, как Кавказ, горы Средней и Восточной Азии, должны стать объектами особо пристального внимания в связи с грядущим потеплением. Активизация циклонической деятельности и последующий рост атмосферных осадков вызовут там целый комплекс грозных стихийных явлений. Особо опасными они будут на Кавказе, где из-за избыточного увлажнения грунтов усилится развитие селей, оползней, участится сход лавин. Бурное развитие рельефообразующих процессов можно ожидать и в горах Средней Азии: там ко всему добавится формирование крупных конусов снесенных водами фунтовых масс, а также оползней. В горных районах Сибири, кроме прогнозируемого учащения лавин, усилятся опасные смещения на склонах крупнообломочных масс. Нетрудно видеть, насколько тяжелыми могут стать последствия всех этих стихий.

Разумеется, особый интерес вызывает состояние оледенения в горных районах. По предварительным оценкам, баланс массы ледников на Кавказе останется отрицательным, однако деградация их в ближайшие годы замедлится. Что же касается Средней Азии, то увеличившееся там количество осадков, напротив, вызовет рост ледников. Положительный баланс их массы, вероятно, будет сопровождаться повышением водности связанных с ними речных систем, в том числе Амударьи и Сырдарьи, а это, в свою очередь, благоприятно повлияет на водный баланс Арала и прилегающих к нему территорий.

ВЫИГРАВШИЕ И ПРОИГРАВШИЕ

Итак, антропогенные изменения климата могут повлиять на состояние геосистем. В обобщенном виде эти последствия следовало бы оценить со знаком "плюс". И действительно, они как будто бы сулят рост сельскохозяйственной продукции, общее увеличение фитомассы и т.д. Однако не стоит торопиться с выводами. Едва ли правильно подсчитывать, в каких районах человек выиграет от потепления, а где проиграет: везде обязательно потребуется внести те или иные коррективы не только в экономику, но и в весь уклад жизни общества. И хотя условия физиологического состояния людей, как и всей биоты, станут, скорее всего, благоприятнее, к ожидаемым климатическим изменениям - более теплым и влажным условиям на севере или сокращению числа солнечных дней на юге - человек должен еще адаптироваться. Поэтому необходимо тщательно исследовать все аспекты предстоящих перемен, ведь из-за чрезвычайно усложнившихся взаимоотношений с природным окружением современное человечество отнюдь не меньше, а скорее, даже больше зависит от него.

Одна из важнейших задач на ближайшее будущее - изучить геосистемы, переходящие из квазиравновесного состояния в неравновесное: находясь в фазе неустойчивости, они более чувствительны к любым внешним вмешательствам. Единственная безальтернативная стратегия в складывающихся обстоятельствах сводится к использованию всего интеллектуального и материального потенциала общества для разработки вариантов комплексных вероятностных сценариев изменений, которые ожидаются в каждом регионе. Учитывающие динамизм геосистем, связанный с парниковым эффектом, они должны стать неотъемлемой частью любых государственных программ развития хозяйства и использования природных ресурсов на перспективу. В противном случае оценки могут оказаться неадекватными предстоящим переменам.

Постоянный адрес данной публикации: