Ледники, как индикаторы климата: как изучение прошлого помогает предотвратить катастрофы в будущем
Фото: Michele Nagle/Shutterstock/Fotodom
Зачем палеоклиматологи изучают прошлогодний снег? Какую важную информацию исследование ледников может дать об изменениях климата в будущем? Можно ли предотвратить такие природные катастрофы, как сход ледника Колка, когда погибла съемочная группа Сергея Бодрова?
Эти и другие темы в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали:
- радиожурналист Мария Баченина,
- академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ),
- их гость – гляциолог и палеоклиматолог Ольга Соломина, доктор географических наук, профессор, член-корреспондент РАН, научный сотрудник Института географии РАН, научный руководитель факультета географии и геоинформационных наук.
Радиожурналист Мария Баченина, гляциолог и палеоклиматолог Ольга Соломина и научный руководитель Национального центра физики и математики Александр Сергеев.
Фото: Михаил ФРОЛОВ. Перейти в Фотобанк КП
ЛЕДНИКИ ТАЮТ, КАК НИКОГДА РАНЬШЕ В ИСТОРИИ
Александр Сергеев:
- Ольга Николаевна, что является предметом ваших исследований, какие ледники?
Ольга Соломина:
- Гляциология изучает все природные льды. Я занимаюсь изменениями ледников, изучаю, какими они были в прошлом. Это, конечно, связано с климатом и с прогнозом на будущее. Потому что ледники — это продукты климата. Сейчас происходит сокращение ледников по всему миру. И это один из самых ярких признаков того, что мы действительно наблюдаем глобальное потепление.
И тут, наверное, нужно объяснить зачем, собственно говоря, палеоклиматологи изучают прошлогодний снег? Это, может быть, не всем очевидно. По динамике ледников в прошлом мы можем судить, насколько современная ситуация отличается от естественной. Кроме того, про ледники надо помнить, не только потому что они являются индикаторами климатических изменений. Если исходить из сугубо практических соображений: процессы, происходящие на ледниках или с их участием, могут быть опасны для жителей горных районов и для туристов. Кроме того, они имеют и хозяйственное значение - запасают воду и перераспределяют ее по сезонам, что тоже очень важно.
Александр Сергеев:
- Вы говорите, что ледники везде подтаивают. Но мы ведь знаем, что в северном полушарии, особенно в нашей Арктике, темпы подъема температуры выше, чем в среднем по планете, чуть ли не на три градуса. А если взять Южный полюс, Антарктику там, наверное, изменения не столь значительны?
Ольга Соломина:
- В южном полушарии тоже теплеет. Просто в Антарктике запас холода настолько большой, что ей это скорее в плюс, потому что меняется циркуляция, увеличивается даже количество осадков. В итоге внутренняя Антарктида частично выигрывает в массе за счёт снега, но прибрежные ледники — нет. Так что потепление — это глобальный процесс.
Фото: Михаил ФРОЛОВ. Перейти в Фотобанк КП
МОЖНО ЛИ БЫЛО ПРЕДОТВРАТИТЬ ГИБЕЛЬ ГРУППЫ СЕРГЕЯ БОДРОВА?
Александр Сергеев:
- А если взять Камчатку, Алтай, Кавказ - как там меняется ситуация?
Ольга Соломина:
- Размеры ледников в прошлом определяются с помощью следов, которые они оставляют после отступания. Это - морены, моренные гряды (скопление обломочного материала: валунов, камней, щебня - Ред), мы можем их датировать разными методами. По нашим оценкам за последние 200 лет большие ледники Кавказа отступили примерно на два километра. Это очень много.
Александр Сергеев:
- Сколько процентов по объему?
Ольга Соломина:
- Двадцать процентов. Судя по прогнозу, к концу столетия они отступят еще больше. И нам важно уметь прогнозировать поведение ледников, поскольку в горах все очень динамично. Допустим, если ледник начинает быстро двигаться, он может перегораживать реку, образуется озеро, часть ледника всплывает, потом все это катится вниз в виде селевой массы. За этими процессами надо следить, они могут приводить к очень серьезным катастрофическим явлениям. Как вы знаете, внезапный сход ледника Колка привел к гибели людей, в том числе съемочной группы.
Доктор географических наук, профессор, гляциолог и палеоклиматолог Ольга Соломина.
Фото: Михаил ФРОЛОВ. Перейти в Фотобанк КП
Мария Баченина:
- Вы имеете в виду съемочную группу Сергея Бодрова?
Ольга Соломина:
- Да. Что еще опасно при деградации ледников? Когда ледник более или менее в стационарном состоянии, то все отложения вокруг него – включая древние морены, мертвый лед, который когда-то откололся от основного тела ледника и покрыт каменным чехлом — все это тоже находится в более или менее стабильном состоянии. Но когда ледник быстро сокращается, то возникает неустойчивость этой системы и большие массивы камней и мертвого льда могут свалиться вниз. В мае прошлого года такая история произошла в Швейцарии. Был небольшой ледничок, на нем много каменного материала со склонов, окружающих ледник, потом прошли сильные дожди, на ложе по трещинам проникла вода и весь ледник слетел в долину. В итоге селевой поток уничтожил 130 домов, развалил церковь, перегородил реку в основной долине и там образовалось озеро. На этом дело не остановилось. Потом эту запруду прорвало и поток камней грязи и льда пустился дальше вниз по долине. А в Швейцарии горы густо населены. К счастью, наши швейцарские коллеги смогли предупредить людей и власти успели эвакуировать жителей.
КАК ЛЕДОВЫЕ КЕРНЫ ОПРЕДЕЛЯЮТ ВОЗРАСТ ЛЕДНИКА?
Мария Баченина:
- Что сейчас происходит с полярными шапками? И есть ли точка невозврата?
Ольга Соломина:
- Там ледники тоже сокращаются. Что касается точки невозврата, то об этом нам говорят модели и палеоаналоги. Например, мы сейчас живем в межледниковое время, а 130 тысяч лет назад тоже было межледниковье. И по геологическим следам, по ледниковым кернам можно догадаться, как себя чувствовали ледники в Гренландии около 130 тысяч лет назад. А потепление тогда было больше, чем сейчас. Пока еще мы к этим цифрам только приближаемся.
Александр Сергеев:
- А датирование каким способом идет?
Ольга Соломина:
- В верхних слоях ледников, например, на Кавказе вы можете увидеть чередование светлых и темных слоев. Темный слой — это летняя пыль, а зимний слой более светлый, там чистый снег.
Александр Сергеев:
- То есть возраст ледника можно определить по этим полоскам, они как годовые кольца деревьев?
Ольга Соломина:
- Да, поэтому нам так дороги ледниковые керны. Они дают годовое разрешение. Для датирования более глубоких слоев применяются физические методы и математическое моделирование. Например, используется радиоуглеродный метод, потому что во льду имеются включения, по которым можно датировать слои примерно до 40 тысяч лет назад. А еще по пузырькам воздуха во льду определяют состояние атмосферы прошлого. Это самое удивительное.
Александр Сергеев:
- Ольга Николаевна, а насколько глубоко в прошлое можно заглянуть с помощью ледовых кернов?
Ольга Соломина:
- Существует керн возрастом 800 тысяч лет - на 8 межледниковых циклов. Сейчас все гоняются за более древним льдом, но это не непрерывный керн, а слои древнего льда, которые выходят кое-где на поверхность. Там возраст может быть около миллиона лет. И это очень ценная для нас информация, потому что наша задача сейчас довольно практическая - отличить естественную изменчивость климата от антропогенного вклада. Это мы можем определить, только изучая прошлое.
Гляциолог и палеоклиматолог Ольга Соломина
Фото: Михаил ФРОЛОВ. Перейти в Фотобанк КП
КОЛЬЦА ДЕРЕВЬЕВ РАССКАЗЫВАЮТ ИСТОРИЮ 11,5 ТЫСЯЧ ЛЕТ
Мария Баченина:
- А как мы можем узнать, какая была температура 500–1000 лет назад? Сколько было осадков?
Ольга Соломина:
- Реконструировать ситуацию для последнего тысячелетия проще. Во-первых, были летописи, поэтому то, что происходило 1000 лет назад в Западной Европе, в Китае, и у нас, более-менее документировано. С помощью ледниковых кернов и дендрохронологии, например, можно довольно подробно выяснить, каким был климат последних нескольких тысячелетий. Какие возможности дает дендрохронология? С ее помощью мы пытаемся выяснить, какой был климатический фон для существования ледников. Как мы это делаем? Прирост годовых колец деревьев зависит от набора определенных климатических параметров. Например, на севере в холодное лето будет маленький прирост и узкое годовое кольцо. То же самое происходит в южных районах, где-нибудь в лесостепи. С той разницей, что с температурой на юге все в порядке, но дереву для роста нужны влага, и таким образом мы можем реконструировать не только температуру, но и осадки. Используя такие простые модели, можно реконструировать климат на 200–300 лет назад. Но нам-то хочется больше. Поэтому мы ищем либо старые деревья, погребенные в отложениях, либо работаем вместе с археологами. Например, сейчас мы работаем с Институтом археологии в Троице-Сергиевой Лавре, там есть мокрые слои, в которых хорошо сохраняется древесина. И мы пытаемся эту хронологию продлить, соединяя данные, которые получаем по живым деревьям со шкалой, которую дает ископаемая древесина.
Александр Сергеев:
- Насколько глубоко копнули?
Ольга Соломина:
- В Западной Европе есть хронология, которая восстанавливает летние температуры за последние 11,5 тысяч лет, у нас – короче.
Александр Сергеев:
- Это очень интересно, потому что, насколько я знаю, ископаемые дубы сейчас используются для производства виски. У нас в Мордовии делают виски, который настаивается в бочках из ископаемого мореного дуба. К каждой бутылке прилагается бирочка, где написано, что методом радиоуглеродного анализа показано, что этот виски настаивался в дубовой бочке с возрастом дерева 1800 лет.
Ольга Соломина:
- На самом деле, мореные дубы из Мордовии у нас в коллекции уже есть. Про виски я первый раз слышу, не знаю, улучшается ли качество напитка…
Александр Сергеев:
- Это абсолютно своеобразный виски, у которого нет аналогов на нашей планете. Мореный дуб возрастом 2000 лет дает виски ни с чем не сравнимый вкус и аромат. Так вы говорите в западной Европе есть фантастические образцы возрастом 11 тысяч лет?
Ольга Соломина:
- Да, 11 тысяч лет непрерывной хронологии за каждый год. Нам, пока, далеко до этого, но мы тоже двигаемся в этом направлении. Самые длинные хронологии продолжительностью более 7 тысяч лет в России построены нашими коллегами для Ямала. На Русской равнине Вологодская хронология пока самая длинная – 800 лет. Примерно такая же – на Соловках. Там мы отбирали образцы хвойных пород из живых деревьев. И еще нам разрешили отобрать образцы из старых строений и деревянных церквей. Мы их датировали и включили в свои хронологии.
Мария Баченина:
- Ольга Николаевна, представим ситуацию: человек копает яму для фундамента и нашел ствол. Как ему найти дендрохронологическую лабораторию? Куда звонить?
Ольга Соломина:
- Звоним в Институт географии.
КОГДА ЧЕЛОВЕК НАЧАЛ ВЛИЯТЬ НА КЛИМАТ
Мария Баченина:
- А что такое антропогенное влияние на климат? Вот пахарь плугом вспахал поле – это уже антропогенное воздействие? Или надо вести отсчет от промышленной революции, когда человек начал строить заводы и фабрики?
Ольга Соломина:
- Глобальное антропогенное влияние мы можем обнаружить с середины 19 века и по инструментальным наблюдениям на метеостанциях, и по косвенным данным. А это уже индустриальная эра. Более ранних сведений об изменении температуры у нас мало, поскольку ряды наблюдений на метеостанциях короткие и редкие. Именно поэтому мы вынуждены использовать косвенные палеоклиматические данные – годичные кольца, сведения о ледниках – о чем мы только что говорили.
Мария Баченина:
- За последние 2000 лет в истории человечества были периоды, когда ледники таяли так же быстро, как сейчас? Или мы в уникальное время живем?
Ольга Соломина:
- Действительно, за последние две тысячи лет было несколько значительных потеплений и похолоданий. Но надо уточнить, что мы в основном много знаем о северном полушарии, про южное должен быть особый разговор. Во времена Римской империи примерно до 3 века новой эры, наблюдался так называемый «римский оптимум» — это период теплого и влажного климата в Европе и Северной Африке. Кроме того, на границе первого и второго тысячелетия выделяется теплый период – «средневековый оптимум». Профессор Тушинский, гляциолог, специалист по ледникам и по лавинам, назвал локальное климатическое явление на Кавказе, которое наблюдалось в рамках теплого средневекового оптимума, “Архызским перерывом в оледенении» . Архыз – селение аланов, существовавшее на рубеже первого и второго тысячелетия, которое позже было разрушено лавинами. Предполагается, что во время «Архызсого перерыва» лавины в этом месте не сходили: было слишком мало снега. Видимо, и ледники были меньше. . К сожалению, изучать маленькие ледники трудно, потому что их следы перекрыты более молодыми моренами, отложенными во время наступаний ледников бОльшего масштаба, в частности, в малом ледниковом периоде, который царил в северном полушарии в XIV—XIX веках. Но сейчас при сокращении ледников в некоторых местах, например, в Скандинавии, находят старые деревья, которые когда-то росли на месте, где всего несколько лет назад лежал ледник. Мы можем сделать радиоуглеродный анализ этих деревьев и понять, когда это было. По этим данным установлено, что 6–7 тысяч лет назад и ранее ледники были меньше, чем даже современные. О чем это говорит? Это говорит о том, что начало голоцена (это текущая геологическая эпоха, началась примерно 11700 лет назад) было теплым. Сейчас об этом уже идут споры – тогда было теплее, чем сейчас или мы уже впереди? Это, кстати, одна из важных и интересных задач для палеоклиматологов - понять масштабы того потепления, которое было вызвано естественными изменениями орбитальных параметров.
КАК ОРБИТА ЗЕМЛИ СВЯЗАНА С ЛЕДНИКОВЫМИ ПЕРИОДАМИ
Мария Баченина:
- Давайте слушателям объясним, что такое орбитальные изменения… Это что-то случилось на орбите?
Ольга Соломина:
- Не на орбите, а с орбитой Земли. Траектория вращения нашей планеты вокруг Солнца периодически немного изменяется. Орбита может быть более вытянута или более круглая, либо наклон оси немножко меняется. И вроде бы изменения незначительны, но в комплексе они являются причинами больших циклов оледенений и межледниковий.
Александр Сергеев:
- А внутри последних двух тысяч лет ничего связанного с орбитой произойти не могло? Здесь какие-то земные факторы приводили к изменению климата?
Ольга Соломина:
- Небольшой орбитальный тренд все равно читается, но очень слабенький. Он не мог привести к малому ледниковому периоду.
Александр Сергеев:
- А в чем тогда причина?
Ольга Соломина:
- Сначала давайте определимся со временем. Малый ледниковый период длился примерно с 1300 года до середины 19 века. Положа руку на сердце, я честно могу сказать, что до конца причины неизвестны. Есть, правда, довольно изящное объяснение. Были зафиксированы небольшие колебания солнечной активности, которые сами по себе не объясняют крупных изменений, надо, чтобы еще что-то добавилось. Что добавилось в начале малого ледникового периода? Несколько подряд крупных извержений вулканов. Ну, почти подряд. Что происходит, когда случаются крупные извержения и много пыли попадает высоко в стратосферу? Запыленная атмосфера меньше пропускает тепла на поверхность Земли, соответственно, становится холоднее. Мы знаем даже и по инструментальным данным, что после крупных извержений наблюдаются летние похолодания. Так, после извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1816 году случился очень холодный год – так называемый «год без лета». Если происходит несколько извержений подряд, похолодание усиливается и возникает интересный механизм - включается морской лед. Площади его увеличиваются и возрастает отражающая способность полярных областей, и океан вместо темного (вода) становится белым (лед). Образуется положительная обратная связь. Такой механизм сейчас предлагается для объяснения наступления малого ледникового периода. А сейчас этот феномен играет в обратную сторону – морского льда становится меньше, океан темнее, и он меньше отражает, но больше поглощает тепло и нагревается.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Станет ли Арктика новой житницей России: какой урожай люди научились выращивать за Полярным кругом
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ
Таких берут в космонавты! Как люди попадают в звёздный отряд