Модели правду говорят? К середине века можно ожидать глобальную засуху и начало очередного похолодания.
Наука
№ 48(2013)

29.11.2013

Можно ли предсказать экологическую обстановку в том или ином месте в то или иное время? Каков характер изменений глобальной температуры: постоянный или периодический, и какие меры надо принимать в зависимости от того, каков он на самом деле? Ответить на эти и подобного рода вопросы, найти пути решения возникших проблем удается лишь объединенными усилиями многих специалистов. Для этого и собрались на Третьей национальной научной конференции с международным участием “Математическое моделирование в экологии” исследователи из разных областей науки. Встреча прошла в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН в Пущине. О том, что обсуждали эксперты в сфере экологического прогнозирования, какие выводы сделали, нашему корреспонденту рассказал председатель оргкомитета конференции, доктор биологических наук, профессор Александр КОМАРОВ.

- Экологическое прогнозирование - важная область фундаментальной науки, - говорит Александр Сергеевич. - Ее цель - выявить механизмы процессов, происходящих в очень тонкой “пленке” биосферы, месте обитания человека и всех остальных организмов. Для исследования этих механизмов используют математическое моделирование, которое с этой целью применяют довольно давно. Еще в 1973 году была проведена первая школа по математическому моделированию сложных биологических систем. Ее организовал выдающийся математик член-корреспондент АН СССР Алексей Андреевич Ляпунов. И сейчас, несмотря на трудную ситуацию в науке, наше неформальное сообщество сохраняется, хотя официально этого направления ни в одной из действующих программ нет.
На нынешнюю конференцию собралось около сотни участников из России, Украины, Польши, Германии, США. Среди выступавших - 27 докторов наук, а также молодые ученые, только начинающие свой путь в науке. В этом году мы попытались восстановить структуру школ по моделированию, которая очень хорошо зарекомендовала себя в прошлом: пригласить ведущих специалистов и дать им полтора-два часа на сообщение и исчерпывающее обсуждение. Весьма полезная практика, хотя и трудная для лектора.
- Какое-то выступление запомнилось особенно?
- Очень интересным был доклад профессора Аргенты Титляновой из новосибирского Института почвоведения и агрохимии СО РАН. Она активный участник всех наших конференций. На этот раз Аргента Антониновна рассказала об исследовании механизмов сукцессий - первичной, вторичной и антропогенной. Сукцессия - это процесс смены (первичная сукцессия) или восстановления (вторичная) растительности, например, после лесного пожара, антропогенного воздействия. Зарастание заброшенных пастбищ также относится к этому явлению. Его изучение - задача сложная и все еще не решенная. В мире несколько коллективов пытаются ее осилить, наша лаборатория в том числе. К слову, важные сведения о сути сукцессионных процессов дают длительные наблюдения за территориями, которые не подвергаются воздействию человека.
В Европе таких зон практически нет, любая из них в той или иной степени испытывает на себе результаты человеческой деятельности. И это сильно усложняет решение задачи. В Северной Америке акцент делают на аэро- и космических методах наблюдений, но это не позволяет добиться детального описания процессов, например, между растительностью и почвой. В России нужные данные можно получить в заповедниках и на стационарных станциях институтов РАН в Сибири, Республике Коми, в Московской, Воронежской и других областях. С исследованиями на этих территориях связаны наши надежды на успех.
Привлек внимание и доклад профессора Бориса Владимирского из Таврического национального университета “Влияние космической погоды на среду обитания, как проблема экологии”. Он касался цикличности различных процессов в биосфере, современного взгляда на идеи о солнечно-земных связях русских ученых Александра Леонидовича Чижевского и Владимира Ивановича Вернадского, высказанных в первой трети ХХ века. В докладе Бориса Михайловича приводились факты, доказывающие, что кроме известных всем магнитных бурь Солнце создает приземное ультрафиолетовое излучение, инфразвук, электромагнитные поля сверхнизких частот и многое другое.
Примером может служить известная “колба Фицроя” со спиртовым раствором камфары. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно рождаются и исчезают кристаллы. В зависимости от грядущих изменений погоды в жидкости образуется то или иное количество кристаллов, и раствор мутнеет с различной интенсивностью. Казалось бы, в герметичной колбе раствор не должен реагировать на атмо-сферное давление, тем не менее точность прогноза, особенно в открытом море, как доказал английский адмирал Фицрой еще в начале XIX века, достаточно высока. Позже выяснилось, что существует годовое изменение концентрации кристаллов с минимумом в летнее солнцестояние независимо от текущей погоды. Аналогичные “показания” изменений в течение года дает сегодня специальная микросхема, помещенной в стабильные условия.
В последние годы обнаружили цикличность в скорости радиоактивного распада, однако это, скорее всего, обусловлено влиянием космической погоды на аппаратуру и может быть истолковано как изменение эффективности регистрации. Такие исследования ведутся в Крымской астрофизической обсерватории и лаборатории Симона Эльевича Шноля в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущине.
Более того, согласно материалам зарубежных и российских исследований, найдены корреляции между цикличными явлениями на Солнце и различными процессами человеческой активности (отмеченные еще Чижевским), психологическим климатом в коллективе и даже повторяющимися процессами в истории войн. Наиболее яркий пример - корреляции нескольких циклических процессов на Солнце и так называемых длинных волн Кондратьева в экономике.
Владимирскому задали вопрос, какова связь между солнечной активностью и климатом и что можно в этом случае сказать о цикличности. Борис Михайлович ответил, что цикличный климат Земли, возможно, имеет астрофизическую причину. Такой ответ вызвал оживление слушателей, потому что перекликался с уже озвученным сообщением сотрудника Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН профессора Владимира Башкина о геологических данных циклических изменений климата - чередовании периодов потепления-похолодания.
Эта тема прозвучала и в докладе профессора Юрия Пузаченко из Института проблем экологии и эволюции РАН. Юрий Георгиевич провел анализ переменных величин глобальной климатической системы: температуры, парциального давления влаги, доли облачных дней, суммы атмосферных осадков. Все они с очень высокой точностью описываются некоторыми генерализованными величинами, отражающими пространственное состояние системы зимой, летом, весной и осенью (для северного полушария). Наиболее важны данные о состоянии климатической системы в зимнее время. Оно отражает перенос воздушных масс из южного полушария в северное. Так же можно описать состояние системы в летний период. Другие величины свидетельствуют о взаимодействии воздушных масс суши и океана.
При анализе выявляются периоды резкой перестройки циркуляции в атмосфере протяженностью, как правило, в 14 и 7 лет. Во время этих перестроек можно рассчитать пространственно-временную динамику воздушной оболочки планеты на любой момент времени. Так как речь идет о сложной нелинейной системе, то такой расчет более-менее оправдан на ближайшие 10 лет. Но с некоторой долей осторожности можно обсуждать и то, что нас ожидает в отдаленном будущем. Один из результатов такой экстраполяции - средняя температура на Земле будет продолжать расти до 2040 года. Затем наступит похолодание. В 2100-м температура придет к уровню 1901 года, и климатическая система завершит 200-летний цикл. Количество осадков будет снижаться в течение всего столетия, а в 2040-х может наблюдаться глубокая засуха.
Представления о циклических процессах в биосфере имеют очень большое практическое значение. Так как общее время наблюдения человеком природы меньше, чем характерные периоды процессов, то часто мы “видим” их изменения в отдельных интервалах, как линейные. Затем делаем соответствующий прогноз и начинаем бороться с возможными последствиями. Хороший пример - обмеление Каспийского моря в 1970-х. Из геологических данных было известно, что изменение уровня Каспийского моря - циклический процесс. И все же для уменьшения испарения была построена плотина, отгораживавшая от моря залив Кара-Богаз-Гол. Еще не успели завершить строительство, а уровень воды в Каспийском море начал подниматься вследствие обычного колебательного процесса. Тем не менее плотину достроили, залив высох, соль из него ветром унеслась на плато Устюрт, а затем и на всю Среднюю Азию. Так человек из природного повторяющегося процесса сделал необратимый, с негативными последствиями. Причиной этому стали амбиции отдельных личностей. Будем надеяться, что с “потеплением-похолоданием” такого ужаса не произойдет.
- Что вы думаете о перспективах вашей области исследований?
- Надежду вселяют успешно работающие молодые коллективы в Институте комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН в Биробиджане, Институте проблем экологии и эволюции в Москве, Институте биофизики и Институте леса в Красноярске, в лабораториях Пущинского научного центра. Отсутствие социального заказа позволяет нам спокойно заниматься действительно фундаментальными исследованиями. Изучаемые нами биологические системы настолько сложны, что запланировать успех невозможно, зато каждое решение дает шанс двигаться вперед.


Беседу вела
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото из архива А.Комарова


Вернуться к статье