Океанологу кандидату географических наук Артему Сарафанову 33 года. Более 10 лет он занимается исследованием Северной Атлантики. Данные о ее состоянии и происходящих там процессах стали основой его кандидатской диссертации. Эти же вопросы, но уже на другом уровне, он рассматривает в только что законченной докторской диссертации.
Интерес старшего научного сотрудника лаборатории гидрологических процессов Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН А.Сарафанова к Северной Атлантике легко объясним. Эта огромная акватория от экватора до Гренландии — один из ключевых элементов климатической системы Земли. Известно, что солнечная энергия поступает на Землю неравномерно: в низких широтах она сильно нагревает океан и вызывает испарение, поэтому вода здесь теплая и соленая. В высоких широтах, наоборот, тепла не хватает, а вода более холодная и пресная. Контраст был бы гораздо сильнее, если бы не Гольфстрим и Северо-Атлантическое течение — они перегоняют теплые воды на север Атлантики и “отапливают” там атмосферу. Неудивительно, что в Северной Европе достаточно теплый, мягкий климат. В Англии, скажем, круглый год зеленые газоны, а в России примерно на той же широте, между Москвой и Петербургом, мороз и снег. В далекой от Атлантики Сибири царствует вечная мерзлота. Таково влияние океана. В зависимости от того, как на протяжении десятилетий изменяется циркуляция океанских вод, климат в Северной Европе, европейской части России и Арктике становится теплее или холоднее. Отсюда такое внимание к Северной Атлантике.
До Второй мировой войны исследования здесь хотя и велись, но были не регулярны. Лишь в 1950-е годы начались масштабные систематические измерения. Сегодня происходящие в океане и атмосфере процессы ученые представляют с помощью математических моделей, которые позволяют прогнозировать “поведение” океана, предположить, как он будет влиять на климат. Но чтобы убедиться в правильности модели, использовать ее как “инструмент” для прогнозирования, необходимо сравнивать результаты моделирования с данными наблюдений.
Это одна из причин, по которой океанологи регулярно обследуют толщу океана: измеряют температуру воды, ее соленость, скорость течений и др. Точность чрезвычайно высокая: скажем, для температуры — тысячные доли градуса. В последние 20 лет к глубоководным измерениям c судов, позволяющим увидеть океан “в разрезе”, добавились спутниковые наблюдения. Теперь многие характеристики поверхности океана приборы определяют с орбиты: уровень моря, например, температуру и даже соленость. Вдобавок к этому тысячи автономных дрейфующих измерителей непрерывно наблюдают за верхним двухкилометровым слоем океана. Так общими усилиями ученые получают трехмерную картину Атлантики: сведения о характеристиках и динамике вод на всех глубинах — от поверхности до дна. Только благодаря современным приборам океанологи узнали о процессах, происходящих на глубине. До этого долгое время считалось, что изменения в океане касаются лишь самого верхнего слоя.
— Мое знакомство с океаном, — рассказывает Артем Сарафанов, — в чем-то напоминало развитие океанологии в XX веке. Когда я писал кандидатскую диссертацию, то имел дело с усредненными во времени характеристиками вод, то есть с некой общей “статичной” картиной. Затем стал работать с “живыми” данными и убедился, что свойства и динамика толщи вод Атлантики сильно меняются. И если изменения, скажем, температуры в самом верхнем слое определяются сменой времен года, то на больших глубинах эти процессы носят совсем другой характер. В глубинных слоях важную роль играют долговременные изменения. Глубинные воды Атлантики формируются из поверхностных вод, которые поступают на север из низких широт. На севере Атлантики они охлаждаются, опускаются на глубину более километра и движутся на юг. Это масштабный и длительный процесс. Его интенсивность влияет на перераспределение тепла на Земле и, как следствие, на климат. Скажем, если бы это движение по какой-то причине прекратилось, то Северная Европа оказалась бы в зоне вечной мерзлоты. Палеоданные говорят о том, что такие события имели место в далеком прошлом.
Климат на Земле теплеет, и, судя по всему, в XXI веке эта тенденция сохранится. По результатам моделирования, потепление особенно заметно скажется в высоких широтах Северного полушария — там температура будет расти быстрее, чем в других регионах Земли. При этом перенос теплых атлантических вод на север может замедлиться, что приведет к похолоданию в Европе. Климатическая система устроена сложно, и, не зная всех действующих в ней механизмов, трудно прогнозировать ее поведение в целом. Поскольку океанские процессы играют ключевую роль в долговременных изменениях, без корректного учета этих процессов достоверное прогнозирование климата невозможно.
Следует помнить, что, когда говорят о глобальном потеплении, подразумевают повышение средней температуры в нижних слоях атмосферы и верхнем слое океана. На фоне этого процесса происходят выраженные региональные изменения, превосходящие по своей интенсивности общий тренд. Получается, что где-то теплеет весьма ощутимо, где-то нет, а где-то, наоборот, холодает. Например, на севере Атлантики температура всей толщи вод ощутимо “колеблется” от десятилетия к десятилетию. Эти колебания не имеют прямого отношения к глобальным процессам и связаны с региональными особенностями взаимодействия океана и атмосферы. Помимо колебаний температуры мы наблюдаем и многолетние изменения циркуляции вод: интенсивность переноса поверхностных вод на север. Циркуляция во всей толще вод медленно “дышит”, меняется на протяжении десятилетий. Исследование этих изменений необходимо для понимания механизмов, действующих в климатической системе в целом. Сегодня мы не видим каких-либо признаков радикальных изменений на севере Атлантики, которые можно было бы связать с глобальным потеплением. Циркуляция продолжит меняться, как это было всегда, но катастрофических изменений пока ожидать не стоит.
Современная океанология — наука сравнительно молодая, и сейчас благодаря высокоточным измерениям и моделированию мы вплотную подходим к пониманию причин и механизмов изменений в толще океанских вод. С помощью моделирования можно проводить крупномасштабные “эксперименты над океаном”. Например, грубо говоря, “выключить” ветер и смотреть, как на это отреагирует океан. Все происходящее в модели видно как на ладони. Поэтому мы очень многое узнаем именно благодаря моделированию. Но идеальной модели нет и не будет, поэтому “численный океан” необходимо сопоставлять с реальными данными. Иначе мы не будем знать, где модель “врет” и в какой степени мы можем полагаться на результаты, полученные с ее помощью. Необходимо продолжать наблюдения в океане, анализировать данные и таким образом добывать сведения о реальных океанских процессах.
В этом помогает международное сотрудничество. Мы работаем вместе с коллегами из Института морских исследований Франции. Делимся опытом, данными, пишем совместные статьи. Российско-французские исследования финансируют РФФИ и Французская академия наук. Объемы финансирования с обеих сторон невелики, но польза от них — большая.
На схеме А.Сарафанова — перенос теплых поверхностных и холодных глубинных вод Северной Атлантики
Юрий Дризе
Фото Андрея Моисеева и с сайта ИО РАН
Нет комментариев