Melting glaciers in a changing climate: current research and forecasts

Авторы статьи: Лукьянова Д.Д.,* Вагизов М.Р.*

_{О глобальном потеплении сейчас говорится и пишется очень много. Чуть ли ни каждый день появляются новые гипотезы, опровергаются старые. Изменение климата меняет нашу планету. Проявления сезонов не свойственным путем уже не является чем-то необычным, это становится нормой. Все говорят о глобальном потеплении, точке невозврата и даже о конце света, но так ли все печально?
Глобальное потепление, выражение знакомое уже каждому, наша планета нагревается и это оказывает катастрофический эффект на ледяные шапки земли. Ученые обнаружили, что именно ледники - самые чувствительные показатели того, как меняется климат. При снижении температур на планете они значительно увеличиваются, а при повышении уменьшаются.
В случае бесконтрольного изменения климата уровень воды в Океане сможет подняться до двух метров уже в пределах 2100 года.[1] К такому заключению пришли исследователи, допуская наихудший сценарий развития событий. А это приведет к затоплению огромного количества городов, находящихся в относительной близости к береговой линии.
Чем грозит глобальное потепление? Что произойдет, когда весь лед растает? Основные причины и пути их решения. В нашей статье речь пойдёт об оценке последствий таяния ледников. Так же в нашей статье будут учтены основные исследования различных учёных и их мнения.
В качестве объекта исследований будут выступать основные ледники планеты.
В качестве материалов исследования будут использованы данные дистанционного зондирования Земли, интерпретация оценки последствий}
 

Задачи исследования: Ознакомление читателей с основными характеристиками ледяного покрова;  изучение свойств, состава и особенностей ледников; анализ, по уровню подъема воды, вследствие таяния ледников; рассмотреть мнения институтов относительно данной экологической проблемы; рассмотреть пути решения и возможные последствия. 

Ледники на 1998 год занимали площадь около 16,2 млн км2, т.е. 10,9% поверхности суши, при этом в них сосредоточено примерно 27 млн км3 льда, что соответствует почти 2/3 пресной воды на планете. Основная масса ледникового льда находится в Антарктиде – почти 14 млн км2. Существенная часть ледников (около 2 млн км2) расположена в Арктике, где ими занято 53% площади всех островов [6].

Львиная доля всех ледников Арктики (88% площади и 97% объема льда) приходится на Гренландию. За пределами полярных областей ледники занимают около 300 тыс. км2: в Европе – 19 тыс. км2, главным образом в Исландии и Скандинавии; в Азии – около 118 тыс. км2, в основном в Гималаях, на Тянь-Шане, Каракоруме, Наньшане, Памиро-Алае, Куньлуне и Гиндукуше; в Северной Америке – около 124 тыс. км2, на Аляске; в Южной Америке – около 32 тыс. км2, в Андах и Патагонии; в Океании – 825 км2, в Новой Зеландии; в Африке – всего 20 км2, на отдельных горных вершинах. Отдельно следует сказать о пульсирующих ледниках, т.е. подверженных периодическим резким подвижкам (пульсациям). К ним относится не менее 5% всех ледников мира. Сосредоточены они преимущественно в Арктике и тех горно-ледниковых зонах, где условия оледенения наиболее благоприятны. 

Наибольшие объемы льда исчезли на Аляске (рис.1), здесь растаяло 3 трлн тонн. Затем следует Гренландия (рис.2), которая потеряла 1,2 трлн тонн. В Андах исчезло 1,2 трлн тонн. В России и Канаде исчезло по 1 трлн тонн. Таяние льдов в Антарктике исследовалось в меньшей степени, но также было зафиксировано уменьшение объемов льда примерно на 76 млрд тонн в год.

Полностью растаявший гренландский щит увеличит уровень мирового океана на 7 метров. От берегов Антарктиды за последние пару лет откололись последние остатки ледников Ларсена, которые унесли в теплый океан 1 трлн тонн льда[2].

С 1992 года ведутся более точные наблюдения с помощью спутников и высотной радиолокации. Этими способами измеряется высота льда над уровнем моря, его глубина под уровнем моря. За это время зафиксировано существенное ускорение таяния (рис.3). К примеру, таяние ледников в Антрактиде за эти годы составило около 219 млрд тонн в год.

Основные причины, почему тают ледники: 

Глобальное потепление; парниковые газы; сухость воздуха над Арктикой; принцип Альбедо в Арктике.
 

Рис. 3. Таяние льда со спутника за 32 года.

Глобальным потеплением называют рост средней температуры Земли за последние сто лет. Так к 2019 году за последние 100 лет температура на Земле повысилась на 0,74 градуса, а в 2020 приблизилась к показателю 1 градус (рис.4).

Основными причинами глобального потепления являются: промышленная деятельность; крупные лесные пожары; океаны; выбросы метана при таянии зон вечной мерзлоты; живые организмы; солнечная активность[1].

Причины появления парниковых газов сродни причинам глобального потепления – эти вещи взаимосвязаны. Лесные пожары, промышленные предприятия выделают больше количество СО2. Этот же газ выделают живые организмы при дыхании.
 

Рис. 4. Изменение температуры.

Парниковые газы – одна из основных причин того, что климат меняется. Они сосредотачиваются в тропосфере. Ранее солнечное тепло и излучения поступали на Землю, согревали ее и отражаясь от поверхности уходили в космос. Теперь они повторно отражаются от слоя парниковых газов и вновь попадают в атмосферу, согревая ее повторно.

Рис. 5. Изменение объема ледников Гренландии.

Интересно, но, когда ледники и области с вечной мерзлотой начинают таять, они выделяют метан – тоже парниковый газ.

Средняя годовая скорость увеличения концентрации CO2 в атмосфере: 1,3 ppm/г (1958-2000 гг.) 2,2 ppm/г (2000-2018 гг.) 1958 – 2000 гг. (42 года) = 55 ppm 2000 – 2018 гг. ( 18 лет) = 40 ppm 1958 г. = 315 ppm 2000 г. = 370 ppm 2018 г. = 410 ppm (рис. 6). 
 

Сухой воздух в Арктике у поверхности не дает перемешиваться с более влажным и холодным воздухом в тропосфере. Благодаря ветрам теплый воздух с более южных широт приходит в Арктику и согревает ее. На поступление более теплого воздуха как раз влияет глобальное потепление.

Рис. 6. Средняя годовая скорость увеличения концентрации СО_2.

Принцип Альбедо заключается в том, что отражающая способность льдов уменьшается из-за сокращения их же площади. Льды отражают свет и тепло, почва поглощает их и нагревается, увеличивая температуру вокруг. Это происходит в Гренландии, на Аляске, и на побережье и островах России.

Рис. 7. Прогноз роста засушливых областей, вызванных глобальным потеплением. Моделирование выполнено на суперкомпьютере в Институте космических исследований им. Годдарда (NASA, GISS, США)

Последствия: 

1. Уменьшение источников пресной воды. В ледниках сосредоточено большое количество пресной воды. Талыми водами с ледников наполняются большинство рек и озер. Эту воду используют жители Аляски, Гренландии, России.
2. Изменение климата. Таяние ледников спровоцирует увеличение тепла на планете. Таким образом потепление будет только расти. Могут начать исчезать ледники и на вершинах горных систем в центре планеты.
3. Рост заболеваний и эпидемий. Еще одно последствие – рост заболеваний и эпидемий, так как болезнетворные бактерии будут плодиться лучше, а пресной воды будет не хватать. Вместе с тем уменьшение объемов суши приведет к увеличению плотности населения в центральных частях материков. Одним из крупнейших "хранилищ" древних патогенов является ледник, расположенный на Тибетском плато [3]. В течение 15 тысяч лет он служил сейфом для совокупности древних замороженных вирусов. Первый образец был собран еще в 1992 году. Однако на то время не существовало ни одного специального метода, который бы позволил избежать неизбежного микробного загрязнения, к которому приводит сверления льда, обращения с ней и ее транспортировки. Чтобы добраться незагрязненной части ледяных ядер, ученые установили специальную лабораторию в холодном помещении, где температура была не больше -5 градусов по Цельсию, и использовали стерилизованную ленточную пилу, чтобы отрезать 0,5 сантиметра льда от внешнего слоя. Затем исследователи промыли ледяные ядра этанолом и расплавили еще 0,5 сантиметра льда. Другие 0,5 сантиметра смыли стерильной водой. Внутри ледяных ядер ученые обнаружили 33 группы разных родов вирусов. Они сравнили найденные популяции с известными вирусами и узнали, что 28 образцов вирусов ранее нигде не встречались. Известные же вирусы принадлежали к семействам Siphoviridae и Myoviridae порядка Caudovirales. Примечательно, что микробный состав двух образцов льда также существенно отличался. 
4. Cтихийные бедствия, которые являются возможными последствиями глобального потепления – это ураганы, цунами, наводнения. 

Стоит учитывать ещё одну важную природную составляющую ледников, в обеспечении питания ими рек. Согласно данным [8] в среднем на земном шаре величина ежегодного ледникового питания рек составляет 412 км3, т.е. менее 1% общего объема речного стока, вместе с тем, ледники в периоды засушливых лет являются регуляторами стока и компенсируют недостаток воды. Учитывая динамику увеличения температуры на Земле и скорость таяния ледников, основное сокращение водного стока и общее их усыхание будет влиять на реки, в которых смешанное питание (дождевое и ледниковое). К таким рекам можно отнести реки Амударья, Сырьдарья учитывая их фактическое уменьшение объёма стока более чем в 10 раз, дополнительное уменьшение ледникового питания данных рек может фактически привести к полному усыханию менее чем через 10 лет. В конечном счёте, это приведет не только к серьёзному экологическому кризису в регионах бассейна рек,  но и социально-хозяйственному кризису, невозможности использования данных источников в качестве гидроэнергии и водоснабжения населения.

Защита

Ученые из Нидерландов провели исследование и пришли к выводу, что если человечество не начнет бороться с изменением климата, то остановить глобальное потепление будет практически невозможно. Что-то изменить можно до 2035 года, считают исследователи, потом шанс будет потерян.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что необходимо ограничить рост глобальной средней температуры. Сейчас она превышает среднее значение XIX века примерно на градус. По Парижскому соглашению, принятому в 2015 году, допустимым порогом повышения температуры считаются два градуса Цельсия[4].

По расчетам ученых, остановить потепление до 2035 года, возможно, и удастся, но только при увеличении использования возобновляемых источников энергии на 2% в год. Кроме этого, необходимо сократить отрицательные выбросы, то есть удалить CO2 из атмосферы, например, с помощью улавливания и захоронения углекислого газа. Такие меры помогут продлить срок.

«Если увеличить требуемую вероятность [ограничения потепления] до 95%, точка невозврата для двух градусов смещается на 2022 год, а для полутора градусов она уже пройдена», — пишут ученые. По их мнению, исследование должно сподвигнуть политиков принять необходимые решения — вывести человечество на безопасную климатическую траекторию.

Помимо сохранения и увеличения естественных легких планеты ученые занимаются выводом новых растений, эффективнее поглощающих углекислый газ. На климат планеты существенно влияют леса – деревья, кусты и травы вырабатывают кислород, который делает атмосферу чище и уменьшает парниковый эффект. 

Одним из новых методов защиты является сброс искусственного снега на льды. Снег сбрасывается с помощью мощных турбин на края ледников. Исследователи создали климатическую модель, которая показала, что увеличение слоя льда на 10 м в год позволило бы сохранить ледники Западной Антарктиды от разрушения. Для того, чтобы сформировать такой слой, на ледник нужно сбросить около 7,4 тыс. Гт искусственного снега — или 74 трлн т. [2]
    
Комментарии ведущих учёных.

По словам Томаса Карла (Thomas Karl), директора координирующего работу над бюллетенем Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), «весь набор индикаторов демонстрирует изменения климата повсеместно, от глубин океана до верхних слоев атмосферы». И, судя по этим данным, поделать с происходящим невозможно уже ничего: даже если произойдет невероятное и все страны мира, наконец, договорятся о давно запланированном резком ограничении выбросов углекислого газа, Мировой океан – основное «хранилище» тепла на планете – продолжит нагреваться в ближайшие сотни, а может, и тысячи лет[5].

С другой стороны, ученые считают, что есть еще 12 лет на спасение ледников и планеты в целом.  Точка невозврата где она? 

Заключение 

"Если представить себе карту мира через ближайший миллион лет, то вся поверхность Земли, за исключением высокогорных областей, будет покрыта водами Мирового океана, и на 40 млн лет она превратится в планету-океан", - считает ведущий научный сотрудник Института океанологии им. Ширшова РАН, профессор геофизики Владимир Орленок.

В целом за последние сто лет средняя температура поверхностного слоя атмосферы повысилась на 0,3–0,8°С, площадь снежного покрова в северном полушарии снизилась на 8%, а уровень Мирового океана поднялся в среднем на 10–20 сантиметров. Эти факты вызывают определённую озабоченность. 

В сравнении с тем же 1990 годом уровень воды в Мировом океане поднялся на 6,2 см. В разных регионах мира этот таяние развивается неравномерно и не выглядит столь уж угрожающим: несколько лишних сантиметров не приведут, конечно, к затоплению целых стран или городов. Куда опаснее изменения течений, которые он несет.

В науках о Земле необходимо построение и моделирование долгосрочных временных моделей описывающих развитие природных систем в условиях меняющегося климата. Именно своевременные построенные модели и прогнозы позволят принимать верные управленческие решения. В данной статье мы ознакомили читателей и изучили свойства и состав ледников, рассмотрели особенности и проанализировали уровень воды сейчас и сделали прогноз на ближайшие 100 лет. Рассмотрели мнения институтов, занимающихся изучением данного вопроса. Изучили последствия и возможные пути защиты ледников. 
    
Библиография

1. Воейков А. И. Климатические условия ледниковых явлений, настоящих и прошедших // Западного минералогического общества. – М., 1991. 
2. Earth System DynamicsAn interactive open-access journal of the European Geosciences Union [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.earth-syst-dynam.net/9/1085/2018/
3. ТАСС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://nauka.tass.ru/nauka/6586970
4. VICE [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.vice.com/en_us/article/pkebx9/scientists-found-ancient-never-before-seen-viruses-in-a-glacier
5. Hi-news.ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://hi-news.ru/
6. Неспокойный ландшафт. М.: Мир, 1981. 188 с.
7. Исследование Джошуа Маурер, из Обсерватории Ламонта-Доэрти, США –[Электронный ресурс] – Режим доступа: журнал Science Advances.
8. Роль ледников в питании и режиме рек. практическое значение горных ледников. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cyberpedia.su/13x146a1.html

 

*Лукьянова Дарья – студент, исследователь, кафедры прикладной информатики Российского государственного гидрометеорологического университета.
*Вагизов Марсель – доцент, преподаватель, кафедры прикладной информатики Российского государственного гидрометеорологического университета.