Возможное потепление климата - что оно нам сулит!

С помощью системы «Гея» мы не можем предсказывать будущее человечества. Мы можем лишь, создавая определенные сценарии его деятельности, изучать последствия реализации сценария, рассчитывать реакцию биосферы на деятельность людей. Так, например, мы можем с известной степенью точности оценить, как будет меняться климат, сказать, что произойдет с тропическими лесами или великими степями Евразии, как изменятся условия жизни человека в зависимости от тех действий, которые он предпримет. Поэтому, ставя машинные эксперименты, мы должны позаботиться о сценарии. Это значит, что мы должны уметь поставить вопрос: а что будет, если люди сделают то-то или то-то? Вопросы могут быть самыми разными. Например, любопытно было бы узнать, а какова будет судьба сибирской тайги, если сегодня исчезнет великая горная система Гималаи - Гиндукуш - Памир - Тибет. И система «Гея» в принципе способна ответить на подобный вопрос, поскольку в ней учитывается земной рельеф, влияющий на характер воздушных течений.

Заметим, что на качественном уровне на него можно ответить и не прибегая к расчетам с помощью нашей системы. В самом деле, если исчезнет эта горная система, то теплые ветры южных морей проникнут на Север. Они будут нести много влаги, особенно в период муссонов. Исчезнут среднеазиатские пустыни и в Сибири резко потеплеет. Но одновременно в центре Якутии, примерно там, где находится ее столица, начнет расти ледник, как в Гренландии. Дорогой читатель, посмотрите на карту. В Якутии растут леса. Несмотря на вечную мерзлоту, там великолепные травостои, позволяющие держать скот и вести сельское хозяйство, - трескучие морозы тому не помеха! А на той же широте в Гренландии ледник толщиной в 3 километра. Но зимой там гораздо теплее, чем в Якутии. В чем дело? Что это - парадокс или закономерность?

Все дело в том, что в течение относительно теплой, но снежной зимы там выпадает много снега, который не успевает растаять за три месяца влажного лета с сумеречным серым небом.

Вот похожая судьба ожидала бы и Якутию, если бы не было заслона от южных ветров. Конечно, кое-где линия вечной мерзлоты ушла бы далеко на Север, но в целом условия жизни в северной части Сибири стали бы еще более тяжелыми. Система имитации позволяет конкретизировать этот вывод, получить не только качественные, но и количественные оценки.

Но для первых экспериментов с системой «Гея» нам следовало выбрать, конечно, какой-либо более реалистичный вариант сценария, который оказался бы полезным вкладом в теорию развития ноосферы и имел бы определенное практическое значение.

Одна из проблем, которая волнует сейчас ученых, связана с увеличением концентрации в атмосфере углекислоты. Оно вызывает парниковый эффект, благодаря которому средняя температура атмосферы увеличивается и меняется ее распределение по земной поверхности. Это влияет, в свою очередь, на перенос воздушных масс, меняется структура влагопереноса и влагооборота. В результате изменяются условия жизни, изменяется продуктивность растительности, как естественных ценозов - лесов, степей, лугов, саванн, так и искусственных ценозов (или, как говорят, агроценозов) - полей пшеницы и кукурузы, пропашных культур, садов, виноградников и т. д.

Этот вопрос не зря волнует ученых. Концентрация углекислоты возросла в XX веке уже процентов на 17. К концу первой четверти XXI века она, по-видимому, удвоится. Это может заметно изменить средний температурный режим нашей планеты. Его последствия важно изучать, поскольку даже фоновые колебания порядка 0,5 - 1,1 градуса и даже до 1,5 градуса, которые все время происходят в природе из-за изменчивости, присущей всем процессам, протекающим на Земле, заметно сказываются на урожаях. А здесь повышение средней температуры, вероятно, будет заведомо превышать колебания температурного фона.

Система 'Гея'

Заметим, что даже качественно предсказать заранее результаты такого потепления совсем не просто. Дело в том, что, с одной стороны, увеличение концентрации углекислоты дает растениям больше пищи, то есть создает тенденцию к повышению продуктивности биоты. Но, с другой стороны, при повышении средней температуры уменьшается перепад температур между экватором и полюсом. Как это показывают многолетние наблюдения, средние температуры на экваторе практически не меняются. Все их изменения происходят за счет полярных зон. Если средняя температура понижается на 0,5 градуса, то это ничтожное похолодание сразу начинает ощущаться на Севере, где температура понижается на 2 - 3 градуса. В результате растет площадь морских льдов и их толщина, ухудшаются условия навигации. А как скажется общее потепление в полярных зонах на общепланетарной климатической картине? К чему оно может привести в средних широтах, например?

Почему-то бытует представление о том, что похолодание это плохо, а вот потепление - это хорошо! В действительности, плохо и то и другое. Вся человеческая жизнь, не цивилизация настроена на вполне, определенные климатические условия. И всякое отклонение от существующего уровня нежелательно, поскольку людям придется приспосабливаться к новым условиям. Цивилизация, во всяком случае в современном смысле слова, может существовать лишь в очень узком диапазоне температур. Похолодание на 3 - 4 градуса приведет к тому, что снова наступит ледниковый период и большая часть планеты превратится в ледяную пустыню. Итак, похолодание - это заведомо плохо! А потепление? Что оно нам сулит?

В результате потепления уменьшается перепад температур между экватором и полюсами. А он является главным двигателем, благодаря котором происходит движение атмосферы, переносящее тепло от экваториальных зон к полярным. Очевидно, что если перепад температур увеличивается, то и интенсивность атмосферной циркуляции увеличивается. Уменьшается этот перепад, и циркуляция атмосферы делается более вялой и влагоперенос соответственно уменьшается. Значит, засушливые зоны в случае потепления становятся еще более засушливыми - получат еще меньше влаги, что, очевидно, отрицательно отразится на продуктивности биоты.

И предсказать заранее, какая из двух тенденций возьмет верх, на основании проведенных качественных рассуждений - нельзя! Надо считать.

Вот первый большой эксперимент, который был проведен на модели «Гея» в Вычислительном центре АН СССР и имел своей целью выяснить, как изменится (по зонам) продуктивность биоты при удвоении концентрации углекислоты в атмосфере. Таким образом, сценарий человеческой активности, создающей дополнительную нагрузку на биосферу, был относительно прост. Мы полагали, что в результате производственной деятельности будет сожжено такое количество ископаемых углеводородов - нефти, газа, угля, - что количество углекислоты в атмосфере удвоится. Мы не интересовались тем, как будет происходить это удвоение концентрации, не изучали возможные детали подобного процесса. Мы принимали как заданное конечный результат.

Такой сценарий, разумеется, довольно условен. Ведь одновременно с производством энергии люди делают и другую работу, создают и другие нагрузки на биосферу. Тем не менее его анализ кажется интересным, ибо он дает представление о возможных тенденциях.

Конкретные расчеты в этом эксперименте были проведены сотрудниками ВЦ АН СССР В. П. Пархоменко, Г. Л. Стенчиковым и А. М. Тарко на географической сетке 4X4 градуса. Последнее означает следующее. Необходимо различать географические и климатические особенности различных зон, а модель должна обладать определенной степенью разрешения, как микроскоп. Говоря о сетке 4X4°, мы тем самым говорим, что в квадрате 4° по широте и 4° по долготе характеристики биоты неразличимы.

Этот эксперимент с моделью «Гея» в своих основных чертах подтвердил приведенные выше качественные рассуждения, которые обычны для географической климатологии. В целом ряде районов достаточного увлажнения продуктивность биоты увеличится, но зато целому ряду аридных зон и полупустынь, по-видимому, грозит превращение в пустыню. Особенно пострадают согласно расчетам страны Сахеля, Передней и Центральной Азии. В благоприятном положении окажется ряд районов Европы и Запад Северной Америки. Но в целом, в масштабах планеты суммарная продуктивность биоты практически не изменится - ее изменения будут в пределах точности расчетов.

Подобные расчеты имеют прямое значение для практики. Они показывают, в частности, необходимость произвести в ближайшие десятилетия известный сдвиг сельскохозяйственного производства и в нашей стране. В самом деле, великая евразийская степь, которая начинается в Молдавии и тянется до Алтая, так же как и все Средиземноморье, окажется в условиях все более и более засушливого климата. В то же время русское Нечерноземье, Белоруссия, запад и север Украины и особенно северо-запад России и Прибалтийские республики окажутся, по-видимому, в климатических условиях, очень благоприятных для производства разнообразных сельскохозяйственных продуктов. Подобная информация окажется, вероятно, весьма полезной для лиц, занимающихся долгосрочным планированием использования ресурсов и проблемами размещения сельскохозяйственного производства.

Расчеты, проведенные в ВЦ АН СССР, носят, конечно, условный характер, и ими надо пользоваться с осторожностью. Так, например, мы не учитывали, что при сгорании угля в атмосферу выбрасывается большое количество аэрозоля (пыли, сажи и т. д.). Замутненность атмосферы сказывается на количестве солнечной энергии, поступающей на Землю, а именно эта энергия, преобразуясь в тепловую вследствие нагревания поверхности Земли, идет затем на нагревание атмосферы. За послед-ние 30 - 40- лет интенсивность прямой солнечной радиации, приходящей к земной поверхности, .уменьшилась на 1,5 - 2 процента. Конечно, частицы аэрозоля не только отражают солнечную энергию, но и поглощают ее, что ведет к нагреванию атмосферы. Одним словом, проблема изменения средней температуры атмосферы не исчерпывается оценкой влияния изменения концентрации углекислоты. Она чрезвычайно сложна, и сегодня можно говорить пока еще не столько о точных оценках, сколько о вскрытых тенденциях.

Однако, несмотря на условность и неточность наших расчетов, общая тенденция аридизации всей черноземной зоны и вообще степной просматривается достаточно отчетливо. Можно спорить о цифрах - будет ли падение продуктивности агроценозов составлять величину порядка 10 или 20 процентов, но одно бесспорно: при той же агротехнике в степных зонах Украины, Северного Кавказа, Поволжья, Казахстана следует ожидать известного снижения урожайности из-за иссушения климата. Поэтому приобретает особое значение комплексное (системное) изучение условий обеспечения стабильности сельскохозяйственного производства в этих районах. Преимущества почвенной (сухой) мелиорации, капельного орошения, совершенствование севооборотов, чистых паров и, конечно, общей культуры земледелия здесь очевидны.

Точно так же отчетливо просматривается улучшение условий для земледелия в Центральной России, на западе и северо-западе страны. Но как разумно использовать эту тенденцию? Такой вопрос также требует тщательного, системного анализа альтернатив, способа использования возможностей современной науки и сельскохозяйственной техники.

Можно ожидать и некоторых «вторичных» последствий описанного явления. Увеличится сток Волги и Днепра, это отзовется на изменении солености и может сказаться на структуре популяционной динамики морских водоемов. Уровень Каспийского моря начнет повышаться. По-видимому, несколько возрастет испарение с его поверхности, что улучшит питание рек бассейнов Сырдарьи и Амударьи. Но все подобные рассуждения носят пока весьма условный характер. Требуется их тщательный системный анализ.

Примечание. Комплексные, или, как говорят, системные, исследования - это всегда междисциплинарные, а следовательно, и междуведомственные исследования. Поэтому их организация очень часто сталкивается с большими трудностями, с интересами отраслей и регионов.

У нас в стране не отработан механизм подобных надведомственных - я их называю академическими - программ с единым (временным - на период ее реализации) управлением и финансированием.

Еще в прошлом веке известный географ, климатолог, геофизик профессор Воейков - основатель первой геофизической обсерватории в России (ныне ГГО - Государственная геофизическая обсерватория имени Воейкова в Ленинграде) - сформулировал известный закон: тепло на севере, сухо на юге.. Этот закон, который носит теперь название закона Воейкова, подытоживает многолетние наблюдения. Всякий раз, когда в ходе циклического изменения средних температур на севере начинает теплеть, в Заволжье, Казахстане и других районах юго-востока Советского Союза увеличивается количество засушливых лет. Особенно сильно откликается на изменение количества осадков растительность пустынь и полупустынь. Она-то и служит хорошим индикатором для оценки изменений влажности. И наблюдения показывают, что достаточно, чтобы на Севере потеплело на 0,5 - 1 градус, как растительность Приаралья, например, стала заметно беднее.

Представляется интересным заметить, что те выводы, которые делают географы-климатологи, и те результаты, которые были получены при экспериментах с системой «Гея», противоречат данным о характере климата Земли в период «максимума голоцена».

Голоценом называется тот период в истории нашей планеты, который начался вместе с окончанием последнего ледникового периода. Одним словом, мы живем в голоцене. Несмотря на относительно небольшое время, которое отделяет нас от начала голоцена - 14 - 15 тысяч лет, - климат Земли за эти годы изменился весьма значительно. Более того, он изменялся несколько раз. Земля за это время знала, например, «малый ледниковый период», когда в XIV - XV веках морские льды полностью отрезали Гренландию и блокировали Исландию. В этот период и погибли поселения викингов в Гренландии и Винленде, а в Европе наблюдались очень холодные зимы. Но знала Земля и более благодатные периоды. Один из них и известен как «максимум голоцена».

Этот период отстоит от нас на 6 - 8 тысяч лет. Значит, великие цивилизации Междуречья и Нила, древние шумеры и египтяне застали именно это время. В период максимума голоцена средние температуры Земли были, вероятно, на 3 - 5 градусов выше современных. На берегу Белого моря, как сейчас в Воронежской области, шумели дубравы и другие широколиственные леса. Их остатки можно видеть и сейчас на острове Валаам. Все климатические пояса были сдвинуты на Север на 800 - 1000 километров. Согласно закону Воейкова на юге России в этот период должна была бы быть «великая сушь» - как писалось раньше на старых барометрах. Однако же не то что «великой суши», но и «малой суши» там не было. Вся великая евразийская степь представляла собой благодатную саванну. Точнее, достаточно увлажненные, покрытые могучими ковыльными травостоями бескрайние степи. И были они обиталищем не только неисчислимых стад разнообразных копытных. В этой благодати жило в ту эпоху много людей (по-видимому, европеоидов, как показывают археологические раскопки на Украине и Алтае). И не только евразийская степь находилась в столь благоприятных условиях. Вся огромная площадь Сахары также была саванной, правда, довольно засушливой. Ее пересекали многоводные реки со всеми полагающимися для этих широт крокодилами и бегемотами. Правда, текли эти реки почему-то с севера на юг, навстречу Нилу. Существует даже гипотеза о том, что первые цивилизации зародились именно там, в долинах сахарских рек, и оставили на память о себе знаменитые «фрески Тасилии» - настенную живопись на скалах в центре Сахары.

Сейчас разнообразных теорий, дающих реконструкцию ранней истории человечества, появилось довольно много. Так, например, не лишена оснований гипотеза о том, что миграция людей - носителей культуры - шла не из Месопотамии, как это всегда было принято думать, а с севера, из стран Причерноморья, где жили индоевропейцы, тогда еще не разделенные на отдельные народы. Может быть, такое переселение как раз и связано с ухудшением в этих краях условий жизни в конце максимума голоцена?

Но для нас сейчас важны не эти интересные и, может быть, вполне правдоподобные гипотезы, а тот бесспорный факт, что в период максимума голоцена условия жизни во всем Старом Свете были куда лучше, чем теперь, - и теплее, и воды больше! И этот факт, который иногда называют «загадкой голоцена», не имеет пока разумного объяснения.

Более или менее ясно лишь одно. В ту эпоху характер циркуляции атмосферы был совершенно иным, а следовательно, другим был перенос влаги и структура влагооборота. Но о причинах всего этого мы можем только гадать. Наиболее вероятно предположение, что в те времена была иной структура океанических течений. Например, предполагают, что Гольфстрим, который зарождается в Мексиканском заливе, был тогда гораздо мощнее. Это, может быть, так и было, так как в период максимума голоцена вода в Мексиканском заливе нагревалась сильнее, чем сейчас.

Кроме того, сейчас уже ослабевший Гольфстрим достигает лишь Канина Носа, и его последняя струя отворачивает от побережья на север в Баренцево море. А над Карским морем возникает зона холодного воздуха, которая и блокирует пути атлантическим ветрам и открывает дорогу суховеям. Вот если бы более мощная струя Гольфстрима смогла прорваться в Карское море! Тогда, наверное, как раз и было бы то, что наблюдалось во времена максимума голоцена в степях Евразии.

Но для того чтобы такое могло случиться, должны были бы исчезнуть существующие сейчас мелководья на юге Баренцева моря, увеличиться глубина шельфа (либо уровень океана должен повыситься, либо дно шельфа опуститься). Кстати, и то и другое могло иметь место!

Но и этого мало. Чтобы в Сахаре было бы похолодней и более влажно, вдоль западного побережья Африки должно было течь холодное течение типа Перуанского.

Однако довольно гадать! Очевидно одно - при существенном изменении средних температур, то есть количества энергии, которое получит биосфера, происходит не количественная, а качественная перестройка атмосферной и океанической циркуляции, качественно меняется климат. А значит и законы, которые установлены по наблюдениям, проводимым в узком диапазоне температур, нельзя экстраполировать на ситуации, которые качественно отличаются от наблюдаемых.

Одним словом, в эпоху максимума голоцена закон Воейкова заведомо не действовал! PI наши расчеты также не годились бы для этой эпохи, поскольку вся система моделей отлажена на современной структуре атмосферной и океанической циркуляции. Ее можно надежно использовать лишь для анализа тенденций изменения современной климатической ситуации.

Примечание. Профессор Е. П. Борисенков обращает внимание на то, что в эпоху голоцена оыли несколько отличны от современных параметры, характеризующие положение оси планеты на ее орбите. Из-за этого могло быть несколько иным распределение солнечной энергии по поверхности Земли. Л последнее могло сказаться на структуре атмосферной и океанической циркуляциях. Одним словом, причины «загадки голоцена» могли косить и астрономический характер.

Подведем теперь некоторые итоги.

Наш первый крупномасштабный эксперимент, давший не только вполне интересные и важные результаты, но и прогноз на ближайшие 3 - 4 десятилетия, представляющий безусловное практическое значение, показал нашему коллективу, что мы находимся на правильном пути. Нам стало ясно, что математическая модель «Гея» превратилась в инструмент практически важных исследований. И с ее помощью, по мере ее совершенствования, мы сможем получать все более и более глубокие и важные экологические оценки крупномасштабных человеческих акций и давать рекомендации по совершенствованию исследовательских программ. Этот эксперимент подготовил нас и к следующему очень важному исследованию - исследованию климатических последствий возможной ядерной войны, которое было проведено в 1983 году В. В. Александровым и Г. Л. Стенчиковым. Оно заставило нас также и задуматься над многими новыми вопросами и наметить программу последующих экспериментов, о которых будет рассказано позднее.