– Сегодня в Арктике нужны резиновые сапоги и дождевик. И это было, пожалуй, самым неожиданным впечатлением. А в целом экспедиция позволила нам сделать «моментальный снимок» последствий глобального изменения климата в евразийской Арктике. Морские и наземные экосистемы этого региона меняются быстрее, чем ожидалось, – сообщила «Поиску» главный научный сотрудник экспедиции Arctic Century («Арктика-2021») Хайдемари Кассенс, профессор Центра исследований Мирового океана им. Гельмгольца (GEOMAR), Германия. Российско-швейцарско-немецкая экспедиция, презентация первых результатов которой прошла недавно в посольстве Швейцарии, состоялась в августе – сентябре 2021 года. Но то, что во многие точки Арктики теперь можно попасть без сопровождения ледокола, исследователи зафиксировали гораздо раньше: в последние два десятилетия арктический морской лед продолжал уменьшаться по площади и объему. Недавние спутниковые наблюдения показывают, что в атлантическом секторе Северного Ледовитого океана сокращение ледяного покрова происходит не только летом, но и зимой. Изучению этого феномена был посвящен поддержанный Российским фондом фундаментальных исследований проект «Зимнее сокращение морского льда в приатлантической Арктике».

– Сам я в экспедиции «Арктика-2021» не участвовал, но прекрасно знаю многих исследователей, поскольку организатором с российской стороны выступил Государственный научный центр РФ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» (ААНИИ), сотрудником которого я по-прежнему являюсь, хотя основное мое место работы в последние несколько лет – кафедра океанологии географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, – рассказывает руководитель проекта доктор физико-математических наук Владимир Иванов. – Действительно, в тех районах, где они работали (пролив Вилькицкого, архипелаг Северная Земля со стороны Карского моря), были достаточно легкие условия, но хотел бы подчеркнуть, что, несмотря на общую тенденцию уменьшения площади и объема морского льда, процесс его сокращения не становится линейным. Ситуация меняется год от года, есть и возвраты к прежнему, что, в принципе, и демонстрируют результаты наших исследований. Процесс сложный, но общее сокращение ледяного покрова продолжается с 1990-х  годов.

Сдвиг баланса

В ходе реализации проекта коллектив сотрудников ААНИИ и кафедры океанологии Московского государственного университета изучал изменения, происходящие в Арктике в зимний сезон.

– Зимние изменения ледяного покрова, возможно, не так ярко выражены, как летние, но они есть, причем четко привязаны к определенным регионам, – продолжает Иванов. – Если летние изменения касаются всей Арктики, за исключением разве что небольшой области в районе Гренландии, то зимнее сокращение льда сосредоточено в районах поступления вод из умеренных широт в Северный Ледовитый океан. Это западная часть Арктики, то есть атлантический сектор, и восточная, район Берингова моря, Берингов пролив и тихо­океанский сектор. Именно эти два района показывают за последние 10-12 лет наиболее сильные тренды. Согласно результатам и наших изысканий, и других научных работ в этой области, с 1990-х годов и до 2005-2007 годов наблюдалось общее сокращение ледяного покрова, которое в первую очередь затронуло многолетний лед: он быстрее, чем в предыдущие годы, выносился в сопредельные бассейны и медленнее нарастал. В результате к 2007 году (именно этот год исследователи считают рубежным) сложилась ситуация, когда было отмечено резкое сокращение площади ледяного покрова. Строго говоря, с 2007-го баланс между многолетним и однолетним льдом сместился в пользу последнего. Это принципиальный сдвиг: по всему арктическому бассейну однолетний лед (т. е. лед, который образуется в течение зимы и тает следующим летом) доминирует, занимая свыше 50% площади. Ранее преобладал многолетний.

В силу таких изменений летом ото льда стали очищаться заметно большие водные площади. Более того, смещение баланса запустило целую цепочку климатических перемен, касающихся и северных широт, и планеты в целом. Есть такое понятие, как «полярное усиление»: климатические изменения, происходящие на планете, в Арктике выражены гораздо сильнее. Например, ученые считают, что среднегодовая температура с 1950 года выросла по всему земному шару на 0,8 градуса, а в Арктике – на 2,5-3 градуса. И это очень много – вполне достаточно, чтобы влиять на климат в планетарном масштабе. Собственно, в Северном Ледовитом океане изменения, связанные со сменой баланса арктического морского льда в пользу однолетнего, запустили процесс вертикальной конвекции вод, проникающей глубже в водную толщу, чем в климатических условиях, характерных для второй половины ХХ века.

– Когда летом значительная часть водной поверхности покрыта льдом, тепло, поступающее во время полярного дня (а летом по всему бассейну идет круглосуточное поступление коротковолновой солнечной радиации), тратится на таяние льда, – поясняет профессор Иванов. – Соответственно, воду солнечные лучи не греют: пока лед не растаял, температура воды близка к точке замерзания. В такой ситуации лед летом слегка тает, вода практически не нагревается, а с приходом осени поступление тепла сначала сокращается, затем полностью исчезает – наступает полярная ночь. Отдача тепла от поверхности становится больше, чем его поступление, и сразу образуется новый лед. Затем цикл повторяется. Но в условиях изменившегося баланса и появления обширных поверхностей открытой воды в летнее время (продолжительность сезона открытой воды, кстати, в ряде районов Северного Ледовитого океана тоже увеличилась) солнечное тепло тратится на прогрев воды, и с формированием нового льда возникает задержка. Чтобы он стал образовываться, избыточное тепло должно уйти либо в атмосферу, либо быть унесено течением с водными массами, а все эти процессы требуют времени. И возможна ситуация, когда задержка окажется настолько серьезной, что зимы уже не хватит для образования льда нормальной толщины. Лед станет тоньше и к началу весеннего сезона начнет быстрее ломаться и таять. Благодаря проекту РФФИ мы показали, что речь идет о понятии положительной обратной связи на сезонном масштабе. Если лед в силу вышеупомянутых предпосылок становится тоньше, он раньше начинает ломаться за счет динамических причин, быстрее вытаивать, и цикл повторяется по нарастающей. Каждый год происходит сдвиг начала ледообразования, и идет постепенное сокращение морского льда. Схема несколько идеальная, но определенные ее элементы уже наблюдаются в районах, где происходит поступление теплых вод из умеренных широт. В зимний период, когда происходит охлаждение вод у поверхности, холодная вода начинает опускаться вглубь, так как ее плотность выше. Более тяжелая вода «тонет», а на ее место поднимается теплая из глубин. И в сегодняшних условиях процесс такого вертикального «перемешивания» (конвекции) идет очень эффективно. Постепенное уменьшение арктического морского льда создало условия для интенсивного развития зимней конвекции вдоль траектории движения теплой воды в атлантическом секторе Северного Ледовитого океана. Выполненный анализ позволил установить роль этого вертикального конвективного потока тепла в образовании свободных ото льда зон в местах притока атлантических вод, например, в западной части бассейна Нансена и Баренцевом море. Причем, подчеркну, речь идет о зимнем периоде.

Атлантификация Арктики

«Arctic matters (“Арктика имеет значение”)», – повторяли участники вышеупомянутой международной экспедиции, объединившей 15 университетов и научно-исследовательских институтов. Политика, экономика, вопросы климата и энергетики – все это сочетается в Арктике.

– Драматические изменения видны невооруженным глазом, – подчеркнула профессор Габриель Шэпман-Штруб, научный директор Швейцарского полярного института. – В ходе уникальной мультидисциплинарной экспедиции мы изучили влияние изменений климата на все экосистемы одного из самых уязвимых регионов нашей планеты. Арктика нуждается в детальном плане защиты, иначе она очень быстро поменяется. Мы ждем российского председательства в Арктическом совете, чтобы принять стратегию до 2030 года. Только вместе мы можем встретить такой вызов, как глобальное потепление.

– В районах интенсивного поступления вод из умеренных широт в последние годы действительно наблюдаются значительные отрицательные аномалии площади ледяного покрова, – продолжает рассказ Иванов. – В отдельные годы (например, в 2016-м) между Шпицбергеном и Землей Франца-Иосифа в середине зимы можно было видеть колоссальные поверхности просто чистой воды. Ничего подобного в Арктике раньше не наблюдалось!

Подвести итоги многолетних исследований можно так: в результате сокращения арктического льда и изменения баланса в пользу однолетнего тепло воды, поступающей с юга, стало гораздо эффективнее воздействовать на верхние слои Северного Ледовитого океана и оставшийся ледяной покров. Поэтому в этом районе в зимний сезон наблюдается аномально малое количество льда. С легкой руки профессора Иванова и его коллег в научный оборот введен термин «атлантификация» Арктики, означающий усиление влияния атлантических течений на структуру вод в верхнем слое западного сектора Северного Ледовитого океана. Впрочем, в тихоокеанском секторе ситуация аналогичная.

– Для анализа данных мы используем три основных метода, – делится подробностями Владимир Владимирович. – Во-первых, обрабатываем данные натурных наблюдений, то есть информацию, собранную в экспедициях, подобных «Арктике-2021». Во-вторых, проводим математическое моделирование. Сейчас сложные численные модели, как правило, глобальны, могут покрывать весь земной шар – с увеличенным разрешением в интересных для исследователя районах, скажем, в Баренцевом море. Такие модели позволяют ставить численные эксперименты, описывать происходящие процессы, оценивать их значимость. В нашем случае – для сокращения зимнего морского арктического льда. И, наконец, применяем так называемый реанализ: с помощью специальных математических методов синтезируем данные натурных наблюдений и моделирования. Этот инструмент сравнительно недавно вошел в исследовательскую практику.
После завершения проекта «Зимнее сокращение морского льда в приатлантической Арктике» мы получили еще один грант РФФИ – специализированный, арктический – «Современные изменения гидрометеорологических условий в Баренцевом море как индикатор климатических трендов в евразийской Арктике в XXI веке». Сейчас планируем заняться изучением вопроса, который активно обсуждается в научном сообществе: насколько сильное отступление льда и другие климатические изменения в Арктике влияют на погодные катаклизмы последних лет в России, Европе и США.

Значительные температурные колебания на коротком интервале (градусов на 10-15 в течение дня), усиление активности циклонов и другие климатические сдвиги не понаслышке знакомы жителям планеты. И есть ряд обоснованных гипотез о том, что все эти катаклизмы связаны с аномальной ледовой ситуацией в Арктике, прежде всего зимней. Когда Баренцево море открыто, а лед в северных районах начинает появляться во второй половине зимы, незамерзшая водная поверхность на Севере запускает колоссальный теплообмен с атмосферой, что подстегивает активность циклонов и несет массу других последствий.

В поисках лучшего климата

Актуальность темы с годами только возрастает: в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), публикуемых раз в 5 лет, вопросы, связанные с Арктикой, стоят на первом плане. И встречать подобные климатические вызовы действительно лучше рука об руку. Недавно в главном здании Российской академии наук на Ленинском проспекте состоялось торжественное открытие проекта «Вместе за лучший климат – Активная научная дипломатия с Россией – МОСТ». Организаторы – посольство Германии в России, Германский центр исследования Земли (Потсдам), Объединение имени Гельмгольца, Президиум РАН и Германский дом науки и инноваций. Планируется целый ряд двусторонних мероприятий, направленных на совместные исследования климата и устойчивого развития.

– По моему мнению, вопрос устойчивого развития станет центральным для всех нас в течение ближайших десятилетий. Что касается научного сотрудничества, здесь важную роль будут играть вопросы защиты климата. Думаю, наши страны могут совместными усилиями внести большой вклад в европейскую систему решения всех тех проблем, с которыми мы сталкиваемся, – подчеркнул посол Германии в России доктор Геза Андреас фон Гайр.

Действительно, совместные климатические исследования помогут улучшить и климат дипломатический. Но чтобы предлагаемые решения были научно обоснованными, необходимо развивать фундаментальные подходы, подобные использованным в проекте «Зимнее сокращение морского льда в приатлантической Арктике».

Ольга Колесова

Фото:https://swisspolar.ch/