Примерно 71% поверхности нашей планеты покрыт водой, поэтому оценка изменения уровня моря - одна из важнейших задач, которые позволяют ученым прогнозировать дальнейшие изменения климата на Земле и условий жизни людей, живущих в разных регионах планеты.

До сегодняшнего дня ученые считали, что точно знают динамику изменения уровня моря. Это повышение уровня моря на 1,6 см в десятилетие, начиная с 1900 года. Во всяком случае, именно такие данные приводит Национальное управление океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA). Основная причина поднятия уровня моря - глобальное потепление.

Результаты нового исследования, опубликованного в октябре в издании Geophysical Research Letters, свидетельствуют о том, что ученые недооценили эту величину. В некоторых регионах поднятие уровня моря происходит быстрее общепринятого показателя примерно на 5-28%. Глобальный уровень моря, как утверждают авторы исследования, вырос не менее, чем на 14 сантиметров за последние сто лет, а в некоторых регионах - и на все 17 сантиметров.

Причина этой недооценки была раскрыта учеными из Лаборатории реактивного движения НАСА и Гавайского университета на Маноа. Сравнивая параметры текущей модели климата с измерениями уровня моря в предыдущие годы, команда климатологов обнаружила, что показания датчиков прибрежных приливов и отливов, возможно, не столь показательны, как считалось, и такие данные нельзя использовать в качестве эталона. Датчики, расположенные во многих местах в Северном полушарии, являются первичным источником данных для измерения глобального уровня моря за последние несколько десятков лет.

«Это не та ситуация, когда ошибочны данные или неправильно работают инструменты. По ряду причин уровень моря не изменяется одинаково по всей планете», - говорит Филип Томпсон, руководитель исследования. «Как оказалось, наши данные собираются в местах, где уровень моря поднимается наименее быстро из-за глобального потепления».

Обычно станции измерения уровня воды являются стационарными. Кроме уровня воды, такие станции могут определять и погодные условия региона, включая давление и скорость ветра, факторы, которые часто влияют на измерение уровня моря.

Единственная проблема во всей этой ситуации - места, где такие станции размещаются. Согласно исследованию, большинство станций находится в Северном полушарии, где ледовый покров тает быстрее, чем в Южном полушарии.

Как оказалось, уровень моря изменяется сильнее не там, где действует основной фактор изменения уровня вод Мирового океана. На самом деле, наиболее активно этот уровень повышается в местах, удаленных от этого фактора. Согласно одному из источников, тающие льды в Северном полушарии Земли сильнее всего влияют на поднятие уровня воды в «южной части Тихого океана и экваторе».

Команда проекта также считает, что обнаружила причину, по которой последствия таяния льда могут отличаться от региона к региону. Например, изменения в Китае могут значительно отличаться от изменений в США или Африке. Скорость поднятия уровня моря отличается в различных регионах из-за действия дополнительных факторов. Это могут быть ветры, океанические течения, гравитация, приливы.

«Это очень важно, поскольку вполне вероятно, что влияние определенных ветров или течений может быть причиной недооценки скорости поднятия уровня моря», - говорит Томпсон. Ученый говорит, что все это - не случайность, специалистам необходимо изменить скорость поднятия уровня моря в сторону повышения. Климатологи строят самые разные прогнозы, но большинство специалистов сходится в одном - глобальное потепление действительно есть, и оно является причиной быстрого таяния льда в обоих полушариях Земли. Профессор Питер Уэдэмс (Peter Wadhams) из Кэмбриджа, например, утверждает, что в этом или следующем годах Арктика может полностью освободиться ото льда, чего не случалось последние 100 тысяч лет.

В текущем году мы видим новые климатические рекорды. К примеру, каждый месяц этого года является самым теплым за всю историю наблюдений. Представители НАСА утверждают, что сейчас лед летом покрывает на 40% меньше площадей, чем еще тридцать лет назад. Если Антарктический ледяной щит продолжит таять, то уровень моря в будущем поднимается на 3,6 метра, что просто сотрет с лица земли многие города, находящиеся на побережье.

М. Г. Деев ,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Способы измерения уровня океана.
Спутниковая альтиметрия

Уровень моря измеряют на водомерных постах, которые оборудованы на прибрежных гидрометеорологических станциях. Простейшим устройством для измерения уровня является водомерная рейка, которая жестко закрепляется в грунте с таким расчетом, чтобы при самом низком стоянии уровня в данном месте нулевая отметка отсчетной шкалы всегда находилась в воде. Для закрепления водомерных реек часто используются гидротехнические сооружения в виде пирсов, причалов, дамб, волноломов.

Схема
спутниковой альтиметрии

Непрерывную регистрацию колебаний уровня выполняют на гидрометеорологических станциях, оборудованных мареографами - самописцами уровня различных типов. Конструкции большинства подобных приборов можно разделить на два типа: поплавковые и гидростатические. Поплавковый мареограф регистрирует уровень поплавка, плавающего в специальном колодце, соединенном с морем горизонтальной трубой. Колебания поплавка, подвешенного с противовесом на гибком проводе или тросе, передаются измерительному колесу, а от него на пишущее устройство, которое вычерчивает на ленте кривую колебаний уровня.

Способы установки мареографов: в колодце на берегу (а), на свайном основании (б)

В конструкции гидростатического мареографа заложен принцип хорошо известного барометра-анероида. Чувствительные датчики таких приборов, размещаемых чаще всего на дне водоемов, реагируют на колебания гидростатического давления, которые происходят при изменениях уровня моря. Датчики стационарных моделей таких мареографов устанавливаются в колодцах или на подводных конструкциях гидротехнических сооружений, а регистрирующая часть прибора размещается в будке водомерного поста. Некоторые модели гидростатических мареографов рассчитаны на автономную работу. В них измеряющая и регистрирующая части прибора монтируются в одном водонепроницаемом корпусе, и конструкция устанавливается на дне.
Наблюдения за поведением уровня Мирового океана на береговых станциях и постах не могут дать полной картины его колебаний, так как ведутся только в узкой прибрежной полосе. В открытом океане, вероятно, существуют многочисленные перекосы уровня, вызываемые неравномерным распределением плотности, крупными течениями и другими подобными причинами.
Измерение абсолютных отметок уровня в открытом океане стало возможным только с началом использования радиовысотомеров, устанавливаемых на искусственных спутниках Земли. Методика измерения расстояний от космического объекта до земной поверхности начала разрабатываться в 70-х годах прошлого века и получила название спутниковой альтиметрии. Спутниковые методы позволяют осуществлять постоянный мониторинг уровенной поверхности Мирового океана.
Существует несколько вариантов расчета спутниковых орбит для ведения геодезических и других высотных измерений земной поверхности. Рассмотрим программу так называемой изомаршрутной спутниковой съемки, которая хорошо иллюстрирует основные принципы спутниковой альтиметрии.

Санкт-Петербург. Кронштадт. Павильон (в нем установлен мареограф) и водомерная рейка, которую справедливо назвать рейкой № 1 в стране, - Кронштадтский футшток. От «нуля» Балтийского моря ведется отсчет высот в России.

Параметры изомаршрутной орбиты спутника с радиовысотомером подбираются так, чтобы каждый очередной виток (трек ) смещался относительно предыдущего на некоторую постоянную величину. Через определенное число витков (цикл ) спутник выходит на маршрут первого трека, после чего весь цикл повторяется снова. В 1992 г. по программе TOPEX/Poseidon для изучения циркуляции и топографии поверхности Мирового океана на околоземную орбиту с высотой 1336 кми наклонением к плоскости экватора 66° был выведен спутник с двумя радиовысотомерами (альтиметрами). В 2001 г. на ту же орбиту выведен второй спутник этой программы, «Jason-1». Расстояние между соседними треками на экваторе равно 300 км, продолжительность одного цикла - 10 суток. За это время поверхность Земли покрывается регулярной ромбической сеткой спутниковых трасс, измерения вдоль которых повторяются около 36 раз в году.

График показывает изменение уровня океана (в мм, по вертикальной шкале)
по данным спутниковой альтиметрии TOPEX/Poseidon в 90-е - начале 2000-х годов.

В спутниковой альтиметрии высота морской поверхности рассчитывается относительно поверхности геоида по измеренной высоте спутника над морем и высоте орбиты самого спутника - с учетом поправок, связанных с инструментальной точностью альтиметров, состоянием морской поверхности, прохождением сигнала через плотные слои атмосферы и некоторых других. В итоге получается средняя высота морской поверхности, которая есть расчетная величина, полученная при осреднении альтиметрических измерений одного или нескольких спутников, наиболее приближенная к невозмущенной поверхности океана. Точность таких измерений составляет около 5 см.

Уровень Мирового океана в прошлом и сегодня.
Динамическая топография

Периодически повторяющиеся колебания уровня с периодами порядка 15-25 тыс. лет, вызываемые покровными оледенениями и приводящие к изменениям глобального объема воды в океане, называются эвстатическими. Последнее крупное оледенение в истории Земли (Вюрмское) достигло наибольшего развития около 18 тыс. лет назад. Тогда, на пике оледенения, уровень океана из-за сосредоточения больших объемов воды в ледниках опускался по разным оценкам на 65-125 м относительно современного состояния. Заметим, что понижение уровня на сто метров в нынешних границах Мирового океана соответствует изъятию примерно 36 млн км3 жидкой воды, которая вся переходит в твердое состояние и формирует ледниковый покров на материках. Когда льды начинают таять, талая вода возвращается в океан, что проявляется в постепенном повышении его уровня.

Изменения уровня Мирового океана за последние 800 тысяч лет

В последовавшие после пика Вюрмского оледенения 8-10 тыс.лет уровень океана сравнительно равномерно поднимался со средней скоростью 8-9 м за тысячу лет. В последние 6 тыс. лет происходило постепенное замедление роста уровня, и в прошлом тысячелетии поднятие составило около одного метра. В настоящее время природа Земли и ее климатическая система находятся в условиях типичного межледниковья, оптимум которого уже пройден. С большой долей вероятности можно полагать, что в таких условиях вековые колебания уровня порядка ±1 м за тысячу лет (в среднем 1 мм/год) есть нормальное явление в истории Земли.
Для оценки современного состояния уровня Мирового океана используются данные спутниковых альтиметрических измерений и обширные массивы океанографических наблюдений, по которым можно рассчитать топографию стерического уровня. Единичные измерения уровня (и спутниковые, и наземные) отражают отклонения высоты, вносимые влиянием ветровых волн, зыби, приливов и прочих кратковременных воздействий. При осреднении массовых измерений все короткопериодные и случайные возмущения уровенной поверхности исключаются, оставляя только высоты уровня, обусловленные постоянными долговременными факторами. Получаемая при такой процедуре топография поверхности воды, сформированная под воздействием динамических причин, среди которых можно выделить широтную неравномерность нагрева поверхности океанов, влияние крупных стационарных центров действия атмосферы, а также наиболее крупные звенья океанической циркуляции, получила название динамической топографии.
Обработка материалов спутниковой альтиметрии по программе TOPEX/Poseidon позволила получить первую топографическую карту среднего уровня океанов, созданную по непосредственным измерениям. Наибольшие отклонения динамического уровня составляют от –110 до +130 см, т.е. в среднем десятки сантиметров выше и ниже поверхности геоида.
Самое высокое положение уровня отмечается в северной тропической области западной части Тихого океана, к югу от Японских островов. Самые низкие отметки динамического уровня расположены на северной периферии Южного океана, в полосе 60-х южных широт. В каждом из океанов* перепады уровня от тропиков к высоким широтам составляют два (Атлантический океан) - два с половиной (Тихий океан) метра. Уровень Тихого океана на всех широтах самый высокий, уровень Атлантического - самый низкий, перепад составляет в среднем 60-65 см, уровень Индийского океана находится в промежуточном положении.
Расчеты стерического уровня, выполненные по среднегодовым значениям температуры и солености морской воды в этих океанах, показали, что разности в топографии «альтиметрического» и «стерического» уровней почти не выходят за пределы погрешностей, допущенных в расчетах того и другого. А это означает, что главная причина отклонений среднего невозмущенного уровня океанов от поверхности геоида определяется разностью в плотности океанических вод, то есть разностями в температуре и солености, от которых зависит плотность. Чем выше температура и ниже соленость морской воды, тем меньше ее плотность и наоборот. Уменьшение плотности ведет к увеличению объема, а следовательно, и к повышению уровня. Интересно, что превышение уровня Тихого океана в Северном полушарии определяется главным образом пониженной соленостью его вод, а в умеренных широтах Южного полушария - их повышенной температурой.

Глобальный океанический конвейер

Превышение уровня - признак видимый, в буквальном смысле лежащий на поверхности. Но есть и другие свойства, как бы избыточные в одном океане и недостаточные в другом. Например, содержание биогенных веществ (силикатов и фосфатов) в северной части Тихого океана в 2-3 раза превышает их концентрацию в водах Северной Атлантики. Противоположная картина наблюдается в распределении растворенных карбонатов и кислорода, концентрация которых наибольшая в Атлантическом океане и постепенно уменьшается к северной части Тихого. Эти и некоторые другие подобные факты приводят к выводу о существовании межокеанского обмена свойствами в виде глобальной циркуляции, пронизывающей пространство трех океанов - от Северной Атлантики через Индийский океан до северных широт Тихого океана. По современным представлениям, такая замкнутая циркуляция существует, она состоит из поверхностного и глубинного противоположно направленных потоков, ее назвали глобальным океаническим конвейером.

Факторы изменения уровня Мирового океана.

Повсеместное превышение уровня Тихого океана свидетельствует о наличии постоянного горизонтального градиента давления, который направлен на выравнивание уровней и приведение их в равновесное состояние. Под действием этого градиента из самой «высокой» области Тихого океана через проливы индонезийских морей на юго-запад движется поток теплых вод, которые через Индийский океан, огибая южную оконечность Африки, выходят в Атлантику. Далее вдоль побережий двух Америк эти воды пересекают Атлантический океан до его северо-западного района. Там поверхностные воды из-за интенсивного испарения осолоняются и уплотняются, что приводит к их конвективному погружению. Достигнув глубин 2000-3000 м, они смешиваются с холодными водами, поступающими из Арктического бассейна, и начинают формировать глубинную, противоположно направленную ветвь глобальной циркуляции. Пересекая Атлантический океан с севера на юг, глубинные воды вливаются в Циркумполярное (Западных ветров) течение, которым увлекаются на восток вдоль берегов Антарктиды. В южной части Тихого океана перед проливом Дрейка глубинные воды поворачивают на север и, следуя в этом направлении, достигают района Алеутских островов, где, будучи менее плотными относительно местных глубинных вод, медленно поднимаются к верхним приповерхностным слоям, замыкая «конвейерную ленту».

Конвейер «в профиль»

Это движение происходит чрезвычайно медленно и никакими приборами не регистрируется. Период полного обмена водами Атлантического и Тихого океанов в потоке глобального океанического конвейера оценивается временем порядка от многих сотен до полутора тысяч лет. На всем протяжении этого длительного пути происходит медленный непрерывный обмен теплом, солями, биогенными веществами, газами с окружающими водами. Изменения, происходящие в климатической системе Земли, выражающиеся в перераспределении тепла и влаги, обострении атмосферных процессов, нарушении режимов погоды в тех или иных районах, могут отражаться на движении «конвейера» в виде изменений характеристик переносимых свойств, а также интенсивности переноса.
Так, на примере глобального океанического конвейера можно заключить, что совсем небольшие, но долговременно существующие разности в положении уровня океанов способны возбуждать устойчивую циркуляцию вод и процессы межокеанского обмена свойствами, поддерживающие глобальное динамическое равновесие в Мировом океане.

Глобальный океанический конвейер «анфас». Красным показаны теплые, синим - холодные потоки.

Карта областей на Земле с максимальным риском быть затопленными из-за поднимающегося уровня мирового океана. Красным отмечены области, которые уйдут под воду, если море поднимется на шесть метров

Американские климатологи установили, что повышение среднего уровня мирового океана на Земле из-за глобального потепления медленно ускоряется. Согласно данным, полученным с помощью спутниковых измерений за последние 25 лет, скорость роста уровня моря каждый год увеличивается в среднем на 0,084 миллиметра в год, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences .

Одно из прямых следствий глобального потепления на Земле - повышение среднего уровня мирового океана, которое наблюдается с середины XIX века. Оно происходит из-за теплового расширения океанской воды, а также в результате таяния полярных ледяных щитов в Антарктиде и Гренландии и горных ледников. Только за XX век средний уровень моря поднялся на 17 сантиметров и продолжает расти. По некоторым прогнозам, часть стран, расположенных на небольшой высоте, в частности, островные государства в Тихом океане, могут оказаться полностью затопленными уже в середине XXI века. Чтобы точнее оценить возможную динамику среднего уровня моря в течение ближайшего времени, ученые предлагают разнообразные компьютерные и математические модели, однако пока их результаты довольно сильно расходятся и не могут считаться достаточно точными.

Для создания более точной модели, описывающей динамику уровня моря на планете, американские климатологи под руководством Роберта Нерема (Robert S. Nerem) из Колорадского университета в Боулдере проанализировали последние спутниковые данные о динамике среднего уровня мирового океана и обнаружили, что изменение уровня моря за последние 25 лет можно описать, считая, что его рост происходит с постоянным в среднем ускорением. В своей работе использовали все доступные данные альтиметров, установленных на спутниках четырех океанографических миссий NASA и Национального управления океанических и атмосферных исследований США: начиная с запущенного в 1992 году TOPEX/Poseidon до спутника Jason-3 , который на орбиту ракетой-носителем Falcon 9 в январе 2016 года. По этим данным ученые определили среднюю скорость и среднее ускорение повышения среднего уровня моря на Земле с 1993 по 2017 год. При этом в своем исследовании авторы не рассматривали доступные данные, полученные с помощью мареографов (ни за предыдущие годы, ни проводившиеся одновременно со спутниковыми измерениями), которые несколько уступают по своей точности, и могут немного отличаться от результатов спутниковых измерений.

При этом чтобы определить влияние на уровень моря только глобальных климатических изменений и избежать вклада локальных одиночных событий (которые приводят к заметным флуктуациям, но не отражают общих количественных тенденций), ученые постарались оценить и вычесть из общей зависимости вклад двух наиболее заметных событий, произошедших за этот период. Первым из них была серия мощных извержений филиппинского вулкана Пинатубо , которая произошла в начале 90-х годов XX века. Из-за выброса огромного количества аэрозольных частиц в атмосферу эти извержения имели ощутимое влияние на климат Земли - в частности, привели к увеличению средней температуры и увеличению площади озоновой дыры над Антарктидой. Вторым важным фактором, который также привел к локальному ускорению роста уровня океана, был Эль-Ниньо - активная фаза циклических тихоокеанских поверхностных течений, которая приводит к значительному повышению температуры на Земле; последняя такая фаза наблюдалась в 2015-2016 годах. По мнению ученых, оба этих фактора приводят к значительным локальным отклонениям от общей тенденции, связанной с климатическими изменениями на планете, и для количественного анализа связанные с ними флуктуации из общей зависимости были вычтены.

Динамика изменения среднего уровня мирового океана (global mean sea level, GMSL) c 1993 по 2017 год. Синим обозначены исходные данные, красным - за вычетом влияния извержений Пинатубо, зеленым - за вычетов вкладов извержений Пинатубо и Эль-Ниньо

R. S. Nerem et al./ PNAS, 2018

В результате анализа полученных данных с поправкой на влияние Эль-Ниньо и извержений Пинатубо климатологи определили среднюю скорость повышения среднего уровня моря на планете, которая составила 2,9 миллиметра в год, а также его ускорение. Оказалось, что данные об изменении среднего уровня моря за последние 25 лет очень хорошо описываются моделью постоянного ускорения, и в среднем скорость роста уровня моря каждый год увеличивается на 0,084 миллиметра в год (погрешность измерений составила около 30 процентов).

Исходя из средней скорости повышения уровня моря, ученые предложили считать процесс равноускоренным и сделали на основе этой модели оценку уровня моря в 2100 году, который должен увеличиться на 65 сантиметров по сравнению с 2005 годом. По словам ученых, эти результаты качественно согласуются с данными наиболее точных на сегодняшний день прогнозов, полученных с помощью компьютерного моделирования, но в будущем точность оценок должна повыситься за счет анализа данных за более длительные промежутки времени.

Отметим, что недавно новозеландские климатологи , действительно ли повышения уровня моря так опасно для тихоокеанских островов. Оказалось, что даже острова Тувалу, для которых риск быть затопленными считается максимальным, за последние 30 лет не только не уменьшились по площади, но даже немного выросли. Рост площади произошел даже несмотря на то то, что уровень моря там повышается примерно в два раза быстрее, чем в среднем на планете.

Александр Дубов

Человечеству пора прощаться с тонущими Амстердамом, Венецией, Триполи, Иокогамой и Мальдивами

Уровень Мирового океана растет по причине климатических изменений, и этот процесс уже не остановить, – пишут Катерина Богданович и Алексей Бондарев.

Англичанин Джеймс Диксон – один из немногих, кто считает Мальдивские острова отличным местом для инвестиций в недвижимость. Казалось бы, что тут странного, ведь эта цепочка из живописных коралловых островов в Индийском океане – одно из красивейших мест на планете. И количество желающих провести отпуск в Мальдивской Республике растет с каждым годом.

На самом деле все эти люди спешат побывать на Мальдивах, пока они не утонули, смеется Диксон, владелец небольшой британской IT-компании, помышляющий о выходе на пенсию и переезде подальше от суетного лондонского Сити. И тот факт, что Мальдивы станут одной из первых жертв глобального потепления, привносит особую изюминку в его планы.

Британец внимательно отслеживает свежие климатические прогнозы и считает, что на его век запаса “плавучести” Мальдивам хватит.

Однако, собираясь инвестировать в покупку участка на островах, он отдает себе отчет в том, что для его детей польза от такого наследства будет весьма сомнительной.

В середине столетия можно будет начинать прощаться с Бермудами и некоторыми другими островными государствами. Ударит потепление и по Европе.

Климатологи предсказывают несколько глобальных сценариев повышения уровня Мирового океана. И даже самый оптимистичный, согласно которому этот показатель вырастет к концу столетия лишь на 1,5-2,0 м, все равно предполагает прощание человечества с Мальдивами.

Более пессимистичные (а заодно и более достоверные, по мнению ряда экспертов) сценарии говорят о том, что многие из живописных атоллов окажутся ниже уровня моря уже через несколько десятилетий.

Диксон убежден, что как раз тогда и можно будет подзаработать на каком-нибудь небольшом отеле на Мальдивах. “Если поток туристов на Мальдивы вырос в последние годы уже лишь потому, что о стране стали чаще говорить в новостях в связи с затоплением, то представьте себе, что будет происходить, когда острова и вправду начнут уходить под воду”, – рассуждает Диксон.

Затопление Мальдив происходит медленно, так что туристам опасаться нечего, отмечает британец, зато появится большой соблазн приезжать каждый год, чтобы посмотреть, затопило ли уже ваш любимый ресторан.

И Мальдивы не единственная жертва, которую человечество принесет глобальному потеплению. В середине столетия можно будет начинать прощаться с Бермудами и некоторыми другими островными государствами. Ударит потепление и по Европе.

Гордость Италии, знаменитая Венеция, продолжает тонуть: согласно последним данным, это происходит со скоростью от 2 до 4 мм в год, и процесс, вопреки данным предыдущих исследований, ни на год не прекращался. Погружение в воды Адриатики пугает жителей Венеции и местные власти, но благоприятно влияет на тамошний туристический бизнес: новость о том, что город тонет, появилась в марте этого года, а уже в апреле цены в венецианских отелях взлетели на 52 %, достигнув в среднем 239 евро в сутки – столько же стоит проживание в гостиницах Женевы, признанных самыми дорогими в Европе.

В общей сложности к 2100 году подальше от наступающих волн придется переселить не менее 100 млн человек

Тех, кого от погони за ускользающей красотой удерживает скромный бюджет, возможно, утешит тот факт, что судьба Венеции и Мальдивских островов рано или поздно постигнет большую часть планеты.

К концу столетия подъем уровня океанов серьезно отредактирует карту мира. Помимо Мальдив, Бермуд и Венеции, под воду уйдут целые куски нынешнего побережья США, существенная часть Голландии, большие территории в Италии, Дании, Германии, Польше, Испании. От наступления океана сильно пострадают Китай и Япония – будут затоплены Шанхай и Иокогама. Украину потепление также не пощадит: Черное море грозит поглотить Керчь, Феодосию, Евпаторию и Одессу.

В общей сложности к 2100 году подальше от наступающих волн придется переселить не менее 100 млн человек. Первые последствия этого процесса человечество ощутит уже в ближайшие десятилетия.

“Подъем уровня моря – это невидимое цунами, набирающее силу, в то время как мы бездействуем, – предупреждает Бен Штраусс, представитель исследовательской организации Climate Central. – У нас истекает время для того, чтобы успеть предотвратить худшие последствия “большой воды”.

Необратимый процесс

Кеннет Миллер, профессор Университета Рутгерса в Нью-Джерси, считает, что подъем современных океанов поглотит побережья всего мира и нанесет ущерб 70% населения планеты.

Прошлогодний отчет научной группы Arctic Monitoring and Assessment Programme, объединяющей около 100 климатологов из восьми стран мира, утверждает, что к концу следующего столетия уровень океана поднимется на 1,6 м по сравнению с 1990 годом.

В ближайшие столетия уровень моря станет выше на 4-6 м из-за того, что антарктические и гренландские ледники тают, как кусочки льда на тротуаре в летнюю жару

Дальше – больше. “В ближайшие столетия уровень моря станет выше на 4-6 м из-за того, что антарктические и гренландские ледники тают, как кусочки льда на тротуаре в летнюю жару”, – рисует удручающую картину Джереми Вейсс, старший исследовательский сотрудник департамента геологических наук Аризонского университета.

Справедливости ради стоит отметить, что подогревает атмосферу, а с ней и Мировой океан, не только человеческая деятельность. В апреле этого года на дне Северного Ледовитого океана была обнаружена очередная утечка метана – газа, наряду с углекислотой “отвечающего” за парниковый эффект.

Поднимающиеся из-под воды огромные пузыри, диаметром доходящие до 1 тыс. м, ученые замечали и раньше, но тот факт, что их становится все больше, говорит о тревожной зависимости: потепление растапливает подводную мерзлоту, и из-подо льдов высвобождаются залежи газа, который ускоряет потепление.

Водный мир

Помимо Венеции и Мальдив к “большой воде” следует готовиться и многим другим крупным и известным городам и государствам.

Опасность подстерегает не только острова, затерянные на бесконечных просторах вздымающегося Мирового океана. Таяние льдов будет катастрофичным и для континентальных государств.

Уже к 2050 году могут полностью уйти под воду знаменитые островные курорты Тувалу и Кирибати.

Климатологи предрекают мрачное будущее для Майами, Нового Орлеана и еще нескольких сотен прибрежных городов США. По данным недавнего исследования ученых из Аризонского университета, даже если уровень Мирового океана к концу столетия поднимется “всего” на 1 м (а это невероятно оптимистичный прогноз), то все эти города понесут серьезный ущерб. А гораздо более реалистичные 1,5-2,0 м прибавки к текущему уровню вод станут для них губительными.

“Последствиями подъема уровня моря могут стать эрозия почвы, наводнения и перманентные затопления”, – предупреждает Вейсс. Штраусс добавляет в “мокрый список” Нью-Йорк и утверждает: наибольшему риску подвергается Южная Флорида.

Не избежит существенных разрушений и Азия. В Китае будут затоплены огромные территории, включая область, в которой располагается гигантский мегаполис Шанхай. Серьезно пострадают Бразилия и Аргентина в Южной Америке.

Не обойдет потоп и Украину: в списке вероятных жертв фигурируют, в частности, крымские города Феодосия и Керчь. Украинские ученые называют и другие объекты. “Уже сегодня от подъема уровня моря страдают Евпатория и Одесса”, – говорит Юрий Горячкин, старший научный сотрудник Морского гидрофизического института НАН Украины.

Уже сегодня от подъема уровня моря страдают Евпатория и Одесса

По оценкам ученых, подъем воды на 2 м оставит без крова 48 млн азиатов, 15 млн европейцев, 22 млн жителей Южной Америки и 17 млн – Северной, а также 11 млн обитателей Африканского континента, 6 млн австралийцев и 440 тыс. островитян в Тихом океане. В последующих столетиях, когда вода поднимется на 4-7 м, можно ожидать еще более пугающих последствий.

Впрочем, по мнению некоторых экспертов, не исключена вероятность более скорого развития событий. Большинство текущих оценок привязаны к прогнозу повышения среднегодовой температуры на 2°С. Однако весной нынешнего года группа ученых из США и Европы опубликовала прогноз, согласно которому нужно говорить не о 2°С к 2100 году, а о 3 0С к 2050-му. Расчеты и прогнозы представлены на сайте climateprediction.net.

Киотский протокол не сработал, а главные виновники загрязнения – США, Индия и Китай – пока лишь декларируют свои намерения сократить выбросы парниковых газов, говорят исследователи. Уже слишком поздно. Пессимистичные прогнозы показывают, что уровень Мирового океана может вырасти на 7 м уже в течение 100-150 лет. Тогда под водой окажутся не только Венеция, Шанхай и Майами, но и Копенгаген, Иокогама, Триполи и большая часть юга Украины.

Спасение утопающих

Противостояние глобальному потеплению – что-то сродни борьбы с ветряными мельницами, считает канадский обозреватель Майк Флинн. Что крупные промышленники, не желающие снижения своих прибылей, что запасы метана на дне океана, рвущиеся на свободу, – речь идет о борьбе с неумолимыми врагами, говорит Флинн.

По его мнению, власти Мальдив совершенно верно поступили, открыв в 2008 году специальный счет, на который будет перечисляться часть доходов от туризма. Эти средства пойдут на покупку земель в Австралии или Индии.

“Нам нужно откладывать на черный день, – пояснял это решение экс-президент Мухамед Нашид. – Чтобы в случае, если кто-то из граждан захочет перебраться отсюда, у него была такая возможность”.

Официальные переговоры о возможном переселении 350 тыс. островитян еще не начались, а в очередь за австралийскими наделами уже выстроились жители других тонущих островов – тихоокеанских Науру и Тувалу. А власти атолла Кирибати в апреле начали переговоры с правительством Фиджи о покупке 2,5 тыс. га земли.

“Мы надеемся, что нам не придется перемещать всех до единого на этот клочок земли, но если это станет абсолютно необходимым, мы это сделаем”, – заявил Аноте Тонг, лидер 103 тыс. кирибатийцев.

В Европе подход к решению проблемы иной. К 2014 году в Венеции должно завершиться строительство MOSE – новой системы защиты, состоящей из мобильных шлюзов и способной выдержать подъем воды до 3 м (нынешние гидротехнические сооружения рассчитаны лишь на 1,1-метровый потоп).

Разработкой плотин заняты и голландские ученые: в стране, где большая часть территории находится ниже уровня моря, этот вопрос играет жизненно важную роль.

“От того, насколько эффективно работает система дамб и других заградительных сооружений, в нашей стране зависит жизнь миллионов”, – говорит Гуус Стеллинг, сотрудник исследовательского института Deltares.

Никакие меры ни в Одессе, ни в Евпатории не предпринимаются, и никто не собирается этим заниматься

Предотвратить наводнения сможет проект Flood Control 2015, над которым совместно с голландскими инженерами и учеными трудятся мировые технологические корпорации, например IBM.

“Раньше за состоянием дамб следила целая армия добровольцев, теперь же будут использоваться специальные электронные сенсоры”, – описывает суть проекта Питер Дрике, сотрудник Arcadis, одной из компаний-разработчиц.

М. Г. Деев ,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Способы измерения уровня океана.
Спутниковая альтиметрия

Уровень моря измеряют на водомерных постах, которые оборудованы на прибрежных гидрометеорологических станциях. Простейшим устройством для измерения уровня является водомерная рейка, которая жестко закрепляется в грунте с таким расчетом, чтобы при самом низком стоянии уровня в данном месте нулевая отметка отсчетной шкалы всегда находилась в воде. Для закрепления водомерных реек часто используются гидротехнические сооружения в виде пирсов, причалов, дамб, волноломов.

Схема
спутниковой альтиметрии

Непрерывную регистрацию колебаний уровня выполняют на гидрометеорологических станциях, оборудованных мареографами - самописцами уровня различных типов. Конструкции большинства подобных приборов можно разделить на два типа: поплавковые и гидростатические. Поплавковый мареограф регистрирует уровень поплавка, плавающего в специальном колодце, соединенном с морем горизонтальной трубой. Колебания поплавка, подвешенного с противовесом на гибком проводе или тросе, передаются измерительному колесу, а от него на пишущее устройство, которое вычерчивает на ленте кривую колебаний уровня.

Способы установки мареографов: в колодце на берегу (а), на свайном основании (б)

В конструкции гидростатического мареографа заложен принцип хорошо известного барометра-анероида. Чувствительные датчики таких приборов, размещаемых чаще всего на дне водоемов, реагируют на колебания гидростатического давления, которые происходят при изменениях уровня моря. Датчики стационарных моделей таких мареографов устанавливаются в колодцах или на подводных конструкциях гидротехнических сооружений, а регистрирующая часть прибора размещается в будке водомерного поста. Некоторые модели гидростатических мареографов рассчитаны на автономную работу. В них измеряющая и регистрирующая части прибора монтируются в одном водонепроницаемом корпусе, и конструкция устанавливается на дне.
Наблюдения за поведением уровня Мирового океана на береговых станциях и постах не могут дать полной картины его колебаний, так как ведутся только в узкой прибрежной полосе. В открытом океане, вероятно, существуют многочисленные перекосы уровня, вызываемые неравномерным распределением плотности, крупными течениями и другими подобными причинами.
Измерение абсолютных отметок уровня в открытом океане стало возможным только с началом использования радиовысотомеров, устанавливаемых на искусственных спутниках Земли. Методика измерения расстояний от космического объекта до земной поверхности начала разрабатываться в 70-х годах прошлого века и получила название спутниковой альтиметрии. Спутниковые методы позволяют осуществлять постоянный мониторинг уровенной поверхности Мирового океана.
Существует несколько вариантов расчета спутниковых орбит для ведения геодезических и других высотных измерений земной поверхности. Рассмотрим программу так называемой изомаршрутной спутниковой съемки, которая хорошо иллюстрирует основные принципы спутниковой альтиметрии.

Санкт-Петербург. Кронштадт. Павильон (в нем установлен мареограф) и водомерная рейка, которую справедливо назвать рейкой № 1 в стране, - Кронштадтский футшток. От «нуля» Балтийского моря ведется отсчет высот в России.

Параметры изомаршрутной орбиты спутника с радиовысотомером подбираются так, чтобы каждый очередной виток (трек ) смещался относительно предыдущего на некоторую постоянную величину. Через определенное число витков (цикл ) спутник выходит на маршрут первого трека, после чего весь цикл повторяется снова. В 1992 г. по программе TOPEX/Poseidon для изучения циркуляции и топографии поверхности Мирового океана на околоземную орбиту с высотой 1336 кми наклонением к плоскости экватора 66° был выведен спутник с двумя радиовысотомерами (альтиметрами). В 2001 г. на ту же орбиту выведен второй спутник этой программы, «Jason-1». Расстояние между соседними треками на экваторе равно 300 км, продолжительность одного цикла - 10 суток. За это время поверхность Земли покрывается регулярной ромбической сеткой спутниковых трасс, измерения вдоль которых повторяются около 36 раз в году.

График показывает изменение уровня океана (в мм, по вертикальной шкале)
по данным спутниковой альтиметрии TOPEX/Poseidon в 90-е - начале 2000-х годов.

В спутниковой альтиметрии высота морской поверхности рассчитывается относительно поверхности геоида по измеренной высоте спутника над морем и высоте орбиты самого спутника - с учетом поправок, связанных с инструментальной точностью альтиметров, состоянием морской поверхности, прохождением сигнала через плотные слои атмосферы и некоторых других. В итоге получается средняя высота морской поверхности, которая есть расчетная величина, полученная при осреднении альтиметрических измерений одного или нескольких спутников, наиболее приближенная к невозмущенной поверхности океана. Точность таких измерений составляет около 5 см.

Уровень Мирового океана в прошлом и сегодня.
Динамическая топография

Периодически повторяющиеся колебания уровня с периодами порядка 15-25 тыс. лет, вызываемые покровными оледенениями и приводящие к изменениям глобального объема воды в океане, называются эвстатическими. Последнее крупное оледенение в истории Земли (Вюрмское) достигло наибольшего развития около 18 тыс. лет назад. Тогда, на пике оледенения, уровень океана из-за сосредоточения больших объемов воды в ледниках опускался по разным оценкам на 65-125 м относительно современного состояния. Заметим, что понижение уровня на сто метров в нынешних границах Мирового океана соответствует изъятию примерно 36 млн км3 жидкой воды, которая вся переходит в твердое состояние и формирует ледниковый покров на материках. Когда льды начинают таять, талая вода возвращается в океан, что проявляется в постепенном повышении его уровня.

Изменения уровня Мирового океана за последние 800 тысяч лет

В последовавшие после пика Вюрмского оледенения 8-10 тыс.лет уровень океана сравнительно равномерно поднимался со средней скоростью 8-9 м за тысячу лет. В последние 6 тыс. лет происходило постепенное замедление роста уровня, и в прошлом тысячелетии поднятие составило около одного метра. В настоящее время природа Земли и ее климатическая система находятся в условиях типичного межледниковья, оптимум которого уже пройден. С большой долей вероятности можно полагать, что в таких условиях вековые колебания уровня порядка ±1 м за тысячу лет (в среднем 1 мм/год) есть нормальное явление в истории Земли.
Для оценки современного состояния уровня Мирового океана используются данные спутниковых альтиметрических измерений и обширные массивы океанографических наблюдений, по которым можно рассчитать топографию стерического уровня. Единичные измерения уровня (и спутниковые, и наземные) отражают отклонения высоты, вносимые влиянием ветровых волн, зыби, приливов и прочих кратковременных воздействий. При осреднении массовых измерений все короткопериодные и случайные возмущения уровенной поверхности исключаются, оставляя только высоты уровня, обусловленные постоянными долговременными факторами. Получаемая при такой процедуре топография поверхности воды, сформированная под воздействием динамических причин, среди которых можно выделить широтную неравномерность нагрева поверхности океанов, влияние крупных стационарных центров действия атмосферы, а также наиболее крупные звенья океанической циркуляции, получила название динамической топографии.
Обработка материалов спутниковой альтиметрии по программе TOPEX/Poseidon позволила получить первую топографическую карту среднего уровня океанов, созданную по непосредственным измерениям. Наибольшие отклонения динамического уровня составляют от –110 до +130 см, т.е. в среднем десятки сантиметров выше и ниже поверхности геоида.
Самое высокое положение уровня отмечается в северной тропической области западной части Тихого океана, к югу от Японских островов. Самые низкие отметки динамического уровня расположены на северной периферии Южного океана, в полосе 60-х южных широт. В каждом из океанов* перепады уровня от тропиков к высоким широтам составляют два (Атлантический океан) - два с половиной (Тихий океан) метра. Уровень Тихого океана на всех широтах самый высокий, уровень Атлантического - самый низкий, перепад составляет в среднем 60-65 см, уровень Индийского океана находится в промежуточном положении.
Расчеты стерического уровня, выполненные по среднегодовым значениям температуры и солености морской воды в этих океанах, показали, что разности в топографии «альтиметрического» и «стерического» уровней почти не выходят за пределы погрешностей, допущенных в расчетах того и другого. А это означает, что главная причина отклонений среднего невозмущенного уровня океанов от поверхности геоида определяется разностью в плотности океанических вод, то есть разностями в температуре и солености, от которых зависит плотность. Чем выше температура и ниже соленость морской воды, тем меньше ее плотность и наоборот. Уменьшение плотности ведет к увеличению объема, а следовательно, и к повышению уровня. Интересно, что превышение уровня Тихого океана в Северном полушарии определяется главным образом пониженной соленостью его вод, а в умеренных широтах Южного полушария - их повышенной температурой.

Глобальный океанический конвейер

Превышение уровня - признак видимый, в буквальном смысле лежащий на поверхности. Но есть и другие свойства, как бы избыточные в одном океане и недостаточные в другом. Например, содержание биогенных веществ (силикатов и фосфатов) в северной части Тихого океана в 2-3 раза превышает их концентрацию в водах Северной Атлантики. Противоположная картина наблюдается в распределении растворенных карбонатов и кислорода, концентрация которых наибольшая в Атлантическом океане и постепенно уменьшается к северной части Тихого. Эти и некоторые другие подобные факты приводят к выводу о существовании межокеанского обмена свойствами в виде глобальной циркуляции, пронизывающей пространство трех океанов - от Северной Атлантики через Индийский океан до северных широт Тихого океана. По современным представлениям, такая замкнутая циркуляция существует, она состоит из поверхностного и глубинного противоположно направленных потоков, ее назвали глобальным океаническим конвейером.

Факторы изменения уровня Мирового океана.

Повсеместное превышение уровня Тихого океана свидетельствует о наличии постоянного горизонтального градиента давления, который направлен на выравнивание уровней и приведение их в равновесное состояние. Под действием этого градиента из самой «высокой» области Тихого океана через проливы индонезийских морей на юго-запад движется поток теплых вод, которые через Индийский океан, огибая южную оконечность Африки, выходят в Атлантику. Далее вдоль побережий двух Америк эти воды пересекают Атлантический океан до его северо-западного района. Там поверхностные воды из-за интенсивного испарения осолоняются и уплотняются, что приводит к их конвективному погружению. Достигнув глубин 2000-3000 м, они смешиваются с холодными водами, поступающими из Арктического бассейна, и начинают формировать глубинную, противоположно направленную ветвь глобальной циркуляции. Пересекая Атлантический океан с севера на юг, глубинные воды вливаются в Циркумполярное (Западных ветров) течение, которым увлекаются на восток вдоль берегов Антарктиды. В южной части Тихого океана перед проливом Дрейка глубинные воды поворачивают на север и, следуя в этом направлении, достигают района Алеутских островов, где, будучи менее плотными относительно местных глубинных вод, медленно поднимаются к верхним приповерхностным слоям, замыкая «конвейерную ленту».

Конвейер «в профиль»

Это движение происходит чрезвычайно медленно и никакими приборами не регистрируется. Период полного обмена водами Атлантического и Тихого океанов в потоке глобального океанического конвейера оценивается временем порядка от многих сотен до полутора тысяч лет. На всем протяжении этого длительного пути происходит медленный непрерывный обмен теплом, солями, биогенными веществами, газами с окружающими водами. Изменения, происходящие в климатической системе Земли, выражающиеся в перераспределении тепла и влаги, обострении атмосферных процессов, нарушении режимов погоды в тех или иных районах, могут отражаться на движении «конвейера» в виде изменений характеристик переносимых свойств, а также интенсивности переноса.
Так, на примере глобального океанического конвейера можно заключить, что совсем небольшие, но долговременно существующие разности в положении уровня океанов способны возбуждать устойчивую циркуляцию вод и процессы межокеанского обмена свойствами, поддерживающие глобальное динамическое равновесие в Мировом океане.

Глобальный океанический конвейер «анфас». Красным показаны теплые, синим - холодные потоки.