Вчера и сегодня Мирового океана

Этот уголок пляжа я облюбовала давно и, бывая в Крыму, всегда забиралась сюда, в уютную бухточку, укрытую каменной грядой от ветра. Нынешним летом после довольно большого перерыва я вновь побывала здесь. Странное ощущение владело мною: что-то изменилось, а что — не угадаешь. Лишь потом я сообразила: все на месте, кроме самой малости — сдвинулось море. Подножие гряды, прежде нависавшее над берегом, оказалось в воде и даже успело обрасти зеленой паутиной водорослей. Море сдвинулось… Но, быть может, это лишь субъективное впечатление, а на самом деле оно по-прежнему плещется в старых берегах? Данные научных наблюдений, с которыми мне довелось познакомиться позднее, подтвердили то, что я видела сама: уровень Черного моря неуклонно растет. В среднем его объем ежегодно увеличивается на один кубический километр воды.

Что же происходит с Черным морем? Как обстоит дело с другими морями — южными и северными?

Ответы на эти вопросы содержались в рисунках и графиках, развешанных по стенам кабинета Рудольфа Карловича Клиге в Институте водных проблем. Заведующий сектором глобального и регионального водообмена, кандидат географических наук Р. К. Клиге много лет отдал изучению морей и океанов.

Моря «растут»?

Графики, отражающие пульсацию уровня морей по годам, напоминали кардиограмму человеческого сердца. Кривые то уходили вниз, то подскакивали кверху, отмечая ритмы колебания уровня морей: моменты падения — регрессию и повышения — трансгрессию. Сейчас эти линии отмечают общую тенденцию: они тянутся вверх. Черное, Азовское, Средиземное, Северное моря, судя по кривым, переживают время трансгрессии.

— Что же заставляет моря расти? Что стоит за подобным фактом? — задаю я вопрос ученому.
— Подъем морей — это зеркало, в котором отражаются изменения, происходящие в жизни всего Мирового океана. Как известно, сейчас он покрывает своими водами две трети планеты, сосредоточивая в себе основную массу гидросферы свыше 1,3 миллиарда кубических километров. Однако есть вероятность, что уже в недалеком будущем это соотношение может измениться и отнюдь не в пользу суши. Океанской воды прибывает. Морские водомерные посты, которых сейчас насчитывается в мире свыше полутора тысяч, с начала прошлого столетия регистрируют подъем уровня Мирового океана. Этот процесс то ускоряется, то замедляется, сейчас интенсивность его вновь возрастает.

Правда, возникает вопрос: достаточно ли надежна информация, поставляемая водомерными постами, даже их «старейшиной» — амстердамским, который несет службу с XVII века? Ведь можно предположить, что вовсе не уровень океана повышается, а опускаются берега! Кстати сказать, еще ученые древности Страбон и Аристотель, пытаясь понять причины колебаний морей, объясняли это явление вертикальными движениями земной коры. Кажущаяся очевидность этой идеи придала ей характер аксиомы. Почти в чистом виде она вошла и во все, даже современные учебники по геологии и тектонике.

Если оперировать временем в масштабе миллионов и миллиардов лет, то геологические процессы, несомненно, являются определяющими в судьбах Мирового океана и его морей. И в настоящее время многие участки береговых линий, например, Балтики, очень подвижны. Однако, если взглянуть на карту современных вертикальных движений земной коры, то бросится в глаза одно обстоятельство: довольно большие области поднятия в одних местах компенсируются зонами опускания в других.

Сопоставляя размер вертикальных движений по всему побережью Мирового океана, можно вывести их среднюю величину. И тогда выясняется: влияние современных движений суши на уровень океана выражается ничтожно малой величиной — всего сотыми долями миллиметра.

В то же время множество измерений уровня воды вдоль всего побережья Мирового океана дает возможность нарисовать достоверную картину многолетних колебаний объема океанской воды.

На основании таких подсчетов удалось установить: за последние пятьдесят лет Мировой океан «подрос» почти на десять сантиметров. Скорость подъема его уровня равна 1,5 миллиметра в год. Это дает увеличение водной массы в 542 кубических километра.

Налицо одна парадоксальная ситуация. Геодезисты, гидротехники обычно измеряют уровень берега относительно моря, принимая его отметку за неизменную величину. Океанологи и гидрологи действуют, так сказать, в обратном направлении: для них эталоном, исходной отметкой служит берег, от него и отсчитывается уровень моря. Неудивительно поэтому, что данные о колебаниях моря у тех и других, как правило, не совпадают.

Впрочем, недавно выяснилось, что существующее «разночтение» океана связано еще с одним очень любопытным обстоятельством. Мы привыкли считать, что океан — это совершенно ровная поверхность (если, конечно, не принимать в расчет волнения на нем). В действительности все обстоит иначе. Наблюдения со спутников открыли удивительную картину — океан имеет свой собственный рельеф. Подчеркиваю: не дно океана, а именно его водная поверхность. Здесь есть свои «водяные горы» и «водяные ущелья». К северо-востоку от Австралии, вблизи экватора, океан поднимается выше среднего уровня на 78 метров. Самый крупный провал глубиной в 112 метров находится в районе Индостана, глубина «водяной ямы» в районе Калифорнии — 56 метров. Кстати, и в знаменитом Бермудском треугольнике уровень океана заметно понижен — на 64 метра, не в этом ли кроется одна из разгадок его «тайн»?

Почему же океанская стихия в этих зонах ведет себя столь странно? Попытайтесь представить себе это зримо: водная гладь, вогнувшаяся дугой или же вспучившаяся наподобие подошедшего теста. Окончательного объяснения этому явлению пока не найдено, есть лишь гипотезы. Одна из них объясняет «холмистость» океана аномалиями в гравитационном поле Земли. Земная кора под дном океана состоит из неоднородных по своей плотности пород, которые и создают различной силы притяжение. Более плотные породы притягивают сильнее — они, как предполагают, и могут удерживать воду в вогнутом состоянии. Там, где породы менее плотны,— гравитационное поле слабее и поверхность океана может выгибаться вверх.

Я остановился на этом столь подробно, чтобы еще раз подчеркнуть: как много совершенно различных факторов, каждый сам по себе и в сочетании с другими могут оказывать влияние на уровень и объем океана.

К слову сказать, отмечаемое ныне поднятие Мирового океана, как считают некоторые исследователи, может вовсе и не означать увеличение объема его воды. Может быть, он не растет, а, так сказать, поднимается «на цыпочки». Ну, например, за счет роста осадков на дне океана. Подсчитали и этот элемент — его роль, как установили, сводится в настоящее время всего к трем сотым миллиметра в год.

Вода меняет адрес

— Из чего же слагаются те сантиметры, на которые вырос Мировой океан за последние полстолетия? Откуда вообще берется та вода, что пополняет чашу океана?
— Мы считаем, что происходит это за счет вод суши. Многие наблюдения показывают, что «сухопутной» воды становится меньше. От всего «пирога» гидросферы природа уделила суше крохотный кусочек — лишь 2 процента (если считать без ледников Антарктиды). Но сейчас она начинает терять и эти крохи.

Такой ход событий еще в начале пятидесятых годов прошлого века предсказал ученый А. Шнитников, впервые установивший, что существуют ритмические колебания в водном режиме Земли с периодом в 1800—2000 лет. Показателем здесь могут служить озера, особенно бессточные. Озера — важнейшая часть континентальной гидросферы, в них содержится сейчас 750 тысяч кубических километров воды.

С начала прошлого века началось падение уровня крупнейших бессточных озер. Каспий, например, опустился на 3 метра, Иссык-Куль — на 2, Большое Соленое озеро в Америке — на 3,5. Мертвое море — на 4,5 метра. Среднее снижение уровня бессточных водоемов за этот период составило 1,5 метра. Тем самым из запасов поверхностных вод было изъято около трех тысяч кубических километров. Это эквивалентно поднятию океана более чем на один сантиметр.

Бессточные водоемы, расположенные обычно в засушливых зонах, чутко реагируют на изменение гидрометеорологического режима обширных континентальных регионов. Поэтому наблюдаемое уменьшение объема озер, сокращение их площадей, падение уровня можно рассматривать как серьезный сигнал: происходит перестройка всего глобального водообмена, правда, пока незначительная, и свидетелями этого явления мы становимся уже сегодня.

Известно, что основной механизм круговорота воды на Земле работает по схеме: океан — атмосфера — материк. Вода испаряется с поверхности гигантских водоемов, поступает в атмосферу, откуда в виде осадков попадает на материк, а затем через речной сток и воздушные течения вновь выносится к просторам океана, пополняя его запасы. Теперь уже ясно, что характер круговорота воды на земном шаре не является чем-то постоянным и неизменным. По различным причинам он может значительно меняться, как уже не раз происходило в истории планеты. Вполне возможно, что наметившееся сейчас изменение пропорций между объемами вод суши и океана как раз и является следствием такой очередной планетарной перестройки процесса водообмена.

Между колебаниями уровней озер и океана видна четкая обратная связь: с интервалом примерно в тринадцать лет после того, как озера начинают «оседать», океан принимается расти. Очевидно, за это время и происходит как бы «перетекание» озерной воды в океан через атмосферу.

Но только ли одна вода озер переселяется сейчас с суши в океан? Наблюдения показывают, что эту участь с ней разделяют и грунтовые воды. По подсчетам, сделанным в нашем Институте водных проблем, запасы подземных вод также сокращаются — в среднем ежегодно на 100 кубических километров. За счет этого океан мог подняться на 2,5 сантиметра. Потери материковой воды могли быть еще большими, если бы не интенсивное гидротехническое строительство. Сейчас в водохранилищах мира скопилось более 5 тысяч кубических километров воды. Не будь этого, океан мог бы подняться еще на 1,5 сантиметра.

Есть еще один и, пожалуй, главный источник, питающий Мировой океан, — ледники. Объем континентального льда, в котором законсервированы колоссальные запасы воды, за счет таяния каждый год сокращается на 250 кубических километров. Сокращается ледовая масса Антарктиды. Уменьшилась и средняя толщина морских льдов в Арктике, более чем на десять процентов сократилась их площадь. 80 процентов прироста объема океана надо отнести за счет поступления талой ледниковой воды.

— В чем же причина «великого переселения» воды? Какова природа нынешней трансгрессии Мирового океана?
— Я отношусь к числу тех ученых, которые связывают это явление с изменениями климатического режима Земли. По-прежнему много сторонников у тектонической теории, которая, как уже отмечалось, повышение уровня океана объясняет геологическими процессами, в том числе и разрастанием срединно-океанических хребтов. Но на мой взгляд, повторю, это справедливо применительно к периодам, исчисляющимся миллиардами лет. Что касается коротких промежутков времени — столетий, то изменение уровня океана определяется уже более быстротечными гидрометеорологическими явлениями.

Прежде всего, надо ответить на вопрос: действительно ли меняется климат? Еще недавно ответ был бы единодушным: «Нет!» Но в последнее время специалисты пришли к выводу, что в климате планеты действительно происходят перемены. На Земле наблюдалось потепление. И климат, по мнению некоторых климатологов, был самым мягким по сравнению с каким-либо другим периодом последнего тысячелетия. Своего максимума потепление достигло в середине прошлого века. Повышение температуры воздуха было особенно заметным в северном полушарии, притом, чем дальше на север, тем сильнее оно сказывалось. В целом температура воздуха в северном полушарии за период потепления повысилась в среднем на 1 градус.

Естественно предположить, что океан как-то отозвался на изменение термического режима суши. Мы проанализировали годовые движения температур воздуха в зоне от 17 до 90° северной широты, взятые из работы М. Будыко, и изменения уровня Мирового океана по годам. Выяснилось, что они хорошо согласуются друг с другом. Мы установили, что океан реагирует на изменение климатических условий через определенный промежуток времени, равный девятнадцати годам.

Считается, что центр потепления в высоких широтах находится в северо-западном районе Гренландии. Если это действительно так, то следует ожидать, что именно здесь и на островах Северного Ледовитого океана ледники тают особенно быстро. Тогда и наибольший подъем уровня, связанный с поступлением талых ледниковых вод, вероятно, должен быть в Северном Ледовитом и Атлантическом океанах. Причем ранее и активнее всего этот процесс должен был бы проявиться в Северном Ледовитом океане, так как его площадь в семь раз меньше площади Атлантики.

Что же мы видим на самом деле? Обратимся к фактам. Данные наблюдений показывают, что за период с 1928 по 1958 годы Тихий и Индийский океаны поднимались со скоростью 2 миллиметра, Атлантический — 3 миллиметра в год. Анализ показывает, что этот океан на четыре года раньше других бассейнов отреагировал на потепление. Таким образом, связь между повышением уровня океанов и изменением термического режима планеты налицо.

Иссушение материков, «перекачка» их вод в океан — эхо тех же сдвигов в мировом климате. Повышается температура воздуха, усиливается испарение и поступление влаги в атмосферу, через которую она и транспортируется в океан. Ряд исследователей считают, что все те катастрофические засухи, наводнения, ливни, которые участились в последние годы,— это тоже следствие сдвигов в тепловом балансе планеты. Из-за неравномерности, с которой происходило потепление, перепад температур между полюсами и экватором уменьшился. Это и сказалось на атмосферной циркуляции: воздушные течения, доставляющие влагу с океана на континенты, ослабли, нашли себе новые маршруты.

садков, приносимых муссонами, стало меньше. Они не доходят до своего прежнего места назначения, выпадая там, где они и не нужны, например над океаном. Одним словом, в механизме круговорота воды на Земле, видимо, действительно наметились изменения.

Мост из прошлого в будущее?

— Вот, наверное, случай, когда слова философа «все течет, все меняется» надо понимать в буквальном смысле. Но как далеко может зайти этот процесс перестройки глобального водообмена? Каковы будут его последствия?
— Действительно, все это проблемы, которые не могут не волновать. От того, как поведет себя в дальнейшем Мировой океан, могут заметно измениться условия жизни на планете. Говоря о судьбах океана, мы всегда должны помнить о его особой роли.

Сейчас у этого колосса, как в сказке, три дороги — либо он вернется в свои старые берега, либо начнет расти еще энергичнее, а может случиться и так, что уровень его резко пойдет на убыль. По какому из путей он пойдет? Это зависит от комплекса многих и самых разнообразных и сложных факторов, определяющих то явление, которое мы называем климатом планеты. Прогнозы вообще, как известно, строить сложно. Когда же речь идет о климатическом завтра Земли, предположения пока могут быть чисто гипотетическими.

Если… Здесь очень много всякого рода «если». Если потепление будет продолжаться, то результатом его может явиться полное таяние полярных шапок льда. Тогда уровень океана поднимется почти на 70 метров, и большие участки суши могут оказаться под водой. Кроме того, огромные массы воды, что сконцентрированы сейчас в полярных льдах, после их таяния начнут стекать к экватору. Замедлится вращение Земли, а это приведет к нарушению современной системы атмосферной циркуляции и распределения осадков. Режим ветров, с помощью которых природа пытается выравнивать температуру по всему земному шару, резко изменится. Крупные струйные течения, несущие сейчас влагу на континенты, сместятся к северу. Это может отрицательно сказаться на обеспечении влагой самых густонаселенных районов мира — основных центров земледелия.

Интересно, что некоторые археологи и историки пересматривают сейчас старые теории об упадке многих высокоразвитых и могучих цивилизаций прошлого, таких, как хараппская, хеттская, микенская или империя Мали в Африке. Найдено немало доказательств того, что эти могущественные некогда государства погибли не из-за вторжения варваров, а вследствие изменения климата и в частности, режима ветров и осадков. Одна за другой волны страшной засухи, которую принесло нарушение атмосферной циркуляции и всего водного режима, стерли с лица Земли некогда процветавшие сельскохозяйственные районы. Правда, высказывается оптимистическое предположение, что новое распределение осадков может возродить агрокультуру на некоторых когда-то урожайных землях, как, например, Северная Сахара или Иранское плато, которое в древние времена кормило армии Дария. И все же эти — и любые другие — перемены в климате нежелательны.

Между тем не исключено, что через некоторое время может наступить новый гидроклиматический цикл похолоданий и увлажнения климата на материках. Тогда следует ожидать значительного понижения уровня океана.

Наконец, третий вариант, разумеется, самый привлекательный: современное повышение океана — обычное кратковременное изменение его уровня, и спустя определенное время он стабилизируется.

Отвечая на вопрос «что будет?», наверное, стоило бы и выяснить, «что было». Оглянуться на прошлое океана, в надежде понять его будущее.

— Да, к тому же и несколько запоздалый вопрос: как вообще возник океан?
— Вокруг этой проблемы так же ломаются копья, как и при попытках ответить на вопрос, как возникла Земля. Гидросфера — древнейшая оболочка планеты, и ее судьба неотделима от истории самой планеты.

Преобладает мнение, что вода на Земле появилась в процессе дегазации и выплавления мантии. Процесс этот длился очень долго — миллионы лет. Если принять эту гипотезу за основу, то очевидно, что океан наполнялся постепенно. По мере увеличения воды на земном шаре океан разрастался. В этот период уровень его мог испытывать сложные колебания, связанные с процессами становления и развития континентов, хотя в целом сохранялась тенденция к росту.

Сейчас появилась еще одна интересная гипотеза, объясняющая возникновение гидросферы. На основании изотопного анализа океанской воды ее авторы во главе с В. Ферранским пришли к выводу, что водяная оболочка возникла на заключительном этапе формирования Земли как планеты и что гидросфера обязана своим появлением процессам конденсации. Иными словами, вода появилась не снизу — из мантии, а, так сказать, сверху — из атмосферы. После образования Земли, доказывают авторы этой гипотезы, вода и углекислота находились в газовой фазе, пока температура поверхности планеты не снизилась и не наступили условия для конденсации воды. Поэтому, считают эти ученые, океан значительно моложе земной коры, а химический и изотопный состав его воды мало изменился с момента образования гидросферы.

И все же принято считать, что мантия продолжает поставлять воду на поверхность и сейчас — ежегодно от половины до полутора кубических километров. Значит ли это, будто количество воды на планете непрерывно возрастает?

Да, ее действительно становится больше, но в то же время происходит и безвозвратная ее потеря. Солнечный ветер, подхватывая легкие газы, такие, как водород, уносит их в космические просторы. Из-за этого запасы воды на Земле сокращаются от 0.5 до 2.4 кубического километра за тысячу лет.

Реконструкция древнего океана рисует нам картины разного рода катаклизмов, которыми отмечена вся его долгая история. Должен сказать, что среди ученых нет единого мнения практически ни по одному вопросу, касающемуся прошлого Мирового океана. Это и неудивительно: слишком велико количество неизвестных величин, с которыми приходится сталкиваться исследователям. Если даже факты сегодняшнего дня океана толкуются неоднозначно, то можно представить, какие разногласия существуют по поводу событий, происходивших миллионы и даже миллиарды лет назад. Вот только один пример. Океан углублялся в результате прогибания дна, утверждает одна группа ученых во главе с О. Леонтьевым. «Общее прогибание ложа океанов — невероятно», — оспаривает их взгляд Н. Васильковский, и он не одинок в этом мнении. Другие исследователи главную роль в колебаниях уровня праокеана по-прежнему отводят накоплению на дне осадков, а также формированию системы океанических хребтов и поднятий.

Тем не менее, сейчас многие «биографические данные» океана мы знаем уже довольно точно. Благодаря последним достижениям таких физических методов геохронологии, как палеомагнитный, термолюминесцентный, радиоуглеродный, стало возможным довольно точно определять абсолютный возраст морских отложений на дне Мирового океана и вдоль его побережья. На основании собранной информации американский ученый Р. Фэйрбридж, а за ним и другие исследователи составили график возможного уровня Мирового океана за последние 50 тысяч лет.

Результаты этих исследований показали, что даже и в сравнительно недавнем геологическом прошлом происходили весьма значительные — превышающие сотню метров — изменения уровня океана. Очевидно, что эти колебания океана — и одновременно увеличение или уменьшение запасов воды на суше — были следствием крупномасштабных перестроек всего глобального водообмена. Такие перестройки приводили к преобразованию всего облика планеты.

25—30 тысяч лет назад положение Мирового океана было, по-видимому, близко к современному. Затем уровень его упал более чем на 100 метров. Причина этого явления нам известна: Земля вступила в очередную полосу сильного похолодания — ледниковый период. Резко возросла площадь континентального оледенения, огромные массы воды были изъяты из влагооборота и законсервированы в виде льда.

Около 16 тысяч лет назад началось потепление, быстро таял покров континентальных ледников. Океан стал стремительно расти.

6—7 тысяч лет назад уровень Мирового океана достиг современного положения. Начиная с этого момента, стал сравнительно устойчив и глобальный водообмен. Этот отрезок времени совпадает с самым теплым периодом в жизни Земли за последние 25—30 тысяч лет. Заметьте, кстати, что время человеческой цивилизации — 10 тысяч лет — чуть больше эпохи устойчивого водообмена и современного положения океана.

Интересно, а как вели себя в периоды трансгрессий и регрессий океана воды суши? Сведения об этом нам поставляют палеолимнология и палеопотамология — науки о древних озерах и реках. Факты, добытые ими, доказывают, что в период значительных похолоданий и регрессий океана, когда в северных широтах развивались крупные оледенения, в средних и низких широтах было очень влажно. По территории многих, сейчас фактически полупустынных районов Азии и Африки в те далекие времена текли полноводные реки. Об этом можно судить по хорошо разработанной, но давно уже безжизненной речной сети, группирующейся в обширные системы, площадь водосбора которых охватывала 5—10 тысяч квадратных километров. Подобные умершие речные системы можно встретить на поверхности равнин в Гоби, Иране, Анатолии.

Формирование таких древних гидросетей могло произойти только в эпоху значительного увлажнения этих районов. И озера в эту эпоху были много полноводнее и занимали значительные площади. Так, древние озера в Гоби превосходили современные в шесть — десять раз. Площадь Большого Лобнора достигала 28 тысяч квадратных километров, сейчас она составляет 2500. Значительно менялись глубины озер, особенно горных. Озера Ван и Урмия на Армянском плато были в плейстоцене выше на 60—75 метров. Мертвое море было выше на 430 метров, а площадь его — в четыре раза больше.

Значительные изменения происходили и с таким крупным внутриматериковым водоемом, как Каспийское море. В плейстоцене у него отмечен ряд крупных трансгрессий и регрессий с общей амплитудой колебаний в 100 метров.

Итак, мы видим, что глобальный водообмен, а вместе с ним и уровень океана не раз претерпевали изменения. Возникает вопрос, можно ли используя эти факты, строить прогнозы на будущее? Наверное, это было бы возможно, если бы не одно обстоятельство. Все перестройки в климате и водном режиме планеты до сих пор производились силами одной только природы. Сейчас же возможна и другая причина — деятельность человека. Она влияет на водный баланс Земли пока еще незначительно, но с каждым годом все заметнее. Так, уменьшение озер и уровня подземных вод сейчас уже в немалой степени связано с хозяйственной деятельностью человека. Создание искусственных водохранилищ, изменение количества и качества поверхностных вод, стекающих в моря и Мировой океан, могут уже в недалеком будущем заметно отразиться на водном режиме.

Но этим прямым вмешательством в природные процессы может не ограничиться воздействие человека на глобальный водообмен. Как предсказывают многие климатологи, следует ожидать дальнейшего потепления климата. И произойдет это не в соответствии с движением природных сил. В атмосфере скапливается все больше углекислого газа — продукта сгорания органического топлива. Слой этого газа, как стеклянный колпак, покрывает планету, создавая «оранжерейный эффект». Он пропускает солнечные лучи к Земле, но задерживает идущее снизу тепло. Это и может вызвать глобальное потепление.

Каким будет Мировой океан завтра? В сущности этот вопрос равнозначен другому: каким будет завтрашний день нашей голубой планеты? Не забудем — голубой ее делает океан.

Автор: И. Усейнова.