Инициирование аномалий. Сход ледника Колка в 2002 году

На станциях локальной сейсмической сети, действующих в РСО-А, 20 сентября 2002 г. был зарегистрирован сход ледника Колка. Станция Фиагдон располагалась достаточно близко от района схода (в 16 км), что позволяет по записям надежно оценивать амплитуды и спектральный состав колебаний грунта, возбуждаемых при движении ледово-каменной пульпы [36]. Сейсмические станции работают в ждущем режиме и включаются при достижении амплитудой движения грунта определенного уровня. Время срабатывания станций сети определялось особенностями настройки, которые, как правило, характеризуются малой длительностью [37]. На станции Владикавказ 37, Заманкул, Чикола начало процесса практически не зарегистрировано. Это объясняют поздним срабатыванием триггеров удаленных станций из-за малого амплитудного уровня и другими причинами, в т. ч. неудовлетворительно организованной службой времени на станциях локальной сети в период схода ледника. Анализ записей амплитудных спектров вертикальной и горизонтальной (EW) составляющих был исследован методом спектра Фурье. Он показал, что спектральный состав колебаний становится низкочастотным, с удалением от места схода ледника. Высокочастотная составляющая заметно поглощается в районе расположения ст. Чикола. С другой стороны, на записи ст. Заманкул наблюдается сдвиг спектра в высокочастотную область спектра. Сейсмологические материалы указывают на отсутствие конкретного землетрясения, которое можно считать ответственным за начало процесса движения ледника в Геналдонское ущелье. На записях сейсмических спектров выделялось воздействие ледово-каменной массы о борта ущелья. Ученые пришли к выводу, что сигналы от движения ледника появились на сейсмограммах в промежутке между 15:58:39 и 16:08:13 [36]. Время значительного увеличения амплитуд групп колебаний соответствуют сильному удару при движении ледника. Наиболее мощно этот процесс проявился с 16:10:30 до 16:15:30 (время по Гринвичу), что соответствует 20:10 – 20:15 местного времени. Фронт языка ледника Колка опустился на 660 м с высоты 2960 м от уровня моря до 2300 м, где пересекая язык ледника Майли, ударился в стенку Геналдонского ущелья. По данным записей ст. Фиагдон от 20.09.2002 г. ученые вычислили скорость потока в основных точках транзита ледника Колка и построили график выделенной энергии. На схеме [38, рис. 1] были выделены 14 особых точек, связанных с изменением условий транзита ледника (направление движения, угол наклона). По расчетам фронт потока прошел до точки № 2 расстояние 2060 м за t = 72 с при средней скорости 77,59 м/с. В этой точке поток круто меняет направление движения (~70°), Продвинувшись по ущелью на расстояние 12140 м (от точки № 2 до точки № 13) за время t = 191 с, спустившись вниз на 900 м, поток из воды, камней и льда ударяется со скоростью 77,59 м/с в горный массив склона г. Хиах, который плавно поворачивает на ~40° в С-З направлении. Последний удар принимают на себя Кармадонские Ворота (точка № 14). Поток ледово-каменной массы расстояние 15600 м до точка № 14 преодолел за 263 секунды, двигаясь со средней скоростью V = 59,3 м/с, или 213,5 км/ч.

Неотектоническую активность в районе г. Казбек в настоящее время называют весьма существенной. Максимальные вертикальные движения земной коры (ВДК) достигают 7–9 мм/год [39]. В работе отмечают, что значение ВДК резко падает в направлении от хребта Казбеко-Джимарайского массива на Север. Протяженность минеральных вод с повышенным температурным режимом вытягивается до 30 км от Главного Кавказского хребта в северном направлении [33], что заметно диссонирует с резким снижением ВДК в меридиональном направлении: через 2–4 км этот показатель снижается до 4 мм/год.

Гора Казбек находится в районе относительно слабой сейсмичности. Массовое возрастание частоты землетрясений энергетического класса К от 8,5 до 11,5 в окрестности г. Казбек началось в 1982 году. С 1996 г. к ним добавились примерно такое же число слабых землетрясений (К = 6-8,5) [40]. Только сильнейшие землетрясения могли как-то повлиять на сход ледника в районе Казбека. Сейсмические сотрясения во время происходивших землетрясений могли спровоцировать какие-то процессы на Колке. Имеются сведения о землетрясении магнитудой 4,7 ± 0,7 и интенсивностью 7 ± 1 баллов, с координатами φ = 42,80° с. ш. и λ = 44,20° в. д., зарегистрированном 3 июля 1902 г. [41]. Координаты: гора Казбек (φ = 42,70° с. ш., λ = 44,52° в. д.; ледник Колка (φ = 42,72° с. ш., λ = 44,43° в. д.) [42]. Ученые допускают, что землетрясение, случившиеся 3 июля, спровоцировало сход ледника Колка в 1902 году. Максимальная интенсивность сотрясений на вершине Джимарай-Хох могла наблюдаться во время землетрясений в Грузии – Рачинского (29.04.1991 г.) и Барисахского (23.10.1992 г.), очаги которых располагались, соответственно, в 60 и 50 км к юго-западу и юго-востоку от г. Джимарай-Хох [40]. По имеющимся данным, ученые предполагают, что сейсмичность этого района в 2002 г. не отличалась какими-либо аномальными характеристиками.

9. Аномальное изменение температуры, солености вод и ледяного покрова в Арктическом бассейне на рубеже XX и XXI веков

9.1. Изменения температуры воздуха

Изменение климата Земли существенно влияет на ледники. Согласно данным наблюдений, начиная с 1860 г., площадь распространения льда в северных морях за 135 лет, сократилась на 33% (0,79⋅106 км²) [43]. Отклонения средней годовой температуры воздуха от нормы в Северном полушарии за период 1975-1996 гг. для зон φ = 0-30° и φ = 30-60° с. ш. составили +1,2 и +1,4° соответственно. Данные о толщине ледяного покрова на большой площади глубоководной части Северного Ледовитого океана получены лазерными измерениями по маршруту следования подводных лодок. Они показали его снижение на 3,1 м за период 1958-1976 гг. (19 лет). Аналогичные измерения толщины ледяного покрытия вод в Арктике за период 1993-1997 гг., в районах близких к исследуемым в 1958-1976 гг., показали, что средняя толщина покрова льда за 5 лет уменьшилась примерно на 1,3 м [44]. Таяние в центральной и восточной Арктике происходит интенсивней, чем в морях Бофорта и Чукотском. Авторы публикации пришли к выводам, что изменения в тепловом балансе могли возникнуть по какой-то из следующих причин:

– произошло увеличение потока тепла от океана на 4 Вт/м², при номинальном значении 2–4 Вт/м²;

– увеличилась на 13 Вт/м² атмосферная теплопередача, при номинале около 100 Вт/ м²;

– примерно в течение полугодия мощность нисходящего коротковолнового излучения увеличивалась на 23 Вт/м², при номинальном значении около 200 Вт/м².

Согласно данным наблюдений [Takizawa T. and Morison J. Summer observations by JAMSTEC's new drifting buoy (J-CAD). – Ice and Climate News, 2001, № l, pp. 10-11.] площадь распространения льда в северных морях за 135 лет, начиная с 1860 г., сократилась на 33% , что составляет 0,79⋅106 км². В XX веке площадь распространения сезонно-мерзлых грунтов в северном полушарии сократилась на 7%. С 1956 по 1990 г. мощность деятельного слоя в Российской Арктике увеличилась в среднем на 21 см, а максимальная глубина промерзания уменьшилась на 35 см [45]. По спутниковым данным, площадь распространения снежного покрова в северном полушарии с 1968 по 2007 гг. (за 40 лет) уменьшилась на 5%. Таяние льда усилилось с 1990-х годов. Последние десятилетия площадь льдов в Арктике сокращается, а в Антарктиде растет. В целом на планете наблюдается устойчивый тренд уменьшения площади оледенения [46. С. 4] Согласно данным Японского космического агентства и ААНИИ (Арктический и антарктический научно-исследовательский институт) к сентябрю 2007 года произошло сокращение ледового покрова в Северном Ледовитом океане до 4,21 млн. км². В 2012 году в Арктике отмечается еще большее сокращение льда.

Уровень Мирового океана в XX веке поднялся в пределах 0,1–0,2 м. Скорость подъема превзошла в 10 раз, наблюдавшуюся в течение последних 3000 лет [47]. Результаты анализа данных потепления отдельных компонентов климатической системы в течение второй половины 20-го века, а также оценки затрат тепла на таяние льдов, привели ученых к выводу об увеличении теплосодержания в атмосфере и океанах. Температура вод океана изменялась с конца 1950-х годов. За период 1955-1996 гг. теплосодержание мирового океана выросло и достигло 18,2•1022 Дж, в атмосфере оно составило 6,6•1021 Дж [48]. Средняя скорость роста уровня МО за последние десятилетия составляет 1,4 мм/год. Для южного региона Атлантического океана типично наличие интенсивного вертикального перемешивания и быстрого проникновения потепления вглубь океана. В других океанах этот процесс происходит гораздо медленнее. Академик Кондратьев К.Я. связывает изменение теплосодержания океана с ростом концентрации парниковых газов в атмосфере. Ученые ведут дискуссию [49. 3. Биненко В.И., Донченко В.К., Малинин В.Н. и др. Киотский протокол и некоторые аспекты современного изменения климата (по результатам научных чтений, посвященных 95-летию академика РАН К.Я. Кондратьева). Региональная экология. 2015. № 2 (37). С. 3-15.] на тему о совместном действии антропогенного фактора и крупномасштабного взаимодействия в системе «океан – атмосфера», как реального механизма формирования тренда глобальной температуры воздуха. Антропогенная эмиссия СО2 служит своеобразным триггером мощных процессов в системе «океан – атмосфера», который приводит их в действие. Последователям теории антропогенного изменения климата следовало бы ответить на вопросы: почему в Арктическом бассейне происходит быстрый рост теплосодержания вод и ПТВ, а в Евразийском субассейне вместо опреснения происходит осолонение?

Ежегодное антропогенное поступление углерода в атмосферу, в виде двуокиси СО2, составляет 5,5 Гт. Кроме того углерод содержится в атмосфере – около 750 Гт, в поверхностных слоях океана – 1000 Гт, околоземной биоте, включая почвы, – около 2200 Гт [50]. Антропогенный фактор роста СО2 в атмосфере трудно признать значимым, он не может существенным образом повлиять на температуру вод морей и океанов и приземного воздуха. Наблюдаемый ныне рост диоксида углерода в атмосфере может быть следствием процесса интенсификации выделения СО2 океаном из-за увеличения температуры воды. Совместное действие антропогенного фактора и крупномасштабного взаимодействия в системе «океан – атмосфера» – наиболее реальный механизм формирования тренда изменения глобальной температуры воздуха [51]. В работе [49] высказано предположение, что эмиссия СО2 служит своеобразным триггером мощных процессов в системе «океан – атмосфера».

Изменения в полярных областях широко обсуждается в литературе, выдвигаются различные гипотезы. Среди них: перестройка крупномасштабных планетарных процессов, увеличение концентрации парниковых газов, смена типов атмосферных процессов и другие. По мнению некоторых ученых, чередование теплых и холодных эпох носят циклический характер. Академик К. Кондратьев обращает внимание [48] на температурные изменения в Арктике, где последние десятки лет на большей части, за исключением моря Баффина, наблюдался рост температуры воды. Одновременно формировались регионы, как потепления, так и похолодания климата. Однородного усиления потепления не наблюдалось в последние 2–3 столетия. Вторая половина XX века характеризовалась сильной пространственной неоднородностью изменения климата. Наличие области похолодания западнее Гренландии (море Баффина, Девисов пролив) и области потепления к востоку от нее (Гренландское море) склоняет ученых [52] к мысли, что их происхождение связано с действием в регионе циркуляционных факторов. Аналогичной они видят природу формирования области потепления над северо-западом Северной Америки и Аляской, а также области похолодания в Охотском море.

Рост теплосодержания в верхнем слое океана толщиной 3 км за период 1950-1990 гг. превосходил величины увеличения теплосодержаний других компонентов климатической системы на порядок. Очевидно, что к этому не имеет отношения «парниковый эффект» и увеличение содержания двуокиси углерода в атмосфере. В Отчете МГЭИК-2001 не говорится об усилении антропогенно обусловленного глобального потепления климата в высоких широтах северного полушария. Температура воздуха в восточном секторе Арктики примерно в 2,5 раза выше соответствующих оценок для дальневосточных морей (Берингово, Охотского) [53].

9.2. Изменения температуры воздуха

По данным университета Восточной Англии [54] средняя глобальная температура воздуха в XX веке демонстрирует положительный линейный тренд – приращение 0,43 °С/100 лет. В Бостоне (США), сотрудники Университета штата Массачусетс М.Э. Манн и Р.С. Бредли совместно с М.К. Хьюзом из Университета в Таксоне (штат Аризона) реконструировали палеоклиматы за длительный период времени. Результаты исследования климата по керну льда, извлеченного из пробуренных в ледниках скважин, показывают, что температура на земном шаре резко изменилась в конце прошедшей эры. Особенность динамики климата состояла в том, что увеличилась среднегодовая температура воды в океанах и газов в атмосфере. В последнем тысячелетии в Северном полушарии Земли наиболее теплым оказался XX век. Тренд похолодания сменился потеплением. Начиная с 1950 г., средняя скорость повышения ночных значений среднегодовой приземной температуры воздуха (ПТВ) на суше примерно вдвое превосходила скорость роста дневных значений ПТВ (0,2 ºС против 0,1 ºС/10 лет) [48]. В средних и высоких широтах многих регионов наблюдался рост продолжительности безморозного периода. За 100 лет средняя температура земной поверхности поднялась примерно на 1°С [55]. Западные эксперты ожидают повышения температуры на 3,5 °С в XXI веке.

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) в 1976 г. опубликовала первое заявление об угрозе глобальному климату. В 1979 г. ВМО учредила Всемирную климатическую программу, направленную на улучшение мониторинга и разработку методов оценки изменений климата. Современная наука упорно продвигает аргументы, подтверждающие связь хозяйственной деятельности человека с выбросами парниковых газов (ПГ), которые в конечном итоге и оказывают влияние на климат. Международная Группа Экспертов по Изменению Климата подготовила 5 докладов, направленных на сдерживание глобального потепления на Земле. Ученые с достоверностью 95 % считают, что потепление климата, начиная с 1970-х годов, является результатом хозяйственной деятельности человека [49]. Основным методом обнаружения изменений климата является статистический анализ данных наблюдений, накопленных за исторический период. С 1901 по 2010 год глобальный уровень моря в среднем повысился на 0,19 м. Усредненные совокупные данные о глобальной температуре поверхности суши и океана за период 1880-2012 гг., рассчитанные на основе линейного тренда, свидетельствуют о потеплении на 0,85 °С [46. С. 2]. Специалисты считают, что потепление климата, начиная с 1970-х годов, является, с вероятностью 95%, результатом хозяйственной деятельности человека [50]. Современная наука в качестве подтверждающих аргументов, указывает на связь хозяйственной деятельности человека с увеличением выбросов в атмосферу парниковых газов (ПГ), которые влияют на климат. По мнению экспертов, более половины наблюдаемого повышения средней глобальной приземной температуры в 1951-2010 гг. обусловлено совместным увеличением влияния концентраций ПГ и других антропогенных воздействий. Вклад ПГ в повышение средней глобальной приземной температуры в течение 60 лет, находится в диапазоне 0,5–1,3 °С.

В последние 150 лет в изменении глобальной температуры Земного шара наблюдаются резкие «скачки». С 1917 по 1923 гг. и во второй половине 80-х годов особенно заметны «скачки» температуры в высоких широтах (60-90º с. ш.) [56]. Рост температуры связывают с естественными климатообразующими факторами и антропогенными изменениями в атмосфере. Последний «скачок» температуры отмечался в период с 1992 по 1998 гг. За короткий период (1971–2000 гг.) температура увеличилась на 0,4-0,5 ºС [57]. Одним из основных факторов современного изменения климата считают парниковые газы. В связи с потерей ведущей роли в атмосфере углекислоты, главная роль в парниковом эффекте стала переходить к другим газам: метану, затем аргону и фреонам, роль которых, по мнению исследователей, сравнительно не велика. По результатам современных исследований [50], из всех парниковых газов наибольшее воздействие на глобальное потепление оказывает водяной пар (около 60%), углекислый газ (20%), метан (15-18%), хлорфторуглероды (фреоны) и окислы азота (2-5%). Водяной пар в атмосфере Земли составляет 0,3% (для сравнения – содержание углекислого газа в атмосфере составляет 0,035%). Ученые думают, что с повышением содержание водяного пара, усиливается суммарное длинноволновое нагревание атмосферы и подстилающей поверхности, так увеличивается глобальная температуры воздуха. Несмотря на сформированное в обществе мнение, до сих пор окончательно не установлены причины глобального изменения климата. Вопрос о роли антропогенных факторов в происходящих изменениях остается не решенным.

Многочисленная группа ученых объясняет увеличение средней температуры воздуха на Земле, проявившиеся во второй половине XX века, интенсификацией выбросов ПГ в атмосферу. Сторонники этой теории [58] в качестве доказательства приводят следующие аргументы:

1) в последние десятилетия наблюдался постоянный рост концентрации в атмосфере Земли парниковых газов (в первую очередь СО2), обусловленный, по мнению большинства ученых, антропогенной деятельностью (главным образом, в результате сжигания ископаемого топлива);

2) в результате увеличения содержания парниковых газов усиливается парниковый эффект атмосферы Земли, следствием чего является повышение среднегодовой температуры воздуха на Земле.

Температурные «скачки» нельзя объяснить изменениями концентрации парниковых газов. Парадоксальность ситуации заключается в том, что в последние годы скорость роста глобальной температуры несколько замедлилась, тогда как скорость роста содержания парниковых газов в атмосфере возросла [59]. За всю историю инструментальных наблюдений максимальный рост температуры Северного полушария отмечался с конца 60-х до 1998 г. [57]. В работе отмечают, что содержание водяного пара в атмосфере за этот период не претерпевало существенных изменений. В большей части этого периода не отмечалось сколько-нибудь заметной трендовой составляющей в изменении удельной влажности.

Для двух из них (1908–1944 и 1976–2014 гг.) характерна практически одинаковая величина трендов глобальной температуры. Аномальное изменение глобальной температуры в XX веке происходило главным образом в течение двух периодов времени (1908–1944 и 1976–2014 гг.), они характеризуются практически одинаковыми трендами [56, рис. 6]. При этом в период с 1976 по 2014 гг. скорость роста содержания углекислого газа в атмосфере было в 5 раз выше, чем в период 1908–1944 гг. что опровергает общепринятую антропогенную гипотезу о потеплении климата.

Отклонения средней годовой температуры воздуха от нормы в Северном полушарии, для зон φ = 0-30° и φ = 30-60° с. ш., за период 1975-1996 гг. составили +1,2 и +1,4 °С соответственно [43]. Аномалии летних и зимних температур в Северном полушарии в 1977–2012 гг. нельзя объяснить только ростом содержания парниковых газов в атмосфере. В теплое время года (1998–2014 гг.) увеличение температуры в высоких широтах было примерно в 2 раза больше, чем в средних широтах, и в 3 раза больше, чем в низких широтах. [56]. Если исходить из теории парникового потепления, то скорость роста температуры (особенно зимой), в период 1998–2014 гг. должна быть существенно больше по сравнению с предыдущим периодом. Однако это не подтверждается наблюдениями. Увеличение температуры в средних и низких широтах в теплое время года составило примерно 50% и 30% от величины ее изменения в высоких широтах. Снижение парникового эффекта объясняют приближением к экватору. В холодное время года, когда эта закономерность должна быть более выраженной, в низких широтах рост температуры наблюдался на 30% ниже, чем в летнее время [57]. В публикации [57] авторы не дают ответа на принципиальный вопрос: какой естественный фактор (не антропогенный) обеспечивает несколько большую скорость роста глобальной температуры в атмосфере в теплый период года.

Температурные изменения, зарегистрированные на гидрометеорологических станциях (ГМС), в районах прибрежной и островной зоны Карского моря за 1978–2017 гг. выявило тренды устойчивого увеличения среднегодовой Та температуры со скоростью 0,62 °C/10 лет у юго-западного побережья и 1,41°C/10 лет – на севере моря [60]. Величина коэффициента линейного тренда (КЛТ), изменялась от 0,47–0,77 °C/10 лет на южном побережье (Новый порт, Марресале, Усть-Кара) до 1,33–1,49 °C/10 лет на севере моря (м. Голомянный, о. Визе). На всех ГМС и в выделенных районах тренды Ta положительны во все сезоны. Величина КЛТ изменялась от минимальных значений 1,05 °C/10 лет (Центральный район) до максимальных 1,64 °C/10 лет (район северо-запада). Величина температурного тренда менялась от минимальных значений в центральной части акватории (1,05 °C/10 лет) до максимальных в ее северо-западной части (1,64 °C/10 лет). В среднем для всей акватории моря КЛТ составил 1,22 °C/10 лет. За 40 лет Та возросла на 4,9 °C. По оценке авторов [60] величина тренда примерно в 3 раза превосходит соответствующее значение для всего Северного полушария за тот же период. В целом КЛТ температуры над акваторией моря в теплый и холодный сезоны отличались в 2,3 раза и составляли величины 0,70 °C/10 лет и 1,63 °C/10 лет соответственно. Приведенное в статье географическое распределение локальных аномалий температуры показывает, что подавляющее количество максимальных положительных аномалий на Земном шаре расположилось над северными территориями РФ, в промежутке между λ = 60° и λ = 180° в. д.

На территории РФ ход аномалии температуры приземного воздуха, представленный как отклонение от средней величины за 1961–1990 гг., показывает, что за 30 лет произошло потепление на 1,4 °С [49]. За этот же период времени аномальное повышение температуры в Северном полушарии составляет плюс 0,8 °С, в Южном полушарии – плюс 0,4 °С.

Климатические изменения, происходившие в ХХ в., затронули водный массив СЛО. В разных районах Карского моря вода стала теплей от 1,9 до 6,0 °C. Среднегодовая температуры всего моря возрастала и за 40 лет достигло +4,9 °C. Температура воды в восточном секторе Арктики за 40 лет (c 1978 по 2017 гг.) заметно увеличилась, например, в Восточно-Сибирском море – на +3,7 °C, в Чукотском – на +2,9 °C, в море Лаптевых – на +2,8 °C [60]. Среднегодовой рост температуры воды (Tw) в теплый период года в этих арктических морях составил 2,6 °C, 2,3 °C и 1,3 °C соответственно. По данным экспедиции научно-исследовательского судна «Профессор Молчанов» на разрезе «Кольский меридиан» температура воды во втором квартале 2012 г. в слое 5–300 м была выше нормы на 2–2,5 °C. В поверхностном слое воды (5–15 м) на оконечности полуострова Адмиралтейства (λ = 56,08° в. д., φ = 75,07° с. ш.) острова Новая Земля положительная аномалия температуры воды достигала +4 °C. Океанографический разрез «Кольский меридиан» состоит из 16 станций расположенных в Баренцевом море к северу от Кольского залива вдоль λ = 33,5° в. д. (от φ = 69,5° до φ = 77° с. ш.) [61].

Потепление 1990-х годов продолжилось в Амеразийском суббассейне и в начале ХХI века. В Евразийском суббассейне, начиная с 2003–2004 гг., температура атлантических вод повысилась до ранее не наблюдавшихся здесь величин [62]. Изменения в распределении теплового состояния атлантических вод и ледяного покрова в Северном Ледовитом океане (СЛО) усилились летом 2007 г. В районе Канадского архипелага очистился ото льда проход и морской путь у побережья России. Воды атлантического происхождения показали в Евразийском бассейне значительное положительное отклонение температуры относительно средних климатических значений. В ядре атлантических вод, расположенном на глубинах от 210 м до 300 м, наблюдались аномалии, достигающие +0,6 °С. На глубинах, превышающих 80–100 м, прослеживались положительные аномалии температуры в слоях до глубин 600–700 м.

Температура поверхностных слоев вод Арктического бассейна в 2012 г. была значительно выше климатической нормы. В большинстве районов положительные аномалии температуры в поверхностных слоях воды начали формироваться во втором квартале. Площадь летних льдов уменьшилась. Был установлен исторический минимум ледового покрытия в СЛО. Высокие температурные аномалии (до 4 °C и выше) наблюдались в морях Бофорта, Чукотском, Лаптевых и Карском. Должна быть какая-то физическая причина аномального увеличения температуры вод в Арктическом бассейне. Основными причинами изменений климата Арктики и состояния ее морского ледяного покрова называются естественные факторы, которые могут во много раз превышать антропогенное воздействие на климат.