Роб Данбар: Как узнать о климатах прошлого, изучая океан и ледники

Для того чтобы реально оценить опасность, угрожающую океану, нам придется одновременно с физикой обратиться к его биологии. Нам не удастся решить проблему, пока мы не начнем применять к изучению океана как можно более широкий, междисциплинарный подход. И я хочу показать это в ходе обсуждения некоторых проявлений изменения климата, наблюдаемых в океанах. Мы рассмотрим повышение уровня океана, поговорим о нагревании океана. И последнее явление в этом списке проблем - это повышение кислотности океана. Если бы вы спросили меня: "О чем вы больше всего беспокоитесь? Что вас пугает?", я бы ответил, что это закисление океана. И эта проблема всплыла относительно недавно. Так что я уделю ей немного времени в самом конце.

В декабре я был в Копенгагене, как и некоторые из присутствующих здесь. И там, мне думается, мы все прозрели и в то же время испытали огромное разочарование. Я просидел три или четыре часа в этом огромном конференц-зале и ни разу не услышал слова "океан". Им даже не пахло за версту. Когда пришел черед выступлений глав государств, вопрос все же был поднят. И он был поднят лидерами маленьких островных государств, с низменными территориями. И, странным образом нарушив алфавитный порядок, представителей большинства островных государств, таких как Кирибати и Науру, усадили в последних рядах огромного зала. Как видите, на этой конференции им выделили места на задворках.

Одной из наших задач является правильное определение целей. Мы не знаем точно, какими должны быть наши цели. А как можно браться за решение каких-то задач, не имея четкой цели? Идем далее. Вам должно быть известно о двух градусах, то есть нельзя допустить повышения температуры более, чем на два градуса. Но эта цифра не имеет серьезного научного обоснования. Мы также обсуждаем, какой должна быть концентрация углекислого газа в атмосфере. 450 частиц на миллион? 400? И эта величина недостаточно обоснована. Научные данные, стоящие за этими цифрами, а по сути - целевыми показателями, получены в ходе исследований на суше. А я бы сказал, что с позиций людей связанных с океаном и также размышляющих об этих показателях, можно утверждать, что пороговые значения должны быть гораздо ниже. И если думать о будущем океана, концентрация 450 слишком велика. Последние данные однозначно указывают на то, что она должна быть на уровне 350. А на сегодняшний день концентрация СО2 в атмосфере 390 частиц на миллион. Но мы и не думаем сбрасывать обороты, чтобы остановиться на отметке 450, так что нужно быть готовым к тому, что мы ее перепрыгнем. И продолжая обсуждение, нужно сосредоточиться на том, на сколько мы ее превысим и как нам потом снизить концентрацию до 350.

Но почему же все так сложно? почему нам немножко не хватает знания некоторых вещей? А дело в том, что действующие в климатической системе силы находятся в очень сложной взаимосвязи. Существует целый ряд естественных причин изменения климата. Существует взаимодействие атмосферы и океана. Здесь на Галапагосских островах мы зависим от Эль-Ниньо и Ла-Нинья (фазы Южной осциляции). Однако во время мощного Эль-Ниньо нагревается вся планета. Вулканы выбрасывают в атмосферу аэрозоль. Это изменяет климат. Большая часть тепла, участвующего в теплообмене, переносится океаном. Поэтому все, что влияет на перемешивание поверхностных и глубинных вод, изменяет климат планеты. Еще нам известно, что солнечное излучение не постоянно во времени. Это все естественные факторы изменения климата. Кроме того, есть еще и антропогенные факторы изменения климата. Мы изменяем свойства поверхности суши, ее отражательную способность. Мы выбрасываем в атмосферу аэрозоли и малые газовые примеси, не только углекислый газ, а еще и метан, озон, оксиды серы и азота.

Итак, попробуем разобраться. Вопрос на первый взгляд простой: вызывает ли углекислый газ антропогенного происхождения повышение температуры на планете? Но чтобы ответить на этот вопрос, чтобы установить действительную роль диоксида углерода, необходимо изучить в какой-то мере влияние всех остальных факторов изменения климата. На самом деле мы уже знаем много об этих механизмах. Вы знаете, тысячи ученых занимаются исследованием разнообразных последствий деятельности человека и естественных изменений. И мы добились результата и можем заявить: "Да, углекислый газ вызывает современное потепление". Хочу вам сказать, есть различные методы исследования естественной изменчивости. Сейчас я представлю вам несколько примеров.

На этом корабле я провел в Антарктике три последних месяца. Это научное судно с буровой установкой. Мы отправляемся на нем в плаванье на месяца и бурим морское дно, чтобы обнаружить отложения, которые рассказывают нам об изменении климата. Один из способов моделирования нашего парникового будущего - покопаться в нашем прошлом, до самого раннего периода, когда содержание СО2 было в два раза больше, чем сейчас. И вот какие результаты мы получили. Вот это - за южным полярным кругом. Совсем, как в тропиках. Однажды, в солнечную штилевую погоду я даже смог сойти с корабля. Но чаще всего было так. Волны поднимались до высоты 15 метров, а средняя скорость ветра большую часть плавания была около 40 узлов, достигая иногда 70 - 80 узлов.

Мы только что вернулись, и я сейчас не смогу продемонстрировать вам достаточно материала, но давайте обратимся к прошлому году, к другой экспедиции с бурением, в которой я участвовал. Ее возглавляли Росс Пауэлл и Тим Найш. Проект называется "Антарктическое геологическое бурение". Мы пробурили первую в мире скважину в самом толстом плавающем леднике на планете. Это была адская работа: большую буровую установку закрывали одеялами, чтобы никто не замерз, бурили при температуре минус сорок градусов. Мы работали на море Росса. Здесь справа ледяной щит моря Росса. Этот огромный плавающий ледник размером с Аляску смещается из Западной Антарктики. Получается, что этот щит стал продолжением континента на той площади, где лед лежит на морском дне на глубине двух километров. Часть ледника находится в плавучем состоянии под влиянием океана, океанического тепла.

Эта область Антарктики беспокоит нас больше всего. Представьте себе этот плавучий лед: если уровень океана чуть-чуть повысится, ледник приподнимется над дном, отколется и начнет дрейфовать на север. Когда этот лед растает, уровень моря поднимется на шесть метров. Поэтому мы бурили вглубь, чтобы узнать, как часто это случалось и с какой именно скоростью таял ледник. Посмотрим на эту картинку слева. Мы пробурили сотню метров плавучего льда, затем прошли 900 метров воды и углубились на 1300 метров в морское дно. Это самая глубокая геологическая скважина за всю историю.

Чтобы реализовать проект, понадобилось десять лет. И вот что мы обнаружили. Нужно сказать, что в проекте участвуют 40 ученых, они делают по-настоящему сложные и дорогостоящие анализы. Но получается так, что самую интересную информацию дает нам простое внешнее изучение. Вот это мы увидели, когда подняли на поверхность образцы грунта. Мы увидели, как чередуются одни слои, которые выглядят вот так: в них присутствуют гравий, галька и комки песка. Эти материалы мы нашли в толще дна, и они могли попасть сюда только с ледником. Отсюда мы знаем, что сверху находился ледяной щит. И эти слои сменяются другими, вот такими отложениями. Это совершенный по красоте образец. Отложения на сто процентов состоят из оболочек микроскопических растений. И этим растениям нужен солнечный свет, так что, встречая такой слой, мы узнаем, что наверху в это время льда не было. Мы обнаружили около 35 чередований открытой и закрытой ледником воды, галечных и растительных отложений.

И это означает, это говорит нам о том, что ледник в море Росса таял и вновь образовывался где-то 35 раз. За последние 4 миллиона лет. Такого мы никак не ожидали. Никто не мог вообразить, что ледник в Западной Антарктике обладает такой динамикой. В действительности, многие годы не подвергалось сомнению, что ледник образовался много десятков миллионов лет назад и находился все это время на одном месте. Теперь же мы узнаем, что в недавнем прошлом лед таял и вновь нарастал, и уровень моря при этом поднимался и опускался опять на шесть метров.

Чем это было вызвано? Мы достаточно уверенно полагаем - очень малыми изменениями количества солнечной радиации, достигающей Антарктики, вызванными естественными вариациями орбиты Земли. Но есть одно важное обстоятельство. Мы обнаружили, что ледник оказался за опасной чертой, - планета достаточно нагрелась, на величину от одного до полутора градусов Цельсия, достаточно для того, чтобы ледник стал очень подвижным и начал легко разрушаться. И знаете что? За предыдущее столетие мы действительно изменили температуру Земли на достаточную величину. Поэтому сегодня многие из нас убеждены, что Западно-Антарктический ледовый щит начинает таять. Нам следует ожидать, что уровень океана повысится к концу столетия на величину от одного до двух метров. Хотя этот подъем может быть и выше. Это грозит серьезными последствями для таких государств, как Кирибати, где, нужно сказать, средняя высота суши над уровнем моря чуть больше одного метра.

Теперь возьмем Галапагосы: здесь происходят другие вещи. Это обесцвеченные кораллы, кораллы, которые погибли во время Эль-Ниньо 1982-83 годов. Вот кораллы с острова Чемпиона, колония под названием Pavona clavus высотой около метра, обросшая водорослями. Вот как это происходит. После гибели кораллов их поверхность тотчас же покрывается живыми организмами. Таким образом, когда колония кораллов погибает в период Эль-Ниньо, остается неизгладимый след. Можно заняться изучением кораллов и подсчитать, как часто эти события случались. Среди идей, появившихся в 80-е годы, была и мысль исследовать образцы старых кораллов на Галапагосах, чтобы выяснить, с какой частотой повторялось катастрофическое Эль-Ниньо. Как вам известно, Эль-Ниньо 1982-83 годов погубило 95 процентов всех кораллов на Галапагосах. Похожие события повторились в 1997-98 годах. Изучив образцы кораллов возрастом до 400 лет, мы получили удивительные результаты. Мы не обнаружили больше ни одного случая массовой гибели кораллов. Так что такие события в недавнем прошлом, действительно, уникальны. Это значит, мы пережили Эль-Ниньо исключительного масштаба или же это были очень мощные явления, развивавшиеся на фоне глобального потепления. В любом случае, это не сулит ничего хорошего кораллам Галапагосских островов.

Теперь расскажу о том, как мы добываем образцы. Вот остров Пасхи. Взгляните на этого великана. Коралл имеет высоту восемь метров. Он рос около шестисот лет. Мое внимание к этому кораллу привлекла Сильвия Эрл. Она погружалась под воду вместе с Джоном Лоретом, кажется в 1994 году, взяла маленький образец и отправила его мне. Мы начали изучать его и обнаружили, что можем определять температуру древнего океана, анализируя такие образцы. У нас есть алмазный бур. Мы не убиваем колонию, а только добываем маленький керн через вершину столба. Получается образец, представляющий собой известковый цилиндр. Этот материал мы и забираем в лабораторию для анализа. Справа вы можете видеть несколько таких кернов.

Мы уже исследовали всю восточную часть Тихого океана и приступаем теперь к изучению западных районов. Теперь давайте вернемся на Галапагосские острова. Там мы работали в удивительном месте - на геологическом поднятии в заливе Урбина. Во время землетрясения 1954 года участок океанического ложа в этом районе прямо на глазах поднялся из океана на шесть или семь метров. И теперь здесь можно свободно разгуливать посреди кораллового рифа. Земля под ногами здесь выглядит так. А это один из кораллов-старожилов. Его диаметр 11 метров, и мы знаем, что он начал расти в 1584 году. Попробуйте это представить! Коралл рос себе и рос на мелководье, пока в 1954 году не произошло землетрясение.

Теперь расскажу, как мы определили его возраст. Кораллы, оказывается, имеют годовые кольца. Если разрезать колонну вдоль пополам и просветить рентгеном, можно увидеть светлые и темные полосы. Каждая пооса соответствует году. Мы знаем, что эти кораллы растут со скоростью около полутора сантиметров в год, и можем просто сосчитать кольца от верхушки до основания. Еще одна отличительная черта кораллов - их интересный химический состав. Можно сделать анализ карбонатов, из которых сформированы кораллы, а также выполнить еще много исследований. Но в нашей работе мы измеряли содержание различных изотопов кислорода. Их соотношение говорит нам о температуре воды. Вот пример, демонстрирующий эффективность метода. Мы разместили на этом рифе на Галапагосах температурные датчики, дающие нам информацию о температуре воды, в которой растет коралл. Вырастив коралл, мы определили содержание изотопов кислорода. Как видите, две кривые идеально совпадают.

Получается, что кораллы этих островов с точностью прибора фиксируют изменения воды в океане. Кроме того, нужно помнить, что измерения температуры охватывают лет 50. Кораллы же позволят нам заглянуть в прошлое на сотни и тысячи лет. И вот что мы делаем. Мы собрали воедино множество различных температурных записей. Этим занимается не только наша группа, а около 30 коллективов по всему миру. Мы получили записи изменений температуры с инструментальной или близкой точностью за несколько сотен лет и наложили их друг на друга. Вот итоговая диаграмма. На ней целое семейство кривых.

Но вот что обнаруживается, когда мы анализируем изменения температуры на планете за последние тысячу лет. Здесь представлены пять или шесть компиляций, каждая из них содержит в себе сотни подобных записей температуры. Аналогичные исследования мы проводим с ледяными кернами, изучаем годовые кольца деревьев. И таким образом мы получаем подлинную картину естественной изменчивости, на фоне которой сильно выделяется прошлое столетие. Я показал вам именно эту диаграмму, потому что она выглядит сложной и беспорядочной. Так оно и есть на самом деле. На графике проявляются некоторые сигналы. Некоторые ряды содержат более низкие температуры, чем другие. В некоторых наблюдаются большие колебания. Но все вместе они дают нам представление о естественной изменчивости. Некоторые ряды относятся к северному полушарию, некоторые - ко всей планете.

И вот что мы можем сказать: в естественных условиях в течение прошедшего тысячелетия наша планета охлаждалась. Она охлаждалась примерно до 1900 года. Это естественные изменения под влиянием солнечной энергии, Эль-Ниньо, вековые, одиннадцатилетние колебания. Их амплитуда известна: от двух десятых до четырех десятых градуса. Наконец, в самом конце периода черным цветом показаны инструментальные измерения. Данные о температуре приведены по 2009 год. Оказывается, за сто лет мы повысили температуру планеты приблизительно на один градус. Естественный ход температуры за предыдущие девять веков разительно отличается от картины изменений в 20 веке. Нужно отметить, что сила наших аргументов как раз в уникальности этих изменений.

Я хочу закончить разговор небольшим рассказом о повышении кислотности океана. Я предпочитаю говорить о нем, как об одном из проявлений изменения климата, потому что даже самые упрямые противники теории глобального потепления, а мне довольно часто приходится с ними разговаривать, не могут отрицать простого физического факта поглощения углекислого газа океаном. Не секрет, что мы выбрасываем в атмосферу огромные объемы СО2 при сжигании горючих ископаемых и в индустриальной деятельности. Около трети этих объемов сразу же растворяется в морской воде. За счет этого кислотность океана повышается. С этим не поспоришь. Вот что происходит у нас на глазах, и это совсем другой вопрос, нежели глобальное потепление. У этого процесса очень много последствий.

Под угрозой оказываются известковые организмы. Множество организмов строят свои раковины из карбоната кальция, как растения, так и животные. Карбонат кальция - основное вещество, из которого построены коралловые рифы. И оно лучше растворяется в кислой среде. Поэтому одно из последствий повышения кислотности в том, организмы вынуждены расходовать больше энергии для строительства и восстановления своих раковин. В какой-то момент, если это поступление СО2 в океан продолжится, твердые вещества начнут растворяться в воде. И на коралловых рифах, лишившихся своего известкового каркаса, резко сократится видовой состав морских обитателей. Но страдают не только организмы, производящие карбонаты. Многие физиологические процессы находятся в зависимости от кислотности океана. Огромное количество реакций с участием энзимов и белков чувствительны к кислотности воды. Итак, возрастание метаболических энергозатрат, снижение репродуктивных способностей, изменения в процессах газообмена и обмена веществ - вот основные последствия. Нужно сказать, у нас есть веские основания ожидать, что эти процессы резко ускорятся за счет переизбытка углекислоты.

Мы разработали несколько интересных методов определения содержания СО2 в атмосфере за несколько миллионов лет. Мы исследовали такие же ледяные керны, но в данном случае охватывали период в 20 миллионов лет. Мы брали пробы осадочных отложений и по ним определяли концентрацию СО2 в океане, что позволяет узнать уровень СО2 в атмосфере. И вот что получается: чтобы найти период с таким же содержанием СО2 в атмосфере, нужно углубиться в прошлое примерно на 15 миллионов лет. И только 30 миллионов лет назад концентрация СО2 в два раза превышала современный уровень. А это означает, что все живые организмы, населяющие океан, эволюционировали в неизменных химических условиях, когда содержание СО2 было ниже, чем в наше время. Вот почему они не способны перестроиться или адаптироваться к быстрому повышению кислотности среды, происходящему у нас на глазах.

И в прошлом году Чарли Верон озвучил эту угрозу: "Повышение кислотности океана станет, вероятно, самым серьезным из предсказанных последствий антропогенных выбросов углекислого газа". Я считаю, что скорее всего так и будет, и на этом заканчиваю свой рассказ. Я согласен, что нам необходимы безопасные территории, но ради сохранения океанов мы должны прекратить или ограничить выбросы СО2 так быстро, как только это возможно.

Большое спасибо!

Аплодисменты.