Введение

Происходящие быстрые климатические изменения усиленно исследуются и обсуждаются геофизиками уже несколько десятков лет. Однако некоторые стороны климатических явлений так и не нашли своего объяснения, например: почему максимальный прирост температуры воздуха происходит лишь в высоких широтах Северного полушария? [Кляшторин, Любушин, 2005; Гидрометцентр России; Изменение климата, 2010]. На наш взгляд это стало следствием не достаточного учета последствий сейсмической деятельности чему и посвящена настоящая работа.

Сейсмогенная альтернатива объяснению потепления в высоких широтах

Общеизвестно влияние взвеси на температуру поверхности воды. Чем выше мутность, тем меньше толщина поверхностного слоя воды, куда проникает до 90% солнечной радиации, а значит, такой утонченный слой лучше прогревается. При прочих равных условиях, скорость оседания взвеси тем ниже, чем мельче взвесь и ниже температура воды. Взвесь мельче 1 мкм (легче 1 мг) из фотической толщи вод холоднее 5ºС осаждается несколько недель, а из теплых – несколько суток [Орлова и Сирицов, 1990; Океанологические таблицы, 1975]. Следовательно, при сейсмогенном взмучивании длительно прогреваться могут лишь холодные воды. Из анализа наблюдений в Беринговом и Охотском морях, а также в Южном океане удалось установить, что сейсмогенные положительные аномалии температуры воды достигают 3°С, их площадь сопоставима с размерами очагов землетрясений, превышая 20 тыс. км² для землетрясений с величинами магнитуд свыше 6 [Люшвин, 2013].

Между потеплением климата в высоких широтах северного и южного полушарий имеются существенные различия. В Арктике оно доходит до 4ºС, в Антарктике лишь фрагментарно приближается к 1º.В сглаженном ходе климатических показателей в арктическом регионе за 30-40 лет (рис. 1) происходили изменения, необъяснимые с позиций традиционной гидрометеорологии. На фоне потепления воздуха всего на 1÷1,5ºС площадь морского льда уменьшилась вдвое, дрейфующий многолетний лед, что еще 25-30 лет назад фрагментарно не уходил с юга Восточной Арктики даже летом, сейчас оставил её [Сафьянов и др., 2012]. В годы роста температуры воздуха на рубеже 70-80-х годов толщина многолетнего льда увеличилась на треть, а спустя 10-15 лет уменьшилась вдвое (рис. 2). Аналогичные тенденции были и в середине первого десятилетия XXI века, когда при квази стабильной температуре воздуха толщина льда сначала увеличилась на фоне стагнации числа землетрясений, а затем при активизации землетрясений вновь уменьшилась. Объясняется это прохождением максимума векового цикла землетрясений на окраине Евразийской плиты, сейсмодегазацией метана. А именно, поскольку лед препятствует выходу метана в воздух, метан скапливается у льда. За этим неизбежно следует размножение метанотрофных микроорганизмов, структурно и функционально специализированных на его использовании в качестве источника углерода и энергии [Леин, Иванов, 2009]. Энергия, выделяющаяся при бактериальном окислении, превращает монолитный лед в пористый. Рыхлый лёд легче поддается торошению. На его поверхности оказываются темные продукты метанотрофии и детрит снижающие альбедо, способствующие быстрейшему инсоляционному таянию, появлению сейсмогенных разводий. Плавучие льды, попадая в такие грязные теплые разводья, также ускоренно тают.

Рис. 1. Сглаженные ряды числа землетрясений в широтной полосе от 79ºN до 85ºN, среднегодовой температуры воздуха арктической атмосферы, минимальной площади всего морского льда и многолетнего льда

Рис. 2. Многолетние изменения толщины многолетнего весеннего (1) и осеннего (2) льда

Сейсмогенные разводья у очагов землетрясений повсеместны. Фиксируются они и у очагов землетрясений в Южном океане, где наблюдаются месяцами до начала общего таяния (рис. 3) [Earthquake data center; Sea ice video], однако, к многолетнему потеплению они не приводят, так как дрейфующий лед здесь в основном однолетний.

Рис. 3. Сейсмогенные разводья в антарктическом льде – в красных эллипсах (а-д). Вверху указаны сроки и координаты эпицентров землетрясений

Для выявления особенностей климатических изменений проанализировали величины межгодовых месячных линейных трендов температуры воздуха в Арктике (рис. 4). Оказалось, что за последние 30 лет величина потепления на отдельных станциях превысила 2-3ºС. Максимум повсеместно наблюдался с октября по апрель (минимум инсоляции, масштабное охлаждении фотического слоя). При объединении арктических и полярных условий (60º-82º,5N) максимум потепления сдвигается на февраль-апрель, когда прогреву поверхностных вод способствует не только мелкая сейсмогенная арктическая взвесь, но и взвесь в холодных в эти месяцы водах полярных и умеренных широт. В тихоокеанском секторе (м. Барроу) уход многолетнего льда обусловил почти круглогодичный рост температуры и относительной влажности воздуха. Влияние парникового эффекта проявилось в том, что внутригодовой максимум прироста относительной влажности пришелся на июль при нулевом потеплении, а минимум увлажнения на ноябрь – максимум внутригодового потепления [World Data Centre for Greenhouse Gases; Гидрометцентр России; Специализированные массивы для климатических исследований; Arctic Meteorology Climate Atlas].

Рис. 4. Величины коэффициентов линейных трендов среднемесячной температуры воздуха (Татм) на мысе Барроу, поселке Тикси, Земле Франца Иосифа, архипелаге Шпицберген и в целом для арктической атмосферы

И в Южном океане сейсмогенные разводья обуславливают внутригодовой прирост температуры воздуха в период минимума инсоляции – с мая по ноябрь (рис. 5). На г/м станциях Антарктического полуострова (62ºS, 59ºW) и западнее (69ºS, 40ºE) максимум потепления наблюдается в августе – сентябре. Причина, по-видимому, сейсмогенна - максимум числа региональных землетрясений в период с 1971 г. по 2013 г. приурочен к августу [Государственный научный центр ААНИИ; World Data Centre for Greenhouse Gase; Earthquake data center].

Рис. 5. Величины коэффициентов линейных трендов среднемесячной температуры воздуха (Татм) на антарктических станциях Беллинсгаузен, Новолазаревская и Мирный, а также числа учтенных землетрясений с магнитудами свыше 4,5, южнее 49S, в широтной полосе от -110W до 0

Сейсмогенные воздействия на климат вне высокоширотных приморских условий

Причина локальных изменений климата вне высокоширотных приморских условий часто связана с парниковым эффектом водяного пара, что в свою очередь может быть обусловлено вариациями атмосферной циркуляции с соответствующими смещениями сезонов, когда важную роль играют фотохимические реакции [Кляшторин, Любушин, 2005]. Влияние последних проявляется в охлаждении среды при массовом фотосинтезе, когда до 3-5% солнечной радиации аккумулируется в энергию химических соединений («черемушинские холода»). Возврат энергии характерен при превалировании деструкции биоты над фотосинтезом («бабье лето»).

В полярных и умеренных приморских широтах, где температура прибрежных вод опускается ниже 10ºС, на региональные изменения климата также значительное влияние оказывают сейсмогенные явления. Например, на о. Хоккайдо (43º,15N, 145º,5E) потепление воздуха в 1996-2002 гг. на 0,5ºС было приурочено лишь к маю (температура прибрежной воды еще ниже 6°С). Вдали от холодноводных регионов изменения значений температуры, как правило, противофазны относительной влажности. Например, у о. Хонсю (39º,03N, 141º,82E) в 1996-2012 гг. потепление составило ≈1ºС, величины температуры изменялись в противофазе с относительной влажностью (парниковым эффектом) и хаотично относительно концентрации СО₂. С 1998 г. по 2012 г. в центре Сахары (23º,27N, 5º,63E. на высоте 2710 м) и на севере Скандинавии (67º,97N, 24º,12E) наблюдался слабый тренд к похолоданию. Во внутригодовом ходе температур в северной Скандинавии потепление наблюдалось лишь в мае. Возможно, майское потепление обусловлено близостью сейсмогенной холодной Арктики. У балтийского побережья с 1992 по 2012 гг. (54º,43N, 12º,73E) величина тренда потепления составила ≈1ºС. В экваториальных широтах на тихоокеанском острове с 1976 по 2006 гг. (14º,24S, 170º,57W) температурный тренд нулевой. В межгодовом ходе температуры наблюдалась 11-13 летняя цикличность с амплитудой до 2,5ºС, максимумы были в 1979-1981гг., 1993-1994гг. и 2004-2005 гг. Зимой и летом колебания температуры воздуха и амплитуды её суточного хода происходили в противофазе с относительной влажностью. Величина суточной амплитуды температуры увеличивалась на ≈0,95ºС при уменьшении значений среднесуточной относительной влажности на 1%. Величина коэффициента линейной корреляции между этими характеристиками среды R≈-0,8. Такое высокое влияние парникового эффекта обусловлено большой вероятностью образования облачности при влажности воздуха > 95%.

В последние 30-40 лет у атлантического побережья Северной Африки в Южной и Центральной Европе наблюдается почти круглогодичный тренд к потеплению на фоне уменьшения влажности воздуха. На о. Мальта (36º,05N, 14º,18E) с 1999 по 2012 гг. рост температуры достиг 4ºС на фоне спада относительной влажности на ≈6%. Максимум потепления происходит в летние месяцы, причем в противофазе с изменением концентрации СО₂. Внутригодовые изменения величины амплитуды суточных вариаций температуры противофазны относительной влажности. В северных предгорьях Альп (с 1974 по 2012 гг. 47º,92N, 7º,92E, 1205 м; с 1974 по 2004 гг. 48º,82N, 13º,22E, 1016 м.) рост температуры ≈2ºС произошел на фоне спада относительной влажности на 4-6%. Максимум потепления наблюдался с апреля по август. Величины коэффициентов линейной корреляции между межгодовыми среднемесячными изменениями температуры воздуха и их суточными амплитудами с одной стороны и относительной влажности с другой составили ≈–0,6÷0,8, с максимумом летом. При отрицательных температурах связи, как правило, становятся слабее из-за консервации процессов тепло- и газообмена между средами.

Значительная часть прироста концентрации малых парниковых газов за последние 40 лет связана с участившейся сейсмогенной дегазацией, сокращением площади ледяного покрова, выравниванием концентрации газов в воде и воздухе за счет сейсмогенного прогрева фотического слоя. Наличие связи между пространственно-временным распределением очагов землетрясений и концентрацией малых парниковых газов в воде и воздухе следует из сопоставления содержания этих газов в северо-западной части Тихого океана с 1969 г. по 2012 г. [Кухарский, Люшвин, 2013]. Оказалось, что в наиболее сейсмо спокойной юго-восточной части океана величина линейного коэффициента межгодового тренда содержания СО₂ в воздухе составляет ≈ 1,47 против ≈1÷1,4 в воде. По мере приближения к сейсмически активным и береговым регионам значения линейных коэффициентов межгодового тренда СО₂ увеличиваются в воздухе до 1,54, а в воде до 1,89. В сейсмически активном японском и курильском регионах величина коэффициента в воде достигает ≈2,5, а в воздухе ≈1,57.

Работа выполнялась при поддержке РФФИ (грант РФФИ № 12-07-00654-а).

Выводы

Генезис современных климатических колебаний температуры приземного воздуха в арктических широтах в основном обусловлен последствиями прохождения векового экстремума сейсмической активности. На фазе максимума происходит масштабное таяние дрейфующих льдов, что является следствием деятельности метаноокисляющих бактерий при сейсмодегазации метана и взмучивания детрита над очагами землетрясений и разломами земной коры. Сейсмогенный детрит и вулканический пепел, утончая фотический слой, способствуют его прогреву и таянию попадающего в сейсмогенные разводья льда.

За пределами высоких широт колебания температуры воздуха связанны с парниковым эффектом - вариациями влажности воздуха, и фотохимическим внутригодовым перераспределением части солнечной радиации. Периодические изменения климата планеты и ранее всегда были связаны с геологическими явлениями. Это проявлялось, в частности, в чередовании оледенений, ритмичной слоистости отложений, годичных кольцах ископаемой древесины.

Литература

1. Гидрометцентр России [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://meteoinfo.ru/

2. Государственный научный центр "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.aari.ru/

3. Изменение климата ежемесячный информационный бюллетень 2010. октябрь №10 (19) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.meteo.tj/files/doc/bul_izmenenie_klimata_oct.pdf

4. Кляшторин Л.Б., Любушин А.А. Циклические изменения климата и рыбопродуктивности. Москва: ВНИРО, 2005. 235 с.

5. Кухарский А.В., Люшвин П.В. Фитогенные аномалии температуры поверхностных вод [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rusnauka.com/10_DN_2012/Geographia/2_102684.doc.htm

6. Леин А.Ю., Иванов М.В. Биохимический цикл метана в океане. Москва: Наука, 2009. 576 с.

7. Люшвин П.В. Метанотрофное таяние Восточносибирской Арктики [Электронный ресурс] / П.В. Люшвин // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. — 2013. — Т.4. — Вып.1: Система планета Земля — Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast4-1.2013.41

8. Океанологические таблицы. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. 477 с.

9. Орлова И.Г., Сирицов А.И. Особенности распределения хлорированных углеводородов в тропической зоне Северной Атлантики // Труды ГОИНа. 1990. Вып.194. С.80-88.

10. Сафьянов Г.А., Лукьянова С.А., Соловьева Г.Д., Шипилова Л.М. Факторы формирования берегов морей Российской Арктики. Коллективная монография. Современные глобальные изменения природной среды. Т.3. // Москва: Научный Мир, 2012. С.318-347.

11. Специализированные массивы для климатических исследований [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://aisori.meteo.ru/ClimateR

12. Arctic Meteorology Climate Atlas\00start.htm

13. Earthquake data center [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ncedc.org/anss/catalog-search.html

14. Sea ice video 1978 - 2012 jan [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=y3FSvtvKGlA

15. World Data Centre for Greenhouse Gases [Электронный ресурс]. Режим доступа http://ds.data.jma.go.jp/gmd/wdcgg/cgi-bin/wdcgg/map_search.cgi