«Управлять уровнем моря невозможно». Остановится ли обмеление Каспия

Является ли нынешнее падение уровня Каспийского моря беспрецедентным, какие страны больше всего страдают от его обмеления, и что такое «память моря», RTVI рассказал заведующий Лабораторией моделирования поверхностных вод Института водных проблем РАН, доктор технических наук Михаил Болгов.

Мелкий прецедент

На прошедшем в Баку климатическом саммите ваш коллега из Института океанологии РАН Андрей Костяной назвал темпы обмеления Каспийского моря беспрецедентными. Так ли это?

С какими скоростями снижается уровень Каспийского моря, можно посмотреть на графике. Но «прецедент» был и в 30-е годы прошлого века, когда Каспийское море очень резко теряло уровень, и он снижался с такой вероятностью, которая нам представляется весьма малой. Начиная примерно с 2005 года уровень воды также довольно резко падал с похожей интенсивностью, но в последний год, по данным Гидрометслужбы, падение замедлилось. Месяц назад сообщалось, что в этом году уровень упал где-то на 15 см и больше падение особо не ожидается. Так что «беспрецедентно» в том смысле, что таких случаев было всего два за историю, один в 30-е годы, один — сейчас. Дальше мы, по моему личному мнению, в силу разного рода расчетов, не ожидаем таких резких темпов падения, но это тема отдельного разговора.

А до этого с какими темпами падал уровень?

В 1995 году уровень Каспия достиг максимума, потом слегка упал, потом задержался на отметке минус 27 метров, вырос сантиметров на 10 в 2004 году, а потом начал падать и падал с разными темпами, иногда замедляясь.

В 2000 году уровень стоял на некоторой «полочке», и мы были в сомнениях, а какой будет режим дальше. Некоторые ученые предполагали, что он и дальше полезет вверх, другие, и наша лаборатория, которая этим тогда занималась, предполагали, что нет, более вероятны стабилизация и падение уровня.

Когда уровень Каспия долго поднимался вверх, стали возникать большие ущербы экономике прибрежных территорий, и, правительство озадачилось тем, что надо что-то делать. Была предложена Федеральная программа под названием «Каспий», и выделено на нее порядка 10 или 12 миллиардов рублей. Один миллиард, по-моему, успели потратить, после этого уровень Каспия прекратил рост и начал падать.

Каковы основные факторы, определяющие падение уровня?

Море колеблется под действием двух основных факторов — приток рек в него и испарение с водной поверхности. Также некоторую роль играет отток воды в залив Кара-Богаз-Гол в Туркменистане, и осадки на водную поверхность (на зеркало).

Одна из основных научных проблем заключается в том, что мы не можем измерять инструментально испарение с поверхности моря, оно, как правило, оценивается по разным методикам, эта величина расчетная.

Говоря про испарение, мы должны сказать про так называемый амортизационный механизм колебаний уровня моря. Когда уровень моря растет, то увеличивается площадь водной поверхности, и объем испарения становится больше.

Отрицательная обратная связь?

Да, и обратная картина — когда море падает, площадь зеркала сокращается и соответственно уменьшается объем испарения. Итак, мы имеем два главных фактора падения уровня моря: понижение стока рек и повышение испарения.

На Волгу приходится 85% стока всех рек, но сток снизился не только у Волги?

Снизился суммарный сток всех рек (так называемый суммарный приток). При этом сток отдельных рек может увеличиться, а у Волги уменьшиться.

А есть ли долгосрочная корреляция между уровнем Каспийского моря и стоком Волги?

Нет, потому что уровень Каспийского моря это есть суммарный сток рек за многие годы. В силу огромных размеров море накапливает десятилетиями разницу притока и испарения, поэтому уровень его есть функция суммы этих разниц с соответствующими коэффициентами за многие годы и даже десятилетия. Поэтому мы говорим, что «память» Каспийского моря — примерно 50 и более лет.

И когда мы смотрим на график притока всех рек, то видим, что последние 15−20 лет сток находится ниже среднего значения. Точно так же в 30-е годы уровень Каспийского моря падал, поскольку сток Волги и других рек был в этот период ниже нормы. Уровень Каспия очень чувствителен к подобного рода явлениям.

Второй фактор — это увеличившееся испарение. Потепление климата?

Современные методы так называемого метеорологического реанализа говорят, что в последние десятилетия немного увеличилось испарение, но это очень чувствительно для Каспийского моря. Это для нас новый эффект, потому что раньше мы испарение считали стационарным процессом, свойства которого считались не изменяющимися во времени. Но вот последние данные показывают, что испарение растет. Мы связываем это с потеплением, поскольку испарение это функция температуры, но также и скорости ветра.

Связано ли снижение стока рек с глобальным потеплением?

Это один из самых сложных вопросов гидрологии — что на что влияет. На некоторых реках, например в бассейне Дона, мы видим, что сток снизился именно по причине климатических изменений. Что происходит на Волге сказать сложно, поскольку данные наблюдений говорят о том, что это более-менее случайные колебания, и увязать напрямую уменьшение суммарного за год стока Волги с климатическими изменениями, сложно. В качестве сценариев будущего часто используются модели глобальной Земной системы, но они плохо воспроизводят сток рек, поэтому мы просто считаем, что сток рек — это более-менее стационарное случайное событие, которое, как и всякое климатическое событие, варьирует в виде периодов повышенной или пониженной водности, и при этом колеблется около среднего значения.

Фактор стока сильнее фактора испарения?

Это зависит от интенсивности процессов. Вообще говоря, сток рек колеблется сильнее, чем испарение. Испарение определяется теплоэнергетическими ресурсами, а они мало меняются во времени. А вот осадки, которые выпадают в бассейне Волги и дают сток, меняются больше. Поэтому дисперсия (разброс) стока больше, чем дисперсия испарения примерно процентов на 40−30.

Какой сейчас уровень моря?

По последним данным около -28,85 м.

На графике видно, что в конце 1970-х годов было точно такое же падение уровня моря. То есть сейчас мы наблюдаем не какую-то катастрофу, а ровно то, что происходило с морем полвека назад. Как тогда объясняли это падение и почему тогда уровень вдруг пошел вверх, если глобальное потепление в те годы согласно современным представлениям климатическим только начиналось?

Да, минимум был достигнут в 1979 году, -29 метров. В те годы мы никакого глобального потепления в расчет не принимали, а принимали во внимание в основном человеческую деятельность. В 70-е годы, когда это падение развивалось, был задуман проект переброски стока северных рек, и предполагалось из бассейна Волги изъять большое количество воды для нужд орошения. А кроме этого, с конца 30-х до 80-х было построено большое количество водохранилищ, и не только у нас, на Волге, но в Иране, в Азербайджане, в Казахстане, и дополнительное испарение с этих водохранилищ свою лепту внесло, уровень все время падал. Необходимы были и планировались компенсационные мероприятия.

Если бы мы попытались учесть это влияние, сделать так называемую реконструкцию уровня, то тогда бы современный уровень моря был бы на один метр выше, если бы не было хозяйственной деятельности. Если бы не было водохранилищ, мелиорации, людей, которые воду пьют, не было бы городов, которые забирают воду.

Климат?

Климат. Климат Земли все время меняется. Мы наблюдаем то теплые, то холодные зимы, то многоводные, то маловодные года. Климатическая система Земли таким случайным вероятностным образом флуктуирует под действием многочисленных факторов. Противостоять этому мы не можем, можем только на климатических моделях попытаться объяснять, с какой вероятностью может возникнуть тот или иной период. В Библии ведь сказано, что будет семь лет тучных, и семь лет тощих!

Что было причиной падения уровня в 30-е годы?

Это было падение за счет резкой и продолжительной засухи в обширном регионе. Помните, на юге России был голодомор, который возник в результате метеорологической засухи. Соответственно наблюдался минимальный сток реки Волги в течение пяти или семи лет. Это был экстремально низкий сток, который ранее никогда не наблюдался на Волге, и в последующие годы тоже. Эти 5 или 7 лет привели к тому, что уровень воды в море просто беспрецедентно упал. Но это естественная климатическая причина, поскольку в 30-е годы не было ни водохранилищ, ни мелиорации, безвозвратное водопотребление было пренебрежимо мало.

А как уровень менялся на большем масштабе, например тысяч лет?

Есть график профессора Григория Рычагова из МГУ, в котором он восстановил уровень Каспия за предшествующие десять тысяч лет.

По каким-то отложениям?

Да. Ученые реконструируют тектонические движения, делают раскопки, находят соответствующие организмы, которые живут в воде с определенной глубиной и соленостью. Мы, как инженеры, этому доверяем мало, но других источников из палеопрошлого просто нет. Мы видим, что 6000 лет назад максимум уровня доходил до -20 метров, на 8 метров выше, чем сейчас.

А ниже, чем сейчас, бывало?

По графику Рычагова бывало — до минус 30 м — примерно полторы тысячи лет назад. Такие же реконструкции сделаны и на другой геологический период, на 50 тыс. лет, на 20 тыс. лет, но это все реконструкции. По сведениям палеогеографов, например, Амударья, впадала 2000 лет назад в Каспийское море. Якобы сам Александр Македонский видел это.

Критическое обмеление

Говорят, что нынешний уровень Каспийского моря достиг критической отметки. В чем ее критичность?

Он критический для хозяйственных систем. Если мы запроектировали какие-то пирсы, причалы с соответствующими судоходными глубинами на уровень минус 27 метров, то при падении до минус 28 или минус 29 естественно глубины на подходах к этим портам резко падают. Поэтому уровень для человека становится критическим. А для природы нет критических событий. Да, уровень моря упал, да, стала маленькая глубина на взморье Каспия, да, рыбе стало сложно подходить к дельте и нереститься, но это же процесс естественный. Осетр, например, может в течение двух или трех лет осуществлять так называемую резорбцию икры. Нет условий для нереста — он в море пасется, как только условия для нереста возникли, он в этот год пошел вверх и отнерестился. Так, очень примерно, устроена экосистема.

Тогда каковы самые главные последствия снижения уровня моря?

Оно сильно влияет на судоходство, естественно, опять же по причине того, что человек сам «влез» в море. Человек сделал морской канал через всю мелководную часть Северного Каспия и сильно переживает по поводу того, что уровень моря падает, и ему надо увеличивать объем дноуглубления.

Что касается биологии, то биология Каспия сильно изменена нашими водохранилищами Волжско-Камского каскада. Ведь когда мы построили эти водохранилища, мы уничтожили большую часть нерестилищ осетровых. Поэтому осетровые на Каспии, русские осетровые, они практически все искусственные, то есть воспроизводятся в искусственных условиях на рыбозаводах путем искусственного оплодотворения икры.

Для Ирана снижение уровня моря не столь страшно, поскольку у них берег приглубый. Когда повышался уровень моря, для них это была проблема —море размывало дома на побережье. Я наблюдал строительство дамбы для защиты гостиничных комплексов. В Казахстане же берег пологий, и падение уровня особенно неприятно сказывается. И если большое падение моря в Иране приводит условно к его отходу на 10 метров, в Казахстане береговая линия отходит на километры.

Казахстанцы жалуются на возникающие проблемы с нефтедобычей, поскольку у них нефть на Северном Каспии добывается с искусственных островов. Подход к этим островам, конечно, в условиях падения уровня моря сильно затруднен, и это может перерасти в некую критическую ситуацию.

Залив Кара-Богаз-Гол, в котором Туркменистан добывает глауберову соль, питается водой Каспия. Вода Каспия туда выливается, образующийся рассол выпаривается и образуются эти самые соли. При уровне порядка -30,5 м отток воды в залив прекратится полностью. И тогда встанет проблема, что Туркменистану делать со своим заливом — то ли им дополнительно воду туда закачивать, то ли просто забыть об этом, как источнике доходов. У них будет проблема, если уровень моря будет падать дальше.

Неуправляемое море

Сценарий спасения Каспия, рассчитанный до 2050 года, предполагает затраты в 450 миллионов рублей. На что планируется их потратить, и как спасать, если мы не знаем, как?

Немного уровнем можно управлять, регулируя отток воды в Кара-Богаз-Гол. В 70-е годы, академик Федоров, генерал-лейтенант, руководитель Гидрометслужбы СССР, предложил эту идею. В 1982 году, когда море падало, пролив между морем и заливом был перекрыт полностью. Какой-то эффект на море это оказало, в пределах нескольких десятков сантиметров, но не более того. Потом море полезло вверх, эту перемычку взорвали, но Кара-Богаз-Гол до этого успел высохнуть полностью, причем непредсказуемым образом. Думали, что он будет долго высыхать, а он высох быстро. Это привело почти к такой же катастрофе, что наблюдается с Аральским морем сегодня. Больше Туркменистан на такое вряд ли пойдет, поскольку это означает очередное уничтожение залива.

То есть влиять на процесс мы не можем, тогда стоит ли сотрясать воздух?

Управлять процессом колебания уровня Каспия практически невозможно, он непредсказуем, надо просто сосредоточиться на мерах адаптации к такому режиму этого уникального водного объекта. Мы знаем, как устроен этот процесс, но говорим, что прогноз уровня Каспийского моря может быть дан только с очень большим доверительным интервалом. Дисперсия этого процесса велика.

Наверное, ученые довольны, что возникают такие глобальные проблемы, как глобальное потепление. Трудно представить, сколько на его изучение выделяется денег, грантов, ооновский комитет IPCC, климатологи летают на конференции, сами повышая выбросы парниковых газов. Спасение Каспия — еще один проект, на который должны молиться ученые? В Казахстане, кажется создают целый институт, который будет этим заниматься..

Да, по крайней мере, нам тоже обещают дополнительное финансирование. Пока мы не получили ничего, но вопрос стоит, как весьма актуальный. При этом очень хотелось бы наладить научную кооперацию ученых всех прикаспийских стран, в виде мощного проекта, но где взять такие средства и как заинтересовать всех, чтобы это сделать, — это вопрос к управляющим структурам.

Проект, который ни остановит, ни ускорит процесс?

Не ускорит, не остановит, но есть целый ряд параметров, которые надо время от времени уточнять, чтобы понимать, как процесс будет развиваться дальше. До каких отметок уровень будет падать, зависит не только от естественного климата, но и от того, сколько мы воды забираем из бассейна Каспийского моря. Иран, например, забирает чуть ли не половину своего стока на водоснабжение Тегерана и нужды сельского хозяйства, и не отчитывается. Это надо анализировать и учитывать при корректировке прогнозов.

Но и мы же забираем?

Как строятся и что говорят прогнозы?

Они основаны на предположениях о том, как меняется сток и испарение с водной поверхности. Для этих двух процессов предлагаются соответствующие вероятностные или стохастические модели. А дальше — уравнение Ланжевена, стохастическое дифференциальное уравнение водного баланса, которое решается на основе тех моделей, которые мы применяем для описания колебаний испарения и истока. Но при этом еще важно знать форму дна моря, которая определяет площадь водной поверхности, то есть ту площадь с которой испаряется вода.

Будущее туманно

То есть при всех спутниках ДЗЗ, понимании того, как будет теплеть климат, развитии суперкомпьютеров, которых не было полвека назад, с точки зрения колебания уровня Каспий остается для нас черным ящиком, как и в 70-е годы?

Вы совершенно четко сформулировали эту проблему. Да, мы можем только сказать, что вот такие периоды были, есть, и их вероятность примерно такая-то, но что будет с 2025 по 2050 год , не знает никто. Потому что уровень Каспийского моря зависит и от предыстории и от будущего. Если предысторию мы немного знаем и можем сказать, почему уровень «долез» до таких величин, то в будущем уровень моря будет зависеть от суммы притоков и испарений за несколько лет вперед. Если мы хотим прогноз уровня на 10 лет, значит мы должны знать сток рек и испарение в течение следующих 10 лет. Но мы знаем, что прогноз погоды дается на три -шесть дней, это предел. Дальше только климатические оценки, которые говорят о том, как будут варьировать значения стока, испарения и осадков, но их календарный прогноз невозможен!

Теория вероятности с чудесами не имеет дело. Теория вероятности говорит, что если у тебя есть такой-то объект, то анализ данных и факторов позволяет утверждать, что он будет колебаться в таких-то пределах с такой-то вероятностью, с такой-то дисперсией. Пока у нас есть предварительный вероятностный прогноз, соответствующий сценарию развития экономики. Надеюсь, что в течение года или полутора мы его уточним, но пока можем сказать, что уровень Каспийского моря будет колебаться в ближайшие 50 лет в интервале примерно от -27,5 до минус 31 метра.

 

Источник: https://rtvi.com/