Стенограмма лекции гляциолога, заместителя директора Института географии РАН, член-корреспондент РАН Ольги Соломиной, прочитанной 29 ноября 2014 года в рамках Фестиваля публичных лекций #ЗНАТЬ – совместного проекта информационно-аналитического канала «Полит.ру» и Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства г. Москвы.
Борис Долгин: Наш нынешний лектор – Ольга Николаевна Соломина, гляциолог, замдиректора Института географии РАН, членкор РАН. Мы говорим о том, как мы можем узнавать о климате прошлого.
Ольга Соломина: Спасибо. Большое спасибо за то, что вы в этот погожий день предпочли посидеть здесь в зале и послушать лекцию о том, как узнать о климате прошлого. Собственно говоря, это вопрос не праздный. Дело в том, что когда мы – палеоклиматологи, палеогляциологи – говорим о том, что, например, современная концентрация парниковых газов такова, какой не было за последние восемьсот тысяч лет, первый вопрос, который задается после этого: откуда вы это знаете? И это действительно вопрос непраздный, потому что вопрос «откуда» влечет за собой понимание того, какие неопределенности в этих оценках существуют, какие потенциальные источники ошибок у этих оценок, и так далее, и так далее. Поэтому сегодняшняя лекция будет посвящена, в основном, именно вопросу: как мы узнаем о климате прошлого. Ну, еще несколько вводных слов: во-первых, действительно, зачем это надо? Это второй вопрос, который задают палеоклиматологам. Говорят: «Ну какая разница, что было раньше? Нам важно, что будет завтра». И вот на экране вы видите кривую изменений глобальной температуры воздуха, может быть, вы даже ее уже видели. И я думаю, что практически все, кто в этом зале присутствуют, наверное, ее видели, потому что это кривая показывает, что в последние десятилетия на земле происходит потепление. И прогноз, который дают большинство специалистов на будущее линейное, что это потепление будет продолжаться. Но очень важный вопрос – это тот вопрос, который задают себе палеоклиматологи: а что было за пределами этой кривой, за пределами наших инструментальных наблюдений? И вы понимаете, что оттого, как мы продолжим эту кривую назад в прошлое, очень сильно зависит вопрос «что с нами будет в будущем?». Собственно говоря, наша задача – это как раз задача как можно длиннее сделать этот ряд, ну и продолжить его максимально надежным способом. Еще несколько вводных слов. В названии этой лекции есть слово «климат», и мы должны понимать, что климат – это не погода, климат – это некоторое осредненное состояние, то есть это погода, но за какой-то осредненный довольно длительный период. Ну, в современной климатологии принято, договорились так, принимать тридцатилетие. Соответственно, для палеоклиматологов как минимальный мы тоже принимаем такой период тридцатилетия, но это могут быть и более длительные периоды времени. Значит, второе слово в этом названии – это прошлое. Я хочу сразу разочаровать тех людей, кто пришел послушать про динозавров, – они, в общем, могут уходить, потому что никаких динозавров сегодня не будет. Сегодня не будет практически никакой экзотики, а будут довольно такие тривиальные, может быть, для кого-то, может, нет, кто поглубже знает предмет, рассуждения о событиях последних одиннадцати-двенадцати тысяч лет. То есть, это время развития человеческой цивилизации, но причина, почему мы выделяем именно этот период, немножко другая. Дело в том, что примерно в это время очень сильно изменился облик нашей планеты.
На этой картинке вы видите две карты, и они очень сильно различаются между собой. Это мир со льдом и мир безо льда. Примерно двадцать две тысячи лет назад на севере Северного полушария на континентах лежали огромные массы льда. Примерно к шести тысячам лет назад эти массы льда исчезли. Более того, для первой картинки по сравнению со второй уровень океана был на сто двадцать метров ниже и континенты были соединены мостами. Ну и, кроме того, вы, наверное, тоже видите, разной раскраской показано то, как изменились растительные пояса на Земле за этот период. И этот процесс начался примерно двенадцать тысяч лет назад, то есть когда основная масса льда на севере Северного полушария исчезла. Именно поэтому выделяется как отдельный период, который охватывает примерно последние двенадцать тысяч лет, и он называется «голоцен». То есть, это период современного климата, о котором мы сегодня, собственно, и будем говорить. Прошу вас обратить внимание: на правой оси показана температура, там двадцать градусов, это ниже, чем сейчас, и для этого периода времени характерны очень резкие колебания температуры. А потом вдруг все изменилось, и в голоцене мы практически не видим никаких изменений. У меня было два научных руководителя, один занимался плейстоценом, другой голоценом. И тот, который занимался плейстоценом, говорил: «Ничего скучнее, чем голоцен, быть не может», потому что, ну вы же посмотрите, тут же ничего не происходит. На самом деле, тут происходит довольно много чего: один пример, пожалуй, самый яркий – вот эти наскальные рисунки находят археологи в Сахаре, в Алжире. И мы видим, что здесь тучные стада, рисунки эти датируются началом голоцена, то есть первой его половиной, примерно от двенадцати до шести тысяч лет назад. А вот как выглядит это самое плато, которое называется «Плато рек», сейчас. То есть, вы видите, что никакого места никаким саваннам, никаким жирафам нет сейчас. И это все происходит в тот самый период голоцена, о котором идет речь. То есть это довольно драматические изменения. По разным косвенным данным мы знаем, что причиной этого является изменение границы муссона. Вот где она проходит сейчас, и вы видите, что она как бы оконтуривает площади современных пустынь. А в начале голоцена она проходила существенно севернее, и эти области были гораздо более увлажненными, чем сейчас. Ну вот, я надеюсь, что я вас сейчас убедила, что голоцен стоит того, чтобы о нем немножко поговорить.
Еще раз задам вопрос, как мы вообще узнаем о климате прошлого. Самые длинные ряды метеорологических наблюдений начинаются примерно с середины XVIII века. И мы знаем, что изменения за эти триста лет были довольно значительными. Вы видите, что в последние десятилетия температура по инструментальным данным в австрийских Альпах увеличивается. Но все-таки это слишком короткий период для того, чтобы понять, как вообще устроен климат голоцена. Поэтому, конечно, существуют попытки как-то нарастить эти ряды вглубь времени. Ну и первое, что приходит в голову, что раз был человек, значит, он должен был записать, что происходит с климатом. Он и записал. Ну вот, например, вы видите тут примеры из русских летописей, где сказано, что в такой-то год было наводнение, а такой-то год, наоборот, была великая сушь. И видите: на картинке изображены пожары и задымления. И те, кто был в Москве в 2010 году, видимо, найдут сходство с этой картинкой. Летописи – это очень ценный источник, они используются для палеоклиматических реконструкций, но, к сожалению, это такие спорадические данные. То есть в какой-то год что-то записали, в другой год ничего не записали, а оно, может быть, тоже случилось. Кроме того, русские летописи устроены довольно забавным образом. Дело в том ,что летописец сначала переписывал старую летопись, вернее, многие старые летописи. То есть, начинал он писать свою летопись от Адама; мог начать в каком-нибудь там XV веке. А потом добавил уже то, что происходит у него в этом самом XV веке. Поэтому расшифровать записи летописей довольно трудно, надо снимать эти слои для того, чтобы понимать, в каком месте это произошло, а это принципиально, как вы понимаете, для палеоклиматологии. То есть этот источник используется, но там есть подводные камни. Есть другие исторические данные, которые имеют более систематический характер. К сожалению, эти данные не у нас в стране, но есть несколько таких стран педантичных, где такие записи имеются. Ну, например: с одной стороны тут видите, вишня на картинке, с другой стороны виноград. Вишня – это японские хроники, где начиная со средних веков они записывают дату цветения вишни каждый год и ходят ею любоваться. И по этим датам можно восстановить некоторые климатические характеристики. В Японии вообще много всего забавного в этом смысле, потому что у них там есть с XV века, например, записи, когда у них замерзло озеро, которое у них рядом со столицей. Есть у них такой праздник: подношение даров императору по случаю первого снега, так что мы знаем даты первого снегопада в Японии на протяжении многих-многих столетий. А более прагматичные европейцы записывают про виноград, когда он там поспел. И вы видите внизу эту кривую, собственно говоря, это кривая реконструированных летних температур по датам сбора винограда. И желтенькая кривая, которая идет вдоль этой реконструкции, – это те самые длинные метеорологические наблюдения, которые сопоставляются с этими самыми датами, вычисляется статистическая корреляция между двумя рядами, и делается вот такая реконструкция. Насколько я помню, это примерно на пятьсот лет. То есть это такие косвенные данные, которые мы используем для того, чтобы судить о климате прошлого. Понятно, что это не совсем то, что мы получаем по метеорологическим наблюдениям, но все-таки это некоторые косвенные оценки, эти методы по-английски называются «прокси», то есть косвенные методы реконструкции климата. И вот про них сегодня я в основном буду говорить. Ну, более длинные записи мы ищем уже во всяких природных архивах. Вот здесь на картинке это отложения торфа в Норвегии рядом с ледниками. В пределах этого разреза выделяется три толщи, а внутри каждой из них еще выделяются разные слойки. И физические свойства, и химические свойства, и всякие биологические индикаторы, которые записаны в этой летописи, помогают расшифровать климат гораздо более далекого прошлого. А на нижней картинке показан ледник, а справа отложения, которые этот ледник оставляет. Вернее, нижняя часть этой колонки образуется тогда, когда ледника нет, когда он сокращается и уходит за эту гору, за водораздел. Такие грубые отложения, которые потом вдруг сменяются полосатыми. Это тот момент, когда ледник вышел из-за горы, то есть стал больше и стал откладывать такие ленточные глины, и они связаны именно с существованием ледника. Если мы знаем, датируем, например, эту границу между тем, когда образовались отложения одного вида и другого, то мы можем наверняка сказать, когда ледник вырос и достиг некоторого уровня. А поскольку, как вы понимаете, ледник – это довольно простое физическое тело, и его таяние связано с некоторыми параметрами, то мы можем фактически реконструировать температуру местности там, где этот ледник существует.
Наверное, вам кажется это очень каким-то непрямым методом, но уверяю вас, что более прямых подходов пока еще не придумано. В этих отложениях такая необыкновенная красота – это пыльцевые зерна разных растений, и если вы проанализируете состав этого пыльцевого дождя в отложениях, то вы можете понять, что здесь было – лес, степь или тундра. Этот метод существует уже очень давно, очень хорошо разработан и очень важен для выделения таких крупных изменений, в основном, наземной растительности. А вот эта красота – это диатомовые водоросли. По диатомовым водорослям можно восстановить некоторые характеристики воды в водоемах – температуру, соленость и так далее. Есть такие микроорганизмы и в морских осадках, и там используется тот же самый принцип. Но очень долго проблема заключалась в том, что мы не знали, когда это все происходит. И вообще палеоклиматология была описательной наукой. Говорили: «Вот тогда-то было теплее, а потом стало холоднее». Но когда это было, об этом можно было бы только догадываться. Ну, по скорости осадка накопления как-то косвенно можно было бы судить, но в целом, абсолютной хронологии довольно долго не было. Ее не было до 40-х годов, когда был изобретен радиоуглеродный метод. Собственно говоря, речь идет о том, что в атмосфере всегда имеется небольшое количество, помимо обыкновенного углерода, в углекислом газе есть небольшое количество радиоактивного углерода, и им питаются растения, растениями питаются животные, мы тоже всеми ими питаемся, и вот изобретатель этого метода Либи, вот его цитата: о том, что «все мы поэтому радиоуглеродные». Лошадку вы тут видите – это грустная часть истории: она потом умирает. А вообще говоря, пока мы питаемся, лошадки питаются соломкой, мы находимся в углеродном равновесии со средой. Как только лошадки умирают, включаются изотопные часы, и больше нового углерода не поступает, соответственно, он начинает только распадаться, этот изотоп. Мы знаем время полураспада – примерно пять тысяч семьсот лет, и соответственно можем посчитать, если мы знаем, сколько у нас этого углерода осталось, мы можем посчитать, когда эта лошадка умерла. Ну и также многое другое, что случилось, если есть у нас органические остатки, если есть углерод, содержащий какие-то тела. Это вызвало абсолютную революцию в палеоклиматологии, потому что у нас появилась абсолютная возрастная шкала. В последние годы очень активно развиваются вот эти методы изотопного датирования. И сейчас этот метод очень активно используется для датирования марин, ледниковых отложений. К сожалению, должна сказать, что ни одной лаборатории в России такой нет, и поэтому все, что мы можем, это вывести наши образцы за рубеж и попытаться там все датировать, при этом никто нам не разрешает их ни вывозить, ни деньги платить. И тут у нас намечается явное отставание. Но вот что мы можем обеспечить себе в качестве инструмента, это вот линейку вот такую. Как ни странно, этот изящный метод, он очень простой, не требует больших вложений, он основан вот на чем: если вы когда-то были у ледников, у современных, то вы видели, что вокруг современных ледников, вообще говоря, голые камни. Это потому что они только-только появились. Вот ледники отступили, они нагребли их перед собой, но если присмотреться к этим камням, то на них можно увидеть уже корковые лишайники. Это пионеры, пионерная растительность, которая первая поселяется на этих камнях. И понятно, что чем старше поверхность, тем больше лишайник. Если знать скорость роста лишайника вот в этом определенном районе, а ее можно узнать, если вы знаете какие-то другие поверхности, возраст которых вам уже известен, вы можете оценить возраст морен или обвальных отложений. Вот это такой простой метод. Он, конечно, имеет гораздо больше ограничений, чем те, о которых я говорила выше, но, кроме того, сколько эти лишайники растут? На Кавказе это примерно тысяча лет. Вот такие поверхности мы можем датировать. А в Арктике до пяти тысяч. То есть они живут довольно долго. Вот, но есть такие источники информации, которые содержат хронологию в себе. Это вот полосатые такие объекты. Причем вы видите, они все полосатые, но это совершенно разные предметы. Это озерные отложения, за ними следуют ледники, вот это ледник. Вот это отложения пещер, сталагмиты. А вот это годичные кольца деревьев. И всех их объединяет одно свойство: каждый год образуется некоторый слой, и это дает нам довольно надежную опору для хронологии, во-первых, а, во-вторых, свойство этого слоя относится именно к какому-то определенному году. И это, конечно, открывает огромные возможности для высокоразрешающих реконструкций, то есть, реконструкций с точностью до года и даже до сезона.
Собственно говоря, у них много общих свойств, у этих объектов. Я вам покажу принципы работы этих палеоклиматических методов на дендрохронологии. Такой простенький метод. Самые старые деревья на Земле – это остистая сосна, которая растет в Северной Неваде, в Калифорнии, и самые старые деревья достигают возраста пяти тысяч лет. Но это, конечно, экстремальные долгожители. В наших краях самым старым деревьям несколько столетий. Вот так выглядят годичные кольца. Годовой слой состоит из темного и светлого слоя. Светлый слой – это такие клетки крупные, рыхлая древесина. Это ранняя древесина, которая формируется весной, а темный слой формируется летом. Между ними, видите, ясные границы есть. Можно мерить ширину этих колец, можно мерить отдельно ширину ранней и поздней древесины, можно мерить изотопный состав, можно мерить плотность, получать разные характеристики этих колец. Еще Леонардо да Винчи знал, что ширина годичного кольца зависит от климата. Ну и мы тоже с вами понимаем, что если год теплый, влажный, то будет широкое кольцо, если холодный и сухой, то узкое. Но есть такие места, где эти деревья очень чувствительны к какому-то одному, главным образом, климатическому параметру. В дендрохронологии это называется закон лимитирующего фактора, то есть, это тот фактор, который в основном определяет рост дерева. Вот две картинки, одна с Памира, другая из лесотундры. И понятно, что на Памире прирост будет зависеть от увлажненности, а в лесотундре, понятно, он будет ограничен в основном летними температурами. То есть, есть такие районы, где деревья чувствительные, то есть, у них очень резко меняется прирост в зависимости от благоприятных или неблагоприятных условий среды. Эти две картинки показывают как раз очень чувствительные деревья. А в наших краях деревья, которые у дендрологов называются «ленивые», когда контраста между шириной колец в плохой год и хороший год почти нет. Ну, понятно, что для дендрохронологов, конечно, нужны чувствительные деревья. Вот вы видите, как выглядит обычный объект наших исследований, но здесь я хочу подчеркнуть вот что: что бывают такие годы, когда дерево не образует годичного кольца, это экстремально плохие годы; или образует не по всей окружности. Поэтому использовать одно дерево никогда нельзя, надо использовать много. А, кроме того, вы понимаете, что с одним деревом мало ли что может приключиться, поэтому нам важно довольно много отобрать образцов для того, чтобы получить картину изменчивости ширины колец. И вот главный метод, который используют дендрохронологи – метод перекрестного датирования. Он, во-первых, позволяет выяснить, не потеряли ли мы какие-то кольца при нашем измерении, а во-вторых, дает нам возможность нарастить нашу хронологию вглубь веков. Вот смотрите, мы отбираем образец из живого дерева. Возраст последнего кольца нам известен, потому что мы знаем, когда мы это дерево бурим. Затем мы отбираем в этом же районе образец из сухого дерева. Мы не знаем, когда оно засохло, но сравнивая ширину колец нашего живого образца и образца сухого дерева, мы видим, что есть совершенно закономерная повторяемость внутри каждого образца. И мы можем так совместить эти два образца, чтобы точно датировать, во-первых, тот момент, когда погибло это сухое дерево, и также продлить нашу хронологию дальше в глубь веков. Ну и, соответственно, следующий керн, который тут показан, это то, что мы отбираем обычно из старых балок, вот тут мы приметили в этом доме старые балки, кстати сказать, обратимся к администрации, не дадут ли они нам пробурить сегодня за кофе. Мы очень много работаем с археологами, и они очень часто выкапывают что-то, и хотят знать, когда это случилось. Благодаря усилиям дендрохронологов всего мира сейчас созданы хронологии в Европе, которые насчитывают двенадцать тысяч лет. Так что это работа длинная, но интересная и страшно перспективная. Ну вот так выглядят эти самые керны, а так выглядит наша маленькая лаборатория в Институте географии.
Специально для «зеленых»: ничего не рубим, все бурим, смотрите как: тончайший нежнейший инструмент, типа штопора. Выбуриваем вот такой вот маленький керн, тоньше карандаша. Вот так вот выглядит дырка, видите, маленькая? Либо воском, либо варом садовым затыкаем, никакие вредители не проникают, бур чистим каждый раз спиртом. Имеются исследования, естественно, у наших швейцарских друзей, что никакого вреда не наносим мы деревьям, так что уверяю вас, что с этой стороны все нормально.
Что нам это дает? Ну вот например, я хочу привести пример датирования новгородской иконы, которое сделал мой бывший аспирант, а ныне очень успешный дендрохронолог Владимир Мацковский. Значит, вы видите: торец этой иконы зачистили, сфотографировали, померили ширину колец этой иконы и сопоставили эти измерения с хронологией, которая построена по живым деревьям для Вологодской области (она была построена нами раньше для других целей). И это дало нам возможность точно установить год, когда, по крайней мере, доска для этой иконы была заготовлена. Более того, мы определили также и район, откуда эта доска к нам поступила. Это важно в этом конкретном случае, потому что тут были всякие разночтения относительно того, где это икона была сделана. Ну вот это один из примеров. Второй пример – это извержение на Камчатке. Мы датировали извержение вулкана Шивеуч. Когда вулкан извергается, в результате образуются большие толщи пеплов. Вот это то, что образуется в результате одного извержения вулкана. А вот этот столбик – это дерево, которое было погребено в результате этого извержения. Мы смогли померить ширину колец (их там было довольно много, этих образцов) у этих деревьев, и сопоставили опять-таки с хронологией, которая у нас была построена по живым, и вот так вот нарощена с помощью погребенной древесины деревьев, и определили год этого извержения. А вулканические извержения серьезно влияют на климат.
Иногда деревья бывают повреждены, падает какой-нибудь камень, сходят лавины, сели, оползни и так далее. И по этим повреждениям мы тоже можем установить, когда точно это случилось. Но вернемся к климату. Вот акой типичный пример я просто взяла для того, чтобы показать, как делаются дендро-климатические реконструкции. Это, может быть, вы даже узнаете, это сосна-вертолет, которая находится на вершине Ай-Петри. Это старая работа 2005-го года, так что никакого отношения к современным событиям она не имеет. То есть, мы работали, когда еще Крым был украинский, нас везде пустили, все нам дали данные метеостанций по Ай-Петри. Что мы делаем? Мы смотрим, отбираем образцы, мы измеряем ширину колец деревьев, и сопоставляем эти наши измерения со среднемесячными, например, осадками и температурами. И в данном конкретном случае мы выяснили, что прирост сосен в этом районе зависит главным образом от осадков весны и начала лета. Ну на этой картинке сопоставлены между собой осадки и ширина колец деревьев. Вы видите, что они достоверно коррелируют друг с другом, это дает нам фактически основания для того, чтобы реконструировать осадки за последние четыреста лет, то есть, на тот период, на какой у нас есть измерения годичных колец. Следующий наш шаг в этом же районе был вот какой: в Крыму есть Сакское озеро, где на грязях люди лечатся. Но отложения этого озера тоже вот такие полосатые. Вот вы видите, ну, это из другого озера отложения, но, тем не менее, принцип именно такой. Основная масса осадка, которая приносится в это Сакское озеро, приносится именно весной и в начале лета, то есть, тогда же, когда образуется наше годичное кольцо. То есть в основном это снег и реки в половодье. И понятно, что чем более интенсивный смыв, тем больше, толще кольцо образуется каждый год. Ну и вот на верхнем графике вы видите, что несмотря на то, что это совершенно разные объекты, сосны и Сакское озеро, при этом они еще и довольно далеко друг от друга расположенные, но сходство довольно высокое. А дело в том, что толщина илов в Сакском озере была измерена еще в 40-х годах, и там восемь тысяч слоев. Ну, мы не стали все восемь тысяч брать для нашей реконструкции, а взяли полторы, потому что для нашего случая мы не уверены, что там хронология настолько же надежна, насколько надежна наша дендрохронология. Тем не менее, мы использовали нашу дендрохронологическую прямую как мост между метеорологическими данными и толщиной слоев в Сакском озере и сделали такую реконструкцию. И интересная особенность этой кривой заключается в том, что примерно тысячу лет назад в этом районе было гораздо влажнее, чем сейчас. И это время, известное в Европе, называется малый средневековый оптимум, или малая средневековая аномалия. То есть, это время викингов, когда особенно на севере Европы было тепло, то есть, по всей видимости, в Крыму этот период еще и отличался повышенной увлажненностью, по-видимому, это уже был абсолютный парадиз.
Таких хронологий и таких реконструкций, о которых я сейчас рассказала, их уже очень много. В Америке на несколько лет сделаны такие реконструкции. Ну, понятно, что у них с деревьями чуть получше, сигнал у них более ясно выраженный климатический в этих рядах. Эти пространственные реконструкции уже похожи на то, с чем имеют дело современные климатологи. То есть они будут судить о циркуляционных механизмах и так далее, глядя вот на эти вот пространственные реконструкции, на эти карты.
Аналог дендрохронологи в океанах – это кораллы. Кораллы тоже образуют каждый год что-то похожее, что образуют деревья, то есть такой годовой слой. Ну вот вы видите довольно туманную картину, где пытается человек пробурить вот этот самый коралл, ну и несколько примеров уже пробуренных отшлифованных кораллов, которые очень похожи на дендрохронологические серии. Ну, в частности, тоже по этим данным можно реконструировать температуру воды, и соленость, и разные другие ее свойства. И это очень важно, потому что таких данных крайне недостаточно. Понятно, что, в основном, палеоклиматические серии, которые мы имеем, все-таки на земле, вот такие, высокого разрешения, а в океане это все гораздо сложнее и их меньше.
Какие у дендрохронологии проблемы? Ну, прежде всего, действительно, есть довольно большие территории на Земле, где не растут деревья. Или, как в тропиках, они растут, но не образуют годичного кольца. Тогда образуются такие белые пятна в нашей сетке. Кроме того, что мне кажется еще страшнее, это вот второй пункт – это нестационарный сигнал. Что это значит? Ну, например, если резко меняются климатические условия, то может измениться вот тот лимитирующий фактор, о котором я говорила в самом начале. То есть, например, потеплело. И, в общем, изменилась настолько среда, что дереву вдруг, например, стало хватать тепла, но зато не стало хватать осадков. Понимаете, да? Тогда его прирост будет зависеть уже от другой комбинации факторов. Такое может быть, к сожалению. Особенно яркий пример – это когда, например, начинает уровень вечной мерзлоты, когда корни дерева достигают вечной мерзлоты, а потом этот уровень опускается в связи с потеплением. И дереву больше не достает этой воды, которой у него было в избытке. И вот этот рубеж вы очень хорошо заметите на ваших хронологиях, в дендрохронологических данных. Но это уже такие решительные изменения, которые нарушают всю вашу статистическую модель, которую вы построили для этого взаимодействия соотношения ширины колец и климатических каких-то параметров. Ну и последняя очень важная вещь – это долгопериодное колебание. Дело в том, что мы понимаем, что продолжительность жизни одного дерева небольшая, это несколько столетий.
То есть, на этих коротких рядах мы длинный сигнал поймать не можем. Есть всякие статистические, так сказать, попытки все-таки этот сигнал уловить, но до сих пор это довольно дискуссионный вопрос. Это означает, что нам нужны какие-то другие независимые источники информации, которые мы могли бы соединить с нашими, например, дендрохронологическими данными и добавить ту информацию, которой у нас в наших дендрохронологических рядах нет. Есть ли такие источники? Такие источники есть. Например, ледниковые керны. Вообще появление ледниковых кернов в палеоклиматологии – это еще одна революция в этой науке, потому что это то, что называется «малтипрокси» одного ледникового керна. Вы можете получить множество разных характеристик, это и температуры, это и скорость аккумуляции (накопления материала в ледниках), это и вулканические извержения, это и поступление пыли. Это много-много разных характеристик.
Ледники – это не мерзлота, не вечная мерзлота. Мерзлота – под землей, ледники – на земле. Ледники – это не морской лед; морской лед образуется из морской воды. Ледники тоже могут выходить на плав, но основное их тело лежит на земле. Ну, это понятно, это не лед на реках, на озерах и так далее. Ледники – это поток льда атмосферного происхождения (вот так это называется). И тут важное слово «поток». Потому что ледники – это не просто кусок льда, ледник – это кусок льда, который ползет под действием силы тяжести. Он производит работу. Понятно, что ледники существуют только там, где не тают. Вернее, они могут существовать там, где тают, но только частью своей, потому что они делятся как бы на две области, ледники подразделяют на две области: та область, где накапливается снег, который потом превращается в лет, и область, где они тают. Но для того, чтобы ледник существовал, ему нужно, чтобы все время, как на конвейере, из одной области в другую поставлялся материал. Если льда, который стекает в область (она называется область обляции или область таяния) недостаточно, то конец ледника начинает отступать. Тогда мы говорим: ледники отступают. Почему? Ну, потому что, значит, они недостаточно хорошо питаются. Или, наоборот, если они достаточно хорошо питаются, то расширяются, увеличиваются в размерах и так далее.
Вот на этой фотографии видно, что тут есть годовые слои. То есть снег падает на поверхность ледников, затем он уплотняется и превращается в лед, и такие годовые наслоения сохраняются в течение многих тысяч лет. А в Антарктиде, например, оценки возраста льда – около миллиона. И это потрясающий источник разного рода палеоклиматической информации. Ну, вот вы видите, что до них довольно трудно иногда бывает добраться. Вот тут экзотические способы: вот этот як несет уже готовый керн, он несет шесть метров керна в Тибете, а всего этих метров пятьсот. Вот тут сидит участник этой экспедиции, поэтому он вам скажет, что я не вру. Тут иногда бывают очень экзотические приключения, все-таки география. Но, на самом деле, анализ ледниковых кернов – это технологии высокие, это совершенно продвинутая технологически область, очень тонкой химии и физики.
Пожалуй, самое важное достижение этого анализа ледниковых кернов – это возможность проанализировать атмосферу прошлого. Дело в том, что когда поры у этих зерен закрываются и они превращаются собственно в лед, там остаются микроскопические включения воздуха из прошлого. И эти микроскопические включения, конечно, проанализированы, и получены совершенно необыкновенные, с моей точки зрения, результаты. Прежде всего, они касаются проблемы парниковых газов. Вот красненькими точечками показано содержание CO2 в ледниковом керне, а голубенькая линия – это непосредственные измерения в атмосфере на Южном Полюсе. Вы видите, они очень хорошо согласуются между собой. И это дает возможность реконструировать содержание парниковых газов в прошлом. Вот на этой картинке вы видите, как изменялось содержание CO2 и метана за последнюю тысячу лет. Вы видите, что оно на протяжении большей части последнего тысячелетия практически не менялось, потом начало очень резко расти. А вот эта картинка показывает, как за двадцать тысяч лет менялось содержание CO2 и метана. И вот обратите внимание: вот этот вот последний пик, он, вообще говоря, огромный, если понять, о каком масштабе, потому что двадцать тысяч лет, я напомню, это как раз переход от земли со льдом к земле безо льда, то есть, это совершенно качественно другая земля, понимаете? И скорости изменения этих парниковых газов в современное десятилетие сопоставимы с изменениями парниковых газов при переходе от ледниковья к межледниковью. И, более того, вот на верхней картинке показано изменение содержания парниковых газов за последние восемьсот тысяч лет по данным антарктического керна. А звездочкой показан уровень CO2, который был достигнут в апреле этого года, 400ppm (partical per million, частиц на миллион). А нижняя кривая – это кривая, которая показывает изменение температуры, ну, косвенные есть всякие данные из того же ледникового керна, изменения температуры за тот же период. Ну, и вы видите, что эти кривые очень между собой похожи. И вы также видите, наверно, что они имеют некоторую периодичность. Эта периодичность связана со сменой ледниковий и межледниковий. И доминирует здесь стотысячелетний цикл, который был на первой картинке показан, когда я показывала Гренландию, и тут много чего можно сказать про эти кривые.
Ну, прежде всего, мне кажется, нам важно понимать, где находится наше межледниковье. Прежде всего видно, что оно не самое теплое. Предыдущие три межледниковья были теплее, но короче. Вот наше межледниковье по данным астрономов – модель, которая рассчитана астрономами, и эмпирические данные, которые получены гляциологами, довольно хорошо между собой соотносятся. Ну вот если мы посмотрим на эту картинку, она дает нам некоторую возможность оценить наше будущее в том смысле, когда закончится у нас наше межледниковье, мы, как вы поняли, живем в теплый межледниковый период, который короче, чем ледниковые. Скоро он должен закончиться, он уже продолжается двенадцать тысяч лет, и поэтому тут есть беспокойство относительно того, что, может, нас никакое не потепление ждет, а вовсе даже похолодание, и если ориентироваться на вот эти естественные циклы, то, действительно, это так.
Вот смотрите: астрономы нам говорят, что наше межледниковье похоже не на предыдущие три, а на то, которое было четыреста тысяч лет назад, то есть на длинное межледниковье. И если они правы, а мы тут не можем особенно сомневаться в их правоте, вот они тут сопоставили: красная кривая – это кривая современного межледниковья. Синяя – это то, которое было четыреста тысяч лет назад, но они говорят, что у нас еще довольно много времени, еще примерно двадцать тысяч лет. Но, конечно, надо иметь в виду, что мы говорим о естественных циклах, а на эти естественные циклы накладывается еще довольно много противоестественных всяких событий.
Кроме того, в ледниковых кернах очень важная вещь – это кислотные пики, которые относятся к вулканическим извержениям, происходящим в тропической зоне. Но не все извержения в этих ледниковых кернах можно найти, а только те эксплазивные извержения, которые выбрасывают в стратосферу много аэрозоля. И этот аэрозоль действует как экран, и он в течение года-двух-трех очень сильно снижает уровень солнечной радиации, которая поступает на землю. И мы знаем по непосредственным наблюдениям, например, по извержению, которое было в 1991-м году, что при этом очень резко снижается температура воздуха на Земле, и это глобальное похолодание, которое может быть до градуса. Оно короткое, но очень сильное. И вулканы по современным представлениям – это один из самых важных агентов, которые меняют климат Земли, вот они тут показаны. Ну, дендрохронологи тут же нашли эти самые пики, которые нашли глициологи у себя в кернах, и в годичных кольцах деревьев. Вот они тут показаны, но это мы пропустим.
Значит, какие факторы влияют на климат Земли в голоцен. Это, прежде всего, орбитальные параметры, как меняется орбита, как меняется наклон оси. Солнечная активность, про которую я ни слова не сказала, но, может быть, вы мне зададите вопрос, я тогда про нее скажу; вулканические извержения, затем, парниковые газы. И очень важный аспект – это взаимодействие внутри системы океаны, атмосфера, криосфера, биосфера. Потому что иногда этот эффект, небольшой эффект, который, например, есть от изменения солнечной активности, может так усиливаться внутри этой системы, что эффект будет совершенно несоизмерим с сигналом. То есть там есть такие прямые подкрепляющие такие обратные связи в этой системе.
Борис Долгин: Такой переход от гуманитарной науки к естественной науке, хотя и с выходом на историю, как он вам дался?
Ольга Соломина: С трудом. Я бы сказала, что мне до сих пор и не удался. Надо сказать, что современная палеоклиматология, как, может быть, вы почувствовали, это целый конгломерат разных наук. Это и физика, и астрономия, и математическое моделирование, и биология.
Вопрос из зала: Здравствуйте, меня зовут Полина, я очень интересуюсь темой изменения климата. Я бы хотела вам сказать огромное спасибо за лекцию, и я очень рада, что у нас есть такие ученые, которые этим занимаются в нашей стране, потому что я понимаю, что вам приходится через какие-то препятствия тоже проходить, о некоторых мы узнали. Соответственно, вопрос у меня такой: мы сейчас вот больше говорили о том, как вы узнаете о климате прошлого, и хотелось бы все-таки узнать о том, что происходит сейчас. Поскольку у климатических скептиков современных есть такой аргумент, о котором я только недавно узнала, они говорят о том, что когда ученые воспроизводят, как менялся уровень парниковых газов CO2 и как менялась температура, то в прошлом всегда сначала менялась температура, а потом менялся уровень CO2. Сейчас у нас все наоборот. Не могли бы вы немножко пояснить, что здесь никакого противоречия для нашего понимания сегодняшней ситуации?
Ольга Соломина: Спасибо большое за вопрос. Основной источник наших знаний о парниковых газах прошлого – это ледниковые керны. Здесь есть несколько проблем: прежде всего, закрываются эти керновые зернышки и превращаются в лед, в Антарктиде, например, для этого требуется больше двух тысяч лет. Это там, где очень маленькое снегонакопление. В Гренландии это все равно около двухсот лет. Но есть такие места, где очень много сразу снега наваливается. Это, например, та кривая, которую я показывала по западной Антарктиде. И там для этого требуется всего тридцать лет. А непосредственные наблюдения за составом и количеством парниковых газов в атмосфере начались в пятидесятых годах. То есть там есть перекрытие. И фактически мы можем проверить вот эту модель на вот этом самом небольшом, но все-таки в несколько десятков лет интервале. И мы видим, что они очень хорошо между собой согласуются. Поэтому там, конечно, довольно сложная всякая химия, и специалисты понимают, что тут есть опасности. Но вот чем славны эти методы? Что, во-первых, у вас не один керн, а много кернов в разных районах. Один в Гренландии, другой в Антарктиде, третий в Тибете, и так далее. И все сообщество работает на то, чтобы понять, похожи или не похожи результаты.
По поводу того, что опережает, температура или уровень CO2. До очень недавнего времени спор этот был открыт. В этом году появилась статья, где показано, что фактически они идут одновременно с точностью до двухсот лет. Тут, собственно, никакого противоречия нет. Вот мы сейчас понимаем, как менялись эти характеристики в естественном цикле. Происходит положительная обратная связь: чем больше СО2 в атмосфере, тем теплее. То есть тот самый парниковый эффект, о котором мы говорим, прекрасно действовал на протяжении всего этого периода, под небольшим внешним толчком начинает разворачиваться эта самая цепочка, когда он сам себя разогревает. Действительно, отличия современного периода от вот этих дальних времен заключается в том, что, вообще говоря, нам бы надо уже холодать, а мы теплеем. И сейчас как раз мы добавили этих парниковых газов, и вызвали вот этот эффект очень быстрый. Я так думаю.
Слушатель: Вот эти стохастические колебания как-то аппроксимируются, есть успешные попытки? И можно найти смысл в словах Вильфанда про то, что когда климат меняется, погода становится нервной, повторяются редкие события?
Ольга Соломина: Конечно, мы пытаемся выяснить некоторые биения, некоторые ритмы, которые мы находим в наших временных сериях, в наших реконструкциях. Таких реконструкций много, и по дендрохронологии, и по морским осадкам, и по озерным осадкам, и по всяким-всяким тем прокси, косвенным данным о климате, о которых я сегодня говорила. И понятно, что делают разные анализы, типа фурье-анализ, и так далее. Пытаются выяснить, нет ли тут какой закономерности на уровне колебаний десятилетних, столетних и так далее. Здесь проанализированы ритмы в этих самых сериях, многочисленных, о которых я сказала, их тут несколько сотен разного происхождения. Выяснено, что ритмы самые разные. Очень устойчивы ритмы двухсотлетние, есть ритмы пятисотлетние, есть ритмы полуторатысячелетние, то есть в разных сериях они могут быть разные. Например, одни отражают температуру, другие осадки. Одни чувствительные, другие – нет. У одних хорошая хронология, у других немножко похуже. Вот здесь темными столбиками и красными цифрами показаны те ритмы, которые совпадают с ритмами солнечной активности. Это очень важно, то есть, солнце очень влияет, но с солнцем вопрос ужасно сложный, потому что мы никак не можем понять амплитуду колебаний этой солнечной активности, у нас очень коротенький период наблюдений. До сих пор есть несколько версий реконструкции колебаний солнечной активности. Проблема еще в том, что если мы правильно понимаем про солнечную активность, мы никак не можем объяснить, почему это происходит, потому что сигнал слишком слабый, модели никак не воспроизводят. Вот эти ритмы солнечной активности, которые, например, показывают вот эти айсберговые осадки. То есть тут очень туманно. Изменения очень маленькие, а система очень сложная, и у разных частей этой системы может быть разное, например, время реакции, понимаете?
А по поводу того, что нервная становится, да, становится, мне кажется. Происходят чаще экстремальные события. Ну почему, это, вообще, вопрос к климатологам, как бы из общих соображений, что энергия системы увеличивается, и поэтому аномалии становятся чаще, ее больше разносит туда-сюда. Но это мое дилетантское мнение.
Борис Долгин: Еще, руки.
Слушатель: Добрый вечер. Анатолий Александрович. Мне непонятно: вы сказали, что СО2, а судя по рисунку кажется, что температура опережает?
Ольга Соломина: Вы знаете, этот вопрос я уже комментировала, в таком масштабе довольно трудно понять, что опережает, и были довольно серьезные исследования по этому поводу, ну, это мне кажется, визуальный просто такой эффект.
Слушатель: Понятно, визуальный эффект. Потому что данные в статьях Моховой есть, у нее примерно то же самое, что температура опережает. В прошлом году я был на коференции «Сто лет Обухову», и там академик Нематулин представил примерно такие же данные, но он за несколько десятков лет, и у него тоже получилось, что температура опережает СО2.
Слушатель: Ольга, а в чем проблема, что не могут сделать лабораторию по нормальному радиоизотопному датированию в России? У нас столько специалистов, энергетики, физики.
Ольга Соломина: Делать ничего не надо, надо денег – купить, и еще надо платить операторам. И этого мы уже ничего не можем.
Слушатель: Можно ли предположить из ваших рассуждений, научных открытий, насколько далеко опустится ледник в следующий ледниковый период и что будет с человечеством?
Ольга Соломина: Да, это вопрос серьезный, наверняка есть модели, которые дают возможность посчитать астрономические входные параметры и как будет распространяться ледник в будущем, если это случится. Потому что сторонники современного антропогенного потепления считают, что эти обратные связи в связи с увеличением парникового газа в атмосфере такие сильные, что они могут и затормозить довольно серьезно наступление этого нового ледникового периода.
Слушатель: Скажите, пожалуйста, а почему, если повышается температура, увеличивается количество СО2, природного именно? Казалось бы, больше растительности, больше поглощают углерод. Почему так происходит?
Ольга Соломина: Это страшный вопрос. Я сегодня перед лекцией прочла несколько публикаций по этому поводу. В отчете межправительственной группы по изменению климата есть глава, которая называется «Карбонатные циклы», и там перечислены десять причин, по которым происходит это вот самое повышение или понижение количества парникового газа, в связи с небольшим изменением температуры. Ну, коротко я могу сказать, что, в основном, речь идет об океане, не о растительности на Земле (хотя это тоже играет роль). Либо при потеплении его становится больше, либо меньше. То, что я понимаю из разговоров из этих самых статей, то, что называется pumping, когда качаются из атмосферы парниковые газы, прежде всего, СО2, а этот материал используется для построения скелетов морских животных, которые потом погружаются на дно. И таким образом, он как бы из атмосферы выкачивается и сохраняется. То есть, таким образом атмосфера обедняется, а запасы образуются на дне океана. Но это одна из многих моделей и причин.
Вот то, как ведут себя эти две кривые, которые мы видим на картинке, наводит меня на печальную мысль, что мы очень плохо понимаем, как это происходит. Потому что соотношение такое однозначное, что вряд ли эти десять причин, которые перечислены как возможные, дают нам вот такое вот однозначное соответствие. Должна быть какая-то серьезная причина одна, которая вызывает весь каскад этих последствий. Пока это гипотезы, которые между собой очень плохо связаны, вот у меня такое ощущение. Ну это, конечно, вам надо специального пригласить человека, который специалист в этих самых углеродных циклах.
Слушатель: Еще один маленький вопрос: вот когда деревья, допустим, годовые кольца эти изучаются, вы замечали, может быть, они, действительно, идут по кругу, или это все-таки такой спиралевидный нарост на них? Потому что, понятное дело, там север, юг, запад, восток. То есть, возможно, где-то там идет какое-то замедление, утончение, еще что-то. Это тоже как-то влияет на эти исследования, или нет?
Ольга Соломина: Спасибо. Я вам советую на каком-нибудь пне проверить вашу гипотезу. Дело в том, что как образуется годичное кольцо? Между слоем древесины и слоем коры есть слой камбия, и он как бы обтекает все дерево. И, собственно говоря, в одну сторону образуется каждый год клетка, которая пополняет слой древесины; в другую сторону – слой коры. Только кора сшелушивается, а слой древесины остается все время там, где он образовался. Поэтому он, действительно, вокруг всего дерева. Бывает, например, что камень повредит этот самый слой, и тогда вот в этом месте, в этом году не будет этого слоя, и тогда это для нас большой подарок, мы можем сказать, когда этот камень это дерево повредил. Другое дело, что слои могут быть не концентрические. Ну, действительно, например, если вы на склоне посмотрите на пень, то у него с одной стороны узенькие колечки, с другой стороны широкие. Это потому что дерево хочет стоять вертикально, и поэтому с одной стороны у него меньше образуется, а с другой больше. Ну и так далее. Есть деревья, которые называются, опять-таки скажу по-немецки «крумхольц», это такие, знаете, ползучие кустарники. Они нарастают и переворачиваются, и дендрохронологам, которые занимаются этими объектами, приходится некоторые ветки спиливать и нарезать, как колбасу, и смотреть, как меняется рисунок годичных колец вот по этим самым ломтикам колбаски. И там, действительно, там очень сильно заметно, где он лежит, а где он обращен в сторону света и так далее.
Слушатель: Тоже осмелюсь повториться, у меня тоже один маленький вопрос: как обстоит дело с глобальной палеоклиматической моделью? Потому что очевидно, что у дендрохронологов своя прекрасная модель за какой-то период, у гляциологов своя, у тех, кто занимается орбитальными колебаниями, и это, видимо, астрофизика и климатология, своя. Должна быть какая-то глобальная модель, которая объединяет хотя бы 80% известных нам методов реконструкции климата в разные периоды времени. Соответственно, есть ли она, насколько что она объединяет и за какой период? Спасибо.
Ольга Соломина: Спасибо. Это важный вопрос, который я не успела обсудить здесь. Конечно, во-первых, вот это наше коммьюнити, оно очень взаимодействующее, мы все следим друг за другом, проверяем, кто чего делает. И, конечно, все пытаемся объединить. И вот на этой картинке показано изменение климата за последнюю тысячу лет. Вот внизу – это изменение температуры, причем кривыми показаны разные модели изменения климата за тысячу лет, а сереньким показаны разные серии вот этих косвенных данных, о которых я говорила. То есть это модели, наложенные на эмпирические данные. А сверху вот эти три кривые – очень важные. Это влияние вулканов, их радиационный вклад в изменение температуры на земле. Это солнце, а это вот видите все другие факторы, включая парниковые газы. И из этой картинки видно, здесь масштаб один и тот же. Видите, какое сильное влияние вулканов, вулканических извержений, короткое, но сильное. Вот солнце, действительно, сейчас солнечная активность довольно высокая, если смотреть на протяжении всего тысячелетия. Но вот по современным представлениям вклад изменения солнечной активности – примерно ноль-два градуса в современное потепление. А как вы знаете, оно оценивается примерно в 0,7-0,8 градуса. То есть, если только взять солнце, оно нам не объяснит вот этого вот потепления, и, собственно говоря, откуда вся эта история с парниковыми газами. Ну, в частности, оттуда, что нам надо еще примерно 0,6 градусов где-то набрать. И если мы включаем в нашу модель парниковые газы, тогда у нас все сходится. То есть, в принципе, мы, конечно, очень тесно работаем и с модельерами, и с представителями разных специальностей внутри этой области.
Борис Долгин: Спасибо.
Слушатель: Скажите, вы используете стволы деревьев или корни тоже можно использовать?
Ольга Соломина: В принципе, корни можно тоже, но лучше стволы.
Борис Долгин: Я бы спросил, может быть, вот о чем: когда мы с помощью перечисленных методов пытаемся восстановить историю климата, конечно, это и само по себе интересно, но, кроме всего прочего, это может помогать в анализе письменных источников или в корректировке интерпретаций тех или иных исторических событий. Может ли быть какая-то ситуация, когда историко-климатические исследования помогали бы истории?
Ольга Соломина: Да, конечно, таких довольно много. Ну вот, например, один из самых ярких: в Северной Америке есть такие индейцы пуэбло, в Средние века вдруг они жили-жили и исчезли. То есть следов их археологических вдруг не стало, а у наших коллег в Америке есть реконструкция засух в этом районе, которые покрывают как раз этот период. Они выяснили, что, например, в это же самое время случилась засуха, которая продолжалась два десятилетия. Для этой культуры это уже слишком много. Они живут в очень сухих районах, поэтому, по-видимому, им пришлось просто сняться и куда-то отправится. Это довольно часто. Дендрохронология, кстати, в этом смысле много чего может.
Борис Долгин: А гляциология?
Ольга Соломина: Гляциология тоже много чего может. Из исторических источников мы знаем «год без лета». Между прочим, бывают всякие интересные курьезные вещи. Вот, например, по историческим источникам восстановлена частота сжигания ведьм в Европе в Средние века, которая коррелирует, не поверите, с температурой и с похолоданием. Чем холоднее, тем больше ведьм сожгли. Так что мой коллега чешский Рудольф Браззел как раз написал большую научную работу по этому поводу.
Слушатель: Вопрос: мы сейчас находимся в какой точке, не может быть, что это начало какой-то эпохи, типа «большой волны», которая привела к вымиранию видов на Земле?
Ольга Соломина: Ну вы знаете, поскольку мы рассматривали разные колебания, и, конечно, мы занимаемся колебаниями разного масштаба, то за восемьсот тысяч лет мы более-менее представляем себе некоторую динамику. Ну, вот не видно тут такой очень большой волны. Я не знаю, вот тут тоже бы не взялась комментировать, тут надо бы геологов.
Слушатель: Известно, что основной парниковый газ – это водяной пар. Вот что-нибудь в палеонтологии известно, как ведет себя водяной пар? Он в несколько раз эффективнее, чем СО2, влияет на температуру, поэтому очень интересно.
Ольга Соломина: Ну, это тоже традиционный вопрос скептиков про водяной пар, и ответ на него такой: это действительно очень сильный парниковый газ, он действительно все время работает как парниковый газ, участвует во всех этих самых циклах, но чем отличается современная эпоха – это тем, что мы добавили новое большое количество парниковых газов других в атмосферу, и о них в основном речь. А водяной пар как естественный парниковый газ работал на протяжении геологической истории, так и продолжает. Собственно говоря, с ним тут, кажется, особенных проблем быть не должно. Поскольку зависит от температуры, конечно, влагосодержание атмосферы меняется, в зависимости от того, тепло или холодно.
