Загадка климатических градиентов, или почему в XXI веке для выживания цивилизации нужны океанологи

Людмила Харитонова [текст]

На III Всероссийском фестивале науки во Владивостоке профессор Талгат Кильматов, океанолог, заведующий кафедрой океанологии и гидрометеорологии, выступил с открытой лекцией «Изменения климата, катастрофы и процветание цивилизации». Тема выступления сегодня особенно актуальна для населения Земли. Но мы решили поговорить на страницах нашей газеты с ученым  не только о глобальных  проблемах, но и о перспективах этой науки в ДВФУ.  

 — Наука, изучающая изменения климата, — это гидрометеорология, которая в классическом понимании объединяет метеорологов (атмосфера), океанологов (океаны и моря) и гидрологов (пресные водоемы). Все процессы, проходящие в этих средах, взаимосвязаны, и именно они в значительной мере определяют климат на планете. Почему в последние годы эта тема стала такой актуальной, ведь систематические наблюдения за климатом ведутся уже больше ста лет?   —За последние два–три десятилетия ситуация по наблюдению за гидросферой принципиально поменялась, и специалисты на новом уровне переосмысливают уже привычные процессы и явления. Раньше мы работали в условиях определенного недостатка данных наблюдений, теперь информации иногда, наоборот, даже слишком много. Спутники непрерывно делают измерения различных параметров в океане и атмосфере, и не всегда понятно, как эти данные однозначно интерпретировать.    — Но в это же время появились и мощные компьютеры, современные программы, помогающие ученым обрабатывать и систематизировать эти данные…   — Да, на основе наблюдений и современных теорий строятся компьютерные модели, имитирующие климатические изменения. Однако взаимодействие множества физических процессов в гидросфере представляет «большой клубок перепутанных цветных ниток», причем снаружи трудно понять их взаимосвязь внутри. Поэтому полной аналогии между тем, что показывают компьютерные модели, и реальным будущим нет. Климат, как и любой планетарный процесс, изменялся в масштабах как минимум тысячелетий, а мы только последние полвека видим количественную картину во всем многообразии наблюдений с помощью современных инструментов. Определенно можно говорить только о тенденциях, оценках и возможных вероятных сценариях.    Среди ученых даже возникают споры, идет ли процесс глобального потепления или, наоборот, похолодания. Процесс климатического тренда измеряется всего одним градусом за несколько десятков лет, в то же время у нас с утра до полудня температура воздуха может измениться на 10 градусов, не говоря уже об изменениях температуры зима — лето (+20 , -20 градусов). Поэтому одни говорят о том, что происходит нагревание атмосферы, другие — ее охлаждение, причем все опираются на теории и наблюдения, часто одни и те же — все зависит от интерпретации.    — И на чем строится Ваша собственная модель изменений климата, изложенная в лекции?   — Температура поверхности океана — достаточно стабильный индикатор климатических трендов, по ней можно судить, нагревается или охлаждается планета. Температура воды является более инерционной характеристикой по отношению к температуре воздуха. Одновременно сформированы достаточно надежные базы данных наблюдений за последние полвека. На нашей кафедре была проведена работа по исследованию изменения температуры поверхности в разных акваториях океанов из этих баз данных, начиная с средины прошлого века по наши дни. В целом результаты расчетов следующие. Хотя отдельные акватории могут локально охлаждаться, для обоих полушарий нашей планеты тенденция такова: за последние 50 лет Мировой океан постепенно нагревается. Это относится прежде всего к широтам, где живут люди — от экватора до 60-го градуса — в среднем температура воды незначительно, но постепенно повышается. Это факт, а не гипотеза.    Помимо роста температуры, мы, как и другие ученые, фиксируем другую, не менее важную, тенденцию: пространственный перепад температур, или, другими словами, градиент температуры, тоже имеет климатическую тенденцию к росту. По аналогии с металлическим стержнем легко представить, что если не только нагревается стержень, но и одновременно растет разность температур между его концами, то усиливается поток тепла от «горячего» к «холодному» концу. В океане и атмосфере это приводит к росту не только тепловых потоков, но и потоков механической энергии. Усиление ветра приводит к росту испарения, больше воды попадает в атмосферу, отсюда — увеличение осадков и наводнений. Также рост числа ураганов, тайфунов и т.д.  Но в нашем случае увеличение градиента — это не гипотеза, а научный факт, его последствия же могут развиваться по различным сценариям.    — Значит, все-таки нужно готовиться к природным катастрофам в обозримом будущем?   — Я не могу точно сказать, что будет через 40 или 100 лет — я научный работник, а не предсказатель. Для меня есть совершенно четкий и достоверный факт: за последние 50 лет океан нагревается и градиент температур между широтами растет. Возможно (версии части ученых), наблюдаемые процессы всего лишь часть какого-то очень длинного климатического цикла, охватывающего тысячи лет, и катастрофического изменения климата бояться не стоит. Но мое мнение таково: антропогенный эффект имеет место, в частности мы ежедневно сжигаем миллионы тонн нефти. Хотелось бы ошибаться, но лучше рассчитывать на худший сценарий, чтобы быть готовым и обеспечить устойчивость существования цивилизации.    За XX век глобальная экономика стала сравнима с планетой. В прошлом человечество развивалось экстенсивно — не хватает деревне одного поля, выкорчевали лес (или осушили болото), засадили еще одно, и так далее. Сейчас нам некуда больше развиваться таким способом, мы замкнулись на земном шаре, потребляем его ресурсы в масштабах планеты. Техногенные факторы, экономическая деятельность человека влияют на ландшафт планеты и на ее климат. И эти изменения произошли совсем недавно, на протяжении жизни одного поколения: те, кому сейчас больше пятидесяти лет, отлично помнят, что внешняя среда их детства была принципиально другой. Все это может привести к тому, что возникнет структурная неустойчивость, то есть инерционный путь развития общества станет невозможным.    — Что такое структурная неустойчивость применительно к климату?   — В математике и физике есть так называемая «теория катастроф» (немного неудачное название, мы-то под катастрофами понимаем цунами, штормы, тайфуны). Эта теория математически описывает быструю структурную перестройку системы. Суть следующая: как правило, малые воздействия приводят к малым изменениям к воздействующей системе. Например, мы слабо толкаем конфетку по поверхности стола, она сдвигается на миллиметр. Так происходит много раз, мы привыкаем к этому, система практически стабильна. Но вот конфетка приблизилась к краю стола — маленькое воздействие привело к резкому изменению системы, ее структура мгновенно перестраивается, конфета упала, то есть приобрела кинетическую энергию, потеряла потенциальную.    — Получается, задача климатологов, океанологов и гидрометеорологов – попытаться угадать «край стола»?    — Помните, как в 2004 году в Азии от цунами погибло четверть миллиона человек? Никто не хочет повторения этой трагедии, как никто не хочет повторения последствий урагана «Катрин». Поэтому научные направления в области изменения климата, построение климатических компьютерных моделей серьезно финансируются, в частности правительствами США, Японии и др. На нашей кафедре каждые две недели проходит регулярный научный семинар, в том числе с участием приглашенных научных сотрудников. Буквально на днях выступал специалист из гидрометеослужбы США океанолог Василий Титов, выходец из России, он живет в Америке более 20 лет и как раз занимается моделированием цунами.    Казалось бы, эти исследования не дают быстрой отдачи и прибыли, они вроде бы непрактичны. Но все понимают, что нужно как-то учиться просчитывать ситуацию, потому что когда возникнет «край стола» и случится структурная перестройка, будет поздно. Как минимум каждые 10 лет измерительная аппаратура обновляется, становится легче, надежнее, точнее, спутники постоянно производят измерения параметров в океане и атмосфере. Построены и строятся в разных странах мира математические модели прогноза погоды разных масштабов и климата.    Очевидно, что такая стратегия требует значительных финансовых вливаний, поэтому не все страны могут себе позволить проявлять активность на данном поле исследований. Россия не может остаться в стороне, но планета у нас общая и климат не признает политических границ, поэтому гидрометеорология и климатология, как никакая другая наука, интернациональна.   — Что Вы можете сказать о перспективах Дальневосточного федерального университета и кафедры гидрометеорологии? Какие научные и образовательные направления стоит развивать, чтобы поддерживать высокий уровень?   — Дальневосточному федеральному университету желательно иметь двуязычных преподавателей и студентов, развивать сотрудничество с зарубежными университетами, осуществлять обязательную ротацию и обмен специалистами. Есть ли предпосылки для создания кафедры интернационального уровня? Да! Прежде всего, это наличие прекрасного кампуса на берегу. Мы можем на базе кампуса создать «москитный» научный флот (катера с подвесными моторами, оборудованные лебедками) — это вполне реально, просто и бюджетно. В управлении и обслуживании такие транспортные средства аналогичны легковому автомобилю, а поскольку приборная база становится все более компактной, легкой и минимально энергоемкой, на базе «москитного» флота можно проводить серьезные научные исследования. Такие суда нужны не только океанологам и метеорологам, одновременно ими могут пользоваться физики, биологи, химики.    Второй фактор — географический. Изучение залива Петра Великого как учебно-научного полигона очень привлекательно для зарубежных коллег и студентов. Мы живем в очень ярком климате, у нас прекрасная окружающая среда, богатая флора и фауна не только на побережье, но и в море.   Я не оговорился — яркость и полнота жизни зависит также и от градиента погодных изменений. Что такое погода во Владивостоке? Август — как погода в Таиланде, только морское дно богаче; туман в начале лета — как в Лондоне, только короче по времени; зимой — торосы, как на севере, только рыбалка интересней; лес летом и осенью поражает разнообразием. Благодаря ветру воздух в городе чистый и свежий. И зимний холод намного мягче, чем в Сибири, где люди ходят в унтах и шубах, часто у них на лицах белые пятна: «отморозил нос». У нас многие всю зиму ходят в осенних ботинках и куртках… Я считаю, что наш климат великолепен для здорового человека. И третий фактор заключается в том, что Дальневосточный федеральный университет вместе с профильными институтами ДВО РАН — это мощный центр океанологии в регионе, ведь ближайший российский океанологический институт находится в Москве.   Для ДВФУ изучение Мирового океана — одно из приоритетных направлений развития. Ближайшая кафедра по изучению физики океана тоже находится в Москве, в МГУ. Поэтому студент, выбравший для себя этот профиль, при желании становится «штучным» товаром на рынке труда — желательно поднять себя по квалификации на международный уровень. Ведь аналогичные университеты есть в Корее, Китае, Японии, США. Мы просто обязаны  поднять и держать высокий уровень образования и исследований в этой области, ведь океанология и гидрометеорология — это глобальные науки, изучающие планетарные процессы.   — С изучением климата и погоды все понятно, этот вопрос действительно касается всех. Но почему так высока роль океанологии? Каково ее прикладное значение?   — Сейчас около 90% процветающего населения живут по берегам океанов и крупных рек. Кроме всего прочего это психологически понятно: жить у реки или моря приятно, здесь ярче климат, богаче растительный и животный мир. Даже в сверхнаселенной Японии 90% населения сосредоточено на 5% побережья. Большая часть грузов в мире перевозится по воде, самые крупные рукотворные движущиеся «сооружения» — это морские суда и платформы. Цивилизация «прижимается» к берегам, несмотря на то, что на берегу жить в какой-то мере опаснее. В таких условиях остро нужны специалисты в области гидрометеорологии, климатологии, гидрологии, океанологии — составить прогноз погоды, климата, научиться предугадывать возможные опасные явления, чтобы успеть подготовиться и снизить возможный ущерб.    Нормальные студенты, выбирая направление подготовки, хотят после окончания университета иметь собственное достойное богатое будущее. Одно из перспективных направлений — освоение шельфа. Перед мировой экономикой в XXI веке стоит проблема ресурсов — нефти, газа, полезных ископаемых. Уже сейчас известно, что более половины разведанных запасов нефти и газа находятся на шельфе. Разработаны технологии, позволяющие добывать эти ресурсы на глубине от полукилометра и более. И все страны стараются развивать свои программы, связанные с океаническим шельфом. Посмотрите, как остро стоит вопрос об освоении Арктики! Океан также содержит и огромное количество биоресурсов, поэтому по всему миру создаются морские фермы. Все эти отрасли экономики требуют большого количества специалистов — гидрометеорологов, биологов, океанологов, климатологов.    Когда речь идет об освоении и охране шельфа, здесь на грамотных специалистах экономить нельзя, разлив нефти в Мексиканском заливе это показал. Поэтому океанологи есть на площадках компаний, занимающихся освоением шельфа. В частности, уже сейчас выпускники нашей кафедры работают в нефте- и газодобывающих компаниях на Сахалине. Другой простой пример: сейчас чистая вода по цене сравнима с ценой на нефть, хотя 30 лет назад вы бы назвали сумасшедшим того, кто сказал бы, что воду будут продавать в магазине. Пресная вода — специализация гидрологов.   — Выпускники вашей кафедры получают диплом гидрометеоролога. Где и кем они могут работать после университета?   — Наша кафедра старается дать всестороннее образование, открывающее возможности по дальнейшему трудоустройству для ее выпускников. Да, они получают диплом гидрометеоролога, но за время учебы у них есть возможность попробовать себя в океанологии, метеорологии, гидрологии, выбрать подходящую специализацию и дальше уже развиваться в этом направлении.    Наша цель сделать так, чтобы бакалавры были способны работать на высокотехнологичных производствах, в частности используемых на шельфе. Гидрометеослужба постоянно получает новое оборудование — им нужна молодежь, умеющая с ним обращаться. Есть такая профессия «синоптик на аэродроме» — и такие специалисты нужны. Выпускники нашей кафедры могут работать гидрологами — у нас есть реки, которые нужно контролировать, все мы помним наводнения этого года на Амуре и Сунгари. Обслуживание и проектирование новых гидроэлектростанций — тоже подходящая область для применения их знаний и умений. Даже если кто-то в процессе учебы поймет, что это направление «не его», а он должен стать юристом, он может выбрать уже соответствующую юридическую область, например охрану окружающей среды, где его знания, полученные в Школе естественных наук, станут профессиональным преимуществом. Кто-то продвигается в науке, для этого есть все возможности. Например, Игорь Семилетов, бывший выпускник нашей кафедры, возглавил международную научную школу по изучению климатических изменений, связанных с выделением метана на планете. Он организовывал экспедиции в Арктику на основе международного сотрудничества.    Для того чтобы наш университет входил в число ведущих в этой области, нужно поддерживать высокий уровень преподавателей и студентов — развивать международное сотрудничество и собственные научные исследования. Гидрометеорология — практическая наука, поэтому в университете должно быть соответствующее оснащение — приборы, суда, компьютеры. Я уже говорил, что на сегодняшнем этапе перспективно иметь «москитный флот» — для исследования прибрежных заливов и студенческих практик этого достаточно. В море студенты не только получают необходимые профессиональные знания и навыки, но и учатся дисциплине, начинают серьезно относиться к безопасности — когда нужно надеть спасжилеты или гидрокостюмы, а также привыкают слаженно работать в команде. Естественно было бы к экспедициям подключать другие специальности — химиков, биологов, а на обработку данных и моделирование — программистов и математиков…    Был с нашими студентами на морской практике, ребята очень порадовали. Большинство из них жизнерадостные, уравновешенные, спортивные, любознательные. Нам, преподавателям, за время учебы нужно помочь им сохранить внутренний импульс собственного развития, желание что-то сделать, чего-то достичь, дать им современные знания и навыки для успешного дальнейшего развития. Направление «гидрометеорология» настолько широко, что каждый из наших студентов может выбрать свой путь, и необязательно из тех, что уже перечислены выше. В жизни, как и в  окружающей среде, однозначного прогноза развития событий нет и быть не может,  будущее — намного ярче и интереснее, чем придумывают футуристы.