В нескольких словах
С начала XXI века наблюдается значительное сокращение запасов пресной воды на суше (более 1600 Гт), что приводит к повышению уровня Мирового океана и смещению оси вращения Земли. Исследователи связывают это с антропогенными факторами, в первую очередь с изменением климата и режима осадков, и предполагают, что эти изменения в водном цикле могут быть необратимыми.
По крайней мере, с начала XXI века запасы воды на поверхности суши сокращаются. Измеряя повышение уровня моря, смещение земного полюса и изменения влажности почвы, группа ученых смогла оценить, насколько «высохла» земля: с 2000 года континенты потеряли более 1600 гигатонн воды. Каждая гигатонна (Гт) равна 1 миллиарду тонн. Куда же делась вся эта жидкость? Она пополнила Мировой океан, подняв его уровень и повлияв на вращение Земли.
Авторы этого открытия, опубликованного в престижном журнале Science, считают, что деятельность человека изменила круговорот воды, который оставался относительно стабильным со времен окончания последнего ледникового периода.
Учебники для 4-го класса описывают круговорот воды в природе. В упрощенной версии вода из морей испаряется, поднимается в атмосферу, затем выпадает дождем на сушу. Часть воды питает подземные водоносные горизонты, другая стекает в реки и озера, орошая поверхность, и в конечном итоге возвращается в море. За исключением немногих молекул водорода, достигающих верхних слоев атмосферы и улетающих в космос, это замкнутая система. Как сформулировали и доказали Михаил Ломоносов и Антуан Лавуазье почти 250 лет назад, в таких системах масса остается постоянной — она не создается и не уничтожается, как и энергия. В случае с водой это означает, что ее общее количество практически не меняется, она лишь перемещается.
«Количество воды на Земле постоянно, хотя очень малая часть теряется в космосе через стратосферу», — подтверждает Донгрёль Рю, профессор гидрологии и дистанционного зондирования Мельбурнского университета (Австралия) и соавтор исследования в Science. «Наша работа показывает, что за последние десятилетия, после резкого снижения влажности почвы в 2000–2002 годах, произошла потеря воды на суше, которая в основном пополнила океаны. Это снижение влажности почвы продолжается в виде устойчивой тенденции, перемежаясь случайными менее резкими спадами». Всего с начала века суша потеряла чуть более 1600 Гт воды, не считая массы, поступившей от таяния ледников Гренландии и Антарктиды.
Рю напоминает, что таяние ледниковых щитов было и остается важным источником поступления воды в океаны. «Однако в период 2000–2002 годов потеря влаги почвой на суше значительно превысила этот вклад. С тех пор из-за продолжающегося истощения почвенной влаги и грунтовых вод их вклад в глобальное повышение уровня моря стал сопоставим или даже превышал вклад таяния Гренландии и Антарктиды в эти годы», — говорит он.
Чтобы рассчитать гигатонны переместившейся воды, ученым пришлось использовать косвенные методы. Спутниковые данные и тысячи буев NOAA (Национального управления океанических и атмосферных исследований США) позволили измерить повышение уровня моря за последние десятилетия. Речь идет не о сантиметрах, а о миллиметрах — 4,4 мм. Кажется немного, но слой воды толщиной 1 мм эквивалентен литру на квадратный метр, что при умножении на площадь океанов дает огромный объем.
Другой косвенный метод связан с осью вращения Земли и законом сохранения массы. Исследование таяния ледников Гренландии показало, что огромный остров «поднимается», освобождаясь от веса льда. Это, вместе с увеличением массы океана за счет талой воды, влияет на вращение планеты. Перераспределение водных масс замедляет вращение Земли и вызывает смещение полюса вращения (отличного от географического и магнитного).
«Полюс вращения Земли постоянно смещается — это явление известно как движение полюсов», — объясняет Ки-Вон Со, исследователь из Сеульского национального университета (Южная Корея), первый автор исследования и эксперт в области геодезии. «Это движение в основном обусловлено перераспределением масс воды и воздуха на поверхности Земли, включая влажность почвы». Ученые учли известные факторы, влияющие на смещение оси (таяние льдов, истощение грунтовых вод), и выделили остаточный сигнал, который они приписали изменениям влажности почвы. По их оценкам, ось вращения сместилась на 45 сантиметров из-за перемещения воды, и это хорошо коррелирует с повышением уровня моря.
Авторы подчеркивают антропогенный характер многих процессов, стоящих за этим переносом воды, начиная с изменения режима осадков. Уменьшение частоты дождей сделало последние годы одними из самых засушливых за историю наблюдений. Растет число, частота и интенсивность «мгновенных засух» (flash droughts). К метеорологической засухе добавляется атмосферная: воздух в Европе, например, стал самым сухим за последние 400 лет. Эта сухость губит деревья — естественные резервуары влаги. Истощаются и подземные запасы воды; примером служит проседание многих китайских городов из-за чрезмерной эксплуатации водоносных горизонтов. Кроме того, дожди не просто реже идут, но и чаще носят ливневый, интенсивный характер, из-за чего вода быстро стекает в море, не успевая впитаться в почву.
По мнению авторов, обнаруженные изменения могут быть необратимыми. «Хотя вода постоянно циркулирует между сушей и океанами, текущая скорость потери воды на суше превышает ее восполнение», — утверждает Со. «Истощение наземных резервуаров, которое мы наблюдаем, потенциально необратимо, поскольку маловероятно, что эта тенденция изменится, если глобальные температуры и испарение будут продолжать расти нынешними темпами. Без значительных изменений климатических паттернов дисбаланс в водном цикле, вероятно, сохранится, что приведет к чистой потере воды с суши в океаны с течением времени», — заключает он.
Серхио Висенте Серрано из Лаборатории климатологии Пиренейского института экологии (IPE/CSIC) выражает скептицизм по поводу результатов работы, указывая на высокую неопределенность использованных данных. «Если бы влажность почвы падала, как они предполагают, мы бы находились в состоянии непрерывной засухи, а это неправдоподобно», — пишет он. Однако он согласен с авторами в том, что «засухи усиливаются из-за повышенного испарения, что делает вероятным некоторое снижение влажности почвы».
