Повышение уровня моря является одним из наиболее заметных и действенных последствий глобального изменения климата, с глубокими последствиями для человеческих обществ и природных экосистем во всем мире. За последнее столетие глобальный средний уровень моря растет ускоренными темпами под влиянием сложного сочетания человеческой деятельности и природных процессов. Расчленение этих факторов и понимание их взаимодействия имеет важное значение для точной оценки будущих рисков для прибрежной инфраструктуры, населения и биоразнообразия. В этой статье предлагается углубленное изучение причин, лежащих в основе повышения уровня моря, научных методов, используемых для его измерения, региональных различий в его последствиях, прогнозов на ближайшие десятилетия и века, а также стратегий, доступных для смягчения и адаптации к его последствиям.

Антропогенные драйверы повышения уровня моря

С начала промышленной революции деятельность человека была доминирующей силой, ускоряющей глобальное повышение уровня моря. Основным драйвером является выброс парниковых газов (ПГ), таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4), от сжигания ископаемого топлива, обезлесения, сельского хозяйства и промышленных процессов. Эти выбросы усиливают парниковый эффект, улавливая больше тепла в атмосфере и вызывая планетарное потепление. Это потепление вызывает несколько процессов, которые прямо и косвенно способствуют повышению уровня моря.

Термическое расширение океанских вод

Океаны поглощают более 90% избыточного тепла, генерируемого повышенными концентрациями парниковых газов в атмосфере. По мере нагревания морской воды она расширяется — явление, известное как термическое расширение . Это расширение увеличивает объем океанской воды, что в значительной степени способствует повышению уровня моря. Согласно Портал изменения уровня моря НАСА , тепловое расширение составило примерно от 30 до 50 процентов наблюдаемого повышения уровня моря в последние десятилетия. Важно отметить, что скорость теплового расширения тесно связана с темпами глобального потепления; продолжающиеся высокие выбросы парниковых газов усилят этот эффект.

Таяние наземного льда: ледники и ледяные щиты

Еще одним важным фактором повышения уровня моря является таяние земных ледяных масс, включая ледники и массивные ледяные щиты, покрывающие Гренландию и Антарктиду. Повышение глобальных температур ускоряет таяние поверхности и сброс льда через откалывание айсбергов. Только ледяной щит Гренландии в настоящее время теряет в среднем около 250 миллиардов тонн льда в год, в то время как потери Антарктиды достигают примерно 150 миллиардов тонн в год, согласно Национальному управлению океанических и атмосферных исследований (NOAA) [FLT: 1]. Кроме того, горные ледники во всем мире - от Аляски и Гималаев до Анд и Патагонии - отступают, еще больше добавляя пресную воду в океаны. Эти потери не только повышают уровень моря, но также изменяют соленость океана и структуру циркуляции.

Дестабилизация шельфовых ледников, которые выступают в качестве опор, удерживающих внутренний лед на месте, наблюдалась в Антарктиде и Гренландии. Когда шельфовые ледники ослабевают или разрушаются, внутренние ледники ускоряют свой поток в океан, вызывая быстрое увеличение потери массы льда. Эта динамическая реакция добавляет критический слой неопределенности к будущим прогнозам повышения уровня моря.

Добыча подземных вод и ее последствия

На уровень моря также влияют методы управления водными ресурсами человека. Интенсивная закачка грунтовых вод для орошения, промышленности и городского водоснабжения удаляет воду, хранящуюся под землей. В то время как часть этой воды в конечном итоге возвращается в океаны через реки и стоки, значительная часть потребляется или испаряется, эффективно передавая наземное хранение воды в океан. Этот процесс способствует незначительной части наблюдаемого повышения уровня моря.

Кроме того, добыча грунтовых вод может вызвать оседание суши, где поверхность земли опускается из-за уплотнения осадочных отложений водоносного горизонта. Это оседание усугубляет локальный относительный рост уровня моря, особенно в прибрежных мегаполисах, таких как Джакарта, Бангкок, Новый Орлеан и части побережья Мексиканского залива США. В некоторых местах темпы оседания превышают несколько сантиметров в год, резко увеличивая риск наводнений за пределами того, что предполагают только глобальные тенденции уровня моря.

Вырубка лесов, изменения в землепользовании и развитие прибрежных районов

Обезлесение косвенно ускоряет повышение уровня моря за счет снижения способности Земли поглощать атмосферный CO2, тем самым усиливая глобальное потепление. Кроме того, изменения в землепользовании, такие как урбанизация и расширение сельского хозяйства, изменяют местную гидрологию и динамику осадков, которые влияют на прибрежные процессы. Например, удаление растительности снижает стабильность почвы, увеличивая стоки и потери осадков рекам и побережьям.

Развитие прибрежной инфраструктуры, например, морских стен, портов и дренажных систем, может нарушить естественный перенос и осаждение осадков. Такое вмешательство часто приводит к усилению эрозии прибрежных районов и потере среды обитания, усугубляя проблемы, связанные с ростом морей. Прерывание подачи осадков может предотвратить естественную миграцию береговых линий и водно-болотных угодий на суше, что приводит к утоплению критически важных мест обитания, таких как соляные болота и мангровые заросли.

Естественные процессы, влияющие на изменение уровня моря

До того, как влияние человека стало преобладающим, уровень моря колебался естественным образом в течение геологических временных шкал из-за орбитальных циклов, вулканической активности и взаимодействия океана и атмосферы. Хотя эти естественные процессы продолжаются и сегодня, их относительный вклад в современное повышение уровня моря незначителен по сравнению с антропогенными факторами. Тем не менее, понимание этих природных факторов жизненно важно для интерпретации прошлых записей уровня моря и улучшения будущих прогнозов.

Ледниково-межледниковые циклы и Миланкович Форсинг

Климат Земли колебался между ледниковым (ледниковый возраст) и межледниковым (теплый) периоды за последние несколько миллионов лет. Эти циклы, обусловленные колебаниями орбиты Земли и осевого наклона, известные как циклы Миланковича, влияют на распределение и интенсивность солнечного излучения, достигающего поверхности. Во время ледниковых максимумов огромные ледяные щиты заперли большие объемы воды на суше, в результате чего глобальный уровень моря упал на целых 120 метров по сравнению с сегодняшним днем.

Последний ледниковый максимум, примерно 20 000 лет назад, видел уровень моря значительно ниже, чем в настоящее время. По мере естественного потепления климата ледяные щиты тают, и уровень моря вырос примерно на 100 метров в течение последующих 10 000 лет. Нынешний межледниковый период - голоцен - испытал относительно стабильные уровни моря, колеблясь всего на несколько метров, пока недавнее потепление, вызванное человеком, не вызвало резкое отклонение от этой стабильности.

Вулканическая активность и тектонические процессы

Вулканические извержения влияют на уровень моря как на короткие, так и на длительные промежутки времени. Крупные взрывные извержения вводят сульфатные аэрозоли в стратосферу, отражая солнечное излучение и временно охлаждая климат. Это охлаждение может уменьшить тепловое расширение и медленное таяние льда в течение нескольких лет, вызывая незначительные, кратковременные провалы в темпах повышения уровня моря.

В геологических масштабах вулканическая активность на гребнях среднего океана создает новую океаническую кору, изменяя объем океанского бассейна и влияя на глобальный уровень моря.Этот процесс происходит в течение миллионов лет и не способствует текущим быстрым изменениям уровня моря.

Связанным природным явлением является ледниковая изостатическая регулировка (GIA), где земная кора отскакивает после депрессии под весом массивных ледяных щитов. Такие регионы, как Скандинавия, части Канады и северная Европа, все еще испытывают подъем через тысячи лет после последнего оледенения, в результате чего относительные уровни моря падают локально. И наоборот, периферийные районы могут утихать, увеличивая локальное относительное повышение уровня моря.

Океаническая циркуляция и климатические колебания

Естественные климатические колебания, включая Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO), Тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO) и Атлантическое многовековое колебание (AMO), модулируют уровень моря на региональном уровне путем перераспределения тепла и изменения ветровых моделей. Например, сильные события Эль-Ниньо вызывают накопление теплой воды в восточной части Тихого океана, временно повышая уровень моря там на несколько сантиметров.

Хотя эти колебания вызывают значительную региональную и межгодовую изменчивость уровня моря, они не изменяют глобальный средний уровень моря в течение длительных периодов, однако они могут осложнить обнаружение основных тенденций, вызванных антропогенным изменением климата.

Методы измерения и определения повышения уровня моря

Надежное измерение изменения уровня моря имеет основополагающее значение для понимания тенденций, выявления причин и информирования о политических мерах реагирования. Используются два основных метода: датчики приливов и спутниковая альтиметрия.

Приливные датчики являются прибрежными инструментами, которые фиксируют уровень моря относительно суши. Некоторые приливные датчики простираются более чем на столетие, обеспечивая ценный исторический контекст. Однако приливные датчики ограничены географически, в основном расположены вблизи береговых линий и портов.

Спутниковая альтиметрия, работающая с 1993 года с такими миссиями, как TOPEX/Poseidon и серия Jason, измеряет высоту поверхности моря во всем мире с точностью до сантиметра. Эти данные показывают, что глобальный средний уровень моря с 1993 года поднимается со средней скоростью примерно 3,3 миллиметра в год, при наблюдаемом ускорении около 0,1 миллиметра в год за десятилетие.

Для привязки наблюдаемого повышения уровня моря к конкретным причинам ученые используют климатические модели и статистические подходы. По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), более 80% повышения уровня моря, наблюдаемого с 1970 года, обусловлено антропогенными выбросами парниковых газов. Одна лишь естественная изменчивость не может объяснить величину или ускорение недавнего повышения.

Региональные различия в повышении уровня моря и их последствия

Повышение уровня моря демонстрирует существенную региональную изменчивость из-за множества взаимодействующих факторов, включая океанские течения, гравитационные эффекты от потери массы льда и вертикального движения суши.

  • Океанские течения: Изменения в ветровых моделях и циркуляции океана могут привести к тому, что уровень моря будет повышаться быстрее или медленнее в определенных регионах.
  • Гравитационная дактилоскопия:] Большие ледяные массы оказывают гравитационное притяжение на близлежащую океанскую воду.По мере того, как ледяные щиты теряют массу, их гравитационное притяжение ослабевает, в результате чего местные уровни моря вблизи льда падают или поднимаются меньше, в то время как в регионах, расположенных дальше, наблюдается повышение уровня моря.
  • Линия оседания или подъема: Тектоническая активность и антропогенное оседание влияют на относительный уровень моря локально.

Например, на восточном побережье США и побережье Мексиканского залива темпы повышения уровня моря в два-три раза превышают среднемировой из-за оседания суши и изменения океанских течений. И наоборот, в некоторых частях Тихоокеанского северо-запада наблюдается относительное падение уровня моря из-за тектонического подъема. Гравитационные эффекты потери льда также означают, что таяние Гренландского ледяного щита непропорционально повышает уровень моря вдоль Южной Америки и Африки, в то время как антарктическое таяние более сильно влияет на Северную Америку и Европу.

Прогнозы повышения уровня моря в будущем

Прогнозирование будущего повышения уровня моря связано со значительной неопределенностью, особенно в отношении реакции ледяных щитов на потепление. В Шестом оценочном докладе МГЭИК излагаются сценарии, основанные на путях выбросов парниковых газов:

  • Сценарий с низким уровнем выбросов (SSP1-1.9): по прогнозам уровень моря вырастет примерно на 0,3-0,6 метра (1-2 фута) к 2100 году по сравнению с уровнями 1995-2014 годов.
  • Сценарий высокого уровня выбросов (SSP5-8.5): Прогнозируемый подъем колеблется от 0,6 до 1,0 метра (2-3.3 фута), при этом низкая вероятность, но высокая ударная верхняя граница приближается к 2 метрам (6,5 фута), если динамика ледяного покрова неожиданно ускорится.

После 2100 года уровень моря будет продолжать расти на протяжении веков из-за инерции потепления океана и таяния ледяного покрова. Даже немедленное прекращение выбросов не остановит тепловое расширение и потерю льда, которые действуют в течение нескольких десятилетий до тысячелетий. Эта долгосрочная приверженность повышению уровня моря подчеркивает настоятельную необходимость как смягчения выбросов, так и адаптивного планирования.

Последствия и последствия подъема морей

Повышение уровня моря уже усиливает частоту и серьезность прибрежных опасностей во всем мире, что имеет последствия для населенных пунктов, инфраструктуры и экосистем.

Прибрежные наводнения значительно увеличились, с «наводнением неприятностей», происходящим от 300 до 900 процентов чаще во многих прибрежных городах США с 1960-х годов, как документально подтверждено NOAA. Более высокие базовые уровни моря позволяют штормовым волнам от ураганов, тайфунов и циклонов проникать дальше вглубь страны, что приводит к разрушительному ущербу домам, дорогам и коммунальным услугам.

Прибрежная эрозия ускоряется по мере того, как поднимающиеся моря позволяют волнам достигать всё выше и дальше на береговые линии, подрывая скалы, пляжи и инфраструктуру.Кроме того, хрупкие прибрежные среды обитания, такие как соляные болота, мангровые заросли и коралловые рифы сталкиваются с усилением затопления и утопления, если аккреция осадков не идет в ногу с повышением уровня моря, что ставит под угрозу их роль в качестве естественных буферов против штормов.

Вторжение соленой воды угрожает пресноводным водоносным горизонтам и сельскохозяйственным почвам, особенно в низменных дельта-регионах и островных государствах. Это загрязнение ставит под угрозу поставки питьевой воды и производительность сельского хозяйства, непропорционально затрагивая уязвимые группы населения.

Перемещение общин, часто называемое климатической миграцией, становится критически важной социальной и этической проблемой, особенно для малых островных государств и низменных прибрежных районов. Планирование управляемого отступления, правовые рамки для перемещенных лиц и международное сотрудничество будут все более и более необходимыми.

Стратегии смягчения и адаптации

Решение проблемы повышения уровня моря требует двухстороннего подхода: смягчение для снижения темпов роста за счет ограничения выбросов парниковых газов и адаптация для минимизации вреда от изменений уровня моря, которые уже неизбежны.

На фронте смягчения последствий, ускорение перехода к возобновляемым источникам энергии, повышение энергоэффективности, прекращение обезлесения, содействие лесовосстановлению и развитие технологий улавливания и хранения углерода являются важными шагами. Эти усилия, хотя и имеют решающее значение, потребуют десятилетий, чтобы повлиять на темпы повышения уровня моря из-за инерции системы.

Стратегии адаптации включают:

  • Прибрежные защитные сооружения: Строительство морских стен, дамб и барьеров для защиты уязвимых районов от наводнений и штормовых нагонов.
  • Природные решения: Восстановление и сохранение водно-болотных угодий, мангровых зарослей и коралловых рифов, которые действуют как естественные буферы.
  • Управляемое отступление: Перемещение инфраструктуры и сообществ вдали от зон повышенного риска, когда защита неосуществима или неустойчива.
  • Улучшенное планирование землепользования: Внедрение правил зонирования и строительных норм, которые учитывают будущие сценарии уровня моря.
  • Системы раннего предупреждения и готовности к стихийным бедствиям: Усиление возможностей реагирования на чрезвычайные ситуации для сокращения потерь жизни и имущества во время экстремальных событий.

Успешная адаптация требует интеграции научных прогнозов с социальными, экономическими и политическими соображениями. Она требует сотрудничества между правительствами, сообществами, учеными и заинтересованными сторонами для создания устойчивости к многогранным проблемам, возникающим в связи с ростом морей.