Являются ли недавний подъем уровня Каспийского моря и его последствия природной катастрофой?

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ЯВЛЯЮТСЯ ЛИ НЕДАВНИЙ ПОДЪЕМ УРОВНЯ КАСПИЙСКОГО МОРЯ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИРОДНОЙ КАТАСТРОФОЙ?

Доктор географических наук В.Н. Михайлов
Доктор географических наук Г.И. Рычагов
Кандидат географических наук Е.С. Повалишникова
Географический факультет Московского государственного
университета им. М.В. Ломоносова

О Каспийском море и его "поведении" сейчас говорят и пишут много. На слуху такие слова: "неожиданный подъем уровня моря", "катастрофический подъем уровня", "экологическая катастрофа", "подпор распространился до Астрахани, и участились наводнения в дельте Волги", "морская вода проникает в рукава дельты", "изменением стока рек нельзя объяснить происходящее повышение уровня моря, все дело в неустойчивости земных недр" и т.д. Что в этих словах соответствует действительности, а что нет? На это ответить совсем непросто, ведь даже среди географов можно услышать противоречивые суждения о нынешнем "поведении" Каспия и его причинах. Что же в действительности происходит сейчас с Каспийским морем?

Начнем с фактов.

Каспийское море - самое большое на планете бессточное озеро. Морем этот водоем называют из-за его огромных размеров, солоноватой воды и режима, сходного с морским. Уровень этого озера-моря находится намного ниже уровня Мирового океана, и в начале 1998 г. имел отметку около -27 м абс.

Систематические наблюдения над уровнем Каспийского моря были начаты с 1837 г. Во второй половине XIX века средние годовые значения уровня Каспия находились в диапазоне отметок -26...-25,5 м абс. и имели некоторую тенденцию к снижению. Эта тенденция продолжилась и в XX веке (рис.1). В период с 1929 по 1941 гг. уровень моря резко снизился почти на 2 м: с -25,88 до -27,84 м абс. В последующие годы уровень продолжал падать и, снизившись приблизительно на 1,2 м, достиг в 1977 г. самой низкой за период наблюдений отметки -29,01 м абс. Затем уровень моря начал быстро повышаться и, поднявшись к 1995 г. на 2,35 м, достиг отметки -26,66 м абс. В последующие два года средний уровень моря несколько снизился: до -26,80 в 1996 и -26,95 м абс. в 1997 г.

Рис.1. Многолетние изменения (1900-1997 гг.): 1 - среднего годового расхода воды Волги в вершине дельты у Верхнего Лебяжьего, 2 - расходов воды Волги при скользящем 6-летнем осреднении, 3 - средних годовых уровней воды в м абс. в Каспийском море (Махачкала); 4 - разностная интегральная кривая стока Волги (по В.Н.Михайлову и Е.С.Повалишниковой, 1998).

Средний многолетний уровень моря за последние 97 лет составил по данным наблюдений у Махачкалы -27,27 м абс. Интересно, что наибольшую повторяемость уровень моря имел вблизи двух отметок - "нижней" около -28,2 и "верхней" около -26,2 м абс.

За период наблюдений наиболее значительные изменения уровня были в 30-х и 80-90-х годах нашего столетия. Средняя интенсивность снижения уровня составила с 1929 по 1941 гг. около 16 см/год, достигая в отдельные годы 30-33 см/год. Средняя скорость повышения уровня с 1978 по 1995 гг. составила 13 см/год, достигая в отдельные годы 33-35 см/год.

Снижение уровня моря в 30-70 гг. привело к обмелению прибрежных акваторий, выдвижению береговой линии в сторону моря, образованию широких пляжей. Последнее было, пожалуй, единственным положительным следствием падения уровня. Негативных последствий было значительно больше. С понижением уровня сократились площади кормовых угодий для рыбного стада в Северном Каспии. Мелководное устьевое взморье Волги стало быстро зарастать водной растительностью, что ухудшило условия прохода рыб на нерест в Волгу. Резко сократились уловы рыб, особенно ценных пород - осетра, стерляди. Многие рыбные промыслы на западном побережье моря были закрыты. Стало терпеть ущерб и судоходство - уменьшились глубины в подходных каналах, особенно вблизи дельты Волги.

Прогнозировалось дальнейшее понижение уровня моря. В связи с этим стали разрабатывать различные проекты по уменьшению негативных последствий понижения уровня моря, в частности, проекты переброски часть стока северных рек в бассейн Волги, отсечения с помощью дамб мелководных акваторий в восточной части Северного Каспия для уменьшения испарения, перекрытия пролива, соединяющего Каспий с заливом Кара-Богаз-Гол и др. Из перечисленных мер было осуществлено лишь перекрытие пролива и то в 1980 г., когда уровень моря уже стал повышаться.

Подъем уровня с 1978 по 1995 гг. оказался не только неожиданным, но и привел к еще большим негативным последствиям. Ведь и хозяйство, и население прибрежных районов уже приспособились к низкому уровню, "привыкли" к нему.

Многие отрасли хозяйства стали терпеть ущерб. В зоне затопления и подтопления оказались значительные территории, особенно в северной (равнинной) части Дагестана, в Калмыкии и Астраханской области. От подъема уровня пострадали города Дербент, Каспийск, Махачкала, Сулак, Каспийский (Лагань) и десятки других более мелких населенных пунктов. Затоплены и подтоплены значительные площади сельскохозяйственных угодий. Разрушаются дороги и линии электропередач, инженерные сооружения промышленных предприятий и коммунально-бытовых служб. Угрожающее положение сложилось с рыборазводными предприятиями. Усилились абразионные процессы в береговой зоне и влияние нагонов морской воды. В последние годы стал ощущаться ущерб флоре и фауне взморья и прибрежной зоны дельты Волги. Здесь пострадали заросли тростника и лесные насаждения, ухудшились условия гнездования птиц и несколько уменьшилась численность голенастых, например, цапель.

Вместе с тем, в связи с увеличением глубин на мелководьях Северного Каспия и сокращением площадей, занятых в этих местах водной растительностью, несколько улучшились условия для воспроизводства запасов проходных и полупроходных рыб и условия их прохода в дельту на нерест. Увеличились численность и уловы воблы, судака, сельди.

Однако, преобладание негативных последствий от поднявшегося уровня моря заставило многих говорить об экологической катастрофе. Началась разработка мер по защите народно-хозяйственных объектов и населенных пунктов от наступающего моря (ТЭД "Каспий", 1992).

При анализе современных колебаний уровня Каспийского моря и их последствий неизбежно возникают четыре вопроса. Первый - насколько современное "поведение" Каспия необычно? Второй - действительно ли последствия недавнего повышения уровня моря представляют собой непредсказуемую, неожиданную и непоправимую катастрофу? Третий - каковы причины крупномасштабных изменений уровня моря? И, наконец, четвертый - что можно ожидать в "поведении" уровня Каспийского моря в обозримом будущем?

Перечисленные проблемы носят междисциплинарный характер и затрагивают интересы представителей разных наук - океанологов, гидрологов, климатологов, геологов, геоморфологов, экологов, специалистов в области рационального использования и охраны природных ресурсов и т.д. В решении этих проблем заметный вклад внесли исследования, проведенные в последнее время при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ).

Ответить на первый вопрос могут помочь исследования истории "жизни" Каспийского моря. Конечно, данных непосредственных наблюдений прошлого режима Каспия нет, но имеются археологические, картографические и иные свидетельства за историческое время и результаты палеогеографических исследований, охватывающих более длительный период.

Палеогеографические реконструкции, основанные на данных детальных геолого-геоморфологических исследований каспийского побережья (с использованием спорово-пыльцевого, минералогического, радиометрического и др. методов), проведенных в последние десятилетия С.И.Варущенко с соавторами (1987), Е.Г.Маевым с соавторами (1989, 1990), Г.И.Рычаговым (1977, 1993, 1997, грант РФФИ 93-05-8319), А.А.Свиточем (1995, 1997, грант РФФИ 95-06-14472) и др. привели к следующим основным выводам.

Доказано, что в течение плейстоцена (последние 700-500 тыс. лет) уровень Каспийского моря претерпел крупномасштабные колебания в диапазоне около 200 м: от -140 до +50 м абс., что за этот отрезок времени Каспий "испытал" четыре крупных трансгрессии: бакинскую, хазарскую, хвалынскую и последнюю - новокаспийскую, которые разделялись глубокими регрессиями (рис.2).

Рис.2. Схема колебаний уровня Каспийского моря в плейстоцене по Г.И.Рычагову (1977, 1997).
Наиболее крупные этапы в плейстоценовой истории Каспия: 1 - бакинский, 2 - хазарский, 3 - хвалынский, 4 - новокаспийский (горизонтальный масштаб - условный).

Значительные колебания уровня Каспия имели место в голоцене (последние 10 тыс. лет): от -34 до -20 м абс. (рис.3).

Рис.3. Колебания уровня Каспийского моря за последние 10 тыс. лет по Г.И.Рычагову (1993, 1997).
Р - Естественный размах колебаний уровня Каспийского моря при климатических условиях, свойственных субатлантической эпохе голоцена ("зона риска"). I, II, III, IV, V - стадии новокаспийской трансгрессии; М - мангышлакская, Д - дербентская регрессии.

За историческое время (2000-2500 лет) диапазон изменения среднего уровня Каспийского моря составил 7-9 м (от -32...-34 до -25 м абс.). Минимальный уровень в последние 2000 лет был во время дербентской регрессии (VI-VII века н.э.), когда он снижался до -32 м абс. За время, прошедшее после дербентской регрессии, средний уровень моря изменялся в еще более узком диапазоне: от -30 до -25 м абс. Этот диапазон изменения уровня, отвечающий климатическим условиям, свойственным субатлантической эпохе голоцена, может быть назван "зоной риска" (Г.И.Рычагов, 1997), что должно учитываться при хозяйственном использовании береговой зоны Каспия.

Этот вывод имеет важное прогностическое значение, свидетельствуя о том, что если в ближайшее время не произойдет экстраординарных изменений климатических условий в бассейне Каспийского моря, то не следует ожидать поднятия его уровня выше отметки -25 м абс, а с учетом хозяйственной деятельности - выше -26 м абс.

Таким образом, уровень Каспия испытывал колебания и раньше, и в прошлом они были более значительными, чем в ХХ веке. Такие периодические колебания - нормальное проявление неустойчивого состояния замкнутого водоема с переменными условиями на внешних границах. Поэтому ничего необычного в недавних понижении и повышении уровня Каспийского моря нет.

Этот важный вывод помогает ответить на второй вопрос - является ли недавний резкий подъем уровня моря экологической катастрофой. Если доказано, что колебания уровня Каспия - его нормальное состояние, то очевидно, что его нынешнее повышение экологической катастрофой быть никак не может. Колебания уровня Каспия в прошлом, судя по всему, не приводили к необратимой деградации его биоты. Конечно, резкие колебания уровня моря создавали временные неблагоприятные условия, например, для рыбного стада. Так, например, снижение уровня моря в 30-70 годах нанесло ущерб жизнедеятельности бентоса, что, в свою очередь, ухудшило условия откорма некоторых пород рыб. Более того, обмеление привело к зарастанию большой части взморья Волги водной растительностью. Если в 1963 г. растительностью было занято лишь 20% площади придельтовой зоны взморья Волги, то при дальнейшем снижении уровня моря эта доля неуклонно возрастала - до 30% в 1970 г., 40% в 1971 г., 62% в очень маловодном 1975 г. и до 87% в 1978 г. Зарастание ухудшило условия захода проходных рыб на нерест в водотоки дельты. Однако с подъемом уровня ситуация стала сама собой "исправляться". Доля площади, занятой растительностью, стала сокращаться и составила 75% в 1990 г. и 70% в 1991 г. Сейчас при достаточно высоком уровне моря, она, видимо, еще меньше. На этом примере видно, что природные условия прибрежной зоны испытывают периодические изменения вместе с колебаниями уровня моря и обладают определенным запасом устойчивости и сопротивляемости внешним воздействиям. Ведь ценнейшее осетровое стадо было в Каспийском бассейне всегда, вне зависимости от колебаний уровня моря, быстро преодолевая временное ухудшение условий существования.

Другое дело, деятельность человека. Именно она превращает нормальную "жизнь" водоема в катастрофу. Человек может оказать на стадо осетровых куда более негативное воздействие, чем любые природные катаклизмы. Известно, что браконьерство поставило осетровое стадо на Каспии на грань уничтожения.

Исследования не подтвердили слухи о том, что повышение уровня моря вызвало наводнения по всей дельте Волги. Более того, оказалось, что подпорные явления даже в нижней части дельты не адекватны величинам подъема уровня моря. Подпор в дельту начал распространяться лишь после 1991 г. Повышение уровня воды в нижней части дельты в межень не превысило 0,2-0,3 м, а в половодье почти совсем не сказалось (В.Ф.Полонский, 1995; В.Ф.Полонский, О.В.Горелиц, 1997; грант РФФИ 93-05-14257). При максимальном уровне моря в 1995 г. подпор распространился по самому глубокому рукаву дельты - Бахтемиру не более, чем на 80 км, а по другим рукавам не более, чем на 30 км (В.Н.Михайлов, М.В.Исупова, 1997, гранты РФФИ 93-05-14257 и 96-05-64266). Поэтому затопленными оказались лишь острова на взморье и узкая приморская полоса дельты. Затопления же в верхней и средней частях дельты были связаны с высокими половодьями в 1991 и 1995 гг. (что для дельты Волги - нормальное явление) и с неудовлетворительным состоянием защитных дамб. Причиной слабого влияния подъема уровня моря на режим дельты Волги является наличие огромной мелководной зоны взморья, которая "демпфирует" воздействие моря на дельту. По этой же причине солоноватые морские воды не могут достичь морского края дельты, а тем более проникнуть в ее рукава. Подъем уровня моря, правда, улучшил условия для проникновения в дельту волн нагонов, они чаще стали наблюдаться в дельте, представляя дополнительную опасность для населения и хозяйства. Однако катастрофические нагоны проникали в дельту и при более низком уровне, чем сейчас. Так, нагон в ноябре 1952 г. нанесший большой ущерб, произошел на фоне среднего уровня моря -28,1 м абс., т.е. более чем на 1 м ниже нынешнего и достиг в пределах калмыцкого побережья Каспия отметки - 23,6 м абс. (ТЭД "Каспий", 1992).

Что касается отрицательного влияния повышения уровня моря на хозяйство и жизнь населения в береговой зоне, то следует напомнить следующее. В конце прошлого века уровень моря стоял выше, чем в настоящее время, и это не воспринималось как экологическая катастрофа. А раньше уровень был еще на более высоких отметках. Между тем Астрахань, например, известна с середины XIII века, здесь же в XIII - середине XVI веков находилась столица Золотой Орды - Сарай-Бату. Эти и многие другие населенные пункты на побережье Каспия не страдали от высокого стояния уровня, так как их располагали "с умом" - на возвышенных местах, и при аномальных уровнях половодья или при нагонах люди временно переселялись с низких мест на более высокие, в дельте Волги, например, на бэровские бугры.

Еще один пример относительно "катастрофической" ситуации в настоящее время. Даже при довольно высоком стоянии уровня моря в конце XIX - начале ХХ века ни побережье, ни прилегающие к нему на северо-западе Черные Земли и Нагайские степи никаких негативных последствий не испытывали. Не страдали ни города Махачкала и Дербент, ни связывающая их железная дорога, ни г. Лагань (Каспийский), ни населенные пункты на бэровских буграх в дельте Волги и к западу от нее. К высокому уровню моря хорошо приспособились многочисленные рыбные промыслы на побережье. В придельтовом районе были прекрасные сады и бахчи. В удовлетворительном состоянии были пастбища Черных Земель и Нагайских степей.

Таким образом, население и хозяйство в конце XIX - начале ХХ веков не страдали от высокого стояния уровня моря. Почему же сейчас последствия подъема уровня моря даже на меньшие отметки воспринимаются как катастрофа? Причиной того огромного ущерба, который несет народное хозяйство, является не подъем уровня сам по себе, а бездумное и недальновидное освоение полосы земель в пределах упомянутой выше "зоны риска", освободившихся (как оказалось - временно!) из-под уровня моря после 1929 г., т.е. при снижении уровня ниже отметки -26 м абс. Возведенные в "зоне риска" постройки, естественно, оказались затопленными и частично разрушенными. С такой ситуацией люди столкнулись в прибрежных районах Махачкалы, Дербента, Лагани. Так, затоплению подверглись городские постройки в г. Дербенте в зоне шириной около 100 м (рис.4). То, что здесь нельзя было вести строительство, делается очевидным, если вспомнить о более высоких, чем сейчас, уровнях моря в конце прошлого - начале нынешнего столетия. Однако эти данные были проигнорированы.

Рис.4. Геолого-геоморфологический профиль побережья Каспийского моря в районе вагонного депо г. Дербента (по материалам Дагестангражданпроекта).
1 - Новокаспийские морские отложения (пески с редкой мелкой галькой, обломками и целыми створками раковин); 2 - сарматские известняки-ракушечники; 3 - техногенные грунты; 4 - зона затопления городских построек в 1995 г. (без учета воздействия волнения и нагонов); 5 - граница городской застройки.

Интенсивная абразия (волновой размыв) берегов в г. Каспийске объясняется непродуманным строительством порта у его южной окраины, молы которого перехватили вдольбереговой поток наносов. Способствовали абразии и построенные вдоль берега набережные, лестничные сходы и другие сооружения, нарушившие естественный уклон берега. Сходная ситуация сложилась севернее Махачкалинской нефтебазы. Интенсивная абразия корневой части Аграханского полуострова частично связана с тем, что после искусственного спрямления русла Сулака в 1957 г. прекратилось поступление сулакских наносов на этот участок морского берега. Под угрозой воздействия нагонов оказалась часть железнодорожной магистрали Астрахань-Кизляр, построенной без учета возможного подъема уровня моря.

Таким образом, человека, не задумывающегося о возможном воздействии стихии, эта стихия теперь и наказывает. Такое "наказание" неотвратимо точно также, как затопление водами половодья коттеджей, построенных недальновидными и беспечными хозяевами на живописной речной пойме. Строительство объектов на берегу Каспия в "зоне риска" было обречено на неудачу, и говорить здесь надо не о необычном явлении природы, а о неграмотности и недальновидности и властей, и проектировщиков, и строителей. Теперь, когда затопляется территория, освоенная и загрязненная человеком, действительно создается опасная экологическая ситуация, источником которой являются не естественные процессы, а неразумная хозяйственная деятельность человека. Ведь подъем уровня и абразия берега могут привести и к разрушению нефтепроводов, и к авариям на очистных сооружениях, нефтебазах и т.д.

Остается надеяться лишь на то, что урок, преподанный природой, будет учтен и заставит людей считаться с мнением ученых и, в частности, учитывать опасность любого строительства в "зоне риска", в диапазоне отметок -30...-25 м абс.

Рассматривая третий вопрос - о причинах колебаний уровня Каспия, необходимо обратить внимание на противостояние в этой области двух концепций - геологической и климатической. Существенные противоречия в этих подходах выявились, например, на международной конференции "Каспий-95" (Москва, 20-23 июня 1995 г.).

Согласно геологической концепции, к причинам изменения уровня Каспия относят процессы двух групп. Процессы первой группы, по мнению геологов, ведут к изменению объема каспийской впадины, и, как следствие, - к изменениям уровня моря. К числу таких процессов относят вертикальные и горизонтальные тектонические движения земной коры, достигающие (по Д.А.Лилиенбергу, 1995) соответственно 1-2 и 5-7 см/год; выгибание или прогибание Кавказского хребта (А.А.Изотов, 1949; Л.И.Серебряков, 1995); автоволновые колебания литосферы (Г.Г.Бунин, 1995); накопление донных осадков; сейсмические явления и т.д. Ко второй группе относятся процессы, воздействующие, как полагают геологи, на подземный сток в море, то увеличивая его, то уменьшая. К таким процессам относят периодическое "выдавливание" или "поглощение" вод, насыщающих донные отложения, под воздействием изменяющихся тектонических напряжений (смены периодов сжатия и растяжения, Н.А.Шило, 1989); тектоническую дестабилизацию недр, обусловленную добычей нефти и газа или подземными ядерными взрывами и ведущую к изменению "режима флюидодинамических систем", "прорыву высоконапорных флюидов" и к усиленной разгрузке подземных вод (А.В.Каракин, Б.Н.Голубов, 1995, грант РФФИ 95-05-14797); влияние сейсмичности на приток подземных вод и др.

Авторы статьи не отрицают принципиальной возможности влияния геологических процессов на морфологию и морфометрию каспийской впадины и на подземный сток. Однако в настоящее время количественная связь геологических факторов с колебаниями уровня Каспия не доказана.

Несомненно, что тектонические движения сыграли определяющую роль на начальных этапах формирования каспийской впадины. Существенна была их роль и в дальнейшей ее эволюции, доказательством чего служат деформации древнекаспийских морских террас и залегание на разных гипсометрических уровнях одновозрастных прибрежно-морских отложений. Однако, если учесть, что котловина Каспийского моря расположена в пределах геологически гетерогенной территории, следствием чего является периодический, а не линейный характер тектонических движений с неоднократной сменой знака, то вряд ли следует ожидать заметного изменения емкости впадины. Такой характер движений в итоге ведет к их взаимной компенсации. Не в пользу тектонической гипотезы свидетельствует и тот факт, что береговые линии новокаспийских трансгрессий на всех участках побережья Каспия (за исключением отдельных брахиантиклиналей в пределах Апшеронского архипелага) находятся на одном уровне. О стабильности емкости котловины Каспийского моря на протяжении голоцена свидетельствуют также исследования Л.Л.Розанова (1982).

Нет оснований считать причиной колебаний уровня Каспия изменение емкости его впадины вследствие накопления осадков. Во-первых, темпы заполнения котловины донными отложениями, среди которых основную роль играют выносы рек, оцениваются по современным данным величиной порядка 1 мм/год и менее, что на два порядка меньше наблюдаемых сейчас изменений уровня моря. Во-вторых, так как процесс этот однонаправленный, накопление осадков должно было бы вести к постоянному повышению уровня, в действительности же поведение уровня носит колебательный характер. Не могут сколько-нибудь существенно влиять на объем Каспийской котловины сейсмодеформации, которые отмечаются только вблизи эпицентра и затухают на близких расстояниях от него (Штейнберг, 1981). Сходные с сейсмодеформациями нарушения дна происходят иногда и при грязевулканической деятельности, но и они проявляются локально и не способны оказать влияния на положение уровня моря (Мамедов, 1983).

Что касается периодической крупномасштабной разгрузки подземных вод в Каспий, то ее механизм пока не ясен, о чем говорят сами геологи (М.В.Родкин, Дж.К.Костэйн, 1995). В то же время этой гипотезе противоречит, согласно Е.Г.Маеву (1993), во-первых, ненарушенная стратификация иловых вод, указывающая на отсутствие заметных миграций вод через толщу донных отложений. Во-вторых, как пишет Е.Г.Маев, "для обеспечения потоков, способных повлиять на изменение уровня моря, мы должны допустить такие объемы и темпы разгрузки "выдавливаемых" вод со своими температурами, степенью минерализации, солевым составом, что в этих местах должны были бы сформироваться мощные гидрологические, гидрохимические, седиментационные аномалии. Таких аномалий, как известно, пока в природных водах и на дне Каспия не зарегистрировано".

Главным же доказательством несущественной роли геологических факторов является в настоящее время, как мы считаем, убедительное количественное подтверждение правдоподобности второй - климатической, а точнее водно-балансовой концепции колебаний уровня Каспия.

Впервые колебания уровня Каспия были объяснены изменением климатических условий (конкретнее - стока рек, испарения и атмосферных осадков на поверхность моря) еще Э.Х.Ленцем (1836) и А.И.Воейковым (1884). Позже ведущая роль изменения составляющих водного баланса в колебаниях уровня моря вновь и вновь доказывалась гидрологами (Б.А.Аполлов, 1935; Б.Д.Зайков, 1941, 1946; И.А.Шикломанов, 1976, 1989; В.Ю.Георгиевский, 1982; Д.Я.Раткович, 1993, 1996; В.Н.Малинин, 1994; В.Н.Михайлов, Е.С.Повалишникова, 1998 и многие другие); совместно метеорологами и гидрологами (Н.А.Белинский, Г.П.Калинин, 1946), гидротехниками (А.Е.Асарин, 1997); океанологами (Е.Г.Архипова, 1972, 1975; Н.П.Гоптарев, 1972; В.Н.Бортник и Р.Е.Никонова, 1992; А.Н.Косарев, А.В.Кураев, Р.Е.Никонова, 1996, грант РФФИ 96-05-64266 и др.); физико-географами (А.В.Шнитников, 1957); геоморфологами (О.К.Леонтьев, 1982; Г.И.Рычагов, 1977, 1993, 1994, 1997, грант РФФИ 93-05-8319; А.А.Свиточ, 1991, 1997, грант РФФИ 95-05-14472; П.А.Каплин и О.А.Селиванов, 1997, грант РФФИ 96-05-64923 и др.).

Ключевым в большинстве упомянутых исследований является составление уравнения водного баланса и анализ его составляющих. Смысл этого уравнения следующий: изменение объема вод в море является разницей между приходными (речной и подземный сток, атмосферные осадки на поверхность моря) и расходными (испарение с поверхности моря и отток вод в залив Кара-Богаз-Гол) компонентами баланса. Изменение уровня Каспия есть частное от деления изменения объема его вод на площадь моря. Анализ показал, что ведущая роль в водном балансе моря принадлежит соотношению стока рек Волги, Урала, Терека, Сулака, Самура, Куры и др. и "видимого" или "эффективного" испарения, т.е. разнице между испарением и атмосферными осадками на поверхности моря. Анализ составляющих водного баланса выявил, что наибольший вклад (до 72% дисперсии) в изменчивость уровня дает "приток речных вод, а если конкретнее, то зона формирования стока в бассейне Волги" (В.Н.Малинин, 1994).

Что касается причин изменения самого стока Волги, то они связаны, как полагают многие исследователи, с изменчивостью атмосферных осадков в бассейне реки, в основном зимних. А режим осадков, в свою очередь, определяется циркуляцией атмосферы. Уже давно доказано, что увеличению осадков в бассейне Волги способствует широтный тип циркуляции атмосферы, уменьшению - меридиональный. Важную роль играют пути циклонов через Европейскую часть России. Еще Л.С.Берг (1934) и В.Ю.Визе (1945) установили зависимость между суровостью зим в Арктике и уровнем Каспия. Северные районы Европейской части России и средние широты, где находится бассейн Волги, являются как бы "антиподами" в синоптическом отношении. Если над бассейном Волги зимой устанавливается антициклон, способствуя более сухой погоде, то циклоны идут по "северной трассе", принося в Арктику теплые и влажные воздушные массы. Поэтому в годы с теплой зимой в Арктике осадки в бассейне Волги уменьшаются, что приводит к сокращению стока реки и, как следствие, понижению уровня Каспия. В суровы зимы в Арктике пути циклонов идут южнее, принося в бассейн Волги снег; сток Волги в эти годы возрастает, что и приводит к повышению уровня моря.

В.Н.Малинин (1994) выявил, что первопричину поступления влаги в бассейн Волги надо искать в Северной Атлантике, а, конкретно, в Норвежском море. Именно там возрастание испарения с поверхности моря приводит к увеличению количества влаги, переносимой на континент, и, соответственно, к возрастанию атмосферных осадков в бассейне Волги.

Последние данные о водном балансе Каспийского моря, рассчитанные сотрудниками Государственного океанографического института Р.Е.Никоновой и В.Н.Бортником, приведены в табл.1. Эти данные убедительно доказывают, что основными причинами как быстрого падения уровня моря в 30-х годах, так и резкого подъема в 1978-1995 гг. были изменения речного стока, а также видимого испарения. Сравнение величин изменения уровня, рассчитанных по уравнению водного баланса, и фактических по данным наблюдений у Махачкалы (табл.1) показало: ошибки расчета весьма невелики, что как раз доказывает климатическую (водно-балансовую) природу изменений уровня Каспия.

Данные табл.1 свидетельствуют о том, что в современных условиях изменению уровня моря на 1 см в год соответствует изменение любой составляющей водного баланса на 3,5-3,8 км3/год.

Имея в виду, что сток рек - один из главных факторов, влияющих на водный баланс и, как следствие, на уровень Каспийского моря, а сток Волги дает не менее 80% суммарного речного стока в море и около 70% приходной части водного баланса Каспия, интересно было бы найти связь между уровнем моря и стоком одной Волги, измеряемым наиболее точно. Непосредственная корреляция этих величин не дает удовлетворительных результатов. Коэффициент корреляции такой связи для периода 1900-1996 гг. составил всего 0,08. Несколько лучшие результаты дает корреляция упомянутых величин отдельно для периодов быстрого падения и повышения уровня (коэффициенты корреляции равны соответственно 0,2 и 0,36).

Однако связь уровня моря со стоком Волги хорошо прослеживается, если учитывать сток реки не за каждый год, а брать ординаты разностной интегральной кривой стока, т.е. последовательную сумму нормированных отклонений ежегодных значений стока от среднемноголетней величины ("нормы"). Возможность такого подхода доказывается анализом уравнения водного баланса моря (А.Н.Косарев, А.В.Кураев, Р.Е.Никонова, 1996, грант РФФИ 96-05-64266; В.Н.Михайлов, Е.С.Повалишникова, 1998). Даже визуальное сравнение хода средних годовых уровней Каспия и разностной интегральной кривой стока Волги (рис.1) позволяет выявить их сходство.

За весь 97-летний период наблюдений за стоком Волги (с. Верхнее Лебяжье) и уровнем моря (Махачкала) коэффициент корреляции связи уровня моря с ординатами разностной интегральной кривой стока составил 0,73. Если отбросить годы с небольшими изменениями уровня (1900-1928), то коэффициент корреляции возрастает до 0,85. Если же для анализа взять период с быстрым падением (1929-1941) и подъемом уровня (1978-1996), то общий коэффициент корреляции будет 0,987, а отдельно для обоих периодов 0,990 и 0,979 соответственно (В.Н.Михайлов, Е.С.Повалишникова, 1998). Приведенные результаты расчетов полностью подтверждают вывод о том, что в периоды резкого понижения или повышения уровня моря сами уровни очень тесно связаны со стоком (точнее - с суммой его ежегодных отклонений от "нормы"). Как показали расчеты, эти выводы не изменятся, если отсчет величин стока и уровня вести не с 1900, а с любого другого года. Эти результаты еще раз показывают, что для обоснования причин современных колебаний уровня Каспийского моря (по крайней мере в периоды его быстрого понижения и повышения) достаточно проанализировать связь уровней и ординат разностной интегральной кривой годового стока Волги и совершенно нет необходимости в привлечении каких-либо гипотез геологического характера.

Особой задачей является оценка роли в колебаниях уровня Каспия антропогенных факторов и прежде всего сокращения стока рек из-за безвозвратных его потерь на заполнение водохранилищ, испарение с поверхности искусственных водоемов, водозабора на орошение и др. Полагают, что начиная с 40-х годов безвозвратное водопотребление неуклонно возрастало, что привело к сокращению притока речных вод к Каспию и дополнительному снижению его уровня по сравнению с "естественным". По И.А.Шикломанову (1988) и В.Н.Малинину (1994), к концу 80-х годов разница между фактическим уровнем моря и восстановленным ("естественным") достигла почти 1,5 м. При этом суммарное безвозвратное водопотребление в бассейне Каспия оценивалось в эти годы в 36-45 км3/год (из них на Волгу приходилось около 26 км3/год). Если бы не изъятие речного стока, то повышение уровня моря началось бы не в конце 70-х, а в конце 50-х годов.

Рост водопотребления в бассейне Каспия к 2000 г. прогнозировался сначала до 65 км3/год (И.А.Шикломанов, 1976), а потом до 55 км3/год (36 из них приходилось на долю Волги, И.А.Шикломанов, 1989). Такое увеличение безвозвратных потерь речного стока должно было снизить уровень Каспия к 2000 г. еще более, чем на 0,5 м.

В связи с оценкой влияния безвозвратного водопотребления на уровень Каспия хотелось бы отметить следующее. Во-первых, встречающиеся в литературе оценки объемов водозабора и потерь на испарение с поверхности водохранилищ в бассейне Волги, как показали расчеты Г.В.Кругловой, А.В.Христофорова, К.К.Эдельштейна (1994), по-видимому, существенно завышены. Во-вторых, прогнозы роста водопотребления оказались ошибочными. В прогнозах закладывались темпы развития водопотребляющих отраслей хозяйства (особенно орошения), которые не только оказались нереальными, но и сменились спадом производства в последние годы. В действительности, как указывает А.Е.Асарин (1997), к 1990 г. водопотребление в бассейне Каспия составило около 40 км3/год, а в настоящее время снизилось до 30-35 км3/год (в бассейне Волги - до 24 км3/год). Поэтому и "антропогенная разница" между естественным и фактическим уровнем моря в настоящее время не столь велика, как прогнозировалось.

Дополнительное влияние, правда, небольшое, на "поведение" уровня Каспия оказало временное перекрытие пролива, соединяющего море с заливом Кара-Богаз-Гол. Падение уровня моря в 30-70-х годах уменьшило глубину на пороге пролива и сократило отток вод в залив (см. табл.1). В марте 1980 г. пролив был перекрыт глухой дамбой, а с сентября 1984 г. сток в залив объемом около 1,6 км3/год стали подавать через временное водопропускное сооружение. Благодаря перекрытию пролива за 1980-1991 гг. Каспий "сэкономил" более 100 км3 воды, что должно было привести к дополнительному повышению его уровня. В середине 1992 г. плотина была взорвана, и каспийская вода хлынула в пролив, углубившийся благодаря размыву еще в 30-х годах. Отток в залив в условиях повышающегося уровня моря стал увеличиваться и по некоторым оценкам превысил 20 км3/год. Очевидно, что это сдерживало рост уровня моря более, чем на 5 см в год.

Интересным дополнением к водно-балансовой гипотезе колебаний уровня Каспийского моря может стать оценка возможного влияния на него стока Амударьи. Известно (А.С.Кесь, 1991), что Амударья через Узбой в прошлом периодически впадала в Каспий. Это было, например, в I тысячелетии до н.э. и в XIII-XVI веках н.э. Возможно, что подъем уровня Каспия в I тысячелетии до н.э. (рис.3) был частично связан с дополнительным притоком амударьинских вод. Возможно, что и дербентская регрессия была частично обусловлена прекращением стока Амударьи в Каспий. Предположим, что в XIII-XVI веках Амударья в течение, скажем, 350 лет приносила в Каспий в среднем по 5 км3 воды в год. Эта величина вряд ли была больше из-за неизбежных огромных потерь на испарение с поверхности Сарыкамышского озера, через которое протекала Амударья, а также потерь на испарение и инфильтрацию на всем 775-километровом протяжении Узбоя среди песков пустыни Каракумы. Учитывая, что годовой прирост уровня моря в 1 см соответствует стоку около 4 км3/год, получим, что за 350 лет, за счет притока амударьинских вод, уровень Каспия вполне мог подняться на 4,4 м, что близко к величине подъема уровня моря в XIII-XV веках, выявленного палеогеографическими методами (рис.3).

И, наконец, четвертый вопрос - о возможных колебаниях уровня Каспия в ближайшей перспективе. Авторы статьи не ставят перед собой цель подробно анализировать многочисленные прогнозы колебаний уровня Каспийского моря (это самостоятельная и непростая задача). Основной же вывод из оценки результатов прогнозирования колебаний уровня Каспия можно сделать следующий. Хотя прогнозы были основаны на совершенно разных подходах (как детерминистических, так и вероятностных), не было ни одного надежного прогноза. Основная сложность использования детерминистических прогнозов, построенных на уравнении водного баланса моря, - это неразработанность ни теории, ни практики сверхдолгосрочных прогнозов изменения климата на больших территориях. Точно также не вполне ясны и последствия для бассейна Каспия и самого моря предсказываемого глобального потепления климата.

Когда уровень моря в 30-70 годах снижался, большинство исследователей предсказывало его дальнейшее падение. На этом предположении, в частности, строились концепции ограничений водохозяйственного использования Волги и необходимости переброски в ее бассейн части стока северных рек. Однако были и правдоподобные прогнозы, предсказывающие повышение уровня Каспия в 80-90-х годах (А.Н.Афанасьев, 1967; К.И.Смирнова, 1972). В последние же два десятилетия, когда началось повышение уровня моря, в большинстве прогнозов предсказывался чуть ли не линейный, и даже ускоряющийся рост уровня до -25 и даже -20 м абс. и выше в начале XXI века. При этом не учитывались три обстоятельства. Во-первых, периодическая природа колебаний уровня всех бессточных водоемов. Как показали работы М.Г.Хубларяна, В.И.Найденова и Н.М.Крутовой (1996, гранты РФФИ 96-05-65043 и 96-05-65791), такая многофакторная нелинейная система как Каспийское море не может быть устойчивой даже при медленных изменениях климата. Неустойчивость уровня Каспия и его периодическая природа подтверждаются анализом и современных и прошлых его колебаний.

Во-вторых, при уровне моря близком к -26 м абс. начнется затопление обсохших при низком стоянии уровня крупных заливов-соров на северо-восточном побережье Каспия - Мертвый Култук и Кайдак, а также низменных территорий в других местах побережья - соров Балханского и Келькор, районов, прилегающих к дельте Куры и др. Это привело бы к увеличению площади мелководий на 12 тыс. км2 и, как следствие, - возрастанию испарения (до 10 км3/год). При более высоком уровне моря увеличится отток вод в Кара-Богаз-Гол. Все это должно стабилизировать или, по крайней мере, замедлить рост уровня.

В-третьих, колебания уровня в условиях современной субатлантической климатической эпохи (последние 2000-2500 лет), как было показано выше, ограничены "зоной риска" (от -30 до -25 м абс.). С учетом антропогенного уменьшения стока уровень вряд ли превысит отметку -26-26,5 м абс. Эти оценки касаются среднегодового уровня. С учетом же сезонных его колебаний, заплеска во время штормов и повышения уровня при нагонах, надо прибавить еще "гарантийную поправку" величиной 1 - 1,5 м.

Снижение среднегодовых уровней в последние два года в общей сложности на 0,3 м, возможно, свидетельствует о том, что в 1995 г. уровень достиг своего максимума (-26,7 м абс.) и о переломе в ходе уровня Каспия. Во всяком случае, предсказание, что уровень моря вряд ли превысит отметку -26 м абс. (Г.И.Рычагов, 1994; грант РФФИ 93-05-8319), по-видимому, оправдывается.Таблица 1.

Среднегодовые составляющие водного баланса Каспийского моря (по Р.Е.Никоновой и В.Н.Бортнику)

Период и его продол- жительность (годы) | Средний уровень моря за период, м абс | Средняя площадь моря за период, тыс. км2 | Приходная часть, км3/год | Расходная часть, км3/год | Результирующая баланса | Изменение уровня за период
Речной сток | Подземный сток | Осадки | Испарение | Сток в Кара- Богаз-Гол | км3/год | см/год | по расчету баланса | по наб- людениям
1900-1929 (30) | -26,0 | 403 | 332,4 | 5,5 | 69,8 | 389,4 | 21,8 | -3,5 | -1,0 | -30 | -31
1930-1941 (12) | -26,8 | 393 | 268,6 | 5,5 | 72,9 | 394,8 | 12,4 | -60,2 | -15,4 | -185 | -196
1942-1969 (28) | -28,2 | 370 | 285,4 | 4,0 | 74,1 | 356,3 | 10,6 | -3,4 | -0,9 | -25 | -68
1970-1977 (8) | -28,7 | 361 | 240,5 | 4,0 | 87,6 | 374,9 | 7,1 | -49,9 | -13,8 | -110 | -49
1978-1995 (18) | -27,8 | 379 | 315,0 | 4,0 | 86,1 | 348,7 | 8,6 | 47,8 | 13,6 | 245 | 235

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center