Итоги МПГ 2007/08 и перспективы российских полярных исследований - Коллектив авторов

2.2. Полевые экспедиции и работы в Антарктике

В 2007–2009 гг. в Антарктике выполнены полевые работы по всем разделам Плана экспедиционных работ МПГ. Проведены работы по следующим 24 проектам (12 кластерных антарктических проектов, антарктические разделы 11 кластерных биполярных проектов и один национальный проект МПГ):

– «Сбор данных метеорологических измерений в активную фазу МПГ для научных и прикладных исследований»;

– «Влияние климатически индуцированного таяния ледников на морские и сухопутные прибрежные сообщества вдоль западного Антарктического полуострова»;

– «Антарктический морской лёд в Международный полярный год»;

– «Трансантарктическая научная экспедиция – ледоразделы Восточной Антарктиды»;

– «Природа подледниковых озер Антарктики – Единая международная команда по поиску и изучению»;

– «Антарктическая поверхностная аккумуляция и сток льда»;

– «Совместные циркумполярные исследования антарктических морских экосистем для сохранения живых ресурсов»;

– «Совместный циркумполярный анализ климатических взаимодействий и динамики экосистем Южного океана»;

– «Сбор сведений о морской жизни в Антарктике»;

– «Эволюция и биоразнообразие в Антарктике: ответ живых организмов на изменения»;

– «Антарктическая и субантарктическая вечная мерзлота, перигляциальная зона и почва»;

– «Происхождение, эволюция и положение подледных гор Гамбурцева: изучение неизведанных антарктических территорий»;

– «Климат Антарктики и Южного океана»;

– «Озоновый слой и ультрафиолетовая радиация в меняющемся климате»;

– «Аэрозольная оптическая толщина; средние значения, изменчивость и тренды климатически значимых аэрозольных параметров в полярных районах»;

– «АЙССТАР: Межполушарная сопряженность в земно-космических явлениях и их связь солнечно-земными взаимодействиями»;

– «ГЕОТРАССЕРЫ: международное исследование биогеохимических циклов трассеров и изотопов в Арктике и Южном океане»;

– «Состояние и судьба криосферы»;

– «Обсерватория вечной мерзлоты: вклад в изучение термического состояния вечной мерзлоты»;

– «Тектоническая карта полярных регионов Земли»;

– «Тектоника плит и полярные океанические связи в истории Земли»;

– «Данные МПГ и информационное обслуживание для распределенного управления данными»;

– «Сеть полярного мониторинга Земли»;

– «Экологически чистое проникновение и комплексное исследование подледникового озера Восток».

Отметим, что проект «Сбор данных метеорологических измерений в активную фазу МПГ для научных и прикладных исследований» был единственным антарктическим кластерным проектом, возглавляемым российским институтом. Проект «Экологически чистое проникновение и комплексное исследование подледникового озера Восток» был чисто российским проектом МПГ.

Работы проводились в рамках Российской антарктической экспедиции (РАЭ) на пяти постоянно действующих станциях, нескольких сезонных базах, во время внутриконтинентальных санно-гусеничных походов и в Южном океане с борта судов «Академик Федоров» и «Академик Александр Карпинский».

В спектр полевых работ входили сбор данных метеорологических измерений, исследования атмосферной циркуляции, озонового слоя и ультрафиолетовой радиации, оценки аэрозольной оптической толщины атмосферы, изменчивости и трендов климатически значимых аэрозольных параметров в полярных районах. Исследовались климатообразующие процессы в Южном океане, взаимодействие вод антарктического склона и шельфа.

На антарктическом ледниковом щите проведены исследования поверхностной аккумуляции и стока льда. Изучено влияние солнечной активности на атмосферные процессы и космическую погоду в Антарктике. Биологические исследования включали изучение эволюции и динамики экосистем в Антарктике и Южном океане в современных климатических условиях, геологические – изучение тектоники плит, а также происхождения, эволюции и положения подледных гор Гамбурцева.

Особое внимание было уделено задаче экологически чистого проникновения в подледниковое озеро Восток и гляцио-геофизическим исследованиям вдоль линий тока льда, проходящих через подледниковое озеро Восток. Работы проводились в условиях активного международного партнерства.

В процессе исследования современного климата получены оценки параметров пространственно-временной изменчивости термического режима атмосферы Антарктики в приземном слое, в толще тропосферы и в нижней стратосфере за период инструментальных наблюдений 1957–2009 гг. Данные о среднегодовой температуре приземного воздуха на станциях в Антарктике показывают, что за период 1957–2008 гг. на большинстве станций тренды положительны. Из 15 станций с длинными рядами только на четырех тренд является отрицательным, причем большинство трендов не являются статистически значимыми. За последние десятилетия заметное потепление климата наблюдается в районе Антарктического полуострова как в приземном слое, так и в тропосфере. Здесь наблюдается уменьшение амплитуды годового и суточного хода температуры воздуха за счет увеличения минимальных значений.

Феномен регионального потепления, являющегося крупнейшим в Южном полушарии, проявляется не только в повышении приземной температуры воздуха, но и в увеличении мощности и числа облачных слоев, уменьшении высоты нижней границы облачности и увеличении водности облаков, таянии ледников, деградации вечной мерзлоты и сокращении морского ледяного покрова на акватории к западу от полуострова. Процесс потепления уже оказал влияние на морские и наземные экосистемы, в которых начали появляться более теплолюбивые биологические формы.

Важно, что в период проведения МПГ в результате установки автоматических метеостанций на законсервированных станциях Молодежная, Русская и Ленинградская восстановлена российская циркумполярная сеть метеонаблюдений.

По данным измерений общего содержания озона (ОСО) и парниковых газов в толще атмосферы определены тенденции и механизмы изменений в Антарктике концентрации озона и малых газовых составляющих атмосферы. В течение нескольких десятилетий в антарктической стратосфере каждую зиму создаются метеорологические условия, приводящие к образованию «озоновой дыры». Необходимой предпосылкой для формирования отрицательной аномалии ОСО является преобладание процессов фотохимического разрушения озона над процессами его образования. Это возможно при наличии развитого стратосферного циркумполярного вихря. Он изолирует стратосферные слои над Антарктикой от стратосферы умеренных широт и препятствует переносу богатых озоном воздушных масс внутрь охватываемой им зоны. Сохранение ядра холода с экстремально низкой температурой в зоне действия вихря способствует образованию стратосферных полярных облаков, на поверхности которых и происходят химические реакции разрушения озона.

Отмечена стабилизация содержания озона за последние годы. Данные измерений ОСО в период МПГ на станциях Восток, Мирный, Новолазаревская и др., а также спутниковые данные показывают, что самой большой за последние годы озоновая дыра была в 2006 г., когда ее площадь составила 29 млн км2. Потери общей массы озона внутри границ зоны, где ОСО меньше 200 ед. Добсона, составили 40 мегатонн. Озоновые дыры в 2007 и 2008 гг. были средними по интенсивности и протяженности, однако в 2007 г. разрушение озона началось раньше, чем в предшествующие годы, а в 2008 г. «дыра» просуществовала дольше, чем когда-либо ранее.

Исследованы интегральные и спектральные потоки радиации и характеристики прозрачности атмосферы в Антарктике. Радиационный климат Антарктиды был очень устойчив в течение более 50 лет. Интегральная прозрачность атмосферы существенно уменьшалась лишь после сильных вулканических извержений, причем длительность периодов с повышенным уровнем замутнения атмосферы составляла 1,5–2 года. В межвулканические периоды прозрачность атмосферы и аэрозольное ослабление солнечной радиации были стабильными и находились в пределах естественной изменчивости. Измеряемые в Антарктиде значения спектрального аэрозольного ослабления солнечной радиации являются одними из самых низких на Земле и, по существу, характеризуют начальный уровень естественного глобального фона аэрозольного замутнения атмосферы.

В процессе исследований гелиогеофизических эффектов была проведена оценка влияния космических лучей (солнечного и галактического происхождения) и солнечного ветра на температурный режим и атмосферное давление в южной околополюсной области. Показано, что галактические лучи, направляемые солнечным ветром, влияют на температурный и ветровой режим в стратосфере и на озоновый слой. Разработана эмпирическая модель влияния межпланетного электрического поля на параметры атмосферы в Центральной Антарктиде, оценено влияние солнечной и магнитной активности на атмосферное электрическое поле.