Сравнение со старыми данными военных спутников показало, что скорость таяния гималайских ледников удвоилась

Рис. 1. Трехмерное изображение центральной части Гималаев (на границе Непала и Индии), построенное на основе фотографий, сделанных 20 декабря 1975 года американским спутником-шпионом KH-9 Hexagon. Изображение с сайта blogs.ei.columbia.edu

Гималайские ледники питают крупнейшие реки Южной Азии, в буквальном смысле обеспечивая жизнь этого огромного и крайне густонаселенного региона. С начала XXI века, когда стало понятно, что площадь ледников неуклонно сокращается, за динамикой их изменений ведутся постоянные региональные наблюдения. Не так давно ученые получили доступ к засекреченным ранее снимкам военных спутников-шпионов, собранным в период с 1975-го по 2000 год. Учтя эту информацию в цифровых моделях рельефа, ученые выяснили, что скорость таяния ледников в Гималаях резко возросла в 1990-х годах, а с начала XXI века она удвоилась по сравнению с 1975–2000 годами.

Высокогорные ледники Гималаев являются источниками водных ресурсов, жизненно важных для экологии, сельского хозяйства и гидроэнергетики огромного региона, в котором проживает более миллиарда человек. Сокращение гималайских ледников не только вызывает проблемы в сельском хозяйстве из-за уменьшения стоков (особенно в западных засушливых регионах Южной Азии) и увеличивает риски природных катастроф (наводнения и сели, вызванные прорывом запруженных ледниковых озер), но также может приводить к межгосударственным конфликтам. В частности, одна из причин пограничного конфликта между Индией и Пакистаном — разногласия по поводу границы раздела высокогорных ледников, питающих реки этих двух стран. Кроме того, как отмечается в Пятом оценочном докладе (AR5 Synthesis Report: Climate Change 2014) Межправительственной группы экспертов по изменению климата, таяние высокогорных ледников в 1993–2010 годах способствовало повышению уровня Мирового океана даже в большей степени, чем таяние крупных ледниковых щитов Гренландии, Антарктиды и Северной Америки (0,86 мм в год против 0,60 мм в год соответственно). Поэтому для прогнозирования климата чрезвычайно важно понимать темпы и особенности изменений, происходящих с ледниками, а также причины этих изменений.

Посколько регулярные научные наблюдения за ледниками с гражданских спутников начались только с 2000 года, до недавнего времени исследования ограничивались ближайшим к нам периодом времени (F. Brun et al., 2017. A spatially resolved estimate of High Mountain Asia glacier mass balances from 2000 to 2016) либо отдельными районами (Y. Zhou et al., 2018. Glacier mass balance in the Qinghai–Tibet Plateau and its surroundings from the mid-1970s to 2000 based on Hexagon KH-9 and SRTM DEMs). Эти исследования давали иногда противоречивые результаты как в отношении расчетных объемов потери льда, так и в отношении причин таяния.

Новым и весьма информативным источником для ученых стали космические снимки, которые делались военными спутниками-шпионами KH-9 Hexagon в 1971–1984 годах. Всего за указанный период было успешно запущено 19 таких спутников, которые сделали тысячи фотографий с разрешением 6–9 м. Отснятая фотопленка для обработки и анализа с борта спутника отсылалась назад на Землю в возвращаемых капсулах, которые падали в Тихий океан (в плотных слоях атмосферы спуск происходил на парашютах), где с помощью специальных крюков их подбирали военные самолеты.

В 2011 году Пентагон рассекретил эти изображения и передал их для сканирования и оцифровки в Геологическую службу США (USGS, информация о снимках находится на странице USGS, а карта покрытия — на сайте EarthExplorer). Особая ценность этого фотоматериала заключается в том, что снимки перекрывают друг друга с наложением 55–70%, что дает возможность создавать стереопары снимков, а на их основе — компьютерные 3D-изображения. Общедоступные снимки с гражданских спутников, полученные в рамках программы Landsat (1972–2013 годы), не давали такой возможности.

В 2016 году гляциолог Джошуа Маурер (Joshua M. Maurer) из Колумбийского университета, используя технологию компьютерного зрения, разработал автоматизированный процесс создания на основе стереопар спутниковых снимков трехмерных моделей ледников. Первые результаты обработки снимков с помощью нового метода были опубликованы Маурером с соавторами в декабре 2016 года (J. M. Maurer et al., 2016. Quantifying ice loss in the eastern Himalayas since 1974 using declassified spy satellite imagery) и охватывали первоначально 21 ледник на территории Бутана.

Недавно в журнале Science Advances группа американских ученых во главе с Маурером опубликовала результаты более развернутого исследования динамики изменения 650 крупнейших ледников Гималаев за 40 лет (с 1975 по 2016 год). В качестве исходного материала для моделирования помимо снимков спутников KH-9 Hexagon использовались изображения, полученные со спутника Terra, оснащенного японским зондом ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), производившим стереоскопическую съемку Земли с разрешением 15 м в 15 диапазонах электромагнитного спектра (2000–2008 годы), а также цифровые данные современных гражданских спутников, уже оснащенных системой автоматического измерения высот.

Изученные 650 ледников расположены в пределах 2000-километровой полосы, от округа Лахул и Спити в индийском штате Химачал-Прадеш до Бутана, и включают самые разные типы ледников, различающиеся как по сезонности накопления материала (с зимним накоплением снега в западных Гималаях и с летним, муссонным, накоплением — в восточных Гималаях), так и по характеру отражательной способности (ледники с чистым льдом; ледники, покрытые обломочным материалом; ледники, заканчивающиеся ледниковыми озерами). Площадь включенных в выборку ледников составляет 34% от площади всех ледников Гималаев, а их объем — 55% от общего объема.

Анализируя изменение с течением времени площади поверхности ледников и их высоту над уровнем моря (отсюда можно посчитать объем), исследователи смогли рассчитать потерю массы для каждого ледника — из расчета 850 кг льда на м³ ледника. По их оценкам, средняя скорость потери льда в период с 2000-го по 2016 год составляла около 0,43 м водного эквивалента в год, а в период с 1975-го по 2000 год — около 0,22 м водного эквивалента в год (водный эквивалент — это количество льда или снега, при таянии которого, условно, образуется слой воды толщиной 1 м на той же площади, которую занимал ледник). То есть в начале XXI века скорость таяния ледников удвоилась (рис. 2).

Рис. 2. Расположение 650  ледников Гималаев, участвовавших в исследовании, и графики потери их массы. Размеры кругов пропорциональны площади ледников, а цвета обозначают типы ледников: голубые — ледники с чистым льдом; черные — ледники, покрытые обломочным материалом; красные — ледники, заканчивающиеся ледниковыми озерами. По вертикали — потери массы льда (в метрах водного эквивалента в год) для двух периодов: 1975–2000 и 2000–2016 годы. Желтая кривая — средневзвешенное значение в скользящем окне, охватывающем 30 ледников. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

В весовом выражении суммарные потери ледников изученного региона за 1975–2000 годы составляли ежегодно около 5,2 Гт, а за 2000–2016 годы — 7,5 Гт. Учитывая, что общая масса ледников в 2000 году составляла около 700 Гт, и приняв уровень оледенения 1975 года за 100%, можно посчитать, что в 2000 году объем гималайских ледников составлял 87% от уровня 1975 года, а в 2016 году — уже всего 72%.

Основой причиной ускорения темпов таяния ледников авторы считают ускоряющееся потепление в регионе. Данные по росту среднегодовых температур, зафиксированных местными метеостанциями (0,4°С за период 1975–2000 гг. и 1,4°С за период 2000–2016 гг.) хорошо согласуются со скоростью таяния ледников (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма температурных отклонений в Гималаях и Тибете. За ноль принято среднее значение температур в 1980–2009 годы. Цветные кривые — средние данные от трех различных групп метеостанций, расположенных в районе хребта Гиндукуш (желтый), на Тибетском плато (красный) и в центральных Гималаях (голубой). Черным показаны средние значения в скользящем окне, охватывающем пятилетний промежуток. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Проведенные авторами вычисления, основанные на оценке энергии, необходимой для таяния указанных масс льда, полностью согласуются с данными натурных наблюдений: расчетный прирост температур, необходимый для наблюдаемого таяния, в 2000–2016 годы составил 0,4–1,4°С по сравнению со средней величиной для 1975–2000 годов.

В качестве еще одного важного драйвера ускоряющегося таяния ледников, помимо роста температуры, обычно приводят антропогенный черный углерод (см. Black carbon) — мелкие частицы сажи от промышленных выбросов и выхлопных газов автомобилей (а в соседних с Гималаями странах, как известно, с начала XXI века наблюдается индустриальный бум). Осаждаясь на поверхность ледника, частицы сажи могут уменьшать его альбедо (отражение падающего солнечного излучения), в результате чего лед будет поглощать больше тепла и быстрее таять. Однако анализ спутниковых данных не выявил зависимости скорости таяния ледников от степени загрязненности их поверхности антропогенным черным углеродом.

Довольно детально авторы проанализировали роль еще одного фактора, который мог бы влиять на скорость таяния ледников, — количества обломочного материала на его поверхности. Традиционно считалось, что любой каменный материал, расположенный на поверхности ледника, нагреваясь, распространяет тепло вокруг себя и ускоряет тем самым таяние ледника. К тому же покрытые обломочным материалом ледники обладают меньшим альбедо и благодаря этому также должны сильнее нагреваться. Однако проведенный анализ спутниковых снимков не подтвердил подобное предположение. Выяснилось, что покрытые обломочным материалом ледники обладают такой же или даже меньшей скоростью потери массы по сравнению с ледниками с чистым льдом (рис. 4).

Рис. 4. Сравнительная диаграмма потери массы ледниками с чистым льдом (к таким относили ледники, у которых менее 33% поверхности покрыто обломочным материалом, они обозначены голубыми кружочками) и ледниками, покрытыми обломочным материалом (соответственно, у них обломочным материалом покрыто не менее 33% поверхности, показаны серыми кружочками). По вертикали –потери массы льда (в метрах водного эквивалента в год) для двух периодов: 1975–2000 и 2000–2016 годы. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Не подтвердилась и гипотеза о том, что потеря массы ледников связана не с таянием, а со снижением накопления снега на его поверхности в связи с ослаблением муссонной активности. Но региональные исследования трендов осадков в Гималаях указывают на ослабление муссонной активности лишь для восточной части Гималаев, а мы видим, что темпы сокращения ледников примерно равны для восточной и западной частей горного массива.

Таким образом, единственным фактором, оказывающим общее влияние на все гималайские ледники, с которым четко увязывается сокращение их массы на долгосрочных отрезках времени, — это рост среднегодовых температур в регионе.

Обсуждаемое исследование — первое убедительное доказательство влияния климатических изменений на сокращение массы гималайских ледников. Хотя гималайские ледники тают не так быстро, как ледники в Альпах, повод для беспокойства, несомненно, есть. Чтобы понять, как реагируют на глобальное изменение ледники всего региона, авторы предлагают провести аналогичные исследования для других высокогорных районов Центральной Азии, таких как Памир, Гиндукуш и Тянь-Шань.

Источник: J. M. Maurer, J. M. Schaefer, S. Rupper, A. Corley. Acceleration of ice loss across the Himalayas over the past 40 years // Science Advances. 2019. V. 5. № 6. DOI: 10.1126/sciadv.aav7266.

Владислав Стрекопытов