Путешествуя однажды по Соединенным Штатам Америки, я посетил фирму, занимавшуюся эколого-географической экспертизой крупных объектов, строящихся в самых разных природных условиях. Руководитель фирмы рассказал мне, что такая экспертиза продолжается довольно долго и в ней участвуют специалисты самых разных направлений: геологи, гидрогеологи, геофизики, биологи, археологи и пр. «Но завершают эту работу всегда географы, — пояснил мне хозяин фирмы, — потому что обладатели комплексных географических знаний могут понять суть всей проблемы, объединить мнения отдельных экспертов и написать общее заключение, рекомендующее или, наоборот, запрещающее то или иное строительство». Причина такого положения географов в экспертизе заключается в самой сути географии — широкой и глубокой комплексной дисциплины, охватывающей оба крыла наших знаний — и естественные, и общественные науки.

 

ГЕОГРАФИЯ - ОДНА ИЗ СЕМИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК

 

Таким образом, география стала второй по счету после астрономии фундаментальной наукой естествознания. Всего таких фундаментальных дисциплин насчитывается семь: в порядке возникновения это астрономия, география, математика, физика, химия, биология, геология. Каждая из них имеет свой предмет исследования. География изучает внешние оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, криосферу и, как сейчас говорят, антропосферу, то есть территориальные особенности хозяйства и деятельности человека.

По мере накопления знаний география, как и любая другая наука, усложнялась и разрасталась вширь. Два главных крыла географии — физическое и социально-экономическое — обрастали новыми направлениями, привлекали все новые и новые методы исследований, что позволило углубить знания о законах пространственного развития природы и хозяйственной деятельности людей.
За прошедшие века «древо географии» сильно разрослось и приносило полезные человеку «плоды». География прошла через эпоху Великих географических открытий (XVI-XVIII вв.), эпоху познания малодоступных уголков на разных континентах (XIX — первая половина XX в.), эпоху наблюдений из космоса (вторая половина XX в.) и дистанционных космических исследований Земли (конец XX — начало XXI в.).

В 2000-2007 гг. мы с профессором МГУ А.И. Комаровой работали над пятиязычным академическим словарем, и всю область географической науки удалось разделить на 14 крупных дисциплин, каждая из которых в свою очередь может быть представлена еще более дробно.

Отдельные отрасли географии, безусловно, взаимодействуют между собой, потому что природные явления, происходящие на поверхности Земли и в океане, связаны друг с другом, формируя и облик Земли, и основные процессы, происходящие под влиянием внешнего источника энергии — Солнца и земных источников, изучаемых географией.

«Чудо» географии заключается в том, что это единственная из фундаментальных наук, имеющая и естественнонаучную, и социально-экономическую составляющие. В географии неразрывно связано изучение природных и социальных процессов во всем их многообразии и пространственных различиях. Хотя социальное имеет свою внутреннюю надприродную логику развития, оно в то же время подчинено общеприродным закономерностям. Природная предопределенность в той или иной мере свойственна всем сферам общественной жизни на любой стадии исторического развития, так как человек — звено эволюции, часть природы и может существовать лишь благодаря постоянному обмену с ней. Поэтому законы социальных наук имеют в своей основе природную составляющую, это роднит их с законами естественных наук и позволяет сохранять единство географии.

В уже упоминавшемся Словаре мы дали такое краткое определение географии. Это комплекс наук, изучающих природные и антропогенные явления на поверхности Земли и в окружающих ее сферах, их пространственное распределение и изменения во времени. Из приведенного определения следует непреходящее значение географии и бесконечность ее развития, как и любой другой фундаментальной науки.

Проблема бесконечности развития науки — вопрос философский. Как и проблема целесообразности устройства земного шара и его составляющих. Ведь это удивительно, что вода, замерзая, превращается в лед, который на 10% легче и образует на поверхности воды плавучий покров, предохраняющий реки и водоемы от промерзания до дна и тем самым сохраняющий в них жизнь, несмотря на регулярно возникающие морозные условия.

 

 

В начале 1960-х гг. сотрудник моего отдела И.А. Зотиков теоретически доказал, что существует критическая толщина ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. В результате его расчетов выяснилось, что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идет непрерывное таяние.

В 1959 и 1964 гг. при сейсмозондировании в Центральной Антарктиде А.П. Капица получил сейсмограммы в районе станции Восток с двумя отражениями на глубинах 3730 и 4130 м. Тогда верхнее отражение приняли за отражение от днища льда, а нижнее отражение приписали границе ледниковых отложений и коренных пород. Однако последующий анализ показал, что вполне вероятно, а теперь уже определенно, мы имеем здесь дело не с ледниковыми отложениями, а с водной толщей, превышающей 400 м.

В 1970-х гг. Британский полярный институт им. Р. Скотта выполнил большую программу полетов с радиозондированием в Центральной Антарктиде, в результате чего были оконтурены крупные скопления подледниковых вод, которые тогда были названы подледными озерами. В 1990-х и 2000-х гг. в этом районе выполнялись детальные наземные отечественные и американские аэрогеофизические исследования, которые определили размеры этого грандиозного подледного озера, получившего название «Восток»: длина — 230 км, ширина — 50 км, площадь поверхности — около 10 тыс. км; мощность льда над озером — 3700-4200 м, средняя глубина озера — около 400 м, а объем воды в нем — 6100 км3.

Лед спускается с запада и на высоте примерно 3550 м переходит на плав, движется по поверхности воды и затем упирается в восточный берег озера, снова приобретая черты ледникового щита. Рельеф поверхности у края озера достаточно сложен, что свидетельствует о непростых процессах при переходе льда на плав и, наоборот, при достижении им твердого основания. Таким образом, огромная толща льда, возвышающаяся над озером, может рассматриваться как своеобразный шельфовый ледник. Все это — совершенно новое природное явление, представляющее собой географическое открытие мирового значения.

Во-первых, концентрация парниковых газов и глобальная температура в прошлом изменялись параллельно, но содержание газов резко возросло за последние 100 лет, тогда как изменения температуры не выходят за рамки ее естественных флуктуации. Во-вторых, уровень климатического оптимума голоцена на 1,5-2°С ниже максимальной температуры предыдущего межледниковья, когда, естественно, никакого антропогенного влияния на Земле не было.

И в-третьих, голоцен, продолжающийся уже около 11 тыс. лет, намного длиннее предыдущих четырех межледниковых периодов и в ближайшем геологическом будущем, очевидно, сменится новой ледниковой эпохой.

Для ледниковых эпох характерно не только общее похолодание, но и резкое усиление контрастов между разными широтами, между сушей и океаном и, следовательно, рост энергии всех океанических и атмосферных процессов. В периоды глобальных похолоданий усиливались океанические и атмосферные течения, а также активизировались циклонические процессы на границе ледниковых покровов. Доказательства более сильной атмосферной циркуляции в ледниковые эпохи принесли результаты измерений концентрации континентальных и морских аэрозолей в ледяном керне из скважин.

К микрочастицам континентального происхождения относятся: пыль из пустынь, продукты выветривания горных пород, сульфат аммония, образованный из S02 и NH3 над континентами. Морские микрочастицы возникают при разрыве пузырьков в «белых барашках» при сильных ветрах на поверхности моря. Из-за больших размеров, растворимости и быстрого формирования облаков они стремительно удаляются из атмосферы. Поэтому основная масса микрочастиц в средней и верхней частях тропосферы состоит из частиц континентального происхождения, и именно их мы находим в толще высоко расположенных полярных и горных ледников. Изучение глубинного ледникового керна — пока единственный путь реконструировать прошлые особенности атмосферы, в частности главные биогенные циклы углерода, серы, азота.

Типичный индикатор — аэрозоли алюминия и натрия. Концентрации и тех и других возрастают в ледниковые эпохи. На станции Восток в плейстоценовом льду концентрация континентальной пыли в 70 раз, а морских аэрозолей — в 5 раз больше, чем в голоценовом льду. Главная причина этого — усиление ветров из-за роста межширотных контрастов. Важную роль играло и опустынивание предледниковых областей, и их расширение из-за осушения шельфов при эвстатическом снижении уровня моря, так как часть воды шла на формирование ледниковых покровов.

Таким образом, все химические параметры, исследованные в ледяном керне, приводят нас к выводу о резком росте «запыленности атмосферы» и усилении меридиональной циркуляции в ледниковые эпохи, что связано с увеличением разницы температур между экваториальной и полярной областями Земли. Более того, запыленность атмосферы сама служит мощным климатообразующим фактором: увеличение количества пыли и аэрозолей при похолоданиях, в свою очередь, способствует дальнейшему похолоданию.

 

Модель подобного развития событий дает сама природа. При извержениях некоторых вулканов в атмосферу из них выбрасываются многие кубокилометры пепла и других примесей. Вулкан Кракатау на о. Ява, например, выбросил в 1883 г. 18 км распыленных продуктов. Еще больше материала попало в воздух в 1815 г. в результате извержения вулкана Тамбора, расположенного на о. Субава в Индонезии. Оно было самым сильным на Земле за последние 500 лет. Выбросы в атмосферу во много раз превысили последствия упомянутого извержения вулкана Кракатау. При этом газ и пепел распространились в верхние слои атмосферы и создали завесу, ставшую экраном для солнечного излучения, что и привело к глубокому охлаждению: в умеренных широтах Северного полушария снег лежал до середины июня, а в Западной Европе уже в августе начались заморозки. В Англии в том году вообще не было лета, и страна осталась без урожая...

Ответом на эти события было написанное в 1816 г. стихотворение Дж. Байрона, по мотивам которого в 1845 г. И.С. Тургенев опубликовал эссе под названием «Тьма»:

 

Гляциологические и океанологические данные демонстрируют циклический характер климатических колебаний, представляющих собой отражение астрономических факторов, проанализированных в свое время Миланковичем. Таким образом, характерная черта природных условий — их цикличность. Уже более миллиона лет на Земле господствует ледниковый период, отличающийся чередованием ледниковых и межледниковых условий.

Однако каковы бы ни были антропогенные изменения климата, они накладываются на его естественные вариации, масштаб которых все еще сильно превосходит влияния, обусловленные эмиссией парниковых газов. Ряд данных свидетельствует о том, что климат в прошлом менялся гораздо сильнее, чем в период инструментальных наблюдений, то есть за последние 150 лет. В климатах прошлого отмечены значительные колебания уровня озер, режима рек, экстремальные засухи и наводнения. Их повторение в будущем может иметь серьезные социально-экономические последствия, к ним могут и не адаптироваться социальные и экономические системы.

 

 

Палеогеографические исследования сосредоточены на реконструкции и прогнозе климатических и геоэкологических изменений природной среды Северного полушария и Арктики на основе изучения событий плиоцена, плейстоцена и голоцена, а также определении вклада естественной и антропогенной составляющих в климатические изменения. Дается оценка реакции ландшафтных систем и их компонентов на климатические изменения на основе палеореконструкций и моделирования; изучается эволюция ландшафтов в условиях антропогенных преобразований природной среды. По данным за плейстоцен и голоцен изучаются возможности адаптации человека к экстремальным состояниям геосистем в эпохи глобальных климатических экстремумов.

Изучаются физические механизмы изменений климата в глобальном и региональном масштабах, в том числе процессов долгопериодных изменений (глубоководная циркуляция океана, колебания ледниковых щитов и т.д.). Исследуются механизмы, формирующие пространственные поля климатических характеристик Северной Евразии в различные эпохи. Пространственно-временные характеристики ожидаемых глобальных и региональных изменений климата на основе палеоаналогов предыдущих эпох (плейстоцена и голоцена) сопоставляются с результатами численного моделирования.

Предполагается исследовать механизмы, формирующие пространственные поля климатических характеристик Северной Евразии в различные эпохи. С этой целью будут выполнены анализ пространственных полей климатических показателей в разные временные срезы от микулинского межледниковья до климатического оптимума голоцена и исторического периода; формирования полей температуры поверхности океана и распространения морских льдов; численное моделирование климатических характеристик Северной Евразии для различных временных срезов; сопоставление пространственных полей по данным моделирования и восстановления на основе натурных данных.

Разрабатываются новые методологии, технологии, технические средства и аналитические методы исследований поверхности Земли, ее атмосферы, гидросферы и криосферы. Создаются базы данных картографического обеспечения на основе ГИ С-технологий для оценки состояния окружающей среды и прогноза развития опасных природных процессов. Разрабатываются методы эколого-географической экспертизы крупных хозяйственных проектов на основе ГИС-технологий. Ведется моделирование природных процессов на основе геоинформационных технологий и на этой основе разрабатываются технологии и методы геоэкологического мониторинга.

Изучаются процессы и закономерности взаимодействия поверхностных, подземных и почвенных вод, моделируется гидрологический цикл суши и его реакция на изменения окружающей среды; развивается теория и методология управления водными ресурсами, водоохранной деятельностью для повышения надежности водообеспечения российских регионов; разрабатываются методы прогнозирования и обосновывается структура мониторинга катастрофических наводнений и паводков на реках России, оцениваются риски их возникновения, социально-экономические и экологические последствия; исследуются механизмы, ведется моделирование и прогнозирование комплексного воздействия климатических и антропогенных факторов на процессы формирования качества вод, структуру водных экосистем и здоровье населения; разрабатываются теоретические основы комплексного мониторинга водных объектов с использованием данных аэрокосмических измерений.

Исследуется динамика криолитозоны в береговой и прибрежно-шельфовой зоне арктических морей с целью оценки ее состояния и прогноза возникновения опасных криогенных процессов в мерзлотных толщах. Исследуется состояние южной периферии криолитозоны России, включая горные области, в условиях глобального изменения климата и возрастания техногенной нагрузки. Реконструируется геокриологическая история в криогенных и палеокрио-генных областях; изучаются физико-химические основы взаимодействия реликтовых горизонтов газовых гидратов с многолетнемерзлыми породами на суше и в мелководной части шельфа, что позволяет дать прогноз криогенеза.

Криосфера изучается как важная составляющая эволюции Земли и ее влияния на формирование климата. Исследуется реакция снежного покрова и ледников Евразии на изменения климата за последнее столетие, прогнозируется состояние криосферы в XXI в., включая активизацию стихийных процессов. Исследуется распространение и режим снежного покрова, снежных лавин, селевых и водоснежных потоков и факторов их образования, создаются модели формирования сейсмогенных лавин. Изучается роль криогенеза в поддержании устойчивого состояния природных объектов и инженерных сооружений.

Изучается влияние различных типов природопользования на состояние природного ресурсно-экологического потенциала территории; выявляются и обосновываются индикаторы устойчивости различных ландшафтов Евразии к интенсивным техногенным воздействиям и климатическим изменениям. Изучаются изменения состояния нарушенных земель в разных природных зонах и обосновываются пути рекультивации, включая восстановление естественных ландшафтов разных природных зон. Разрабатывается методика оценки экологической опасности на региональном и локальном уровнях для устойчивого развития России. Создаются эколого-географические основы устойчивого развития России и мира, географическое и геоинформационное обеспечение перехода к устойчивому развитию Российской Федерации в условиях меняющегося климата для использования в территориальном планировании и в планах стратегического развития.

Разрабатывается новое биогеографическое районирование Российской Федерации для повышения эффективности и репрезентативности территориальной охраны природы, сохранения природного наследия, ландшафтов и биоты. Выявляются тренды трансформации биоты зональных ландшафтов Российской Федерации и дается ее прогноз в связи с инвазиями чужеродных видов растений и животных при разных климатических и социально-экономических сценариях развития России и мира. Исследуется эволюция почвенных систем в связи с глобальными климатическими и антропогенными воздействиями. Дается оценка изменений составляющих теплового, водного и углеродного баланса в различных экосистемах суши в связи с изменениями климата и антропогенным влиянием. Оцениваются эколого-географические и экологические последствия вступления России во Всемирную торговую организацию.

Рассматриваются влияние урбанизации на состояние окружающей среды и критерии оценки экологического состояния средних и малых городов. Разрабатывается долгосрочная стратегия устойчивого и сбалансированного развития природно-ресурсного потенциала различных природно-климатических зон России и концепция развития единой сети особо охраняемых природных объектов и формирования ландшафтно-экологического каркаса регионов России. Предлагается стратегия территориального развития и научных основ региональной политики Российской Федерации в условиях депопуляции и сокращения пространства, изучается зарубежный опыт, в том числе в странах с переходной экономикой.

Перечисленные исследования ведутся большими коллективами ученых. Таким образом, фронт географической науки широк и не должен сокращаться.

 

 

Академик Владимир КОТЛЯКОВ, директор Института географии РАН