Швейцарские ледники исчерпали запасы снега: как их рекордное таяние обернулось дефицитом воды в реках

Лето 2022 года заставило Европу по-новому взглянуть на свои водные ресурсы. На континенте установилась сильнейшая засуха, вызванная редким сочетанием погодных аномалий. Сначала была бесснежная зима, затем наступила ранняя весна, а за ней последовала череда изнурительных летних тепловых волн. Температура воздуха регулярно поднималась выше климатической нормы на несколько градусов.

Последствия для речной системы оказались тяжелыми. В Италии практически пересохла река По, обеспечивающая водой крупнейшие сельскохозяйственные регионы страны. Во Франции на реке Роне поднялась температура воды, из-за чего атомные электростанции не могли использовать ее для охлаждения реакторов без риска погубить речную экосистему. В Германии на реке Рейн уровень воды упал до критических отметок, при которых движение грузовых судов стало либо невозможным, либо экономически невыгодным, так как баржи приходилось загружать лишь на четверть их мощности.

В обычных условиях у европейских рек есть надежная страховка на случай сильной жары — это высокогорные ледники Альп. Когда прекращаются дожди и пересыхают мелкие ручьи, ледники под воздействием солнца начинают таять быстрее и отдавать воду в крупные реки. Этот процесс называют ледниковым регулированием стока. Он спасает европейскую экономику в самые сухие месяцы года.

Однако группа швейцарских исследователей из Высшей технической школы Цюриха и Федерального института исследований леса, снега и ландшафта провела масштабный анализ состояния 1400 ледников и 88 речных долин Швейцарии. Ученые сопоставили данные наблюдений за последние сто лет и пришли к тревожному выводу: природный механизм защиты от засухи перегружен и начинает ломаться. Ледники все еще плавятся, но из-за сильного сокращения их площади они больше не могут давать рекам прежний объем воды.

Почему реки зависят от ледников в конце лета

Речной сток в Европе формируется из нескольких источников: дождевой воды, тающего весеннего снега на равнинах и талой ледниковой воды в высокогорьях. Эти источники сменяют друг друга в течение года.

Весной реки полноводны благодаря таянию сезонного снега. В начале лета сток поддерживается дождями. Но к августу ситуация меняется: температура достигает максимума, дождей выпадает мало, а запасы зимнего снега в горах полностью исчезают. Именно в этот период реки становятся наиболее уязвимыми для обмеления.

В этот критический момент ключевую роль начинают играть ледники. Чем жарче погода и чем меньше осадков выпадает в долинах, тем интенсивнее солнце разрушает высокогорный лед. Вода из ледников стекает в горные ручьи, которые затем впадают в крупные реки, такие как Рейн, Рона или Дунай. Этот природный предохранитель стабилизирует уровень воды в реках именно тогда, когда другие источники влаги полностью иссякают.

Но чтобы этот предохранитель работал исправно, ледникам нужен защитный слой. В нормальные годы они покрыты толстым слоем зимнего снега. Снег имеет белый цвет и отражает большую часть солнечного тепла, поэтому лед под ним начинает таять только во второй половине лета.

В 2022 году этот механизм дал сбой. Из-за бесснежной зимы ледники лишились защитного покрова уже к началу июня. Обнажился темный многолетний лед, который поглощает гораздо больше солнечной радиации. Кроме того, весной ветер принес на альпийские склоны пыль из пустыни Сахара. Она легла темным слоем на ледяные поля, что еще сильнее ускорило их нагрев. Ледники начали стремительно плавиться на два месяца раньше обычного.

Хроники великих засух: от 1921 года до наших дней

Чтобы оценить масштаб происходящего, исследователи сравнили лето 2022 года с другими историческими периодами экстремальной жары и маловодья в Европе. В список сравнения вошли 1921, 1928, 1947, 1998, 2003 и 2018 годы.

Каждая из этих засух наносила серьезный ущерб экономике, но поведение ледников в эти годы отличалось. Ученые обнаружили четкую историческую тенденцию:

• В первой половине XX века (1921, 1928, 1947 годы) площадь альпийских ледников была огромной. Когда наступала засуха, эти гигантские запасы льда выделяли колоссальные объемы воды. Ледники легко закрывали дефицит осадков, и крупные реки оставались относительно полноводными.
• В конце XX и начале XXI века (1998, 2003 годы) ледники уже начали заметно сокращаться, но все еще обладали достаточной массой. Во время экстремальной жары 2003 года талая вода из гор компенсировала большую часть дефицита влаги в реках Центральной Европы.
• К 2022 году ситуация изменилась. Ледники потеряли критическую часть своей площади. Несмотря на то, что лето 2022 года было значительно теплее, а условия для таяния — более жесткими, чем в 2003 году, суммарный объем полученной талой воды оказался существенно меньше.

Этот исторический ряд наглядно показывает, что мы перешли важную границу. Если раньше экстремальная жара всегда приводила к увеличению объемов талой воды в реках, то теперь этот процесс пошел на спад.

Почему быстрое таяние больше не дает много воды

Главный вывод исследования формулирует физический парадокс: скорость таяния льда в Альпах достигла исторического максимума, но общий объем поступающей в реки воды снижается. На первый взгляд это кажется нелогичным, но объясняется простой физикой.

Объем воды, который дает ледник, зависит от двух факторов: скорости плавления льда с одного квадратного метра и общей площади ледника.

В 2022 году скорость плавления с каждого квадратного метра действительно была рекордной. Из-за отсутствия снега, присутствия сахары и экстремальных температур лед плавился с огромной интенсивностью. Но за девятнадцать лет, прошедших с момента засухи 2003 года, общая площадь швейцарских ледников сократилась на 21%.

Потеря более чем пятой части площади привела к тому, что даже сверхбыстрое таяние оставшегося льда не смогло компенсировать уменьшение его размеров. Если у вас осталось в четыре раза меньше льда, то даже если он тает в два раза быстрее, вы все равно получите значительно меньше воды.

Исследование показало, что в двух третях изученных речных бассейнов объем летнего ледникового стока в 2022 году оказался ниже, чем в 2003 году. Пик водности, когда тающие ледники отдавали максимальный объем воды во время засух, остался в прошлом. Теперь с каждым годом этот природный резерв будет давать все меньше влаги.

Роль ледников в спасении крупных рек

Несмотря на общее снижение объемов талой воды, в 2022 году ледники все еще оставались главным фактором, который уберег европейские реки от полной катастрофы. Ученые детально просчитали, какую долю дефицита осадков удалось компенсировать за счет тающего льда на разном удалении от гор.

В непосредственной близости от ледников, в долинах, где площадь оледенения составляет около 15% и более, талая вода полностью перекрыла отсутствие дождей. В этих регионах горные реки летом оставались полноводными, а уровень воды в них даже превышал норму.

По мере удаления от гор ледниковая вода разбавлялась другими притоками, но ее роль оставалась критически важной. Например, в верховьях реки Роны ледниковый сток закрыл до 70% дефицита влаги. Это позволило сохранить водоснабжение сельскохозяйственных районов и предотвратить критический нагрев воды в реке ниже по течению.

Даже на значительном удалении от Альп ледники продолжали поддерживать уровень крупных рек. В районе Базеля, где Рейн покидает территорию Швейцарии, доля ледниковой воды в конце лета 2022 года составляла около 5% от общего годового объема, а в самые жаркие недели августа поднималась до 20%. Без этой прибавки Рейн обмелел бы еще сильнее, что привело бы к полной остановке судоходства и параличу грузоперевозок между Германией, Швейцарией и Нидерландами.

Разрушение векового запаса

Важно понимать разницу между сезонным таянием ледника и его безвозвратным разрушением. Каждую зиму на леднике накапливается снег, который тает летом. Это нормальный гидрологический цикл, не наносящий вреда самому леднику.

Но когда ледник начинает терять массу, которая копилась десятилетиями или столетиями, ученые говорят о нескомпенсированной потере льда. В 2022 году именно этот процесс стал доминирующим. От 60% до 80% всей воды, вытекшей из ледников, было получено за счет разрушения их векового тела, а не за счет таяния зимнего снега.

Этот процесс идет неравномерно. Мелкие ледники, площадь которых составляет менее 0,1 квадратного километра, практически прекратили выполнять роль регуляторов стока. Во время засухи 2022 года они почти не дали прибавки воды, так как их масса уже истощена, а сами они зачастую покрыты толстым слоем обломочной породы и камней, которые защищают остатки льда от солнца, но и не дают ему питать реки.

Вся нагрузка по поддержанию уровня рек легла на крупные ледники площадью более 10 квадратных километров. Но их количество в Альпах ограничено, и они также теряют объемы со скоростью, которая значительно превышает все прогнозы двадцатилетней давности.

Экономические последствия новой реальности

Исчезновение надежного ледникового буфера потребует от европейских стран полной перестройки инфраструктуры и изменения подходов к управлению водными ресурсами.

Гидроэнергетика

Швейцария и соседние с ней альпийские регионы получают значительную часть электроэнергии от гидроэлектростанций. Работа этих станций напрямую зависит от стабильности речного стока. Раньше ледники гарантировали, что даже в самое сухое лето водохранилища будут заполнены талой водой. В будущем, когда этот ресурс иссякнет, выработка электроэнергии в летние месяцы станет нестабильной и будет полностью зависеть от кратковременных дождей.

Сельское хозяйство

Южные регионы Европы, в частности долина реки По в Италии, критически зависят от воды, стекающей с Альп. Ограничение ледникового стока вынудит фермеров менять структуру посевов, отказываясь от влаголюбивых культур в пользу тех, что устойчивы к засухе, а также переходить на дорогостоящие системы капельного орошения.

Речная навигация

Рейн является важнейшим транспортным коридором Европы. Если ледники перестанут поддерживать уровень воды в реке в конце лета, периоды обмеления станут более частыми и продолжительными. Это потребует изменения конструкции грузовых судов — перехода на баржи с меньшей осадкой, что неизбежно увеличит стоимость логистики.

Каменистое будущее Альп

Исследование швейцарских ученых подводит итог многолетней дискуссии о роли ледников в условиях меняющегося климата. Период, когда тающие ледники компенсировали участившиеся засухи, заканчивается. Альпы постепенно превращаются из природной водонапорной башни, которая накапливала влагу и дозированно отдавала ее в критические моменты, в обычную каменистую горную систему.

Это означает переход к новой гидрологической эпохе. Речной сток в Европе станет гораздо менее предсказуемым. Реки будут бурно разливаться весной во время таяния сезонного снега и быстро пересыхать летом, когда прекращаются дожди.

Чтобы адаптироваться к этим изменениям, человеку придется создавать искусственные аналоги ледников — строить новые водохранилища, способные задерживать весеннюю воду и сохранять ее до конца лета, модернизировать системы очистки и повторного использования воды, а также учиться бережно относиться к каждому кубическому метру ресурса, который раньше казался неисчерпаемым.

Источник: Hydrology and Earth System Sciences