Причины вариаций уровня Каспийского моря и окружающая среда

В научной литературе имеется множество работ, посвященных исследованиям гидрологических и других изменений в Каспийском море. Нас эти вопросы давно интересуют в связи с тем, что Каспийское море - исключительно важный и интересный для исследования объект, параметры которого могут изменяться непредсказуемо. В частности, до 1977 г. трудно было предположить, что опускание уровня прекратится и начнется его подъем.

Мы совместно с Р.В. Николаевой (Институт водных проблем РАН) провели анализ годовых вариаций уровня и годовых приращений уровня Каспия до 1990 г. по данным пяти постов. В той же работе проведен анализ временных вариаций стока рек в Каспийское море и количества атмосферных осадков в те же интервалы времени. На основе сопоставительного анализа был сделан вывод о том, что основную роль в колебаниях уровня Каспия играет сток; характеристики тренда зависят от вариаций, связанных с тектонической жизнью региона.

В работе проведен анализ материалов об изменениях уровня Каспия по данным Дагестанского Гидрометцентра, полученным в 1994-1998 гг. с 6-часовым периодом опроса на о-ве Тюлений. Надежно выявлены высокочастотные переменные по амплитуде ритмы: полусуточный, суточный, 2-недельный, скорее всего приливного характера. Таким образом, в первом и третьем томах Атласа рассмотрены низкочастотные и высокочастотные вариации уровня Каспия, причем низкочастотные вариации - до 1990 г.

В настоящей статье проведен анализ временных рядов среднегодовых и среднемесячных значений уровня воды в Каспийском море и их среднегодовых и среднемесячных приращений по данным четырех водомерных вековых постов за инструментальный период наблюдения с 1900 по 2007 гг. Данные предоставлены Государственным океанографическим институтом Росгидромета.

Для обнаружения характерных ритмов, анализа их устойчивости или, наоборот, изменчивости во времени, используется известная процедура спектрально-временного анализа, а также родственная ей процедура анализа параметра хаотизации. Таким образом, в этой работе проанализированы более длинные, чем это было сделано в упомянутой выше работе, временные ряды длительностью более 100 лет, причем не только с годовым, но и с месячным опросом.

Первые систематические инструментальные наблюдения за уровнем Каспийского моря были организованы в 1837 г. в Бакинской бухте. Со второй половины XIX - начала XX вв. за уровнем начали наблюдать и в других пунктах, расположенных в различных частях Каспийского моря.

В 1900 г. были открыты уровенные посты Махачкала и Куули-маяк, в 1913 г. - Челекен, в 1915 г. - Красноводск, в 1921 г. - Форт-Шевченко и Кара-Богаз-Гол. Всего в начале XX в. на побережье Каспия был водомерный пост 51. Для изучения многолетней изменчивости уровня моря был выбран ряд опорных репрезентативных уровенных постов («вековых» пунктов наблюдений): Баку, Махачкала, Форт Шевченко и Красноводск.

В XX в. уровень Каспийского моря испытал несколько катастрофических падений, что существенно повлияло на качество уровенных наблюдений. Так, резкое падение уровня моря в 1930-е годы привело к отступлению береговой черты, часть уровенных постов оказалась на суше и наблюдения на них были прекращены. В 1977 г. уровень Каспийского моря достиг самой низкой отметки, зафиксированной за последние 500 лет, после этого в 1978 г. начался резкий и интенсивный подъем.

В результате пострадало большинство морских и устьевых станций и постов. И в 1930-е, и в 1970-е гг. происходило изменение границ побережий, что привело к огромному экономическому ущербу, поэтому изучение характера вариаций уровня Каспия представляет собой важнейшую хозяйственную задачу.

Вариации уровня Каспийского моря носят разномасштабный характер. На колебания уровня оказывают влияние многие факторы, основные из которых: гидро-климатические изменения, тектонические процессы и хозяйственная деятельность человека. Влияние этих факторов на режим многолетних колебаний уровня Каспия различно.

Многие исследователи, например А.А. Гирс, Н.А. Белинский, Г.П. Калинин, Б.А. Будагов, P.M. Мамедов, показали, что изменчивость таких климатообразующих факторов, как солнечная активность, циркуляция атмосферы, облачность, влажность воздуха, и др., влияя на составляющие водного баланса моря, способствуют нарушению соотношения между элементами водного баланса, что в результате приводит к изменению уровня моря. Другие авторы, в частности Л.С. Берг и В.Ю. Визе, показали зависимость между суровостью зимы в Арктике, уровнем Каспийского моря и общей увлажненностью Европы.

Изучив изменение климатического режима бассейна р. Волги и Каспийского моря за последнее столетие, Н.С. Сидоренков нашел взаимосвязь между уровнем моря и климатическими параметрами. В работе P.M. Мамедова и Ю.А. Гадыева рассмотрено влияние температурных аномалий в водосборном бассейне Каспийского моря на его уровень. Поиск корреляций между явлением Эль-Ниньо в экваториальной зоне Тихого океана и уровнем Каспия в последние годы стал предметом исследований ГС. Голицына с соавторами.

В работе сделан вывод, что на изменения уровня Каспийского моря влияют гидроклиматические факторы, которые определяются сменой циркуляционных эпох атмосферных процессов над Атлантическим сектором северного полушария. В отдельные периоды эти процессы обусловливают преобладание циклонической и антициклонической деятельности над водосборным бассейном моря, что вызывает многоводные и маловодные периоды.

По мнению некоторых специалистов (П.В. Федоров, Г.П. Вдовин, Н.А. Шило, Д.А. Лилиенберг), одна из причин изменения уровня Каспия - сейсмотектонические процессы. В то же время, по мнению авторов работы, тектонические движения, хотя и приводят к разнонаправленным смещениям дна и берегов в различных частях морского побережья, не оказывают существенного влияния на уровень моря, поскольку в большинстве случаев возникающие смещения не превышают нескольких миллиметров в год, что ничтожно мало по сравнению с межгодовыми изменения уровня моря.

В настоящее время единственной физически обоснованной моделью многолетних колебаний уровня Каспийского моря является уравнение водного баланса моря. Глобальные и региональные климатические изменения определяют неравенство приходной и расходной частей водного баланса и, как следствие, сезонные и межгодовые колебания уровня моря.

Уровень Каспийского моря представляет собой интегральную составляющую сложного взаимодействия элементов водного баланса и характеризуется значительной изменчивостью, обусловленной климатическими факторами и антропогенной деятельностью, влияние которой сильно возросло за последние 70 лет.

Итак, Каспийское море - это целостная геосистема, в которой взаимодействует эндогенные, экзогенные, космические и антропогенные факторы. Характер суперпозиции различных компонентов очень сложен и может быть близок к случайному. Несмотря на это, в геосистеме прослеживаются определенные закономерности динамики процессов. Для Каспийского моря выделяются внутривековые, столетние и тысячелетние циклы.

В геологических масштабах времени уровень Каспийского моря характеризовался неоднократной сменой трансгрессивных и регрессивных фаз различной величины и продолжительности. Только в плейстоценовый период выделяются четыре основных трансгрессивных этапа.

В течение последних 4 тыс. лет четко видна цикличность колебаний уровня в 450-500 лет: в течение 200-250 лет уровень повышается, а затем столько же времени понижается. Выявлено 8 подобных циклов, последний из которых начался в конце XVIII в. Как подъемы, так и опускания уровня происходили не равномерно, а скачкообразно.

По результатам анализа данных инструментальных наблюдений за уровнем Каспийского моря выделяют нерегулярные циклические колебания продолжительностью от 2-3 лет до квазивековых. На фоне квазипериодических колебаний происходят короткопериодные колебания уровня непериодического характера.