Криосфера

Криосфера — это прерывистая и изменчивая по площади оболочка Земли, характеризующаяся отрицательными или близкими к нулю температурами, при которых вода находится в твёрдом состоянии (лёд, снег, иней, наледь, ледники, морской лёд, многолетняя мерзлота). Криосфера является одной из климатических систем планеты и играет ключевую роль в формировании глобального водного баланса, уровня Мирового океана, альбедо Земли и циркуляции атмосферы. Термин происходит от греческих слов «kryos» (холод, мороз) и «sphaira» (шар, сфера).

Состав и границы криосферы

Криосфера не является сплошной оболочкой, а представляет собой совокупность зон и объектов, где температура опускается ниже точки замерзания воды (0 °C). В её состав входят:

Ледники и ледниковые покровы — крупные массивы льда, образовавшиеся в результате накопления и уплотнения снега. К ним относятся ледниковые щиты Антарктиды и Гренландии, горные ледники (например, на Кавказе, Алтае, в Гималаях).
Морской лёд — лёд, образующийся при замерзании солёной воды океанов и морей. Характерен для Арктического бассейна, морей Северного Ледовитого океана, а также для приантарктических вод.
Снежный покров — временный или сезонный слой снега, покрывающий сушу и морской лёд.
Многолетняя (вечная) мерзлота — горные породы, почвы и грунты, находящиеся в мёрзлом состоянии в течение длительного времени (от двух лет до многих тысячелетий). Распространена в Сибири, на Дальнем Востоке, в Канаде, на Аляске.
Наледи и речной лёд — ледяные образования на реках, озёрах и в прибрежных зонах.
Ледники шельфовые — плавучие или опирающиеся на дно ледяные массивы, являющиеся продолжением ледниковых покровов (например, шельфовый ледник Росса в Антарктиде).

Границы криосферы изменяются во времени: её площадь максимальна зимой (в Северном полушарии — до 30–40 млн км²) и минимальна летом. В высокогорьях и полярных регионах криосфера существует круглогодично.

Формирование и эволюция

Криосфера сформировалась на Земле в ходе геологической истории, когда климат планеты стал достаточно холодным для устойчивого существования льда. Первые признаки оледенений фиксируются в докембрии (около 2,5 млрд лет назад). В течение последних 2,6 млн лет (четвертичный период) криосфера неоднократно расширялась (ледниковые эпохи) и сокращалась (межледниковья), что приводило к колебаниям уровня Мирового океана на десятки и сотни метров.

Современная криосфера находится в состоянии сокращения: с середины XX века наблюдается ускоренное таяние ледников, уменьшение площади морского льда в Арктике и деградация многолетней мерзлоты. Эти процессы связываются с глобальным потеплением, вызванным антропогенными выбросами парниковых газов.

Географическое распространение

Криосфера охватывает около 10–15 % поверхности суши (постоянные ледники и ледниковые покровы) и до 30–40 % площади океанов в зимний период. Основные регионы её распространения:

Антарктида — крупнейший ледниковый щит планеты (около 14 млн км², средняя толщина льда — 2,2 км).
Гренландия — второй по величине ледниковый щит (около 1,7 млн км²).
Арктический бассейн — область сезонного и многолетнего морского льда.
Горные системы — Альпы, Гималаи, Анды, Кордильеры, Кавказ, Алтай, Тянь-Шань.
Зона многолетней мерзлоты — занимает около 65 % территории России (Сибирь, Якутия, Чукотка, север европейской части), а также значительные площади Канады и Аляски.

Физические и климатические функции

Криосфера выполняет несколько критически важных функций в глобальной климатической системе:

Альбедный эффект. Лёд и снег отражают до 80–90 % солнечного излучения (в отличие от тёмной поверхности океана или суши, отражающей 10–20 %). Это снижает нагрев поверхности и влияет на температуру планеты.
Регуляция уровня Мирового океана. Таяние ледниковых покровов (особенно Гренландии и Антарктиды) приводит к повышению уровня моря. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), за XX век уровень океана поднялся на 17–18 см, а к 2100 году может повыситься ещё на 0,3–1,0 м.
Запас пресной воды. Ледники и ледниковые покровы содержат около 68–70 % всех запасов пресной воды на Земле. Таяние ледников обеспечивает сток многих крупных рек (например, Ганга, Инда, Амударьи, Волги — в верховьях).
Влияние на океаническую циркуляцию. Таяние морского льда и ледников изменяет солёность и плотность воды, что воздействует на термохалинную циркуляцию (Гольфстрим и другие течения).
Хранение парниковых газов. Многолетняя мерзлота содержит огромные запасы органического углерода (по оценкам, до 1500–1600 млрд тонн). При её оттаивании происходит выделение метана и углекислого газа, что усиливает парниковый эффект.

Изменения криосферы в современную эпоху

С конца XX века криосфера демонстрирует устойчивую тенденцию к сокращению. Основные наблюдаемые изменения:

Арктический морской лёд. Его площадь в сентябре (минимум) уменьшилась с 7–8 млн км² в 1980-х годах до 3–4 млн км² в 2020-х. Толщина льда также снизилась, и многолетний лёд (существующий более 2 лет) почти исчез.
Ледники Гренландии и Антарктиды. Масса ледникового щита Гренландии теряет в среднем 200–300 млрд тонн льда в год, Антарктиды — 100–150 млрд тонн в год.
Горные ледники. На Кавказе, Алтае, в Гималаях и Альпах ледники отступают со скоростью 10–30 метров в год. По прогнозам, к 2100 году многие мелкие ледники могут исчезнуть полностью.
Многолетняя мерзлота. В России (Якутия, Западная Сибирь) глубина сезонного оттаивания увеличивается на 1–3 см в год. Это приводит к деформации зданий, дорог, трубопроводов и высвобождению метана.

Влияние на человеческую деятельность

Криосфера оказывает прямое воздействие на хозяйственную деятельность, особенно в России, где значительная часть территории находится в зоне многолетней мерзлоты и сезонного снежного покрова.

Инфраструктура. Строительство и эксплуатация зданий, дорог, нефте- и газопроводов (например, «Сила Сибири», трубопроводы «Транснефти») требуют специальных технологий (свайные фундаменты, теплоизоляция, охлаждающие системы). Деградация мерзлоты ведёт к аварийным ситуациям.
Сельское хозяйство. Снежный покров защищает озимые культуры от вымерзания. Таяние ледников обеспечивает орошение в засушливых регионах Центральной Азии.
Транспорт. Зимние дороги (зимники) и ледовые переправы в Сибири и на Дальнем Востоке используются для перевозки грузов. Сокращение периода ледостава ограничивает их эксплуатацию.
Туризм и рекреация. Горнолыжные курорты (Красная Поляна, Шерегеш, Домбай) зависят от устойчивого снежного покрова. Таяние ледников снижает привлекательность высокогорных маршрутов.

Исследования и мониторинг

Изучение криосферы ведётся с помощью спутниковых наблюдений (спутники «Landsat», «Sentinel», «ICESat-2», «CryoSat-2»), наземных станций (например, сеть «CALM» для мониторинга мерзлоты), а также экспедиций в полярные регионы и высокогорья. В России действуют научные программы по изучению криосферы в Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (Якутск), Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте (Санкт-Петербург), Институте географии РАН (Москва).

Важнейшими международными проектами являются «World Glacier Monitoring Service» (WGMS), «Global Terrestrial Network for Permafrost» (GTN-P) и программы Всемирной метеорологической организации (ВМО).