Уровень моря

Уровень моря — это положение свободной поверхности Мирового океана, измеряемое относительно некоторой условной точки отсчёта по вертикали. Является базовой геодезической и геофизической характеристикой, используемой в качестве нулевой отметки для определения высот рельефа суши (абсолютных высот) и глубин океана. Различают мгновенный, средний суточный, месячный, годовой и многолетний уровни моря. Многолетний средний уровень моря считается наиболее стабильным и служит исходной поверхностью для нивелирных сетей и картографии.

История изучения

Первые систематические наблюдения за уровнем моря начались в XVII—XVIII веках в крупных портовых городах Европы. В 1682 году в Амстердаме был установлен первый футшток — рейка для измерения высоты воды. В России регулярные наблюдения ведутся с 1841 года в Кронштадте, где расположен Кронштадтский футшток — нулевая отметка Балтийской системы высот (БСВ), принятой в СССР и используемой в Российской Федерации и ряде стран СНГ.

В XIX веке с развитием мореплавания и строительством каналов возникла необходимость в единой системе высот. В 1877 году Международная геодезическая ассоциация рекомендовала использовать средний уровень моря как общую нулевую поверхность. В XX веке, после изобретения мареографов (самописцев уровня воды) и спутниковой альтиметрии (с 1990-х годов), точность измерений возросла с сантиметров до миллиметров. Современные данные собираются сетью из более чем 2000 прибрежных станций и спутниковыми миссиями, такими как TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 и Sentinel-6.

Причины изменений уровня моря

Уровень моря не является постоянной величиной. Его колебания подразделяются на периодические (циклические) и непериодические (трендовые).

Периодические колебания

• Приливно-отливные явления: Вызываются гравитационным воздействием Луны и Солнца. Амплитуда приливов варьируется от нескольких сантиметров (в замкнутых морях, например, в Средиземном) до 16–18 метров (в заливе Фанди, Канада).
• Сгонно-нагонные явления: Связаны с ветровым воздействием. Сильные ветры, особенно при циклонах и ураганах, могут временно поднимать уровень воды на 3–5 метров (штормовые нагоны), что приводит к наводнениям.
• Сезонные и годовые колебания: Обусловлены изменением температуры воды (термическое расширение), режимом стока рек и таянием снега. В Северном полушарии максимум уровня обычно наблюдается в конце лета — начале осени.
• Сейши: Стоячие волны в замкнутых или полузамкнутых водоёмах, возникающие после прекращения действия внешней силы (ветра, землетрясения). Период сейш составляет от минут до нескольких часов.

Долговременные (вековые) изменения

Современная наука выделяет два основных компонента долговременного повышения уровня Мирового океана:

1. Термическое расширение воды: При нагревании океана его объём увеличивается. С 1971 года около 40–50 % наблюдаемого повышения уровня моря приходится именно на тепловое расширение. Скорость нагрева океана ускорилась с 1990-х годов.
2. Таяние ледников и ледяных щитов: Поступление дополнительной пресной воды с суши в океан. Основной вклад вносят:

• Горные ледники (Альпы, Гималаи, Анды, Аляска) — около 30 % современного подъёма.
• Ледяной щит Гренландии — теряет массу со скоростью около 280 миллиардов тонн в год (данные на 2020-е годы).
• Ледяной щит Антарктиды — потери массы оцениваются в 150–200 миллиардов тонн в год, причём наиболее быстро разрушаются ледники Западной Антарктиды (например, ледник Туэйтса).

Вклад изменения водного баланса (изъятие воды на орошение, заполнение водохранилищ, добыча подземных вод) оценивается как малый (единицы процентов), но может быть значительным локально.

Методы измерения

• Мареографы (футштоки): Приборы, установленные на берегу или на гидротехнических сооружениях. Измеряют высоту воды относительно фиксированной точки. Данные корректируются с учётом вертикальных движений земной коры (тектонические поднятия/опускания, послеледниковое восстановление). Ключевая проблема — неравномерное распределение станций (в основном в Северном полушарии).
• Спутниковая альтиметрия: Радарные высотомеры на спутниках измеряют расстояние от спутника до поверхности океана с точностью до 2–3 сантиметров. Позволяет получать глобальные карты уровня моря каждые 10–30 дней. С 1993 года этот метод является основным для оценки глобального тренда.
• GPS и GNSS-станции: Используются для отслеживания вертикальных движений земной коры в местах установки мареографов, что позволяет отделить изменения уровня моря от движений суши.

Современные тенденции

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), за XX век (1901–2018 гг.) средний глобальный уровень моря повысился на 15–25 сантиметров. Скорость повышения не была постоянной:

• 1901–1971: около 1,3 мм/год.
• 1971–2006: около 1,9 мм/год.
• 2006–2018: около 3,7 мм/год (ускорение).

В XXI веке темпы роста продолжают увеличиваться. По различным сценариям выбросов парниковых газов (SSP1-2.6 — низкий, SSP5-8.5 — высокий), к 2100 году глобальный уровень моря может повыситься на 0,3–1,0 метра относительно уровня 1995–2014 годов. При неконтролируемом таянии ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды подъём может превысить 2 метра, однако такие сценарии считаются маловероятными до конца столетия.

Региональные особенности

Уровень моря изменяется неравномерно по планете. В некоторых регионах (например, на западном побережье США, в Юго-Восточной Азии) скорость подъёма в 2–3 раза выше глобальной. В других регионах (Скандинавия, Канада) наблюдается относительное понижение уровня моря из-за послеледникового поднятия земной коры (глициоизостазия), которое компенсирует или перекрывает глобальный тренд. Для побережий России (Балтийское, Чёрное, Каспийское моря, побережье Северного Ледовитого океана) характерны разнонаправленные тенденции, обусловленные как глобальными факторами, так и местными геологическими процессами.

Последствия

Повышение уровня моря оказывает комплексное воздействие на природу и хозяйство:

• Разрушение береговой линии: Усиление абразии (разрушения берегов), отступление пляжей, обрушение клифов.
• Затопление низменных территорий: Особенно уязвимы дельты рек (Ганг, Меконг, Нил, Волга), атоллы (Мальдивы, Тувалу) и прибрежные города (Джакарта, Бангкок, Шанхай, Венеция, Санкт-Петербург).
• Интрузия солёной воды: Проникновение морской воды в пресноводные водоносные горизонты и реки, что ухудшает качество питьевой воды и почв.
• Учащение штормовых нагонов: Более высокий базовый уровень делает наводнения от штормов более частыми и разрушительными.
• Экономические потери: Ущерб инфраструктуре (порты, дороги, здания), потеря сельскохозяйственных земель, затраты на берегоукрепительные сооружения (дамбы, волноломы) и переселение населения.

Интересные факты

• За последние 20 000 лет, после пика последнего ледникового периода, уровень моря поднялся примерно на 120–130 метров.
• Нулевая отметка Кронштадтского футштока (Балтийская система высот) является официальной нулевой отметкой для всей топографической и геодезической сети России и стран СНГ.
• В Каспийском море, которое является замкнутым водоёмом, уровень моря испытывает значительные колебания, не связанные с глобальным океаном. В XX веке он понизился почти на 3 метра, а затем частично восстановился.
• Самое быстрое повышение уровня моря в историческое время (около 4 метров за столетие) наблюдалось в конце последнего ледникового периода (событие распада Лаврентийского ледникового щита около 14 000 лет назад).

Источники

1. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), Специальный доклад об океане и криосфере в условиях изменения климата (SROCC), 2019.
2. Государственный океанографический институт имени Н. Н. Зубова (Россия), «Методы наблюдений за уровнем моря».
3. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), «Sea Level Rise Technical Report», 2022.
4. NASA/JPL, «Ocean Surface Topography from Space» (данные миссий TOPEX/Poseidon, Jason, Sentinel-6).
5. Б. А. Каган, «Введение в океанологию», Ленинград, Гидрометеоиздат, 1985.
6. В. Н. Михайлов, «Гидрология устьев рек», Москва, Издательство МГУ, 2000.