Кризис «нулевого дня»: эхо древних засух и предупреждение для будущего

Изменение климата коренным образом трансформирует глобальный водный цикл, нарушая привычные режимы выпадения осадков и создавая все большую нагрузку на города и экосистемы. Одни регионы сталкиваются с аномально сильными ливнями и наводнениями, другие же страдают от затяжных засух, угрожающих здоровью населения, подрывающих экономику и повышающих риск политической нестабильности. Ярким примером тому стала многолетняя засуха 2015–2020 годов, поставившая Кейптаун, Южная Африка, на грань полного истощения водных ресурсов – момент, который власти назвали «Нулевым днем».

Ученые долгое время вели споры о том, вызваны ли экстремальные явления, подобные водному кризису в Кейптауне, антропогенным изменением климата или же они являются частью естественной климатической изменчивости. Некоторые модели предполагали, что глобальное потепление действительно может играть здесь свою роль.

«Но модель – это не реальный мир, – говорит Трипти Бхаттачария, профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде Сиракузского университета. – Поэтому мы заглянули в прошлое».

В статье, недавно опубликованной в журнале «Nature Communications», Бхаттачария и команда исследователей под руководством аспирантки Клэр Руббелке (при поддержке студентов Люси Вайсбек из Колледжа наук об окружающей среде и лесного хозяйства Государственного университета Нью-Йорка, а также, в более ранних работах, Эллен Йоргенсен) проанализировали древние растительные остатки, сохранившиеся в керне осадочных пород, извлеченном у побережья Южной Африки. Эти молекулы содержат изотопы водорода из дождевой воды, питавшей растения, предоставляя своего рода химический отпечаток климатических условий прошлого. Команда извлекала органические соединения из образцов отложений с помощью смеси растворителей, после испарения которых в пробирке оставался оранжевый осадок – концентрат древней органики.

Исследование сосредоточено на среднеплейстоценовом переходе – периоде протяженностью 550 000 лет (от 1,25 до 0,7 миллиона лет назад), когда ледниковые циклы Земли и состав атмосферы претерпели значительные изменения. Ученые обнаружили свидетельства того, что в это время кардинальные изменения в глобальной атмосферной циркуляции, включая сжатия и расширения массивной ячейки Гадлея (атмосферный вихрь, поднимающийся у экватора и опускающийся в районе 30-х широт), приводили к чередованию периодов увлажнения и засухи в Южной Африке. Последние соответствуют условиям, наблюдавшимся во время кризиса «Нулевого дня» в Кейптауне.

«Мы обнаружили, что когда климат кардинально менялся в прошлом, это приводило к сдвигам, аналогичным засухе „Нулевого дня“, – отмечает Бхаттачария. – Это говорит о том, что подобные события действительно вызваны глобальным изменением климата».

По словам Клэр Руббелке, полученные результаты поднимают новые вопросы о будущем. «Один из главных вопросов, который у меня остался: станут ли эти короткие засухи – а засуха „Нулевого дня“ была относительно недолгой – более продолжительными и, в конечном итоге, постоянной чертой регионального климата? – делится она опасениями. – Тот факт, что следы прошлых засух обнаруживаются в осадочных породах, предполагает, что они длились много лет».

В рамках своей будущей постдокторской работы Руббелке планирует провести сравнительные исследования на противоположном, восточном побережье Африки, чтобы лучше понять вариации осадков на всем континенте. Она также надеется изучить, как меняющиеся режимы выпадения осадков могли повлиять на раннюю эволюцию человека в Южной Африке, где находятся ключевые палеонтологические объекты, такие как «Колыбель человечества». Изменения в растительности и доступности воды могли повлиять на то, где жили виды гоминин и какие из них выжили.

Помимо научной ценности, исследование имеет и практическое значение для современности. Регионы, такие как Калифорния, имеющие схожий с Южной Африкой средиземноморский климат (с мягкой, влажной зимой и жарким, сухим летом), могут извлечь пользу из более глубокого понимания динамики прошлых засух. «Климатические модели – единственный инструмент, который у нас есть для планирования, – подчеркивает Бхаттачария. – Проверяя, насколько хорошо они моделируют прошлые события, мы можем выявить их недостатки и, в конечном итоге, улучшить наши возможности моделирования, чтобы лучше подготовиться к будущему».