7.10.2. Каспийское море

Уровень Каспийского моря в настоящее время находится на отметке около -27 м в Балтийской системе высот (БС). В 2004 г. средний годовой уровень на посту Махачкала составил -27,04 м БС. Таким образом, Каспий лежит приблизительно на 27 м ниже уровня Мирового океана. При уровне -27 м БС площадь моря составляет 392,6 тыс. км². Это означает (см. формулу (7.5)), что изменение уровня на 1 см равнозначно увеличению (уменьшению) объема вод в озере или увеличению (уменьшению) поступления или потерь воды на величину около 4 км³ (точно — 3,926). Объем вод водоема при уровне -27 м БС составляет 78,84 тыс. км³. Деление величины объема на площадь дает среднюю глубину озера около 201 м.

Для Каспийского моря характерны сильные ветровые течения (особенно в Северном Каспии), небольшие сейшевые и даже приливные колебания уровня, сильное волнение, значительные нагоны, небольшие изменения солености воды (вдали от устьев рек она равна 11—13‰). Каспий чрезвычайно богат рыбой; на его долю приходилось около 90 % уловов осетровых в бывшем СССР.

Основная черта Каспия — это неустойчивый режим его уровня. За период плейстоцена (последние 700 тыс. лет), по данным Г.И. Рычагова, уровень водоема претерпел крупномасштабные колебания в диапазоне около 200 м от -140 до +50 м БС, т.е. уровень опускался на 113 м ниже и поднимался на 77 м выше современного. В истории Каспия были крупные трансгрессии (бакинская, хазарская, хвалынская, каспийская) и регрессии (например, енотаевская, мангышлакская и др.). Доказано (Г. И. Рычагов), что в раннехвалынскую трансгрессию (40—70 тыс. лет назад) уровень Каспия поднимался до 47 м БС, а во время глубокой енотаевской регрессии (17—20 тыс. лет назад) уровень падал до отметки -64 м БС.

Значительные колебания уровня Каспия происходили и в период голоцена (последние 10 тыс. лет). За историческое время (последние 2000 лет), по данным Г.И. Рычагова, диапазон изменения уровня Каспия составил около 7 м: от -32 до -25 м; самый низкий уровень был во время дербентской регрессии (VI—VII вв.), самый высокий уровень отмечался в XVIII в. Диапазон отметок уровня за последние 1000 лет от -32 до -25 м БС Г.И. Рычагов назвал «зоной риска»; это означает, что в этом диапазоне в современную климатическую эпоху возможны изменения уровня Каспия и этого нельзя не учитывать при хозяйственном освоении побережья.

Надежные данные инструментальных наблюдений за уровнем воды на посту Махачкала имеются лишь с 1900 г. (см. рис. 6.7, в). За это время средний годовой уровень Каспия изменялся в диапазоне от -29,01 (1977) до -25,55 м БС (1903), т.е. почти на 3,5 м.

За 1900—2004 гг. в колебаниях уровня Каспия четко выделяются пять периодов: 1) медленного понижения (1900—1929); 2) быстрого и резкого падения (1930—1941); 3) медленного понижения (1942—1977); 4) быстрого и резкого подъема (1978—1995); 5) медленного понижения в последние годы (1996—2004) (табл. 7.2).

Наибольший интерес представляют периоды снижения уровня Каспия в 1930—1941 и 1942—1977 гг. и повышения в 1978-1995 гг. Когда уровень водоема в 40—70-х годах неуклонно снижался, большинство прогнозов сводилось к тому, что это падение будет продолжаться и дальше, и уровень моря может упасть к 2000 г. до -30 м БС. Подъем уровня, начавшийся с 1978 г., был не только резким, но и неожиданным. По средним годовым величинам он составил к 1995 г. 2,35 м; если же учитывать средние месячные уровни (-29,16 в октябре 1977 г. и -26,46 м БС в июле 1995 г.), то величина подъема уровня составила 2,70 м. Когда в 80—90-х годах уровень Каспия быстро повышался, в ряде прогнозов предсказывалось, что в начале XXI в. уровень достигнет отметки -25 или даже -20 м БС. Этого не произошло, и с 1996 г. уровень стал медленно понижаться, а в последние годы стабилизировался.

Таблица 7.2. Данные об изменениях средних годовых уровней Каспийского моря (Махачкала) в 1900—2004 гг.

Период (число лет)	Уровень воды, м БС		Изменение уровня за период
	в начале периода	в конце периода	м	см/год
1900-1929 (30) 1930-1941 (12) 1942-1977(36) 1978-1995 (18) 1996-2004 (9)	-25,57 -25,88 -27,84 -29,01 -26,66	-25,88 -27,84 -29,01 -26,66 -27,04	-0,31 -1,96 -1,17 +2,35 -0,38	-1,0 -16,3 -3,3 +13,1 -4,2

Падение уровня Каспия в 1930—1970-х гг. привело к обмелению прибрежной зоны, выдвижению береговой линии в сторону моря, образованию широких пляжей. Последнее было, пожалуй, единственным положительным следствием падения уровня. Негативных последствий было значительно больше: сократились площади кор­мовых угодий для рыбного стада в Северном Каспии; обмелевшее устьевое взморье Волги стало интенсивно зарастать водной растительностью, что ухудшило условия прохода рыб на нерест в реку; резко сократились уловы рыбы, особенно ценных пород (осетра, стерляди); уменьшились глубины в судоходных каналах. Подъем уровня в 1978—1995 гг. привел к еще большим негативным послед­ствиям. Хозяйство и население к этому времени «приспособились» к низкому стоянию уровня и, к сожалению, уже освоили «зону риска». В результате в зоне затопления и подтопления оказались значительные освоенные территории, особенно в равнинной части Дагестана, в Калмыкии и Астраханской области. От подъема уровня моря пострадали приморские районы городов Дербент, Каспийск, Махачкала, Сулак, Каспийский (Лагань) и десятки более мелких населенных пунктов. Были затоплены значительные площади сельскохозяйственных угодий. Усилился размыв морского берега (абразия). Пожалуй, единственными (хотя и немаловажными) положительными следствиями подъема уровня Каспия были увеличе­ние глубин и сокращение площадей, занятых на взморье Волги водной растительностью, что улучшило условия миграции рыб и воспроизводства рыбных ресурсов.

В чем же причины быстрых и значительных колебаний уровня Каспийского моря?

В ответах на вопрос о причинах крупномасштабных колебаний уровня Каспия уже давно противостоят две концепции — геологическая и климатическая.

Согласно геологической концепции к причинам изменения уровня водоема относят процессы двух групп. Процессы первой группы, по мнению геологов, ведут к изменению размеров каспийской впадины и, как следствие, к изменению уровня водоема. К числу таких процессов относят вертикальные и горизонтальные тектонические движения земной коры, накопление донных осадков, сейсмические явления. Во вторую группу включают процессы, которые, по мнению геологов, воздействуют на подземный сток в море, то, увеличивая его, то, уменьшая (например, периодическое выдавливание или поглощение вод при сжатии и растяжении горных пород).

Геологические процессы, безусловно, влияют на каспийскую впадину и подземный сток. Однако действуют они медленно и локально. Накопление донных отложений, например, дает прирост отметок дна не более 1 мм в год. Крупномасштабная разгрузка подземных вод в Каспийское море пока подтверждений не получила. Такой гипотезе противоречат, по мнению геоморфолога Е.Г. Маева и океанолога А.Н. Косарева, например, ненарушенная структура иловых вод на дне моря и отсутствие заметных гидрологических и гидрохимических аномалий в водоеме, которые неизбежно должны были бы сопутствовать разгрузке подземных вод в объемах достаточных для изменения уровня моря.

Главным же доказательством несущественной роли геологических факторов в режиме всего Каспийского моря является убедительное количественное подтверждение второй — климатической, а точнее — воднобалансовой концепции колебаний уровня Каспия!

Впервые о климатической природе колебаний уровня Каспийского моря написали еще Э.X. Ленц (1836) и А.И. Воейков (1884) Позже ведущая роль изменений составляющих водного баланса озера в колебаниях уровня Каспия неоднократно доказывалась многими гидрологами, океанологами, геоморфологами. Ключевым при таких доказательствах является анализ уравнения водного баланса Каспия и его составляющих.

Такое уравнение может быть записано в следующем виде:

X+Y+W=Z+Y_КБГ ±∆V, (7.25)

где X — атмосферные осадки на поверхности водоема; Y — водный сток всех рек, впадающих в море; W — подземный сток; Z — испарение с водной поверхности водоема (кроме зал. Кара-Богаз-Гол); Y_кбг – отток вод в зал. Кара-Богаз-Гол (там, где воды полностью тратятся на испарение); ±∆V – изменение объема вод в море. Обычно члены уравнения (7.25) задают в км³/год или пересчитывают в см/год.

Наиболее достоверные и новые данные о водном балансе Каспийского моря приведены в табл. 7.3.

Как следует из таблицы, полученные воднобалансовым расчетом величины изменения уровня водоема в целом соответствуют данным наблюдений. Особенно хорошо совпали данные расчета и наблюдений за два периода наиболее значительных изменений уровня (падение в 1930-1941 и подъем в 1978-1995 гг.). Это как раз и подтверждает обоснованность климатической (воднобалансовой) концепции колебаний уровня Каспия. Уровень моря повышается тогда, когда приходная часть водного баланса (прежде всего водный сток рек) возрастает и начинает превышать расходную часть-уровень понижается, если приток вод сокращается. Роль изменений атмосферных осадков и испарения в колебаниях уровня Каспия значительно меньше.

Весьма показательна роль стока Волги в водном балансе Кас­пия и колебаниях его уровня (см. рис. 6.7, табл. 6.2 и 7.3). В маловодные и средние по водности периоды Волга дает около 75% стока всех рек в Каспий и более 60% приходной части водного баланса. А в исключительно многоводный период 1978—1995 гг. Волга дала 87% всего речного притока в море и 68% приходной части водного баланса.

Учитывая большую роль стока Волги в водном балансе Каспия, неоднократно делались попытки скоррелировать сток Волги и уровень моря. Такая прямая корреляция не дает удовлетворительных результатов. Однако корреляция уровня моря с ординатами нормированной разностной интегральной кривой (НРИК) стока Волги (сопоставление кривой хода уровня и НРИК дано на рис. 6.7) позволила получить для периода значительного падения и подъема уровня уравнение регрессии с коэффициентом корреляции 0,987, а для каждого из этих периодов 0,990 и 0,979 соответственно. Это еще раз подтвердило воднобалансовую природу колебаний уровня Каспия.

Хотя в многолетних колебаниях уровня Каспия главная роль принадлежит фактору климатическому, важное значение имеет также и оценка влияния на уровни воды хозяйственной деятельности. Изъятие больших объемов воды на заполнение водохранилищ, водозабор на хозяйственные нужды, потери воды на испарение с поверхности водохранилищ, безусловно, сократили приток речных вод в Каспий. И со временем объем этого «недополученного» водоемом стока возрастал (см., например, табл. 6.3), и поэтому фактический (наблюденный) уровень моря постепенно становился все ниже и ниже по сравнению с «естественным», т. е. с тем, который был бы при отсутствии влияния антропогенного фактора (этот уровень определяют путем воднобалансовых расчетов).

По расчетам И.А. Шикломанова, антропогенное сокращение стока рек, впадающих в Каспий, начало заметно увеличиваться в 50-х годах XX в. и достигло максимума (40 км³/год) в начале 80-х годов. Это ускорило снижение уровня водоема. В настоящее время, обусловленное хозяйственной деятельностью сокращение стока всех рек, впадающих в Каспий, составляет лишь 28 км³/год.

Таблица 7.3. Водный баланс Каспийского моря *

Период (число лет)	Сред-ний уровен, м БС	Средняя площадь моря, тыс км2	Приход, км3/год см/год			Расход, км3,,/год см/год		Результирующий баланс, км3/год см/год	Изменение уровня за период, см, по балансовым расчетам по наблюдениям
			речной сток	осадки	подзем-ный сток	испа-рение	сток в Кара-Богаз-Гол
1900-1929 (30)	-26,08	404,2	332 82	70 17	4 1	390 96	22 5	-6 -1	-30 -31
1930—1941 (12)	-26,81	394,4	269 68	72 18	4 1	397 100	12 3	-64 -16	-192 -196
1942—1977 (36)	-28,28	369,0	275 75	71 19	4 1	354 96	10 3	-14 -4	-144 -117
1978—1995 (18)	-27,77	379,1	315 83	86 23	4 1	349 92	8 2	+48 +13	+234 +235
1996—2000 (5)	-26,98	392,8	283 72	74 19	4 1	397 101	19 4	-55 -14	-70 -44

* По данным Р.Е. Никоновой (Государственный океанографический институт) с уточнениями и округлениями автора главы; фактические изменения уровня — по посту Махачкала.

Немного повлияли на уровень Каспия и перекрытие пролива, соединяющего море с зал. Кара-Богаз-Гол в 1980 г., его частичное и полное открытие соответственно в 1984 и 1992 гг. Перекрытие пролива уменьшило потери воды на испарение и тем самым ускорило рост уровня моря, открытие — наоборот, несколько замедлило повышение уровня моря.

По расчетам В.Н. Малинина (1994), совокупное влияние всех видов хозяйственной деятельности уменьшило фактический уровень Каспия по сравнению с «естественным» к началу 60-х годов XX в. всего на 5 см, к 1965 г. (когда большой объем воды пошел на наполнение крупных водохранилищ) — уже на 76 см, к 1980 г.— на 127 см, к 1990 г.— на 157 см. В настоящее время разница между «естественным» и фактическим уровнем, по-видимому, составляет около 170 см. Заметим, что если к наивысшему уровню Каспия (около -26,7 м БС в 1995 г.) прибавить упомянутую разницу (в 1995 г.— около 1,6 м), то получим как раз верхний предел диапазона, названного Г.И. Рычаговым «зоной риска» — около -25 м БС. Таким образом, можно считать доказанным, что основной причиной происходивших в прошлом крупномасштабных колебаний уровня Каспийского моря были факторы климатические. При этом важно отметить (это следует из анализа табл. 7.3), что в периоды, когда сток рек, впадающих в водоем, повышался (а это, безусловно, следствие увеличения осадков в речных бассейнах), одновременно немного возрастали осадки на поверхность озера и уменьшалось испарение. Периоды же пониженного речного стока (и пониженных осадков в речных бассейнах), как правило, совпадали с периодами уменьшения осадков на поверхность моря и увеличения испарения. Иными словами, однородные климатические изменения захватывали огромные пространства — и бассейны питающих Каспий рек и само озеро; причем изменения определяющих факторов влияли на водный баланс водоема в одном направлении.

Дискуссионным остается вопрос о том, как изменялась соленость воды в Каспии во время трансгрессий и регрессий водоема. Поскольку объем Каспия очень велик, произошедшие в последние 100—150 лет изменения его объема не превышают 2%. По этому и изменения солености воды крайне малы, и их наблюдениями оценить нельзя. Однако аналогия с Аральским морем (см. разд. 7.10.3) свидетельствует о том, что понижение уровня бессточного водоема должно сопровождаться увеличением солености воды.

Сравнение солевого состава вод Каспия с солевым составом вод пресных озер и океана (табл. 7.4) говорит о том, что каспийская вода по своему химическому составу радикально отличается от воды пресных озер (например, Байкала) и приближается к океанской. В отличие от вод рек и пресных озер в ней преобладают хлор-ион, сульфат-ион (из анионов) и натрий и магний (из катионов). Сходный состав имеют и очень сильно минерализованные воды залива Кара-Богаз-Гол.

Вопрос о возможных колебаниях уровня Каспийского моря в будущем остается открытым. Надежные сверхсрочные прогнозы речного стока — ведущего фактора в изменениях уровня моря — тем более в условиях нестационарности климата, пока отсутствуют. В настоящее время можно говорить лишь о том, что уровень Каспия в обозримой перспективе не может превысить, с учетом влияния антропогенного фактора, -26—26,5 м БС. В ближайшие же годы, возможно, некоторое понижение уровня (например, до -27,5 м БС) или небольшие колебания в ту или иную сторону, как в 1997—2004 гг.

Таблица 7.4. Содержание главных ионов в водах океана и некоторых озер

Ионы	Оз. Байкал1	Каспийское море2	Аральское море		Зал. Кара-Богаз-Гол 1	Океан2
			до 19612	20013
Сl-	0,6 0,6	5,347 41,3	3,009 34,2	23,46 40,2	142,5 49,0	18,98 55,1
SOJ"	5,2 5,4	3,038 23,5	2,690 30,6	15,09 25,8	46,9 16,1	2,65 7,7
НСОз	66,5 69,0	0,214 1,6	0,172 1,9	0,28 0,5	0 0	0,14 0,4
Na+	5,8 6,0	3,156 24,4	1,946 22,1	15,05 25,8	81,2 27,9	10,56 30,6
K+		0,100 0,8	0,097 1,1	0,19 0,3		0,38 1,1
Са2+	15,2 15,8	0,334 2,6	0,413 4,7	0,61 1,0	0,29 0,1	0,41 1,2
Mg2+	3,1 3,2	0,740 5,7	0,459 5,2	3,64 6,2	19,9 6,8	1,27 3,7
Сумма ионов	96,4 100,0	12,93 100,0	8,79 100,0	58,41 100,0	290,80 100,0	34,45 100,0

Примечания: 1. В числителе — концентрация ионов в мг/л для Байкала и в г/кг (%о) для других объектов; в знаменателе — доля иона в солевом составе в %. 2. Использованы данные: ¹А.М. Никанорова, ²А.И. Симонова, ³А.Н. Косарева.