Что будет если растает вечная мерзлота. Климатологи оценили, как таяние вечной мерзлоты скажется на россии. Ледяной пробки у планеты больше нет
Таяние вечной мерзлоты представляет серьёзную опасность для экономики России; деформации и разрушению могут подвергнуться важные объекты инфраструктуры, включая тысячи километров нефте- и газопроводов в Западной Сибири. И не говорите, что вы об этом узнали только сейчас.
Климат находится на пороге переломного момента. Если потеплеет ещё на несколько десятых градуса, вечная мерзлота бескрайних просторов Сибири начнёт безудержно таять. Результатом станут попадание в атмосферу значительного количества парниковых газов и масштабное повреждение российской инфраструктуры, в том числе трубопроводов, по которым природный газ идёт в Европу.
Арктика нагревается быстрее остальной планеты, и климатологи устали предупреждать, что это в свою очередь ещё больше ускоряет изменение климата. В этом регионе хранятся огромного запасы органического углерода - в основном в форме многолетнемёрзлого грунта и ледяных клатратов, в которых заперт метан (мощный парниковый газ).
Сибирская вечная мерзлота представляет особую опасность. Если едома начнёт таять, её уже не остановить, ибо почвенные микроорганизмы примутся поедать углерод и производить тепло, способствуя дальнейшему таянию. Таяние едомы - это и есть тот самый переломный момент.
И впервые учёные взялись предсказать, когда это произойдёт. Антон Вакс из Оксфордского университета (Великобритания) и его коллеги реконструировали 500 тыс. лет истории сибирской вечной мерзлоты. Мы уже знаем, как в этот период росла и падала среднемировая температура, как ледовые щиты приближались и отступали, так что оставалось лишь смоделировать реакцию на эти процессы сибирского грунта.
На самом деле это не так-то просто, ведь прямых данных на этот счёт нет и надо искать косвенный метод. Поэтому исследователи посетили шесть пещер, расположенных с севера на юг практически на одной линии. Две из них находятся под жаркой пустыней Гоби, ещё три - в районе, где встречаются пятна вечной мерзлоты, и последняя – на краю Сибири в зоне сплошной вечной мерзлоты.
Учёные сосредоточили внимание на сталагмитах, которые растут только при наличии воды в пещере. Если грунт заморожен, воды, соответственно, нет. Таким образом удалось составить летопись изменений температуры над пещерами. И в самой северной из них сталагмиты росли только однажды - во время особенно тёплого межледникового периода, продолжавшегося 424–374 тыс. лет назад. В то время среднемировая температура была на полтора градуса выше среднего показателя последних 10 тыс. лет. Иными словами, сегодняшняя вечная мерзлота станет уязвимой, когда глобальное потепление превысит эти самые полтора градуса.
Когда же это произойдёт? С 1850 по 2005 год температура планеты выросла на 0,8 °C, если верить докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата от 2007 года. Даже если завтра человечество прекратит выработку парниковых газов, в течение следующих двадцати лет потеплеет ещё на 0,2 °C. Но этого, конечно, не случится - выбросы только увеличиваются. Более того, строятся новые электростанции, работающие на ископаемом топливе, а это значит, что мы будем дымить ещё несколько десятилетий как минимум.
Каковы последствия? У Тима Лентона из Эксетерского университета (Великобритания) наибольшую озабоченность вызывает ландшафт. Здания и инфраструктура зачастую строятся в Сибири на жёстком фундаменте вечной мерзлоты, который неминуемо ослабнет. Что будет дальше с дорогами и городами, представить нетрудно, но страшно.
Вечная, или многолетняя, мерзлота занимает почти две трети общей площади России. Из-за , верхний слой мерзлоты летом протаивает все сильнее, а ее несущая способность уменьшается, что приводит к повреждению и постепенному разрушению всего, что на ней построено, - зданий и самых разных сооружений, от дорог до трубопроводов. Кроме того, само по себе таяние мерзлоты приводит к выбросам в атмосферу метана, мощного парникового газа, и Северного Ледовитого океана.
По итогам анализа на основе данных 1970-2010 годов почти все наблюдаемые последствия изменения климата - разрушение зданий, транспортной инфраструктуры, а также эрозия арктических берегов - признали важными с высоким уровнем уверенности (это означает, что у ученых достаточно данных для того, чтобы сделать такие выводы). Например, скорость разрушения арктических побережий в России сейчас выше, чем в Гренландии, Канаде и на Аляске, и составляет до 30 квадратных километров в год.
Как рассказала «Чердаку» старший научный сотрудник ИГКЭ Ирина Корнева, стандартизированное описание рисков, которое подготовили ученые, позволит всем, кому может понадобиться эта информация, легко воспользоваться ею для принятия решений - результаты работы будут опубликованы в сети. Информация, разбросанная по различным источникам, в том числе и докладам Росгидромета, теперь будет доступна ученым и всем желающим в более простом и понятном виде. Британские коллеги в рамках проекта делали аналогичную оценку рисков от наводнений для своей страны.
Ранее в 2016 году та же группа в рамках международного проекта CLICC Программы ООН по окружающей среде подготовила оценку рисков для секторов здравоохранения и водных ресурсов. Оказалось, что приоритетными рисками для России уже сегодня стали, например, более частые наводнения в Черноморском регионе, на Кубани и Амуре. Ранее российские ученые уже , что потепление на Черном море, скорее всего, спровоцировало сильные ливни, затопившие Крымск в 2012 году.
Кроме того, высокие оценки получили риски смертности из-за аномальной жары, как летом 2010 года, и ухудшение здоровья населения из-за загрязнения воздуха. В будущем же нас, по мнению исследователей, должно также тревожить уменьшение стока рек на юге страны и ухудшение доступа к пресной воде в самых густонаселенных регионах центра и юга России.
После вечной мерзлоты ученые хотели бы подробно описать сектор сельского хозяйства, где, по их словам, информация о возможных рисках изменения климата тоже остро необходима, в том числе и потому, что кроме негативных последствий оно может иметь и позитивные, но эти последствия тоже надо точно оценивать.
Выявлена новая угроза для атмосферы Земли
Вечная мерзлота перестает быть вечной из-за глобального потепления климата. Она тает, высвобождая из своих холодных недр запасы метана, атмосферная концентрация которого, по самым скромным оценкам ученых, за последние 150 лет возросла более чем в 3 раза.
Вообще, главным виновником парникового эффекта и, как следствие, потепления климата априори считался углекислый газ. Но теперь выясняется, что у атмосферы есть и более коварный враг - метан. Насколько значительным может быть влияние уменьшения объемов подводной мерзлоты и газовых гидратов (это ледяная масса со «спрятанным» в ней газом) на выбросы метана из донных отложений в водную толщу сибирских шельфовых морей и далее в атмосферу? Может ли это привести к дополнительному изменению климата и повлиять на экологическую ситуацию на планете? На этот вопрос «МК» попытался найти ответ вместе с учеными. Для чего пришлось съездить в Томск, где в стенах политехнического университета (ТПУ) проходил Международный арктический форум, посвященный проблеме изучения биогеохимических последствий деградации (таяния) вечной мерзлоты в Северном Ледовитом океане.
Климат теплеет — мерзлота тает
Но для начала давайте разберемся, почему о газовых гидратах вообще вспомнили. Еще в 60 е годы советские ученые (профессор Юрий Макогон с соавторами) обнаружили, что метан (СН4) в форме газовых гидратов может существовать в мерзлоте. Основанием для этого открытия стали многочисленные аварии в нефтегазопроводах, где при низких температурах образовывались пробки из гидратов метана.
Если взять это вещество в руки, оно напоминает снежок — спрессованный снег или лед. Но если его поджечь, этот «снежок» будет гореть не хуже газовой горелки. Принято считать, что основные залежи гидратов сконцентрированы в районе арктического шельфа под подводной мерзлотой.
Специалисты сейчас еще только разрабатывают систему его добычи в промышленных масштабах. Члены же международного научного консорциума под руководством российских ученых — заведующего лабораторией Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева (ТОИ ДВО РАН) профессора ТПУ Игоря Семилетова и профессора ТПУ Натальи Шаховой раскрыли другой потенциал газогидратов: из-за таяния подводной мерзлоты метан вырывается в атмосферу и усиливает парниковый эффект.
Справка «МК»
Из одного кубического сантиметра гидрата метана выделяется 160-180 кубических сантиметров газа, который прорывается на поверхность моря в виде пузырей. Известно множество случаев, когда даже буровые суда переворачивались или получали повреждения от прорыва гидратного газа. Одна из основных версий образования гигантских воронок на полуострове Ямал также связана с деградацией мерзлоты и быстрой дестабилизации гидратов в форме взрывов.
График увеличения оценки годового выброса метана в атмосферу над шельфом морей Восточной Арктики (МВА)
По данным 2014 года — 16 млн тонн.
График, на котором показан рост выбросов метана в атмосферу, выглядит устрашающе. Но только на первый взгляд. Ученые обещают, что даже при концентрации в атмосфере 100 млн тонн метана в год резкого потепления не произойдет. Для климатической катастрофы нужно, чтобы в атмосферу выбрасывалось на 1-2 порядка больше.
Возможно ли это? Стоит ли тогда вообще беспокоиться по поводу метана? Тем более что углекислого газа (СО2) в атмосфере все равно на два порядка больше? Оказалось, есть причины — если не для паники, то для тревоги. По словам выступавшего на форуме Игоря Семилетова, содержание метана в атмосфере Земли продолжает расти быстрее, чем СО2: за последние 150 лет концентрация СН4 в атмосфере возросла примерно в 3 раза. К тому же у метана значительно выше, чему у углекислого газа, радиационная активность (от 20 до 40 раз).
Ученые долго не могли понять, отчего максимально высокие концентрации СН4 регистрируются именно в атмосфере арктического региона (это явление получило название «арктический максимум атмосферного СН4»). Сначала думали, что всему виной термокарстовые озера (озера, образовавшиеся в результате проседания грунта на месте протаивания подземных льдов) и болота. Арктические моря в качестве подозреваемых вообще не рассматривались. А зря!
«Слоеный пирог» Арктики
Чтобы найти «улики», с конца 1990 х российские ученые организовали и выполнили 30 экспедиций по Северному морскому пути. Сначала — на гидрографических судах архангельской гидробазы, затем еще лет пять ходили на малых судах водоизмещением меньше 100 тонн, заходя на них в такие мелководные районы, куда ни одно научно-исследовательское судно океанического плавания зайти не может. Однако исследования на малых судах пришлось прекратить: из-за сокращения ледового покрова Северного Ледовитого океана в морях восточной Арктики (МВА) ветра стали достигать ураганной силы. «Как-то осенью наше судно, вынужденное встать на два якоря, волнами и ветром протащило за одни сутки на расстояние около 20 морских миль, высота волн достигала 5--6 метров», — вспоминает Семилетов.
В 2008 году состоялась 45 суточная российско-шведская совместная экспедиция на борту гидрографического судна «Яков Смирнитский», организованная лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН совместно со Стокгольмским и Гетеборгским университетами. В 2011 м группой Шаховой-Семилетова были начаты первые буровые работы в море Лаптевых, на так называемом припайном льду (неподвижном льду вдоль морских берегов), где уже пробурено 17 скважин. Целью этих работ был отбор глубоких (насколько это возможно) донных отложений для изучения закономерностей распределения и скоростей таяния подводной мерзлоты в прибрежной зоне моря Лаптевых, метанового потенциала мерзлоты и геологического контроля выброса метана.
Игорь Семилетов. Фото: Игорь Семилетов.
«Полученные нами предварительные результаты оказались крайне интересны, — поясняет Семилетов. — Так, например, мы обнаружили, что состояние мерзлоты Ивашкинской лагуны, которую мы исследовали, совершенно не соответствует классическим представлениям. То, что мы знаем из учебников, там не работает. Не вдаваясь в детали, поясню, что мы обнаружили настоящий «слоеный пирог» из талых и мерзлых пород и микроканьон абсолютно непонятного пока происхождения, который залегает на глубинах морского дна порядка двух-трех метров. Ранее считалось, что его там быть не должно, ведь там лед практически смерзается с осадком, мерзлота в этом месте стабильна... Осенью мы обнаружили мощные выбросы метана из этого микроканьона, которых не оказалось зимой. О чем это говорит? О просачивании глубинного газа. Отмечу, что мы говорим о предварительных результатах, которые требуют более детального изучения, что мы и планируем провести в 2017-2018 годах».
«Мы с медведями мирно жили»
Работать в экспедициях, выполненных в период с середины 1990 х до настоящего времени, приходилось и в зимнее, и в весеннее время. Где в эти периоды не могло пройти гидрографическое судно, помогал санно-тракторный поезд.
Участник ряда зимних экспедиций на припайный лед моря Лаптевых старший научный сотрудник кафедры геокриологии геологического факультета МГУ им. Ломоносова Владимир Тумской рассказал нам о том, как проходили такие походы. Ветер и мороз до 40 были не самыми главными препятствиями для получения научных результатов...
«Начинается подготовка зимней экспедиции, как правило, с планирования и подбора снаряжения и оборудования, — рассказывает Тумской. — Затем все это мы забрасываем в Тикси — либо по реке, либо самолетами. Собравшись вместе в Тикси, формируем санно-тракторный поезд: тягачи, самоходная буровая установка на гусеничном ходу, буксируемые домики (установленные на стальные сани) для работы и проживания людей, буровое оборудование, провиант в виде замороженных оленьих туш, рыбы, молока, чая, кофе. Пища на севере должна быть жирной, и тогда никакой холод не испугает».
В таком составе до места бурения скважин поезд обычно движется десятки, а порой и сотни километров. Сама дорога занимает у полярников несколько дней: техника тяжелая, лед всторошенный (торосы — это нагромождение обломков льда, до 10-20 метров в высоту), надо его обойти. Часто бывает, что техника вязнет в снегу, приходится перецеплять трактора по два в одни сани.
Придя «на точку», экспедиция, общий вес которой тянет под 100 тонн, должна как можно быстрее рассредоточиться, чтобы не создавать большой нагрузки на лед. Ну а когда все уже готово к работе, начинается бурение. Буровики извлекают из-под воды шельфовый керн, после чего научная бригада прямо на льду начинает проводить необходимые измерения. Важно до отправки образцов в лабораторию на Большой земле определить их влажность, температуру, соленость и другие свойства. В первую очередь производится отбор проб на газ, высокоточные измерения которого выполняются немедленно в лабораторном буксируемом домике. Позже в институтах Владивостока, Томска, Москвы и за рубежом в пробах осадков исследуется изотопный состав и радиоуглеродный возраст метана, молекулярный и изотопный состав органического вещества. Цель исследователей — оценить метановый потенциал осадков как источника потенциального выброса в водную толщу, а затем в атмосферу.
Однако вырвать эти знания у суровой природы Арктики порой бывает непросто. «Мы можем работать только при температуре до 35 градусов по Цельсию, — поясняет Владимир Тумской, — если холоднее — буровая установка на морозе работает с большим трудом, да и керн осадка, поднятый на поверхность, быстро замерзает. Помехой является еще и сильный ветер, буквально сдувающий с ног специалистов. Иногда, когда сроки поджимают и перенести бурение уже нельзя, мы готовим заслон ветру в виде плотного куска тента, который натягиваем стеной и таким образом отклоняем поток ветра от скважины».
Владимир Тумской. Фото: ТПУ
К метеофакторам иногда присоединяются и зоологические. Песцы и пернатые — самые частые гости, которых полярники подкармливают своими припасами, но встречались геологам и более суровые обитатели Арктики — белые медведи. «Медведи периодически приходят к нам, потому что мы нередко работаем на территории, где проходят пути их миграции, — продолжает Тумской. — Мы пробурим лунку во льду в весеннее время, потом видим — гости пожаловали: обследуют, трогают лапами технику, пьют воду из нашей скважины. Один раз мы были особенно обеспокоены судьбой нашего коллеги, который в палатке на трещине делал акустические измерения, и к палатке подошел медведь. Мы кричим издалека, отпугиваем косолапого, а медведю хоть бы что, стоит и, видимо, думает: съесть исследователя в наушниках или нет? Нам все-таки удалось отогнать его. А потом наш акустик, научный сотрудник ТОИ ДВО РАН Денис Черных, вышел как ни в чем не бывало и удивился, что это мы такие взволнованные все... Но в целом мы с медведями мирно живем, несмотря на то что прямые контакты бывали не раз — метров в десяти от меня находился косолапый. Главное, сразу показать, кто хозяин на данной территории, чтобы у животного не возникало желания возвращаться. Как мы это делаем? Да очень просто: устные пожелания удалиться в торосы подкрепляем стрельбой в воздух для отпугивания».
Ледяной пробки у планеты больше нет
Самая масштабная трехмесячная биогеохимическая экспедиция по Северному Ледовитому океану состоялась в 2014 году на шведском ледоколе Oden. Она называлась SWERUS C3. В ней приняли участие 84 исследователя (19 женщин и 65 мужчин) из 14 стран. Экспедиция должна была подтвердить наличие мегавыбросов метана, обнаруженных российскими учеными. Ученые сделали это и... нашли множество новых мест выброса метана. Всего по маршруту движения ледокола было обнаружено более 500 (!) крупных мест утечек (сипов). И это только те, что удалось обнаружить под судном по пути его следования. Уложенные как по ниточке на карту МВА, они заняли площадь свыше 2 млн квадратных километров! Представьте, сколько десятков, а может, и сотен тысяч сипов пока не обнаружены.
Основным результатом последней экспедиции российских ученых на борту научно-исследовательского судна «Академик Лаврентьев» (она завершилась во Владивостоке 2 ноября этого года) стало обнаружение увеличения масштаба и интенсивности выброса метана из ранее обнаруженных утечек.
Вывод, который делают ученые: подводная мерзлота уже не настолько стабильна, как считалось ранее, нет больше сплошной ледяной пробки, уходящей вглубь на сотни метров. Площадь мегаутечек метана растет, что вызывает общее беспокойство специалистов.
Но, даже несмотря на участие в арктических экспедициях множества зарубежных исследователей, написанных совместно с нашими учеными статей в самых престижных научных журналах, как Science, Nature Gescience, выводы о ведущей роли сибирского арктического шельфа как источника формирования арктического атмосферного максимума СН4 до сих пор встречают гигантское противодействие части мирового научного сообщества. По сути, оно разделилось на две части. По одну сторону оказался международный научный консорциум под руководством российских ученых, который основывает свои научные выводы на основе прямых комплексных и междисциплинарных наблюдений в суровых штормовых условиях ледяной Арктики, по другую — кабинетные работники из различных стран, которые строят атмосферные модели формирования атмосферного арктического максимума СН4 за счет переноса воздуха из тропических широт. «Это невозможно, поскольку ветланды (водно-болотные угодья) тропических широт не являются таким мощным источником СН4, как предполагалось ранее, — поясняет Семилетов. — А вы попробуйте ответить на вопрос: можно ли наполнить до верха водой пустой стакан путем переливания воды из другого неполного стакана такого же размера? Мое личное мнение, что за всем этим стоит нежелание неких достаточно могущественных политизированных группировок признать тот факт, что глобальный бюджет метана, формализованный в конце прошлого века, в котором основным природным источником на нашей планете являются тропики, не соответствует действительности — реальным новым данным. Ну и, конечно же, за этим стоят финансовые интересы ряда групп, получающих за свою деятельность многомиллионные долларовые гранты».
Экспедиция на ледоколе «Оден» заняла несколько месяцев. Фото: ТПУ
Итак, нам в ожидании решения спора «между тропиками и Арктикой», похоже, придется пребывать в неведении — как скоро наступят серьезные климатические изменения? Ведь если правы наши ученые, весь шельф морей восточной Арктики в ближайшие десятилетия может перейти в такое состояние, в котором находятся сейчас аномальные районы, — там, похоже, имеет место сквозное протаивание подводной мерзлоты. Высвобождение колоссальных объемов мощного парникового газа СН4 может привести к самоускоряющемуся процессу глобального потепления.
Но, может, это страшное глобальное потепление все-таки отступит и газогидраты снова заморозятся? Тем более что некоторые климатологи давно говорят о приближении ледникового периода на нашей планете.
«Согласно древней климатической системе мы уже сейчас должны были замечать признаки ледникового периода, но он не наступает, — разбивает надежду Игорь Семилетов. — В течение последних 2,5 млн лет ледниковые периоды и периоды глобального потепления чередовались примерно каждые 105 тысяч лет. Теперь мы являемся свидетелями того, что в этой древней системе произошла поломка — потепление затянулось на тысячи лет… Наиболее вероятная первопричина тому — антропогенная, и ответственность несет парниковый эффект, основной потенциал которого пока составляют выбросы СО2. Кстати, признаками этого эффекта является не только рост столбика термометра по всему миру, но и увеличение частоты циклонов и ураганов».
О сроках возможного наступления очередного этапа дополнительного потепления климата ученые пока ответить не могут. Десять или тридцать лет нам осталось до наступления необратимых процессов? Для точного диагноза требуются более комплексные и расширенные исследования с фокусом на арктические моря, где предполагается существование более 80% всей подводной мерзлоты Северного Ледовитого океана, под которой могут таиться запасы гидратов, превышающие современное количество метана примерно на два порядка. В идеале, по словам Семилетова, требуются синхронизированные ежегодные и всесезонные исследования с использованием хорошо оснащенных современным оборудованием научно-исследовательских судов, летающих лабораторий и космических спутников. Также желательна организация еще одной наблюдательной станции на острове Большой Ляховский, который находится близко к известным крупным и очень крупным мегасипам. Но пока нам приходится в буквальном смысле ждать у моря погоды.
Справка «МК»
Разрушение гидратов на дне морском происходит в различных регионах нашей планеты, включая Охотское море, Черное море, озеро Байкал, вблизи о. Шпицберген... Однако в перечисленных глубоких водоемах пузырьки газа, как правило, не достигают поверхности, так как полностью растворяются. В отличие от мелководного арктического восточносибирского шельфа, где значительная часть пузырькового СН4 не успевает раствориться и достигает поверхность моря.
Справка «МК»
Концентрация атмосферного метана над Арктикой на 10 процентов выше, чем где-либо на планете.
Справка «МК»
24 ноября для повышения эффективности исследований на базе ТПУ был учрежден Международный арктический сибирский научный центр, который объединил ученых из 15 университетов 6 стран мира.
70% нашей страны находится в зоне существования вечной мерзлоты.
Справка «МК»
Метан — это парниковый газ, он так же, как и углекислый газ (СО2), удерживает тепловое излучение поверхности нашей планеты, которое должно уходить от Земли в космическое пространство, а значит, создает условия для дальнейшего потепления климата.
Четверть всей земли в северном полушарии постоянно находится в замерзшем состоянии. Но потепление климата ведет к таянию вечной мерзлоты, которое высвобождает парниковые газы, еще больше ускоряющие этот процесс. Репортаж из дельты Лены.
Перемещение среди 1 500 островков в дельте Лены требует безупречной концентрации: одним глазом нужно поглядывать на радар, чтобы не напороться на мель, а другим следить за береговыми ориентирами, которые усеивают это бескрайнее пространство воды и земли. Перед впадением в море Лаптевых на севере Сибири река разливается так широко, что ее берега превращаются в туманные полоски на горизонте.
Остров Самойлова выделяется расположенной на берегу деревянной хижиной, где живут ученые и егеря заповедника, который охватывает устье реки и склоны Хараулахского хребта. Только вот медленная, но необратимая эрозия грозит погрузить дом в воды Лены. В будущем может исчезнуть и весь остров: сильный подъем воды в результате весеннего таяния льдов размывает его берега.
Как бы то ни было, главным ударом для этого островка площадью в 5 км2 становится отступление вечной мерзлоты под натиском потепления климата. Речь идет о почвах, верхний слой которых оттаивает в теплое время года, при сохранении в глубине температуры ниже нуля в течение как минимум двух лет подряд.
«Экосистеме Самойлова грозит потенциальное уничтожение», - говорится в посвященной этому вопросу статье в журнале Biogeosciences. Координировавшая исследование немка Юлия Бойке (Julia Boike) и ее коллеги из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) не собираются мириться с такой перспективой.
Каждый год с апреля по сентябрь сотрудники AWI и их российские коллеги из Арктического и антарктического научно-исследовательского института и Института мерзлотоведения отправляются на остров Самойлова для исследования изменения почв и пейзажа, а также взаимосвязи между потеплением климата и таянием вечной мерзлоты.
Две трети площади России
Остров, на котором расположена современная исследовательская станция (финансируется Институтом нефтегазовой геологии и геофизики) становится излюбленным наблюдательным пунктом: вечная мерзлота занимает 95% площади Сибири и две трети территории России. В целом, на промерзшую почву приходится четверть всего северного полушария, главным образом на Аляске, в Канаде, Гренландии, России и Китае.
Западная Европа выделяется вечной мерзлотой альпийского типа, которая встречается в ряде горных массивов. Ее строение и геодинамика отличаются от замороженных почв в северных широтах, но она также чувствительна к изменениям климата. Так, 23 августа движение почвы в результате таяния вечной мерзлоты унесло с собой восемь человек неподалеку от швейцарской деревни Бондо.
«В некоторых местах сибирская мерзлота сформировалась очень давно, еще во времена плейстоцена (период от 2,6 миллиона лет назад до 11 000 лет назад), - рассказывает Юлия Бойке. - Она очень холодная, около -9ºС, и уходит на глубину почти 1 500 метров на севере Якутии».
«На острове Самойлова она отличается относительной стабильностью и высоким содержанием органических веществ с присутствием торфяников», - добавляет она, надевая толстые резиновые сапоги, без которых невозможно ходить по покрывающей поверхность острова вязкой тундре. Сопровождающие ее молодые ученые отправляются вместе с ней на Курунгнах. На соседнем острове имеются сложные ледяные образования, а его рельеф сформирован термокарстовыми отложениями (получаются в результате оседания долгое время замороженной земли).
Долины, по которым шесть часов ходят ученые AWI, пестрят ручейками. «Мы хотим понять, берется ли эта вода от сезонных осадков или в результате таяния льда при изменении почв», - объясняет геоморфолог Анна Моргенштерн (Anne Morgenstern). У нее под рукой всегда наготове блокнот, а рюкзак набит взятыми образцами воды.
Огромный морозильник
Таяние вечной мерзлоты в Сибири и в других регионах, где проводят замеры ученые, является подтвержденным фактом. Благодаря расположенным в нескольких скважинах (некоторые пробурены на глубину до 100 метров) датчикам российско-немецкой группе специалистов удалось зарегистрировать повышение температуры на 1,5-2 ºС с 2006 года.
«Мы наблюдаем тенденцию к потеплению почвы и повышению температуры воздуха в зимнее время, - подтверждает Юлия Бойке. - Смена температурной составляющей отражается на всем балансе энергетических потоков, воды и парниковых газов». Тревожное заключение, учитывая, что Арктика участвует в регулировании всего земного климата.
«Вечная мерзлота - это огромный морозильник, - объясняет Торстен Сакс (Torsten Sachs) из немецкого Центра геологических исследований (GFZ), который приехал на остров уже в восьмой раз. - Если оставить дверь морозильника открытой, ваша пицца разморозится, мороженое растает, а микробы начнут плодиться на этой органике». Вечная мерзлота высвобождает органические вещества, которые под действием микроорганизмов выделяют СО2 в присутствии кислорода или метан в анаэробной среде, например, на торфяниках Самойлова.
Эти парниковые газы способствуют повышению температуры, которое в свою очередь ведет к таянию мерзлоты и выделению газов. Специалисты называют это «ретроактивным процессом углерода в мерзлоте». По их сведениям, в ней содержится 1 500 гигатонн углерода, что в два раза больше его содержания в атмосфере.
Дополнительное потепление
Но каковы пропорции выделяемого почвами при разморозке углекислого газа и метана? Последний, кстати говоря, создает в 25 раз более мощный парниковый эффект. «Это один из главных вопросов на будущее», - признает сотрудник Национального центра научных исследований Герхард Криннер (Gerhard Krinner).
Тревога тем сильнее, что в сформированных к настоящему моменту моделях Межправительственной группы экспертов по изменению климата не принимались во внимание последствия таяния мерзлоты. «Дополнительное потепление в связи с таянием мерзлоты составляет порядка 10%», - считает Герхардт Криннер. Таким образом, выбросы парниковых газов из мерзлоты могут поднять столбик термометра на 0,3 ºС к 2100 году.
В лаборатории исследовательской станции (в ней поддерживается стабильная температура с помощью трех оглушительно ревущих генераторов) ученые рассматривают графики выбросов парниковых газов в атмосферу. Метановые пики приходятся на летний период, однако анализ данных остается непростой задачей на таких высоких широтах. Первый период замеров (2002-2012) проводился без автоматизированного оборудования, которым располагает введенная в эксплуатацию в 2013 году современная база.
Тремя годами ранее во время визита на остров Самойлова президент Владимир Путин посчитал, что российско-немецкое сотрудничество по вечной мерзлоте заслуживает более эффективной инфраструктуры. До того момента сотрудникам AWI (их первая экспедиция на остров прошла еще в 1998 году) приходилось довольствоваться минимумом: спать в палатках, греться с помощью дров (от спускаемого по Лене леса) и использовать хижину егерей в качестве штаба.
Темпы процесса
Зимовка тогда была невозможной. «Мы попросту не могли собрать данные зимой, - рассказывает Торстен Сакс. - Нужно было подливать топливо во внешний генератор раз в три дня при температуре -40ºС в полярную ночь». Прочие сложности с интерпретацией данных выглядят куда привычнее. Десять лет - слишком непродолжительный период для выявления перемен в тенденциях потоков газов в долгосрочной перспективе. Кроме того, нужно увеличить число наблюдательных пунктов, чего отнюдь не так просто добиться в Сибири, которая по площади в 20 с лишним раз больше Франции.
На приличном расстоянии от выкрашенной в цвета российского флага станции команда AWI завершает строительство «иглу», где в 2018 году разместится компьютерное и электронное оборудование новой метеорологической вышки. Кокон из стекловолокна должен создать необходимые условия для стабильных замеров, создав укрытие от свирепых ветров и метелей сибирской зимы. Как и прочие здания на острове, иглу стоит на сваях, чтобы не зависеть от движения почвы. Так, у первой метеовышки земля за год просела на 10 сантиметров.
«Насчет связи между потеплением климата и таянием вечной мерзлоты больше не остается сомнений, - отмечает занятый сборкой иглу инженер Петер Шрайбер (Peter Schreiber). - Сейчас вопрос в том, с какой скоростью мерзлота продолжит таять, и как природа отреагирует на этот процесс».
Природа является главным распорядителем в условиях происходящих в Сибири перемен, отмечает Федор Селляхов. Руководитель исследовательской станции признает произошедшие вокруг изменения: «Так, например, 20 лет назад тут не было ни одного дерева, а лишь типичная для тундры растительность. Во время поездки в дельту в прошлом году я увидел деревья высотой в 2 метра».
Как бы то ни было, этот уроженец Якутии с берегов Вилюя не верит в антропологические причины изменения климата. «Это цикл природы. Здесь было тепло 100 лет назад, потом стало холодно, а сейчас начинается очередной период потепления», - говорит он в своем кабинете, который украшают найденные в окрестностях ископаемые.
Бивень мамонта
Что касается вечной мерзлоты, «она, наверное, тает, но медленно». «Когда мы достаем из почв бивень мамонта, то понимаем, что другой конец все еще находится в земле, все еще заморожен. Это признак того, что мерзлота остается очень холодной», - продолжает он. Неожиданным последствием таяния почв на крайнем севере стало развитие охоты за древними останками.
Гюнтер Стооф (Günter Stoof) по прозвищу «Моло» понимает отношение своих российских друзей. «Решает природа, а не человек», - говорит этот технический специалист AWI, который больше всех пробыл на острове. Сейчас ему 65 лет, и он клянется, что этот сезон станет последним в его карьере (48 экспедиций в Арктику и Антарктику). Этот уроженец Восточной Германии был самым молодым членом почти двухлетней советской экспедиции (1975-1977), которой было поручено построить базу в Антарктике. Ему довелось не раз побывать в полярных регионах, как в одиночку, так и в составе групп.
Его жизненный путь отражает другую историю, сотрудничество ГДР и СССР во время холодной войны. После падения берлинской стены был сформирован научный комитет, которому было поручено определиться с программой научных исследований объединенной Германии. Он рекомендовал сохранить полярное направление и выстроить его вокруг исследовательской группы AWI в Потсдаме. «В ней оказались такие специалисты как Моло и Кристина Зигерт (Christine Siegert), за плечами которых было 20 лет опыта в изучении вечной мерзлоты благодаря совместной работе с СССР», - объясняет Анна Моргенштерн.
Изучение замороженных почв получило распространение в России в начале ХХ века в соответствии со стратегическими решениями Москвы. Политика освоения богатых углеводородами и прочими природными ресурсами восточных и северных регионов не могла осуществляться без строительства Транссибирской магистрали. Как бы то ни было, для осуществления этого проекта изначально требовалось сформировать инженерную науку о вездесущей здесь мерзлоте.
В конце 1930-х годов в Москве был создан Институт мерзлотоведения. В 1960 году его переместили в Якутск. Этот большой восточносибирский город тоже стоит на промерзшей земле. Две подземные галереи (на глубине 4 и 12 метров) в основании института дают «прямой» доступ к мерзлоте. Песчаные слои рассказывают о геологической истории города, который был выстроен на аллювиальных отложениях Лены.
Сибирская язва и впадины
Тяжелые двери позволяют сохранить температуру ниже нуля. «Таяние вечной мерзлоты представляет собой угрозу для планеты, но в масштабах Якутии все пока что довольно стабильно, - объясняет директор института Михаил Григорьев. - В тоже время последствия таяния заметнее в других регионах, особенно на Ямале».
После аномально теплого лета 2016 года на полуострове началась эпидемия сибирской язвы (первый случай с 1941 года, по данным московского Института эпидемиологии) в связи с таянием вечной мерзлоты, в которой находился возбудитель. Кроме того, газеты вновь заговорили о Ямало-Ненецком автономном округе после обнаружения объемных впадин. Они тоже стали следствием таяния мерзлоты. «Регион богат газом. При таянии почва выделяет пузыри газа, которые и объясняют эти взрывы», - считает Михаил Григорьев.
В то же время ни один случай подобного рода до сих пор не был зарегистрирован на острове Самойлова, на Аляске или севере Канады. Глобальная сеть мониторинга криолитозоны собирает данные с более чем 250 объектов. Ее цель - «объединить знания, а также подтвердить новые климатические модели», - отмечает сотрудник AWI Юг Лантюи (Hugues Lantuit).
Кроме того, сейчас набирают обороты исследования альпийской мерзлоты. Намеченная на июнь 2018 года Европейская конференция по вечной мерзлоте должна представить отчет об этой работе, которая получила активное развитие в Швейцарии, но все еще находится в зачаточном состоянии во Франции.
Другим источником тревог становится береговая эрозия и ее социально-экономические последствия: треть всего побережья в мире находится в зоне мерзлоты. В море Лаптевых и море Бофорта (Северная Америка) эрозия побережья может достигать восьми метров в год, что заставляет расположенные неподалеку деревни задуматься о переносе домов. На острове Самойлова прибрежная деревянная хижина все еще на своем месте. Но как долго она простоит?
«Все без исключения современные климатические модели дают потепление климата России в XXI в., заметно превышающее среднее глобальное потепление. Наибольший рост приземной температуры ожидается зимой, причём он усиливается к северу, достигая максимальных значений в Арктике».
Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации Климатического центра Росгидромета, 2017 год.
Нередко говорится, что глобальное потепление в целом благоприятно для нашей страны, почти две трети которой заняты криолитозоной, в просторечье – вечной мерзлотой. Правда, сейчас «вечная» уже редко услышишь, чаще – «многолетняя мерзлота».
Но и «вечная», и «многолетняя» мерзлота (многолетнемёрзлые грунты, ММГ) очень трудна для освоения. Летом верхняя её часть оттаивает, образуется слой без льда – деятельный слой. В такой зоне сложно строить. Лёд – это всегда увеличенный объём по сравнению с оттаявшими породами. Замерзая вновь, он будет выталкивать возведённую над ним постройку. Таяние мерзлоты деформирует и нефтяные скважины. Другой пример: в Норильске за последние десять лет количество зданий, получивших повреждения, оказалось выше, чем за предшествующие 50 лет.
Даже простая поездка вездехода по тундровой целине может привести к нарушению температурного режима, дальнейшему образованию термокарстовых провалов, озёр, затоплению и деформации проложенных по территории трубопроводов. Именно оттаивание грунтов под полотном стало причиной разрушения участков строившейся в 50-х годах XX века железной дороги Салехард – Игарка. В те же годы в Московском государственном университете была открыта первая в мире кафедра геокриологии (мерзлотоведения): изучение свойств криолитозоны было признано особенно важным для нашей страны.
В наши дни, представляя в начале февраля Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации , руководитель Росгидромета Максим Яковенко отметил: 2017 год вошёл в число самых тёплых на планете, и в Арктической зоне потепление было наиболее заметно. Если в среднем по земному шару повышение температуры было на один градус, то в северных регионах – на три градуса. Это повышение – несомненная тенденция нашего времени, и для её отслеживания принято решение восстанавливать в Арктике прежде закрытые метеостанции. В первоначальных планах восстановление сорока станций, что потребует соответствующего возобновления и обеспечивавшей их инфраструктуры.
Стоит отметить и то, что прошлый 2017-й год – первый рекордный год без помощи Эль-Ниньо (смещение нагретых поверхностных вод Тихого океана к востоку), а Эль-Ниньо всегда влиял на климат.
Директор Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова Владимир Катцов считает, что Арктика постепенно движется к (уже в середине XXI века), и происходит это со скоростью 13,3% за десятилетие. Видно и то, насколько резко подскочила концентрация CO2. В 2015 году впервые был превышен психологический минимум 400 частиц на миллион – это на 40% больше того, что наблюдалось в доиндустриальную эпоху.
Опасность климатических рисков сегодня – на втором месте после оружия массового поражения. Дело не только в повышении уровня мирового океана (более чем на 2,5 мм в год), что угрожает подтоплением не только далёких Нидерландов, но и некоторых наших нефтедобывающих районов (Ямал). В криолитозоне содержится огромное количество метана. Если в связи с глобальным потеплением метан начнёт выделяться в атмосферу, то этот газ будет намного более эффективным, чем углекислый, для создания над поверхностью земли «одеяла», способствующего дальнейшему потеплению.
Эффект «одеяла» уже можно наблюдать в Москве, где и сейчас теплее, чем в сопоставимых регионах, поскольку над ней стоит купол из газов, пыли и т.д. Но метан в десятки раз плотнее СО2, имеет в 25-30 раз более сильный парниковый эффект и гораздо дольше не уходит из атмосферы.
В прошлом году на основе повторного бурения четырёх скважин, выполненных Институтом мерзлотоведения РАН в 1982-1983 годах, было установлено, что скорость деградации подводной мерзлоты в последний тридцатилетний период достигает 18 см в год (среднее значение 14 см в год). И если ранее считалось, что основная часть мерзлоты шельфа морей Восточной Арктики является сплошной, и выбросы метана здесь в обозримой перспективе невозможны, то после наблюдений 2011-2016 годов такой уверенности уже нет. Опасны в этом отношении и айсберги, вспахивающие мерзлоту на мелководье, образующие борозды глубиной 4-6 метров, откуда сочится метан.
Из Доклада о климатических рисках: «Деградация многолетнемёрзлых грунтов на побережье Карского моря может привести к значительному усилению береговой эрозии, в результате которой в настоящее время берег отступает ежегодно на 2–4 метра. Особую опасность представляет ослабление ММГ на Новой Земле в зонах расположения хранилищ радиоактивных отходов».
Стоит упомянуть о рисках для коренных малочисленных народов Севера: из-за более частых оттепелей происходит образование слоя льда на грунте, северные олени не могут достать лишайники из-под корки льда, а более раннее таяние и более позднее образование речного льда приводит к нарушению традиционных путей , что непосредственным образом влияет на хозяйственный уклад КМНС.
Можно отметить и плюсы. Таяние льдов приводит к упрощению плавания по Севморпути, что повышает доступность российской Арктики. Так, в январе в Сабетту – впервые без поддержки ледокола в это время года – пришёл из Кореи танкер-газовоз «Эдуард Толл». С другой стороны, уменьшится использование дорог-зимников – и досягаемость некоторых удалённых пунктов может быть проблемой в условиях неразвитости северной малой авиации.
Гидрат метана – так называемый «ледяной газ» - это ещё один источник углеводородов: из одного кубометра гидрата метана можно получить 164 кубометра природного газа. В России большие залежи этого потенциального природного ресурса. Однако в пору таяния мерзлоты он представляет собой скорее опасность, чем пользу для экономики.
Из Доклада о климатических рисках: «В контексте ресурсоориентированного развития экономики Арктических регионов России особенно важен вопрос об устойчивости инфраструктуры топливно-энергетического комплекса, которая включает в себя разветвлённую сеть трубопроводов. Проведённые в США исследования показали, что для поддержания нормативной работоспособности существующей на Аляске инфраструктуры в период до 2030 г. потребуется от 3,6 до 6,1 миллиарда долларов и около 7,6 миллиардов в период до 2080 г. Хотя подобные перспективные оценки для России отсутствуют, можно предположить, что с учётом значительно большего числа инфраструктурных объектов в криолитозоне расходы на их поддержание будут более высокими. Уже сейчас только лишь на обслуживание трубопроводов в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов в России ежегодно расходуется около 55 млрд рублей».
Существует несколько снимающая напряжённость гипотеза о периодичности колебания климатической системы, в соответствии с чем в 2020-2040-х годах можно ожидать нового похолодания и роста ледяного покрова Северного Ледовитого океана. Однако, по заключению Росгидромета, хотя повторяемость подобных явлений действительно существует, имеющиеся данные не дают возможности прогнозировать её интервалы.
Подготовила Татьяна Шабаева