В программе избранного президента РАН академика Александра Сергеева были четко сформулированы проблемы, препятствующие гармоничному развитию фундаментальных и прикладных исследований, что с неизбежностью приводит к торможению реализации Стратегии научно-технологического развития России. Для выхода из кризисного состояния науки в стране предлагается решить ряд первоочередных задач, важнейшими из которых являются возрождение программы интеграции высшей школы и академической науки, а также активизация деятельности по восстановлению позиций российской науки в мире. В этом контексте показателен пример создания Международного арктического сибирского научного центра (International Arctic Siberian Scientific Center, IASSC) на научно-технологической и образовательной платформе Томского политехнического университета (ТПУ).
Началась “арктическая” история ТПУ в 2014 году с того, что научная группа во главе с членом-корреспондентом РАН Игорем Семилетовым получила грант Правительства РФ на проведение научных исследований по теме “Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости (количественная оценка потоков и выявления возможных экономических и климатических последствий деградации подводной мерзлоты”). Для осуществления проекта была создана Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей (МНОЛ УАМ). О том, что удалось сделать за неполные четыре года этому уникальному научному подразделению, рассказал член-корреспондент РАН профессор ТПУ Игорь СЕМИЛЕТОВ.
Сотрудники МНОЛ УАМ подготовили и провели целый ряд комплексных экспедиций в арктических морях России, включая научное колонковое бурение с припайного льда моря Лаптевых. Благодаря этим исследованиям удалось выявить основные процессы, ответственные за дисбаланс в цикле углерода, приводящие к эмиссии парниковых газов в атмосферу, кроме того, впервые оценить влияние деградации подводной мерзлоты на массированный выброс метана из донных осадков Восточно-Сибирского шельфа на климат и экологическую ситуацию.
В 2015 году научная группа под руководством профессора ТПУ Натальи Шаховой выиграла грант Российского научного фонда, направленный на исследование “Динамики транспорта и трансформации углерода в арктической системе “суша — шельф — атмосфера” в условиях глобального потепления и деградации мерзлоты”. Это позволило выполнить две полномасштабные комплексные экспедиции в крупнейших сибирских реках — Оби (маршрут — 6 тыс. км) и Лене (маршрут — 2 тыс. км), что необходимо для сравнительной оценки роли вклада морских и наземных экосистем в атмосферную эмиссию основных парниковых газов, двуокиси углерода и метана, в условиях деградации мерзлоты,
За неполные 4 года результаты исследований сибирских ученых были опубликованы в 70 статьях в ведущих международных журналах, включая Biogeosciences, Climate in Past, Cryosphere, Deep-Sea Research, J.Geophysical Research, Geophysical Research Letters, Global Biogeochemical Cycles, Marine Chemistry, Nature Communications, Nature Geoscience, Permafrost Periglacial Processes, Philosophical Transactions of the Royal Society, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), “Доклады РАН” и других. Этим работам предшествовал ряд публикаций в Science, “Докладах Академии наук”, “Вестнике Российской академии наук”, Geophysical Research Letters, Journal Marine Sciences, в которых была высказана гипотеза о том, что аномалии содержания метана в водной толще и приводном слое атмосферы свидетельствуют о значительной деградации подводной мерзлоты, которая ранее считалась сплошной. Именно эти работы привлекли внимание мирового сообщества к изучению подводной мерзлоты как фактора геологического контроля массированного выброса метана из донных отложений Восточно-Сибирского шельфа (ВСШ) в водную толщу-атмосферу. Кроме того, были выявлены и исследованы основные процессы, ответственные за транспорт и трансформацию углерода, включенного в современный биогеохимический цикл в арктической системе “суша — шельф” за счет расконсервации гигантского пула углерода мерзлоты, который деградирует в результате потепления климата. Отметим, что при условии образования глубоких таликов (кровля подводной мерзлоты глубже 100 метров) неизбежна дестабилизации пула газовых гидратов донных осадков ВСШ, что может привести к многократному увеличению концентрации метана в атмосфере и труднопредсказуемым климатическим последствиям. Вопрос о реалистичности этого сценария в ближайшем будущем остается открытым и требует проведения крупномасштабных комплексных морских исследований на акватории ВСШ, которые должны быть синхронизированы с самолетными и аэрокосмическими исследованиями.
За короткий срок Томский политех стал международным центром комплексных исследований Сибирского арктического шельфа. Произошло это благодаря эффективной интеграции интеллектуального и материально-технического потенциала университета и лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) в рамках деятельности Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей. Свою роль сыграло и активное участие в налаживании работы лаборатории ведущих ученых РАН из Института океанологии им. П.П.Ширшова (группа член-корреспондента РАН Л.Лобковского и профессора Е.Романкевича), МГУ им. М.В.Ломоносова (группа, созданная Н.Романовским, крупнейшим в мире специалистом по изучению мерзлоты), Института физики атмосферы им. А.Обухова, Института химии ДВО РАН.
Крупный резонанс в мире получили результаты национальных (2015-2017 гг.) и международных (2014 г.) экспедиционных исследований в морях Восточной Арктики, организованных и выполненных в рамках сотрудничества ТПУ и ТОИ ДВО РАН, а также партнеров из Швеции (Стокгольмский университет, Гетеборгский университет), Нидерландов (Утрехтский университет, Свободный университет Амстердама), Великобритании (Манчестерский университет), США (Университет Аляска, Фэрбанкс) и Италии (Болонский университет). Так, например, впервые при изучении Северного Ледовитого океана в 2014 году (90 суток на борту научного ледокола “Оден”) и в 2016 году (45 суток, научно-исследовательское судно “Академик М.В.Лаврентьев”) были проведены полномасштабные комплексные биогеохимические, геофизические, метеорологические и геологические исследования на ВСШ — самом мелководном и широком шельфе Мирового океана. А также в водосборах крупнейших сибирских рек — Оби (2016 г.) и Лены (2017 г.).
Вот некоторые из полученных результатов прорывного характера, ведущие к пересмотру сложившихся парадигм.
Так, например, величина пузырькового переноса из донных отложений ВСШ в водную толщу изменяется на пять порядков (от 10-3 до 102 граммов с квадратного метра в сутки) в зависимости от состояния подводной мерзлоты.
Консервативная оценка выброса метана с акватории ВСШ, основанная на многолетних наблюдениях, составляет около 17 миллионов тонн в год. Это примерно в два раза выше величины, предложенной Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC) для всего Мирового океана. Причем в данную оценку не входят массированные выбросы метана в районах мегафакелов, когда их струя в поперечнике больше 1000 метров.
В последние 30 лет скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты удвоились по сравнению с предыдущими столетиями и достигли величины 18 см в год, что на порядок выше ранее принятых IPCC оценок. .
В ходе экспедиций в ряде районов Восточно-Сибирского шельфа было обнаружено заглубление кровли подводной мерзлоты в зону стабильности гидратов. Пространственно это коррелирует с наличием массированных выбросов пузырькового метана.
Удалось доказать, что мелкозалегающий акустический рефлектор, широко распространенный в донных осадках арктических морей, объясняется существованием газового (метанового) фронта, а не является кровлей подводной мерзлоты, как было принято считать ранее. Газовый фронт движется к поверхности осадков со скоростью до пяти-семи метров в год, что приводит к массированному выбросу пузырькового метана в воду.
На основе многолетних исследований полного изотопного состава метана водной толщи и донных осадков ВСШ показан смешанный генезис метана с преобладанием биогенной компоненты. Причем диапазон изменчивости стабильных изотопов и радиоуглерода метана значительно выходит за пределы ранее известной изменчивости.
Ожидаемый результат о плейстоценовом возрасте метана в ВСШ в целом подтвердился. Однако в ряде проб осадков и воды был обнаружен супермолодой радиоуглеродный возраст метана, что свидетельствует либо о стоке подмерзлотных грунтовых вод из районов многочисленных подземных ядерных взрывов в северной Якутии с последующей разгрузкой на акватории ВСШ — либо о существовании природного ядерного реактора (аналог Окло во французском Габоне) на больших глубинах.
Благодаря проведенным исследованиям впервые в морях Северного Ледовитого океана удалось обнаружить и оценить радиометрическими, гидрологическими и электромагнитными методами разгрузку подмерзлотных грунтовых вод.
Был выявлен ранее неизвестный механизм подкисления (асидификации) вод ВСШ за счет окисления эрозионного органического вещества и речного эффекта разбавления вод, а не за счет поглощения атмосферной избыточной двуокиси углерода, как во всем Мировом океане.
Экстремальная асидификация вод ВСШ приводит к угнетению бентосных организмов (макробентос — основной корм для моржей, которые составляют значительную часть диеты белых медведей) и уже зашкаливает модельные предсказания, сделанные международными экспертами на конец XXI века.
Полученные результаты являются основанием для уточнения и возможного пересмотра отдельных положений современной геологии, особенно в части уточнения процессов вертикальной миграции газожидкостных флюидов в сейсмотектонически активных районах арктических морей, а также потенциальной роли арктических морей России в повышении содержания атмосферного метана и дальнейшем потеплении климата. Результаты многолетних исследований, направленных на выявление характерных биогеохимических особенностей в морях Восточной Арктики, могут стать основанием для создания концепции экологической безопасности по маршруту Северного морского пути.
Новые знания о состоянии подводной мерзлоты, особенно в контексте дестабилизации гидратов и массированных прорывов глубинного флюида, могут быть критически важны для предупреждения аварий, которые случаются при разведке и эксплуатации углеводородных ресурсов российского арктического шельфа, а также при прокладке оптоволоконного кабеля в рамках Евразийской кооперации под эгидой России и Китая.
Начиная с 2018 года, планируется организация ежегодных трансарктических экспедиций на флагмане научно-исследовательского флота РАН научно-исследовательском судне “Академик Мстислав Келдыш” по маршруту Архангельск — Владивосток и Владивосток — Архангельск с выполнением комплексных и междисциплинарных исследований учеными РАН и высшей школы. Этот план уже предварительно согласован на уровне вице-президентов академии и ряда членов бюро Президиума РАН. Научно-технологическая платформа ТПУ должна сыграть важную роль в возрождении интеграции высшей школы и академической науки в области исследования арктического шельфа России.
Будущей весной в Стокгольме должен состояться очередной симпозиум, посвященный развитию сотрудничества в рамках Международного арктического сибирского научного центра (IASSC). Участие в нем примут ведущие ученые семи стран: России, Швеции, Нидерландов, Великобритании, Италии, Германии и США. Все это будет способствовать развитию взаимовыгодного международного сотрудничества и закреплению лидирующей роли российских ученых в области исследования Арктики.
Статьи и список публикаций доступны на сайте http://news.tpu.ru/actual/2017/10/10/27735/.
Фото предоставлено участниками арктических экспедиций
Нет комментариев