Лед тает, температура растет, но человечество еще может попытаться все исправить.
Многолетняя мерзлота или криолитозона - территория, под которой находятся мерзлые породы. Она занимает около 27% Северного полушария Земли и около 65% площади России. Поскольку древние льды и содержащие их отложения подстилают больше половины нашей страны, вполне логичным выглядит тот факт, что РФ обладает наиболее развитой по сравнению с другими арктическими странами инфраструктурой в северных районах. Однако в связи с глобальным потеплением древние льды начинают таять, и это грозит не только увеличением выбросов парниковых газов в атмосферу, но и совершенно бытовыми неприятностями. Например, уничтожением всей инфраструктуры Севера, которая держится на той самой мерзлоте. Изучением происходящего занимаются в Институте мерзлотоведения им. П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (ИМЗ СО РАН) в Якутске. Журналист «Поиска» поговорил с ведущим научным сотрудником института Никитой ТАНАНАЕВЫМ о том, что происходит с вечной мерзлотой сегодня, проекте PRYSMARCTYC, получившем грант РФФИ, его судьбе и фундаментальном значении изучения мерзлоты в нынешних реалиях. Заглянули, конечно, и в будущее.
- Никита Иванович, вы исследуете мерзлую толщу Земли. Зачем вы это делаете и почему ее важно изучать?
- К этому я пришел не сразу. По образованию я гидролог, специалист по водным объектам. Окончил Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова (МГУ), а затем переехал в Якутию и попал в Институт мерзлотоведения, где поначалу занимался реками. Мерзлота меня интересовала в меньшей степени, но постепенно появились опыт и квалификация. Увлекло.
Древние льды - хранилище самых разнообразных веществ: углерода, железа, кремния, алюминия и т. д. Что касается человека, то мерзлота - основа для сооружения 99% зданий, построенных на Севере. Здесь все дома стоят на сваях. Соответственно, состояние мерзлоты - это залог устойчивости сооружений и линейных объектов: не только домов, но и газопроводов, железных и автомобильных дорог. Вообще всей инфраструктуры.
– Можно ли определить возраст мерзлоты?
– Сложновато. Мерзлоту регулярно пробуривают, например, в целях нефтегазодобычи. Нефтегазоносные резервуары обычно находятся на глубинах от двух до трех километров. Но мы никогда не знаем, породы на глубине сформировались и сразу замерзли или сначала образовались, а застыли только через миллионы лет.
Ясно, что это не масштабы сотен, даже тысяч лет. Возраст мерзлоты изучают по срезам сталактитов и сталагмитов в пещерах. Геологических методов по определению того времени, когда конкретно замерз тот или иной массив Земли, не так много. То есть чтобы найти самую старую мерзлоту, надо пробурить несколько сотен метров вниз. Еще есть реконструкция того, каким был климат раньше, предыдущие сотни тысяч лет, но сам по себе климат еще не до конца определяет возраст мерзлоты. По некоторым оценкам, в Центральной Якутии мерзлоте около миллиона лет.
– Одно из ваших исследований - PRYSMARCTYC - поддержано грантом РФФИ. Оно было посвящено изучению влияния деградации криолитозоны на почвы и другие компоненты экосистем. Каких результатов вам удалось добиться?
– Да, это был хороший международный проект. Он финансировался Российским фондом фундаментальных исследований (ныне - РЦНИ), также его поддерживала крупная международная организация Belmont Forum. Мы начали работу в 2021 году, и уже тогда из-за пандемии совместная работа была затруднена, а в 2022-м все пришлось свернуть, поскольку наши партнеры (Франция, США и Япония) не смогли продолжать официальное сотрудничество с нами. Личные контакты, конечно же, остались, но пришлось этот проект «переизобретать» заново.
Изучение ландшафтов Центральной Якутии было основной осью международного сотрудничества в рамках проекта, и работы первого года в целом были согласованы коллективами. Однако продолжение проекта предполагалось больше связанным с озерами на этой территории, с совместным изучением термокарстовых процессов, и это уже сделать не удалось. К тому же коллегам продлили финансирование данного проекта на два года (до 2026-го), а у нас такой гибкости не было, и пришлось максимально нагружать полевыми работами именно первый год проекта и отойти от «озерного» фокуса.
– Получается, первый год проекта PRYSMARCTYC послужил опорой для ваших последующий изысканий?
– Конечно. После мы продолжили работать в том же направлении. Стали ездить в места, где невооруженным глазом видны процессы оттаивания. Сегодня деградирует не вся мерзлота, а только верхний слой. По изменению рельефа можно с легкостью понять, где был подземный лед.
Для изучения мы выбрали специфические для Центральной Якутии формы рельефа - быллары. В переводе с якутского был - это «холм», а быллары - «холмы». Они образуются из-за того, что под землей тает лед. Причем сам лед не сплошь застилает землю, он лежит «решеточкой». Соответственно, когда все оттаивает, появляется довольно симметрично организованный ландшафт или попросту куча бугорков. Быллары возникают на склонах озерных котловин, нередко встречаются в местах, где «прошелся» человек. Например, вырубил лес, чтобы сделать пастбище. Нас в этой работе больше всего интересовало то, как в результате оттаивания меняются потоки парниковых газов.
– Были ли у вас во время исследований неожиданные находки?
– Помимо былларов мы изучали еще один тип природных объектов в арктической тундре - склоновые ложбины стока. Они сами по себе интересны, потому что непонятно ни их происхождение, ни принципы их эволюции. Нет и достоверных прогнозов, что с ними случится в будущем, если климат будет меняться. Непонятные, таинственные штуки, и по ним мы получили любопытные результаты. Кстати, пока работали там - в низовьях реки Индигирки - нашли кучу древних останков животных. Например, позвонок мамонта. Прямо в земле обрыва у реки.
Основной акцент мы делали на все то, что связано с потоками парниковых газов. Провели много анализов, собрали массу образцов воды. Получилась огромная база данных. Например, по химическому составу озер. Мы ее обязательно опубликуем.
Еще мы изучали родники. В Центральной Якутии есть несколько знаменитых источников подземных вод. Это большая редкость для региона с мерзлотой. Мы их объехали и измерили потоки парниковых газов, которые с ними связаны. В этом отношении какие-то оказались совсем нам неинтересны, а из некоторых в атмосферу поступало огромное количество парниковых газов. Причем и диоксид углерода (CO₂), и метан. Это было неожиданно, потому что обычно в почвах производится что-то одно. CO₂ получается в
аэробных условиях, с наличием кислорода, а метан - наоборот. То есть они друг друга должны исключать, но нет, они оба в воде присутствуют в очень большом количестве. Мы говорим о максимальных удельных потоках порядка 500-600 миллиграмм углерода в час на квадратный метр.
Было удивительно обнаружить то, что таяние мерзлоты настолько сильно влияет на потоки парниковых газов. Мы ожидали, что влияние будет, но не думали, что настолько значимое.
– Насколько все серьезно?
– Таяние мерзлоты способствует потеплению климата, потому что органическое вещество становится все доступнее. Его потребляют бактерии, которые затем выбрасывают в атмосферу парниковые газы. Это называется permafrost carbon feedback - система прямых обратных связей между мерзлотой, углеродом и климатом.
На самом деле тут присутствуют и другие взаимосвязи. Преобразование ландшафта само по себе способно привести к увеличению эмиссии парниковых газов вдвое. Это значимо. Пока эти площади небольшие, но мы ожидаем, что в будущем они вырастут.
– Есть ли какие-то потенциальные риски, связанные с таянием мерзлоты, для климата в каких-то глобальных масштабах времени?
Нас, честно говоря, вся мерзлота в мире не особо интересует. То, что происходит на глубине 500 метров, интересно, любопытно и может быть предметом научного исследования, но с чисто практической точки зрения все взаимодействие человека с мерзлотой происходит на глубинах до 10-15 метров от поверхности. Достаточно, чтобы они растаяли, - и вся наша инфраструктура на Севере посыплется. Однако ученые, конечно же, не раз пытались смоделировать, что же случится с мерзлотными условиями при разных сценариях климатических изменений.
– И каков самый негативный прогноз?
– Все сценарии связаны с траекториями социально-экономического развития, с каждой из которых ассоциируется та или иная величина дополнительной тепловой нагрузки на атмосферу и поверхность Земли.
В самом экстремальном сценарии радиационный форсинг составляет 8,5 ватт на квадратный метр. Для существующего теплового баланса Земли это очень много. В таком случае в Арктике через 70 лет станет на 8-11 градусов теплее, чем сейчас. Первые десять метров мерзлоты оттают к 2090-2100 годам.
– В масштабах истории 70 лет - это же буквально завтра. Что должно произойти, чтобы жизнь пошла по этому сценарию?
– Все зависит от того, насколько глобальное общество будет успешно внедрять климатические программы. На самом деле все крутится вокруг одного - сокращения выбросов парниковых газов. Климат - очень инерционная вещь относительно выбросов углерода. Например, антропогенный углерод, который попал в атмосферу сейчас, будет там находиться еще 20 лет.
Соответственно, даже если мы полностью перекроем «краник» с промышленными эмиссиями парниковых газов, все равно следующие 20-30 лет температура будет продолжать расти. Ситуация стабилизируется, когда весь антропогенный углекислый газ выветрится из атмосферы. Но, как вы понимаете, вероятность того, что наши климатические хотелки сбудутся, очень низкая.
– Можно ли провести параллель между антропогенным воздействием и поднимающимися из недр Земли парниковыми газами? Чего нам больше бояться, Земли или себя?
– Когда экосистема находится в балансе, то все, что попадает в атмосферу, не особо там накапливается. Углекислый газ прекрасно извлекают растения, отлично CO₂ растворяется и в океане. То есть в природной системе без человека и ископаемого топлива все балансируется. Да, есть орбитальные факторы климата: положение Земли относительно Солнца. Есть и другие. Мы знаем, что много сотен миллионов лет назад на планете было на 8-10 градусов теплее, чем сейчас, была и «Земля-снежок». Получается, что существуют механизмы, с помощью которых Земля может загнать себя в такие рамки. Также есть и способы выхода из этого состояния. Конечно, ими мы не управляем.
Сопоставимые по объему с антропогенными нескомпенсированные выбросы парниковых газов природного происхождения - это, наверное, только лесные пожары. Например, сгоревшие леса в Якутии в 2021 году - это около половины годового промышленного выброса России. А ведь горели и другие регионы. Это катастрофические вещи. Правда, еще слишком мало известно про потоки парниковых газов, связанные с вулканической деятельностью.
В глобальных масштабах наши «холмики» и те дополнительные несколько тонн парниковых газов с гектара несравнимы с миллионами тонн промышленной эмиссии. Но тут есть большая проблема с оценками площадей. Наши измерения точечны, и их нужно гораздо больше, чем мы успели сделать в рамках проекта.
Но если сделать экстраполяцию и посчитать, сколько парниковых газов поступает из-за деградации мерзлоты в Якутии, то набежит несколько десятков тысяч тонн CO₂ в год. Это довольно много. Сравнимо с каким-нибудь большим производством.
– Вы наверняка располагаете какой-то статистикой того, как быстро идет потепление, по крайней мере, в Якутии?
– В среднем температура воздуха в Якутии за последние 30 лет увеличилась примерно на 1,4 градуса. В одних местах - больше, в других - меньше. Максимальная - выше, чем на 2 градуса.
– Такой рост температуры - это же тревожная динамика?
– Это очень много. Согласно Парижскому соглашению и другим климатическим документам, человечество хочет ограничить рост средней температуры на планете двумя градусами за 150-170 лет. То есть если потепление будет больше, то последствия уже могут быть необратимыми для земной экосистемы. Но в Якутии температура выросла на 2 градуса за последние 30 лет. И будет расти дальше. Получается, что мы в Якутии уже давно эти ограничения превзошли. Притом что сам регион не является крупным эмитентом парниковых газов; здесь проявляется так называемое климатическое неравенство.
Что же касается темпов оттаивания верхних слоев мерзлоты, то в среднем поверхность протаивает со скоростью сантиметр в год. Важно понимать, что где-то тает быстрее, где-то - медленнее, а где-то, наоборот, происходит новообразование мерзлоты. Но это очень локальные вещи.
Еще говорят про повышение температуры горных пород. Она тоже растет на две-три десятых градуса за десятилетие.
– Как-то все это звучит нерадостно…
– Когда мы делали мерзлотные прогнозы и оперировали большими временными интервалами, то самый благоприятный сценарий предполагал, что к 2060 году Россия станет углеродно нейтральной. Вместе с ней Китай, Индия и другие государства.
– То есть у нас есть еще лет 30, чтобы предпринять какие-то шаги, чтобы не стало совсем все плохо?
– Наверное, даже больше. Прогнозы делаются на основании климатических моделей - это единственный научно обоснованный способ хоть как-то заглянуть в будущее. Но не слишком ли они реактивны, не предсказывают ли они большее потепление, чем будет наблюдаться в реальности? Есть значительный запас неопределенности. Вполне возможно, что у нас есть не 30 лет, а 50.
– Как ученый какой бы вы дали совет человечеству, чтобы мы смогли сохранить нашу планету?
– Поскольку основное производство парниковых газов падает на промышленность, то и потенциал снижения выбросов в первую очередь зависит от государственной и промышленной политики. С другой стороны, каждое домохозяйство на своем уровне тоже может вносить свой вклад. Это касается использования ископаемого топлива и автомобилей, осознанного потребления. Быть eco-friendly - хорошо.
В любом случае даже если мы станем полностью углеродно нейтральным государством, нам предстоит наблюдать и испытать последствия потепления. Рубль, который вложен в адаптацию к изменениям климата сейчас, - это 40 рублей, сэкономленных на будущих ущербах. Просто надо не бояться тратить деньги на адаптацию. Вот такая история.
Татьяна ЧЕРНОВА
