Ведущий исследователь Арктики о сценариях глобального потепления
Во время очередного визита в Томск известный исследователь Арктики рассказал о первых итогах работы в рамках совместного с ТПУ проекта по изучению Сибирского арктического шельфа как источника парниковых газов планетарной значимости, получившего мегагрант Правительства РФ. В прошлом году ученые в рамках проекта выполнили три экспедиции в Арктику, чтобы оценить, насколько серьезным может быть влияние деградации подводной мерзлоты на климат и экологическую ситуацию на планете. Самая масштабная из них была в Северном Ледовитом океане. Она получила название SWERUS-C3. На единственном в мире научном ледоколе «Оден» в 100-дневной экспедиции участвовали около 80 ученых из разных стран.
— Почему это направление исследования???является???одним из???наиболее???приоритетных в области наук о Земле на мировом уровне? — Во-первых, известно, что пул (резервуар) органического углерода (ОУ), захороненного в вечной мерзлоте суши, является сопоставимым с оценками пула ОУ почв на нашей планете. Поэтому процесс вовлечения ОУ деградирующей мерзлоты суши с его последующей трансформацией в форму парниковых газов — СО2 и СН4 — считается одним из важных факторов, влияющих на состояние климата. В то же время в мировом сообществе принято считать, что гигантский резервуар ОУ на Сибирском арктическом шельфе «заблокирован» подводной мерзлотой. В рамках нашего проекта мы показываем, что это не так: мегапул ОУ сибирского шельфа уже вовлечен в современный круговорот углерода.
??Так,???например,???массированные выбросы метана (до сотен граммов с кв. метра в сутки) из шельфа Восточной Арктики были впервые обнаружены нашей группой. Эти работы под руководством профессора ТПУ, д.?г.-м.?н. Н.Е. Шаховой были проведены в 2005–2013 годах и продолжаются в рамках мегапроекта ТПУ в содружестве с Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева Дальневосточного???отделения???РАН и другими партнерами. Результаты???свидетельствуют???о???высокой степени деградации («дырявости») подводной арктической мерзлоты. Учитывая, что запасы ОУ в многокилометровой толще сибирского шельфа как минимум на 5 порядков превышают запасы ОУ, доступные для вовлечения в современный биогео-химический цикл из верхнего слоя наземной мерзлоты, становится очевидным, что вовлечения древнего ОУ из сибирского шельфа, уже трансформированного в форму СН4 и СО2, в современный цикл может оказать воздействие на климат несоизмеримо сильнее по сравнению с фактором наземной мерзлоты.
Во-вторых, известно (на основе изучения палеосостава атмосферы — по результатам изучения образцов ледяных кернов из Антарктиды и Гренландии), что планетарный максимум атмосферного содержания СH4 и CO2 существует в Арктике в теплые геологические периоды и отсутствует — в холодные. Наша работа состоит в том, чтобы доказать гипотезу о ведущей роли Сибирского арктического шельфа в этих изменениях. Естественно, наши исследования встречают гигантское противодействие наземного сообщества мерзлотоведов во всем мире. Другими словами, в поисках истины мы все оказались под одной крышей мегагранта Правительства РФ в ТПУ: в наш научный коллектив в настоящее время входят около 15 университетов из России (МГУ), Швеции (Стокгольмский и Гетеборгский университеты), Голландии (Университет Утрехт), Англии (Университеты Кембриджа и Манчестера) и т. д. Важно???то,???что???передовые мерзлотоведы из МГУ и Института мерзлотоведения СО РАН (Якутск) уже вошли в нашу команду — мы вместе проводим натурные исследования на шельфе морей Восточной Арктики и находим все больше и больше фактических???подтверждений???правоты нашей гипотезы о ведущей роли сибирского шельфа в изменении???планетарного???баланса метана в настоящее время и, по-видимому, на протяжении по крайней мере последних четырех климатических циклов (один климатический цикл примерно равен 105 тыс. лет).
— В Томске вы обсудили с коллегами итоги первого года реализации совместного с ТПУ арктического проекта. Каковы предварительные результаты, полученные за время ваших экспедиций?
— Если коротко, то в 2015–2017 годах планируется опубликовать по этой теме 30–40 статей в высокорейтинговых журналах. По поводу экспедиционных исследований первого года: цель первой экспедиции в море Лаптевых была в проведении буровых исследований с припайного льда для отбора глубоких (насколько это возможно) донных отложений. Это нужно для изучения???закономерностей???распределения подводной мерзлоты в прибрежной зоне моря Лаптевых и понимания механизмов геологического контроля выброса метана, что является одним из основных направленийнашего???исследования.???Буровые???работы???мы???проводим???с???2011???года, у нас уже пробурено 16 скважин, включая скважину этого года. Предварительные результаты крайне интересны. 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 такой «слоеный пирог» из талых и мерзлых пород и микроканьон, абсолютно непонятного пока генезиса, который залегает на глубинах моря порядка двух-трех метров. Хотя, исходя из климатического подхода, его там быть не должно, ведь там лед практически смерзается с осадком. Осенью мы обнаружили мощные выбросы метана из этого микроканьона, которых не оказалось зимой. Первые результаты комплексных изотопных анализов, которые мы сделали совместно с Утрехтским университетом (Нидерланды — прим. авт.), весьма любопытны. Согласно им, мы можем предполагать движение глубинного флюида с разгрузкой в Ивашкинской лагуне. Трудно было предположить, что там есть сквозной талик — протаявшая мерзлота. Но именно эти предварительные результаты согласуются с предварительными анализами проб, выполненных группой профессора кафедры геологии и разведки???полезных???ископаемых ТПУ Ивана Васильевича Гончарова, который видит проявление просачивания легких нефтей. О чем это говорит? О просачивании глубинного флюида: и жидкости, и газа, хотя ранее предполагалось наличие в этом месте толщи стабильной мерзлоты. Отмечу, что мы говорим о предварительных результатах, которые требуют более детального изучения, что мы и планируем провести в 2016–2017 годах: вопросов пока намного больше, чем ответов.
Летом 2014 года мы выполнили уникальную экспедицию SWERUS-C3 в Северном Ледовитом океане вместе с нашими шведскими коллегами и исследователями из пяти стран. Одиннадцать руководителей проектов из Швеции объединили свои усилия и финансирование. Этих денег хватило на аренду единственного в мире научного ледокола «Оден». Как известно, самые мощные ледоколы принадлежат России, но они, к сожалению. не оборудованы современной научной техникой. «Оден» же оснащен всем необходимым оборудованием для наших исследований.
— Аренда научного ледокола, огромная команда экспертов... Экспедицию???SWERUS-C3???сегодня называют одной из самых дорогих в мире. Как удалось найти средства?
— Да, это одна из самых дорогих, но главное — самая комплексная и эффективная биогеохимическая экспедиция, выполненная в Северном Ледовитом океане. Присутствие на борту ведущих ученых из разных стран — специалистов по геологическим и геохимическим направлениям — позволило провести уникальные исследования и впервые детально изучить акваторию внешнего шельфа Восточной Арктики на глубинах моря ниже 50 метров. Отметим, что наши основные исследования, предшествующие «Одену», были в основном получены на глубинах до 50–70 м. Общая стоимость экспедиции, включая все расходы, составила несколько десятков миллионов долларов. Сумма огромная, одной научной команде не удалось бы собрать такого финансирования. Но благодаря опыту и многолетним знаниям нашей российской группы и объединению со шведскими коллегами удалось аккумулировать эти средства.
Это обусловлено в первую очередь нашими предыдущими совместными работами. Например, открытием массированного выброса метана, статью о котором мы опубликовали в 2010 году в журнале Science, что сыграло ключевую роль в пересмотре представления о подводной мерзлоте на шельфе морей Восточной Арктики (МВА). По нашим результатам, эмиссия, или выделение, метана из осадков МВА примерно в два раза превышает известные оценки выделения метана из всех морей Мирового океана (Nature geoscience). Мы пока не опубликовали свои новые результаты, но открою секрет — эти потоки гораздо более значимые, чем в вышеуказанных публикациях, проблема очень серьезная. Именно поэтому Швеция и выделила такие значительные средства на экспедицию SWERUS-C3.
— Это были полностью шведские деньги?
— Экспедиционные затраты — да, но затраты на подготовку и участие российской группы оплачены из средств, полученных в РФ. Отметим, что шведы — очень экономные люди и просто так деньги не тратят. Они понимают значимость этих исследований. Мы отправились на 100 суток в экспедицию на тяжелом ледоколе высотой 45 метров, ломая лед толщиной в два метра. Экспедиция прошла по нашим полигонам, открытым нами в предыдущих экспедициях, подтвердила наличие так называемых мегавыбросов метана и нашла новые. Более того, мы обнаружили, что сечение этих мегавыбросов, или мегафакелов, возрастает. Точные цифры — это предмет наших научных публикаций. Но могу сказать, они значительно увеличиваются, что вызывает у нас тревогу: потенциально выброс 3–5 % от предполагаемого пула газовых гидратов может привести к многократному увеличению содержания метана в атмосфере. Это может вызвать значительные климатические изменения.
— Получается, эти выбросы — следствие глобального потепления из-за активного таяния льдов или все же эти выбросы влияют на глобальное потепление?
— Непростой вопрос. Дело в том, что основной фактор, ответственный за деградацию подводной мерзлоты, — это время контакта придонной относительно теплой воды с поверхностными осадками. Когда мерзлота приходит в термическое равновесие с природной водой, происходит фазовый переход... Когда мерзлота есть — гидраты стабильны, когда ее нет, гидраты дестабилизируются. Мы сейчас живем в межледниковый период. В ледниковой эпохе уровень Мирового океана на 100–120 метров ниже, чем в межледниковый. И то, что сейчас является шельфом МВА, прежде было сушей. Десятки тысяч лет холодного геологического периода приводили к формированию мощной мерзлой толщи — это по разным оценкам 500–800 метров. После наступления теплого периода уровень океана растет, идет затопление этой суши до современного уровня. Если смотреть???по???сравнению???с???предыдущими???климатическими циклами, то у нас сейчас (начиная с 5–6 тыс. лет назад) должно быть похолодание и понижение уровня океана. А этого не происходит. Почему? Мы ассоциируем этот феномен с появлением второго «теплого горба» после Голоцена, который ассоциируется с антропогенным потеплением. И вместо понижения Мирового океана, которое должно было наступить примерно 5–6 тыс. лет назад (со времени температурного оптимума Голоцена), его уровень продолжает медленно расти. Это значит, что контакт теплых вод и подводной мерзлоты продолжается. С большой вероятностью мерзлота пришла в термическое равновесие с водой, что неизбежно приводит к образованию сквозных таликов. Получается, что температура???мерзлоты,???сформированной в ледниковый период, была минус 17–20 градусов Цельсия — это известно из опубликованных работ, а среднегодовая температура придонной воды, которая затопила ее, примерно минус один градус Цельсия. Около устьев рек она вообще близка к нулю. Получается, что на глубинах 60–100 м (где обнаружены мегавыбросы метана) подводная мерзлота находится в контакте с придонной теплой водой примерно на протяжении 9–10 тыс. лет. Этого достаточно для того, чтобы она протаяла. Согласно данным нашего бурения, мерзлота уже находится в транзите. Всего за время нашей последней экспедиции на «Одене» мы обнаружили порядка 500 аномальных полей выбросов метана.
Наши результаты подразумевают в перспективе пересмотр климатической теории. Нас уже называют «алармистами», хотя мы себя к ним не причисляем. Мы причисляем себя к честным ученым, которые докладывают реальные результаты и делают реальные выводы. Не спекулируем сведениями, не наводим панику. Наши заключения и модели не умозрительные, они основаны на реальных результатах. Мы говорим, что деградация подводной мерзлоты — серьезный фактор, и его надо изучать. Ведь если весь шельф МВА перейдет в состояние, в котором находятся аномальные районы, которые мы обнаружили, то это может вызвать очень серьезные климатические последствия.
— А насколько точно можно определить, какими будут последствия?
— В 2013 году в журнале Nature вышла публикация со ссылкой на статью?Натальи Шаховой в «Докладах Российской Академии наук» и наши четыре сценария развития событий: от мягкого до самого жесткого.
Самый жесткий сценарий мы назвали «катастрофический». Согласно ему, примерно 3–5 % предполагаемых запасов гидратов может выброситься в атмосферу в течение 10 лет (таково время жизни метана в атмосфере), и концентрация атмосферного метана увеличится во много раз. Это может вызвать труднопредсказуемые климатические последствия: произойдет потепление более значимое, чем при удвоении двуокиси углерода в атмосфере. Если это случится, то Киотский протокол покажется сценарием в розовом цвете. Но я хочу отметить, мы считаем этот худший сценарий маловероятным.
Говорим лишь о том, что при определенных условиях это может произойти. Так вот, ученые из Роттердама прогнали наш «катастрофический» сценарий через свою экономическую модель. И показали, что на борьбу с последствиями такого развития событий понадобится 70 трлн долларов. Это мировой бюджет всех экономик. И не нужно думать, что кто-то выиграет здесь, а кто-то проиграет. Мало не покажется никому. Климат — это климат, он не имеет национальных границ. Плохо будет всем. Однако публикация этой статьи вызвало жуткое раздражение у большой группы ученых из разных стран, которые начали массированную атаку на нашу международную группу. Наш долг — ответить на эту почти истерическую реакцию фактами, которые мы и добываем вместе.
— Новые данные, полученные в последней экспедиции, помогут скорректировать сценарий?
— Для того чтобы скорректировать сценарий, требуется объединить усилия всех заинтересованных стран. Ежегодно на исследования необходимы суммы, равные нашей прошлой экспедиции, или хотя бы пара миллионов долларов, чтобы совершать простые экспедиции на российских судах, укомплектованных современным оборудованием. Нужна крупная международная программа. В этом, я надеюсь, поможет Томский политехнический университет.
Именно на базе ТПУ планируется координировать ход этих масштабных международных исследований. У нас уже есть партнеры в 15 университетах мира. Это вузы России, США, Швеции, Нидерландов, Англии и других стран. Лучшие умы уже удалось объединить на базе ТПУ в нашем арктическом проекте. Мы надеемся объединить наши усилия с ведущим арктическим институтом в нашей стране — НИИ Арктики и Антарктики, с которым нас уже связывают многие годы сотрудничества с 1980 до начала 2000-х. Образовательная составляющая — важная часть проекта. У нас уже есть два магистранта, пять аспирантов — это ваши томские ребята, которые активно включены в проект. В Томске читают лекции зарубежные профессора и научные сотрудники — эксперты мирового класса в своих областях. Заинтересованных студентов мы можем отправлять в зарубежные стажировки к нашим партнерам. У нас уже двое аспирантов, которые прошли стажировки в Стокгольме, планируем такие стажировки в университетах Голландии и США. Самое важное для российских ученых — интегрироваться в мировое научное сообщество, научиться работать так, как принято в мире. Наша наука очень сильная и креативная, но наши люди не умеют представить результаты на мировом уровне. Например, в Томске ведутся работы мирового класса, но нужно донести эти сведения до мирового сообщества. Мы надеемся, что наш проект позволит в какой-то мере приблизиться к решению и этой проблемы.
Беседовала Мария Алисова