Сто дней межледникового периода. С чем вернулась арктическая экспедиция “SWERUS-C3”.
Наука
№ 27-28(2015)

10.07.2015




Вопросы, связанные с изучением Арктической климатической системы, все чаще выходят на первый план при обсуждении темы освоения северных территорий. Ответы на некоторые из них должны дать исследования, которые ведутся в Томском политехническом университете в рамках реализации мегагранта Правительства РФ под руководством заведующего лабораторией геохимии полярных районов Тихоокеанского океанического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН, члена Научного совета по проблемам изучения Арктики Игоря Семилетова. Тема исследований - “Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий”. В проекте принимают участие ученые университетов разных стран.
В прошлом году в рамках проекта были проведены две экспедиции в Арктику, чтобы оценить, насколько серьезным может быть влияние деградации подводной мерзлоты на климат и экологическую ситуацию на планете. Первая весенне-зимняя экспедиция была в море Лаптевых, вторая летняя - более масштабная - 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. Во время своего недавнего визита в Томск Игорь Семилетов рассказал о первых итогах работы по мегагранту.

- Почему данное направление исследований 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, сопоставим с оценками пула ОУ почв на нашей планете. Поэтому процесс вовлечения ОУ деградирующей мерзлоты суши, с его последующей трансформацией в форму парниковых газов - СН4 и СО2, рассматривается как один 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 квадратного метра в сутки) из шельфа Восточной Арктики были впервые обнаружены нашей группой. Эти работы под руководством профессора ТПУ, доктора геолого-минералогических наук Н.Е.Шаховой были начаты 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 биогеохимический цикл из верхнего слоя наземной мерзлоты, становится очевидным, что вовлечение 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, на основе изучения палеосостава атмосферы (по результатам изучения образцов ледяных кернов из Антарктиды и Гренландии) есть информация, что планетарный максимум атмосферного содержания СН4 и СО2 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. В поисках истины мы и оказались под одной “крышей” мегагранта Правительства РФ: в наш научный коллектив входят университеты России (МГУ им. М.В.Ломоносова), 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 в составе нашей команды: вместе мы 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 равен примерно 105 тысячам 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 экспедиции в море Лаптевых была в проведении буровых исследований с припайного льда для отбора глубоких донных отложений. Это нужно для изу-
чения закономерностей распределения подводной мерзлоты в прибрежной зоне моря Лаптевых и понимания механизмов геологического контроля выброса метана, что является одним из основных направлений нашего исследования. Буровые работы ведем 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 провели совместно с коллегами из Утрехтского университета, весьма любопытны. Согласно им, можно предполагать движение глубинного флюида с разгрузкой в Ивашкинской лагуне. Трудно было ожидать, 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 Гончарова. Это свидетельствует о просачивании глубинного флюида: и жидкости, и газа. Хотя ранее предполагалось наличие в этом месте толщи стабильной мерзлоты. Отмечу, что речь идет о предварительных результатах, требующих более детального изучения, которое 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, проведенная 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. Общая стоимость экспедиции, включая все расходы, составила несколько десятков миллионов долларов. Сумма огромная, одной научной команде не удалось бы собрать ее. Но благодаря опыту и многолетним знаниям российской группы и объединению со шведскими коллегами удалось аккумулировать эти средства. В первую очередь, это стало возможным благодаря нашим предыдущим совместным работам. Например, открытию массированного выброса метана, статью об этом 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... 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 хорошо 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 полигонам, открытым нами в предыдущих экспедициях, подтвердила наличие так называемых мегавыбросов метана и нашла новые. Более того, мы обнаружили, что сечение этих мегавыбрасов, или мегафакелов, возрастает. Точные цифры - 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, в свою очередь, может вызвать значительные климатические изменения.
- Получается, такие 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, тогда происходит фазовый переход... Есть мерзлота - гидраты стабильны, когда ее нет, гидраты дестабилизируются. Мы сейчас живем в межледниковый период. В ледниковую же эпоху уровень Мирового океана на 100-120 метров ниже. И то, что сейчас является шельфом МВА, прежде было сушей. Десятки тысяч лет холодного геологического периода приводили к формированию мощной мерзлой толщи. По разным оценкам, это 500-800 метров. После наступления “теплого” периода уровень океана растет, идет затопление суши. Если сравнивать с предыдущими климатическими циклами, то уже 5-6 тысяч лет назад должно было начаться похолодание и понижение уровня океана. А этого не происходит. Почему? Мы связываем 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 тысяч лет назад (со времени температурного оптимума голоцена), его уровень медленно растет. 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 1 градус Цельсия. Около устьев рек она вообще близка к нулю. Значит, на глубинах 60-100 м (где обнаружены мегавыбросы метана) подводная мерзлота находится в контакте с придонной теплой водой примерно на протяжении 9-10 тысяч лет. Этого достаточно для того, чтобы она протаяла. Согласно данным бурения, мерзлота уже находится в транзите. Всего за время последней экспедиции на “Одене” мы обнаружили порядка 500 аномальных полей выбросов метана.
Полученные результаты подразумевают в перспективе пересмотр климатической теории. Нас уже называют “алармистами”, хотя мы себя к ним не относим. Мы причисляем себя к честным ученым, которые докладывают реальные результаты и делают реальные выводы. Не спекулируем сведениями, не создаем панику. Наши заключения и модели не умозрительные, они основаны на конкретных 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, это может вызвать очень серьезные климатические последствия.
- 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”, где были описаны наши четыре сценария развития событий: от мягкого до самого жесткого. Самый жесткий сценарий мы назвали “катастрофическим”. 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 способно 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 хочу отметить, мы считаем этот худший сценарий маловероятным. Говорим лишь о том, что при определенных условиях это может произойти. 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 не имеет национальных границ. Плохо будет всем. Однако публикация этой статьи вызвала раздражение у большой группы ученых разных стран, которые начали массированную атаку на нашу международную группу. Наш долг ответить на такую 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 данных масштабных международных исследований. У нас уже есть партнеры в 15 университетах мира. Лучшие силы ученых уже удалось объединить на базе ТПУ в рамках нашего арктического проекта. Надеемся продолжить работу и с ведущим арктическим институтом - Государственным научным центром “Арктический и антарктический НИИ”, с которым нас связывают многие годы сотрудничества в 1980-х - начале 2000-х.
Образовательная составляющая - важная часть проекта: у нас уже есть два магистранта, пять аспирантов - томичи, которые активно включены в работу. В Томске читают лекции зарубежные профессора и научные сотрудники - эксперты мирового класса в своих областях. Заинтересованных студентов мы можем отправлять на стажировки к нашим партнерам. Так, например, уже двое аспирантов прошли стажировки в Стокгольме, планируем провести такие стажировки в университетах Голландии и США. Самое важное для российских ученых - интегрироваться в мировое научное сообщество, научиться работать так, как это принято в мире. Наша наука очень сильная и креативная, но наши люди не умеют представить результаты своих исследований 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
Фото с сайта ТПУ


Вернуться к статье