Ученые разгадали опасную загадку непреходящей мерзлоты
Выявлена новая угроза для атмосферы Земли
Вообще, основным виновником парникового эффекта и, как следствие, потепления климата априори почитался углекислый газ. Но теперь выясняется, что у атмосферы есть и более лукавый враг — метан. Насколько значительным может быть воздействие 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 дальше в атмосферу? Может ли это привести к дополнительному изменению климата и повлиять на экологическую ситуацию на планете? На этот проблема «МК» попытался найти ответ вместе с учеными. Для чего пришлось сгонять в Томск, где в стенах политехнического университета (ТПУ) проходил Международный арктический форум, посвященный проблеме изучения биогеохимических последствий деградации (таяния) непреходящей мерзлоты в Северном Ледовитом океане.
фото: pixabay.com
Климат теплеет — мерзлота тает
Но для основы давайте разберемся, почему о газовых гидратах вообще припомнили. Еще в 60 е годы советские ученые (профессор Юрий Макогон с соавторами) заметили, что метан (СН4) в форме газовых гидратов может существовать в мерзлоте. Основанием для этого открытия сделались многочисленные аварии в нефтегазопроводах, где при низких температурах образовывались пробки из гидратов метана.
Если взять это вещество в длани, оно напоминает снежок — спрессованный снег или лед. Но если его поджечь, этот «снежок» будет пылать не хуже газовой горелки. Принято считать, что основные залежи гидратов сконцентрированы в зоне арктического шельфа под подводной мерзлотой.
Специалисты сейчас еще лишь разрабатывают систему его добычи в промышленных масштабах. Члены же интернационального 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 открыли другой потенциал газогидратов: из-за таяния подводной мерзлоты метан выбивается в атмосферу и усиливает парниковый эффект.
Справка «МК»
Из одного кубического сантиметра гидрата метана выделяется 160–180 кубических сантиметров газа, какой прорывается на поверхность моря в виде пузырей. Известно масса 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 скорой дестабилизации гидратов в форме взрывов.
График увеличения оценки годичного выброса метана в атмосферу над шельфом морей Восточной Арктики (МВА)
По этим 2010 года (опубликованным в журнале Science) — 8 млн тонн.
По этим 2014 года — 16 млн тонн.
По данным 2015–2016 годов (они пока не опубликованы), оценка может возрасти до 100 млн тонн, что составит примерно 20% от годового баланса атмосферного метана.
График, на каком показан рост выбросов метана в атмосферу, выглядит устрашающе. Но лишь на первый взгляд. Ученые обещают, что даже при концентрации в атмосфере 100 млн тонн метана в год острого потепления не произойдет. Для климатической катастрофы нужно, чтобы в атмосферу выбрасывалось на 1-2 распорядка больше.
фото: Иван Скрипалев
Возможно ли это? Стоит ли тогда вообще тревожиться по поводу метана? Тем более что углекислого газа (СО2) в атмосфере все равновелико 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 вырастать быстрее, чем СО2: за последние 150 лет концентрация СН4 в атмосфере возросла образцово в 3 раза. К тому же у метана значительно выше, чему у углекислого газа, радиационная активность (от 20 до 40 раз).
Ученые длинно не могли понять, отчего максимально высокие концентрации СН4 расписываются именно в атмосфере арктического региона (это явление получило наименование «арктический максимум атмосферного СН4»). Сначала думали, что всему виной термокарстовые озера (озера, образовавшиеся в итоге проседания грунта на месте протаивания подземных льдов) и болота. Арктические моря в качестве подозреваемых вообще не рассматривались. А зря!
«Слоеный пирог» Арктики
Чтобы отыскать «улики», с конца 1990 х российские ученые организовали и выполнили 30 экспедиций по Нордовому морскому пути. Сначала — на гидрографических судах архангельской гидробазы, затем еще лет пять ходили на небольших судах водоизмещением меньше 100 тонн, заходя на них в такие мелководные зоны, куда ни одно научно-исследовательское судно океанического плавания забежать не может. Однако исследования на малых судах пришлось кончить: из-за сокращения ледового покрова Северного Ледовитого океана в морях восточной Арктики (МВА) вихри стали достигать ураганной силы. «Как-то осенью наше корабль, вынужденное встать на два якоря, волнами и ветром протащило за одни сутки на дистанция 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 корабли «Яков Смирнитский», организованная лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН совместно со Стокгольмским и Гетеборгским университетами. В 2011 м группой Шаховой-Семилетова бывальщины начаты первые буровые работы в море Лаптевых, на так именуемом припайном льду (неподвижном льду вдоль морских берегов), где уже пробурено 17 скважин. Мишенью этих работ был отбор глубоких (насколько это возможно) донных отложений для изучения закономерностей распределения и скоростей таяния подводной мерзлоты в береговой зоне моря Лаптевых, метанового потенциала мерзлоты и геологического контроля выброса метана.
«Полученные нами предварительные итоги оказались крайне интересны, — поясняет Семилетов. — Так, так, мы обнаружили, что состояние мерзлоты Ивашкинской лагуны, которую мы исследовали, совсем не соответствует классическим представлениям. То, что мы знаем из учебников, там не работает. Не вклиниваясь в детали, поясню, что мы обнаружили настоящий «слоеный пирог» из талых и мерзлых пород и микроканьон безотносительно непонятного пока происхождения, который залегает на глубинах морского дна распорядка двух-трех метров. Ранее считалось, что его там быть не должно, ведь там лед утилитарны смерзается с осадком, мерзлота в этом месте стабильна… Осенью мы заметили мощные выбросы метана из этого микроканьона, которых не очутилось зимой. О чем это говорит? О просачивании глубинного газа. Отмечу, что мы сообщаем о предварительных результатах, которые требуют более детального изучения, что мы и планируем прочертить в 2017–2018 годах».
«Мы с медведями мирно жили»
Работать в экспедициях, выполненных в этап с середины 1990 х до настоящего времени, приходилось и в зимнее, и в вешней время. Где в эти периоды не могло пройти гидрографическое судно, помогал санно-тракторный поезд.
Участник линии 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. Вихрь и мороз до 40 были не самыми главными препятствиями для получения научных итогов…
«Начинается подготовка зимней экспедиции, как правило, с планирования и подбора амуниции и оборудования, — рассказывает Тумской. — Затем все это мы закидываем в Тикси — либо по реке, либо самолетами. Собравшись совместно в Тикси, формируем санно-тракторный поезд: тягачи, самоходная буровая установка на гусеничном ходу, буксируемые домики (введённые на стальные сани) для работы и проживания людей, буровое оборудование, провиант в облике замороженных оленьих туш, рыбы, молока, чая, кофе. Пища на норде должна быть жирной, и тогда никакой холод не напугает».
В таком составе до места бурения скважин поезд обыкновенно движется десятки, а порой и сотни километров. Сама путь занимает у полярников несколько дней: техника тяжелая, лед всторошенный (торосы — это нагромождение осколков льда, до 10–20 метров в высоту), надо его обойти. Нередко бывает, что техника вязнет в снегу, приходится перецеплять трактора по два в одни сани.
Пришагав «на точку», экспедиция, общий вес которой тянет под 100 тонн, должна как можно скорее рассредоточиться, чтобы не создавать большой нагрузки на лед. Ну а когда все уже готово к труду, начинается бурение. Буровики извлекают из-под воды шельфовый керн, после чего научная бригада ровно на льду начинает проводить необходимые измерения. Важно до отправки образчиков в лабораторию на Большой земле определить их влажность, температуру, соленость и иные свойства. В первую очередь производится отбор проб на газ, высокоточные измерения какого выполняются немедленно в лабораторном буксируемом домике. Позже в институтах Владивостока, Томска, Москвы и за рубежом в пробах отстоев исследуется изотопный состав и радиоуглеродный возраст метана, молекулярный и изотопный состав органического вещества. Мишень исследователей — оценить метановый потенциал осадков как источника потенциального выброса в водную толщу, а затем в атмосферу.
Однако вырвать эти познания у суровой природы Арктики порой бывает непросто. «Мы можем трудиться только при температуре до 35 градусов по Цельсию, — поясняет Владимир Тумской, — если морознее — буровая установка на морозе работает с большим трудом, да и керн отстой, поднятый на поверхность, быстро замерзает. Помехой является еще и мощный ветер, буквально сдувающий с ног специалистов. Иногда, когда сроки поджимают и перетащить бурение уже нельзя, мы готовим заслон ветру в виде плотного куса тента, который натягиваем стеной и таким образом отклоняем поток вихри от скважины».
К метеофакторам иногда присоединяются и зоологические. Песцы и пернатые — самые дробные гости, которых полярники подкармливают своими припасами, но встречались геологам и немало суровые обитатели Арктики — белые медведи. «Медведи периодически приходят к нам, потому что мы нередко трудимся на территории, где проходят пути их миграции, — продолжает Тумской. — Мы пробурим лунку во льду в вешней время, потом видим — гости пожаловали: обследуют, трогают лапами технику, тянут воду из нашей скважины. Один раз мы были особенно обеспокоены судьбиной нашего коллеги, который в палатке на трещине делал акустические измерения, и к палатке подошел медведь. Мы кричим издали, отпугиваем косолапого, а медведю хоть бы что, стоит и, видимо, размышляет: съесть исследователя в наушниках или нет? Нам все-таки удалось отогнать его. А после наш акустик, научный сотрудник ТОИ ДВО РАН Денис Черных, вышел как ни в чем не случалось и удивился, что это мы такие взволнованные все… Но в целом мы с медведями мирно живем, несмотря на то что ровные контакты бывали не раз — метров в десяти от меня находился косолапый. Основное, сразу показать, кто хозяин на данной территории, чтобы у звериного не возникало желания возвращаться. Как мы это делаем? Да очень просто: устные пожелания удалиться в торосы подкрепляем пальбой в воздух для отпугивания».
Ледяной пробки у планеты больше нет
Самая масштабная трехмесячная биогеохимическая экспедиция по Нордовому Ледовитому океану состоялась в 2014 году на шведском ледоколе Oden. Она именовалась SWERUS C3. В ней приняли участие 84 исследователя (19 дам и 65 мужчин) из 14 стран. Экспедиция должна была подтвердить присутствие мегавыбросов метана, обнаруженных российскими учеными. Ученые сделали это и… отыщи множество новых мест выброса метана. Всего по маршруту движения ледокола было замечено более 500 (!) крупных мест утечек (сипов). И это лишь те, что удалось обнаружить под судном по пути его следования. Уложенные как по ниточке на карту МВА, они взяли площадь свыше 2 млн квадратных километров! Представьте, сколько десятков, а может, и сотен тысяч сипов пока не замечены.
Основным результатом последней экспедиции российских ученых на борту научно-исследовательского корабли «Академик Лаврентьев» (она завершилась во Владивостоке 2 ноября этого года) сделалось обнаружение увеличения масштаба и интенсивности выброса метана из ранее замеченных утечек.
Вывод, который делают ученые: подводная мерзлота уже не так стабильна, как считалось ранее, нет больше сплошной ледяной пробки, уходящей вглубь на сотни метров. Площадь мегаутечек метана растет, что возбуждает общее беспокойство специалистов.
Но, даже несмотря на участие в арктических экспедициях массы 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 ключа формирования арктического атмосферного максимума СН4 до сих пор встречают гигантское противодействие доли мирового научного сообщества. По сути, оно разделилось на две части. По одну сторонку оказался международный научный консорциум под руководством российских ученых, какой основывает свои научные выводы на основе прямых комплексных и междисциплинарных наблюдений в суровых штормовых условиях ледяной Арктики, по иную — кабинетные работники из различных стран, которые строят атмосферные модели формирования атмосферного арктического максимума СН4 за счет переноса атмосферы из тропических широт. «Это невозможно, поскольку ветланды (водно-болотные угодья) тропических широт не являются таким мощным ключом СН4, как предполагалось ранее, — поясняет Семилетов. — А вы отведайте ответить на вопрос: можно ли наполнить до верха водой порожний стакан путем переливания воды из другого неполного стакана такого же размера? Мое собственное мнение, что за всем этим стоит нежелание неких довольно могущественных политизированных группировок признать тот факт, что глобальный бюджет метана, формализованный в крышке прошлого века, в котором основным природным источником на нашей планете являются тропики, не отвечает действительности — реальным новым данным. Ну и, конечно же, за этим стоят финансовые заинтересованности ряда групп, получающих за свою деятельность многомиллионные долларовые гранты».
Итак, нам в ожидании решения препирательства «между тропиками и Арктикой», похоже, придется пребывать в неведении — как скоро настанут серьезные климатические изменения? Ведь если правы наши ученые, тяни шельф морей восточной Арктики в ближайшие десятилетия может перебежать в такое состояние, в котором находятся сейчас аномальные зоны, — там, похоже, имеет место сквозное протаивание подводной мерзлоты. Высвобождение колоссальных объемов мощного парникового газа СН4 может повергнуть к самоускоряющемуся процессу глобального потепления.
Но, может, это страшное глобальное потепление все-таки отступит и газогидраты опять заморозятся? Тем более что некоторые климатологи давно говорят о приближении ледникового этапа на нашей планете.
«Согласно древней климатической системе мы уже сейчас должны бывальщины замечать признаки ледникового периода, но он не наступает, — разбивает чаяние Игорь Семилетов. — В течение последних 2,5 млн лет ледниковые этапы и периоды глобального потепления чередовались примерно каждые 105 тысяч лет. Сейчас мы являемся свидетелями того, что в этой древней системе случилась поломка — потепление затянулось на тысячи лет… Наиболее вероятная первопричина тому — антропогенная, и ответственность несет парниковый эффект, основной потенциал какого пока составляют выбросы СО2. Кстати, признаками этого эффекта является не лишь рост столбика термометра по всему миру, но и увеличение частоты циклонов и ураганов».
О сроках вероятного наступления очередного этапа дополнительного потепления климата ученые пока отозваться не могут. Десять или тридцать лет нам осталось до наступления необратимых процессов? Для буквального диагноза требуются более комплексные и расширенные исследования с фокусом на арктические моря, где намечается существование более 80% всей подводной мерзлоты Нордового Ледовитого океана, под которой могут таиться запасы гидратов, превышающие нынешнее количество метана примерно на два порядка. В идеале, по словам Семилетова, требуются синхронизированные каждогодние и всесезонные исследования с использованием хорошо оснащенных современным оборудованием научно-исследовательских кораблей, летающих лабораторий и космических спутников. Также желательна организация еще одной приметливой станции на острове Большой Ляховский, который находится вблизи к известным крупным и очень крупным мегасипам. Но пока нам доводится в буквальном смысле ждать у моря погоды.
Справка «МК»
Разрушение гидратов на дне морском выходит в различных регионах нашей планеты, включая Охотское море, Черноволосое море, озеро Байкал, вблизи о. Шпицберген… Однако в перечисленных бездонных водоемах пузырьки газа, как правило, не достигают поверхности, так как целиком растворяются. В отличие от мелководного арктического восточносибирского шельфа, где порядочная часть пузырькового СН4 не успевает раствориться и достигает поверхность моря.
Справка «МК»
Концентрация атмосферного метана над Арктикой на 10 процентов рослее, чем где-либо на планете.
Справка «МК»
24 ноября для повышения эффективности изысканий на базе ТПУ был учрежден Международный арктический сибирский научный середина, который объединил ученых из 15 университетов 6 стран вселенной.
70% нашей страны находится в зоне существования вечной мерзлоты.
Справка «МК»
Метан — это парниковый газ, он так же, как и углекислый газ (СО2), удерживает термическое излучение поверхности нашей планеты, которое должно уходить от Земли в космическое пространство, а значит, создает обстоятельства для дальнейшего потепления климата.
