«Метановая кладовка приоткрыла крышку»
По оценкам российских ученых, если в атмосферу попадет примерно 5% древнего метана, «законсервированного» сейчас в подводной мерзлоте морей восточной Арктики, это может привести к драматическому росту среднепланетарной температуры на 2,5–3 градуса. Климатический консорциум, созданный ТГУ больше года назад для выполнения стратегического проекта «Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни», должен дать ответ: когда это может произойти, по каким причинам?
О роли «русской Арктики» в глобальном потеплении и форсировании ее исследований мы поговорили с океанологом Игорем Семилетовым, руководителем 40-суточной научной экспедиции на борту научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш».
…Разговор то и дело прерывается из-за входящих в каюту Семилетова людей – в день отплытия из Мурманска, когда проходил наш разговор, руководителю экспедиции надо решить массу вопросов. Например, капитан «Келдыша» приходит еще раз уточнить маршрут. Ученые прямиком отправляются в Восточно-Сибирском море…
– Экспедиция стартует поздно, значительная часть морей восточной Арктики (МВА) уже покрыта льдом. Это связано с нарушением принципов формирования графика морских экспедиций, в соответствии с научно обоснованными особенностями ледового режима в МВА – наиболее ледовитой части акватории Северного морского пути..… По счету это уже пятая экспедиция на научно-исследовательском судне «Академик Мстислав Келдыш» – флагмане российского научного флота. В море проводится множество уникальных комплекс геологических, геофизических, биогеохимических и метеорологических исследований. Впервые они были реализованы нашим коллективом в 2008 году в рамках совместной российско-шведской экспедиции в МВА. Результаты этой экспедиции были признаны NASA лучшими биогеохимическими исследованиями Международного Полярного года (2007–2008).
Судно «Академик Мстислав Келдыш» 1980 «года рождения», носитель знаменитых подводных аппаратов «Пайсис», с которых были выполнены, например, пионерские исследования Северо-Атлантического хребта. Экипаж уже почти 30 лет возглавляет капитан Юрий Николаевич Горбач, который в 1990-х с режиссером Джеймсом Камероном снимал «Титаник».
– Игорь Петрович, расскажите, почему вам надо добраться как можно севернее? Разве процессы, происходящие там, кардинально отличаются от того, что происходит ближе к берегу?
– Мы начали организовывать крупные морские экспедиции с 2000 года. На первом этапе исследований мы обнаружили устойчивые аномалии, которые превышали равновесные с атмосферой концентрации метана в 10-100 раз и более. Это говорило о том, что есть очень мощный источник метана из донных отложений. То есть подводная мерзлота не стабильная, как считалось до этого, а есть газовыводящие пути для массированной разгрузки пузырькового метана. Мы опубликовали эти результаты в 2010 году в журнале «Science», это топовый журнал, публикации в котором ставят вопросы перед всем мировым сообществом. Вместе с Николаем Никитичем Романовским, профессором геологического факультета МГУ и основоположником математического моделирования подводной мерзлоты, мы пришли к выводу о том, что нужно начинать совместные комплексные исследования состояния подводной мерзлоты. Потому что именно она определяет сохранность этого гигантского пула (запаса) гидратов метана и будущее климата нашей планеты. За период 2010–2020 гг. было открыто более двух тысяч мест массированной пузырьковой разгрузки метана, или сипов (от англ. «seep»).
– А почему климат зависит именно от подводной мерзлоты арктических морей?
– Метан – один из основных «парниковых» газов, наряду с СО2. А на нашей планете нет другого такого метанового потенциала, кроме морей восточной Арктики, где находится более 80% всей подводной мерзлоты и гигантские запасы гидратов и свободного метана. Прогрессирующая деградация подводной мерзлоты приводит к разрушению гидратов и выбросам метана в атмосферу, что теоретически может изменить климат быстро – в течение жизни одного поколения.
– Мы ежегодно наблюдаем динамику изменений на 4–5 мегасипах размером больше километра. Так вот, один из этих мегасипов – первый, который мы открыли в море Лаптевых в 2011 году – вырос почти в 4 раза за три года ежегодных наблюдений, и ещё больше выросли потоки метана. Это, я бы сказал, драматический рост, – подчеркивает Игорь Семилетов.
– Просчитывали последствия?
– Для различных сценариев – различные последствия, но экстремальный таков: если примерно 5% от предполагаемых запасов метана на шельфе МВА выбрасывается через водную толщу в атмосферу в результате прогрессирующей деградации мерзлоты, то теоретически это может привести к многократному увеличению концентрации атмосферного метана и повышению среднепланетарной температуры на 2,5–3 градуса. Сейчас, согласно Парижскому и Киотскому протоколу, мировое сообщество пытается выработать меры для удержания темпов роста потепления в пределах +1,5 градуса до 2100 года…
Сценарий возможных быстрых климатических изменений серьезно рассматривается в США на путем создания федеральной лаборатории быстрых климатических изменений, в состав которой вошли Университеты Беркли, Ливермор, Лос-Аламос и другие известные научные центры. Более того, Еврофонд недавно назвал в качестве первых приоритетов для финансирования исследование и оценку выбросов метана из подводной мерзлоты арктического шельфа. Напомню, что более 80% подводной мерзлоты находится на шельфе морей восточной Арктики, то есть – у нас…
Мы, ученые, понимаем – нужно рассматривать разные варианты изменения климата вследствие множества неучтенных обратных связей, обусловленных деградацией мерзлоты. В рамках консорциума «Глобальные изменения земли: климат, экология, качество жизни», который был инициирован Томским государственным университетом, мы объединились с ведущими биогеохимиками, мерзлотоведами, геологами и геофизиками нашей страны – это лаборатория арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, геологический и химический факультеты МГУ, Институт экологии Высшей школы экономики, Институт мерзлотоведения СО РАН в Якутске, гидратный центр Сколтеха, Институт прикладной физики РАН, ФИЦ Биотехнологии (Институт микробиологии им Виноградского РАН), ГЕОХИ РАН, ИФА РАН, МФТИ, САФУ. Это сильные научные группы, уважаемые во всем мире. Мы уже получили первые крупные результаты. Например, исследовали скорости вертикальной деградации мерзлоты – простыми словами, оттаивания. Перебурили скважины, которые Институт мерзлотоведения бурил 30 лет назад, и достоверно (не на моделях, а экспериментально) определили: скорость деградации равняется в среднем 14 см в год, , что во много раз больше, чем предполагалось ранее.
– Не постесняюсь сказать, что мы единственная группа, где продуктивно сотрудничают ученые различных дисциплин наук о земле – геофизики, геологи, биогеохимики, микробиологи, метеорологи, химики из 20 институтов и университетов России. И здесь важнейшую роль играет Томский государственный университет, где по инициативе первого проректора ТГУ Виктора Валентиновича Демина в рамках проекта «Приоритет 2030» был запущен наш консорциум, – говорит Игорь Семилетов.
О том, чтобы объединить исследования на шельфе и на суше, мы мечтали много лет: с первой встречи в 2014 году, когда в Томске было два мегагранта – один, «морской», у меня (в ТПУ) и один у Олега Покровского в ТГУ, в рамках которого исследовались процессы транспорта и трансформации различных форм углерода в водосборе великой сибирской реки Оби. И вот Виктор Валентинович сказал: «Ребята, время пришло – начинаем, давайте работать вместе!».
– На чем сконцентрированы ваши совместные исследования на суше?
– Одно из мощнейших направлений – это перекачка наземного углерода, который вовлекается в современный биогеохимический цикл с суши - с водосбора великих сибирских рек: Оби, Енисея, Лены, Колымы, Индигирки. Это реки, бассейны которых занимают гигантскую площадь. У каждой реки разная степень мерзлотности: у Оби мерзлота только в нижнем течении, у Енисея – наполовину, Лена – почти вся в зоне мерзлоты, Колыма и Индигирка – чисто мерзлотные реки. Изменения в этой уникальной природной лаборатории могут привести к изменению климата на всей планете: если малая доля потенциала углерода наземной мерзлоты попадет в атмосферу в виде СО2 или метана…
Исследования последних лет, которые выполнены при поддержке Российского научного фонда и направлены на выявление характерных особенностей транспорта и трансформации наземного органического вещества (ОВ) на арктическом шельфе, свидетельствуют: значительная часть наземного ОВ окисляется до двуокиси углерода (СО2), что приводит к подкислению вод (асидификации) и перенасыщению по СО2 относительно атмосферы. Это значит, что районы шельфа, подверженные влиянию стока великих сибирских рек и экспорту эрозионного материала, являются неучтенным источником СО2 в атмосферу.
Исследования группы Покровского в рамках совместной работы с ТГУ расширяют морские исследования на водосборы великих сибирских рек, площадь которых составляет примерно 14 миллионов квадратных километров, что соизмеримо с площадью акватории Северного Ледовитого океана и составляет примерно 70% территории России. Поэтому наша совместная работа в рамках проекта ТГУ дает возможность выполнить работы вдоль опорных профилей длиной до 4–5 тысяч километров: от верхнего до нижнего течения великих сибирских рек и дальше поперек шельфа морей восточной Арктики. Это действительно планетарный масштаб!
– Перекачка углерода с суши, как и в случае с шельфом, тоже происходит из-за деградации мерзлоты?
– Да, мы видим, что этот процесс идет, хотя он и относительно медленный. Оттаивание наземной мерзлоты сверху вниз происходит летом и приводит к формированию сезонно-талого слоя. Глубина его постоянно увеличивается – где-то быстрее, где-то медленнее. В среднем, оттаивают сантиметры (5–10 см), но после пожаров может оттаять и 2–3 метра. Например, в Колымо-Индигирском регионе, когда горит лесотундра или лиственничная тайга. Когда резкое углубляется сезонно-талый слой, вовлекаются гигантские количества органического углерода в форме парниковых газов, в основном, СО2.
Тут нужно отметить, что данные научного бурения показывают, что подводная мерзлота теплее наземной примерно на 10°С и находится в точке вблизи фазового перехода из замерзшего в талое состояние. Это значит, что подводная кладовая с гигантским запасом метана «приоткрыла крышку». Консервативные оценки, выполненные на основе наблюдений и опубликованные в 2014 году в журнале Nature Geoscience, показали, что годовой выброс метана из шельфа морей восточной Арктики в атмосферу соизмерим с антропогенным выбросом метана с территории США. В ближайшее время будет завершена и опубликована работа по новой оценке документированных выбросов, которая будет свидетельствовать о значительном увеличении роли морей восточной Арктики в балансе метана в Арктике, в атмосфере которой наблюдается планетарный максимум: концентрация метана на 8–10% выше, чем в южном полушарии и в средних широтах Северного полушария, где наблюдается максимум антропогенной активности.
– Получается, что выбросы в результате взрыва на «Северном потоке» в 200–300 тысяч тонн газа – это просто цветочки для климата…
– Ну, эти вопросы всегда политизированы – я говорю не только о «Северном потоке», но и в целом об антропогенных выбросах. 0,3 млн тонн – это, конечно, много, если говорить о локальном источнике. Но это не региональный уровень и тем более не планетарный. При этом до настоящего времени потоки парниковых газов, связанные с деградацией мерзлоты на суше и в море, не включаются в климатические модели Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, англ. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). Эта организация, конечно, выполнила свою функцию – она была создана, чтобы оценить роль антропогенных факторов, это очень важно. Но нельзя игнорировать потенциальную роль деградации подводной мерзлоты в балансе метана. Это вредно для развития науки и ведет в климатический тупик.
– Геологический климатический фактор в IPCC исключили из рассмотрения на стадии организации в конце 1980-х, а мы, российские ученые – наш консорциум – считаем его одним из важнейших в контексте цикличности изменения состояния мерзлоты между холодными и теплыми климатическими эпохами. И это наш шанс – наша страна просто обязана стать лидером исследований биохимических и климатических последствий деградации наземной и подводной мерзлоты. Как говорят на севере, если ты не лидер, то вынужден смотреть под хвост впереди бегущей собаки. Для сохранения лидерской роли в этом направлении нужно еще глубже исследовать процессы на суше и шельфе, приводящие к усилению парникового эффекта. Климатическая система потому и называется системой, что в ней много компонентов, роль которых можно понять только путем комплексных исследований на мировом уровне, – говорит Игорь Семилетов.
– А последствия для экономики кто-нибудь просчитывал?
– Оценки, опубликованные за последние 10 лет в ведущих научных журналах уровня Nature по мотивам наших исследований (и только по подводной мерзлоте!), сходятся на максимальной цифре до 65 трлн долларов. Это объем мировой экономики, то есть вдумайтесь: в случае экстремального развития событий мировой ущерб будет равен сумме, которую зарабатывают все страны за год. Минимальная оценка ущерба – 8 трлн долларов. Как видно, цифры сильно расходятся, поэтому даже уточнение этой оценки имеет важное социально-экономическое значение для всей планеты.
Чтобы понять, будет реализован экстремальный сценарий или нет, нам нужно проводить массированные ежегодные исследования. Так что наш консорциум рассматриваем как начало создания другой, более крупной национальной программы – основанной не только на энтузиазме ученых, объединенных общими целями в условиях очень ограниченного финансирования, а на приоритетах правительства нашей страны. А в перспективе – и на приоритетах всего международного сообщества, интерес которого проявляется в участии ряда университетов из 5 стран в совместных исследованиях, результаты которых были опубликованы в десятках статей в известных международных изданиях.
Многие наши западные коллеги считают, что одним из путей выхода из сложной современной геополитической ситуации являются совместные исследования в малоизученной области климатологии – в области количественной оценки роли деградации подводной и наземной мерзлоты в вовлечение гигантского запаса ранее замороженного органического вещества в современные биогеохимические циклы, что проявляется в изменении баланса основных парниковых газов, и труднопредсказуемых климатических изменениях. Другими словами, это направление исследований может стать объединяющим фактором при формировании нового миропорядка, где роль России как великой державы должна быть усилена лидерством в области понимания функционирования климатической кухни нашей планеты в Арктическом регионе.
Текст: Елена Тайлашева при участии портала Tomsk.ru