«Человечество сейчас проводит глобальный геофизический эксперимент, равных которому не было в прошлом и никогда не будет в будущем. В течении всего нескольких столетий мы возвращаем в атмосферу и океаны углерод органического происхождения накопленный в осадочных породах за сотни миллионов лет.»
Р. Ревел и Г. Сюс, Europhysics News, vol. 27 (1996) p.213
Глобальное потепление - общие сведения и прогнозы.
Этот фактор - постепенное таяние вечной мерзлоты под воздействием происходящего потепления климата. Для страны, на 60% площади которой распространена вечная мерзлота, это очень важный фактор, влияющий на ее связность.
Современное потепление объясняется ростом парникового эффекта, который можно описать следующим образом:
1) падающее солнечное излучение (основная энергия которого сосредоточена в видимом диапазоне длин волн) частично отражается атмосферой, частично пропускается к поверхности Земли (после частичного рассеяния и поглощения атмосферой);
2) дошедшее до поверхности Земли солнечное излучение частично сразу отражается, частично поглощается и нагревает ее;
3) далее эта энергия переизлучается земной поверхностью обратно в космос в более длинноволновом, инфракрасном диапазоне (так как температура поверхности Земли много меньше температуры на которой излучает Солнце, что определяется расстоянием между ними);
4) но в этом диапазоне длин волн излучение значительно поглощается парниковыми газами атмосферы (в видимом диапазоне они практически не поглощают);
5) в дальнейшем молекулы парниковых газов переизлучают поступившую энергию по всем направлениям, и половина инфракрасного излучения возвращается обратно к поверхности Земли, дополнительно нагревая ее;
6) в ходе этих процессов происходит и нагрев атмосферы, ее нижних слоев.
По существующим прогнозам МГЭИК, основанным на моделировании изменений климата под воздействием антропогенного роста содержания парниковых газов в атмосфере, к концу нынешнего столетия средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,4 до 5,8 °С, по сравнению с 1990 г. (26) (не стоит забывать что к этому моменту она уже увеличилась приблизительно на 0,6°С (плюс-минус 0,2 °С) по сравнению с прошлым веком). Однако к прогнозам этим подходить надо довольно осторожно - современное моделирование климатических изменений имеет существенные недостатки. Прежде всего, довольно часто это недостаточность и невысокая точность исходных данных. Так, например, если говорить только о парниковых газах, то потоки некоторых из них в атмосферу в результате сжигания горючих полезных ископаемых известны с точностью до процентов, а вот обмен ими между атмосферой и другими природными резервуарами известен существенно хуже. Большие сложности вызывает и само моделирование. В связи с огромной сложностью климато-экологической системы, чрезвычайно трудно осуществить качественное моделирование с учетом всей ее сложности, всех значимых обратных связей.
В случае повышения средней температуры поверхности Земли на несколько градусов, температура в высоких широтах растет существенно сильнее, в то время как в низких - медленнее. Это известно благодаря палеоклиматическим данным, и подтверждается современными наблюдениями. Так, в наиболее теплые эпохи за последние полмиллиарда лет (т.е. на протяжении фанерозоя), средняя температура поверхности Земли была выше современной (около +15 °С) приблизительно на 10-15 °С. А разность температур на экваторе и на полюсе в это время уменьшалась даже до 20 °С и менее (27), что значительно меньше современного значения (почти в два раза).
Уменьшение градиента температур между экватором и полюсом в результате общего потепления объясняется изменением меридионального теплопереноса в гидросфере и атмосфере (прежде всего в атмосфере, в значительной части за счет усиления испарения в низких и средних широтах, и конденсации влаги в высоких широтах, что охлаждает теплые регионы и приводит к потеплению холодных). Важным фактором является и исчезновение ледяного покрова в теплые эпохи, а значит и увеличением доли поглощенной солнечной энергии в данных регионах (из-за снижение альбедо). Ледяной покров способствует охлаждению как общепланетарного климата, но в еще большей степени местного, и уменьшение ледяного покрова снижает его охлаждающее влияние. Охлаждение общепланетарного климата современным оледенением Арктики и Антарктики только лишь за счет отражения солнечного излучения составляет около 2 °С (28). Кроме того, лед на поверхности океана препятствует теплообмену между относительно теплыми сейчас водами океана и более холодными приповерхностными слоями атмосферы. Также над наиболее крупными оледенениями планеты практически не работает парниковый эффект от водяного пара (он выморожен) - самого главного на сегодняшний день парникового газа.
Таким образом, изменение температуры в высоких широтах в результате потепления, оказывается существенно выше, чем среднее изменение по планете. Так, ближе к концу мелового периода, среднегодовые температуры на палеоширотах 65-82o с.ш. составляли 7-13 °С, при небольших сезонных колебаниях, что сходно с современным термическим режимом Крыма (29), а на экваторе в то же время температура отличалась от современной незначительно (на пару-тройку градусов). Даже относительно небольшое глобальное потепление первой половины ХХ века (по сравнению с концом ХIХ века) - около 0,6°С, вызванное, вероятно, прежде всего снижением вулканической активности и уменьшением потока в атмосферу сульфатного аэрозоля (отражающего солнечное излучение), привело к увеличению зимних температур в районе Гренландии и на Шпицбергене на 5-9 °С (летние температуры менялись существенно меньше) и повышению температуры мерзлой толщи на 1,5-2 °С (27). Произошло тогда и уменьшение площади морских льдов на 10% (28). В дальнейшем, после восстановления обычной вулканической активности в 40-х годах, произошло снижение температуры, не достигнув, однако своего первоначального значения.
В настоящее время, анализ температурных изменений на территории Сибири за 1955-1990 гг. показывает уверенную тенденцию к потеплению, со скоростью от 0,2°С/10 лет до 0,5°С/10 лет в зависимости от территории (30) (наиболее быстрые изменения на - севере Западной Сибири и в Якутии). Более поздние данные MГЭИК за период 1974-2000 гг. дают тренды потепления в северных широтах местами до 0,8-1,0°С/10 лет (26). Вообще же потепление нижних слоев атмосферы в Северной Америке и в Европе последние десятилетия идут со скоростью 0,3°С/10 лет и 0,4°С/10 лет соответственно, а в районе экватора менее 0,1°С/10 лет (26). Уменьшение площади морского оледенения Арктики в 90-х годах по сравнению с 50-ми уже составило 10-15%, кроме того, ледяной покров стал значительно тоньше (на 40%), причем всего лишь за последнее десятилетие (26). В последние годы вновь отмечаются значительные зимние положительные аномалии (от 6°С до 9°С) в Арктике, в частности в районе Шпицбергена. Особо стоит отметить значительные летние положительные аномалии последних лет - так в Сибири в июле и августе 2001 года они достигали 2-5 °С (31), причем эта ситуация характерна не только для этого года, но и вообще для последних лет. Летние положительные аномалии важны тем, что благодаря именно им происходит оттаивание многолетней мерзлоты и переход ее в однолетнюю. В частности, если затрагивать морское оледенение, то согласно расчетам Будыко, при положительной аномалии летних температур в Центральной Арктике около 4°С в течении 4 лет, бОльшая часть многолетних льдов Северного Ледовитого океана превратилась бы в однолетние (27).
Существует ряд работ, дающих прогноз изменений в вечной мерзлоте на территории Сибири на протяжении нынешнего столетия, которые мы разберем ниже.
Умеренный прогноз деградации вечной мерзлоты в первой половине нынешнего столетия.
А.В.Павлов, Г.Ф.Гравис (32) исходят из прогноза повышения среднегодовой температуры воздуха на севере России к 2020 году на 0,9-1,5°С и к 2050 году на 2,5-3°С, основываясь при этом на анализе нынешних трендов температур по данным метеонаблюдений и их экстраполяции на будущее. Температуры поверхности пород в Сибири, по прогнозам этих авторов, могут местами подняться максимум на 1,4°С к 2020 г. и 2,3°С к 2050 г. Вместе с тем, до 2020 года глубина сезонного протаивания увеличится незначительно, на пару дециметров в песках, а в глинах и торфах и того меньше. К 2020 году повсеместно протаивать будет только мерзлота Западно-Сибирской низменности, где в настоящее время встречаются только острова многолетней мерзлоты, приуроченные к торфяникам. После их оттаивания граница вечной мерзлоты отступит приблизительно на 300 км, а в местах таяния мезрлых торфяников будут происходить значительные просадки поверхности, но в связи с небольшой распространенностью вечномерзлых торфянников, серьезного ущерба человеческой деятельности не произойдет. Однако ситуация значительно усугубится в следующих десятилетиях.
Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты к 2020 и 2050 гг. по А.В.Павлову, Г.Ф.Гравису (32)
На карте, составленной этими авторами, к 2050 году таяние вечной мерзлоты затронет уже обширные пространства (выделено темно-серым цветом). В эту область входят две подзоны - с полным протаиванием существующих ныне островов и небольших массивов многолетней мерзлоты, современная температура которых не ниже -1°С, и локальным протаиванием более холодных пород (современная температура которых лежит в пределах от -1°С до -5°С). Глубина сезонного протаивания к этому времени увеличится на 15-33%. В целом, с учетом областей полного и локального протаивания, сдвиг границы вечной мерзлоты для европейской части России составит 50-200 км, Западной Сибири - 800 км и Восточной Сибири - 1500 км. Разрушение вечномерзлых пород будет усиливаться осадками, которые по мнению авторов, возрастут на 10-15% к 2050 году.
Стоит отметить, что прогнозируемые в данной работе (32) повышения температуры в Сибири к 2020 и 2050 годам (0,9-1,5°С и 2,5-3°С соответственно) довольно малы и с учетом зависимости роста температуры от широты соответствуют нижней области оценок потепления в последних прогнозах МГЭИК (26) - рост общепланетарной температуры по этим прогнозам за периоды 1990-2025гг. и 1990-2050гг. составит 0,4-1,1°С и 0,8-2,6°С соответственно. Если привести палеоклиматическую аналогию, то потепление общепланетарной температуры на 2°С должно вызвать потепление в высоких широтах приблизительно на 4°С, как это было во время рисс-вюрмского межледниковья около 125 тыс. лет назад. При этом в Сибирской Арктике потепление может достигнуть 6°С и даже выше - на Таймыре, к примеру, во время этого межледниковья температура была выше нынешней на 8-10°С, что, кстати, проявилось в интенсивной деградации мерзлоты там (33). В последних модельных расчетах МГЭИК в некоторых сценариях (А2) прогнозируется повышение среднегодовой температуры к периоду последних 30 лет нынешнего столетия на широтах 60-80° с.ш. на 8-10 °С (26).
Так что, для прогнозов деградации вечной мерзлоты на основе верхней области оценок возможного потепления к 2050 году можно привлечь работу Э.Д.Ершова (34), в которой исследуется вопрос разрушения вечной мерзлоты при потеплении в Сибири на 4-8°С. Хотя реальная картина деградации вечной мерзлоты и будет несколько отличаться от расчетов - в данном сценарии потепления предполагается что такое повышение температуры будет достигнуто в Сибири только к концу нынешнего века (стоит учесть, что эта работа была написана в 1990 году).
Прогноз деградации вечной мерзлоты
при потеплении в Сибири на 4-8 °С.
Работа Э.Д. Ершова (34) основывается на моделировании процесса деградации многолетней мерзлоты с учетом потепления климата на 4-8°С на территории криолитозоны России к концу столетия. Расчеты показывают, что при тренде потепления порядка 0,06°С/год, скорость оттаивания мерзлого торфа составит около 6 см/год, суглинка 13 см/год, а песка все 20 см/год. При такой скорости протаивания к концу срока, глубина его в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около -0,5°С может достигнуть 22 м в песках и 14 м в суглинках, а в местах с начальной температурой вечной мерзлоты около -2°С глубина оттаивания составит соответственно 16 м и 10 м. Начало протаивания в первом случае начнется в первом десятилетии потепления, а во втором случае ближе к середине рассматриваемого периода.
Ершовым была составлена карта состояния криолитозоны к концу рассматриваемого периода, которую можно увидеть ниже.
Прогнозная карта деградации вечной мерзлоты по Э.Д.Ершову (34)
Для просмотра увеличенного изображения, кликните по картинке.
На данной карте наибольший интерес представляют области 1-2, где вечная мерзлота исчезнет полностью, либо повсеместно оттает с поверхности. Стоит обратить внимание и на область 3, где вечная мерзлота хотя и будет широко представлена, но будет носить островной характер. Как видим, область значительной, а то и полной деградации вечной мерзлоты достигнет широты 700, и площадь сплошной вечной мерзлоты составит приблизительно всего одну пятую часть от современной, что сходно с ситуацией межледниковья 125 тыс. лет назад. Стоит подчеркнуть, что используемый Ершовым сценарий потепления предполагает рассматриваемый рост температуры в высоких широтах в течении ста лет, в то время как исходя из последних прогнозов МГЭИК, этот рост может осуществиться всего за полстолетия (а с учетом еще некоторых положительных обратных связей и того быстрее - см. последнюю главу).
Итак, как мы видим, в первой половине текущего столетия произойдет весьма существенное таяние вечной мерзлоты в Сибири. По минимальному сценарию, первые пару десятилетий таяние вечной мерзлоты будет довольно незначительным, преимущественно в Западно-Сибирской низменности, и основные проявления его дадут о себе знать во второй четверти столетия. По адаптированному второму сценарию, весьма, кстати, вероятному, все произойдет значительно быстрее и сильнее, и уже в ближайшие пару десятилетий следует ожидать существенных изменений в криолитозоне России, а к середине столетия либо несколько позже, от вечной мерзлоты России останутся жалкие остатки - около одной пятой от современной ее площади.
Чем грозит столь значительное таяние вечной мерзлоты? В самом начале этой части упоминалось, что сейчас 60% территории России занимает вечная мерзлота. На вечной мерзлоте стоят множество городов и поселков Восточной и Западной Сибири, проложены нефте- и газопроводы, автомобильные и железные дороги (например, 80% Амурской ж/д проходит по вечной мерзлоте), линии электропередач и коммуникаций. Просадка земной поверхности, затопление и заболачивание многих участков местности, на которых расположены искусственные сооружения, разрушение фундаментов и опорных конструкций - вот что будет проявляться при таянии вечной мерзлоты. Таким образом, потребуются очень серьезные усилия, огромные финансовые и людские ресурсы, чтобы ликвидировать последствия таких изменений. Фактически речь пойдет о том, что многие населенные пункты и промышленные предприятия придется большей или меньшей частью отстроить заново, заново проложить большую часть нефте-, газопроводов и дорог, причем иногда не единожды.
Упомянем только один частный случай - нефтепроводы. Они, как и большая часть нынешней российской инфраструктуры, уже сейчас пребывают в довольно плохом состоянии - около 37% протяженности магистральных нефтепроводов в эксплуатации уже свыше 30 лет, только около 20% эксплуатируются менее 10 лет. По оценкам «Транснефти», только на текущий ремонт этих нефтепроводов уже сейчас, безо всякого учета грядущего таяния мерзлоты, необходимо затратить около 6,5 млрд. долларов на протяжении ближайших пары десятков лет (причем сама Транснефть с полным финансированием этих работ не справляется и привлекает сейчас нефтедобытчиков). Строительство же одного нового магистрального нефтепровода имеет стоимость порядка единиц миллиардов долларов.
Для того чтобы ликвидировать последствия таяния вечной мерзлоты в Сибири, вполне можно готовится к дополнительным многомиллиардным ежегодным затратам уже в следующем десятилетии, а во второй четверти нынешнего столетия речь, вероятно, речь пойдет уже о десятках миллиардов в год дополнительных затрат. Справится ли Россия с этой проблемой? Если не справится - то фактически будет отрезана от основной части Сибири, потеряв и территории и ресурсы. В таком случае следует ожидать нового самоопределения этих территорий и безусловного перехода их к Китаю.
Совсем кратко можно упомянуть то, что стоило бы сделать, чтобы не допустить потери восточных регионов России по каким либо из причин, описанных выше. Насколько это реально в современных условиях - вопрос другой.
Конечно, как минимум, необходимо не допустить дальнейшего ухудшения состояния и мощности ядерных сил России, ввиду того, что конфликт с Китаем, на почве доступа к российским углеводородам, довольно вероятен, и вполне может перерасти в военный, в том числе и с применением ядерного оружия, ввиду низкой чувствительности Китая к людским потерям, и того, что он может быть поставлен в безвыходную ситуацию действиями США по монополизации основных нефтяных запасов мира. Необходимо восстановление боевого потенциала и обычных вооружений, хотя бы частичного.
И увеличивающееся китайское присутствие в Сибири, и необходимость начала работ по восстановлению и перестройке сибирской инфраструктуры из-за разрушений от таяния вечной мерзлоты уже в следующем десятилетии, требует значительного увеличения населения Сибири в ближайшие пару десятков лет. Речь может пойти даже о нескольких десятках миллионов человек. Удовлетворить эти потребности полностью российским населением, да еще учитывая нынешнюю демографическую ситуацию совершенно нереально, даже при создании значительных стимулов для переселения. Большую часть переселенцев могли бы составить русские и русскоязычные из бывших советских республик. Так русских в Ближнем Зарубежье порядка 24 млн. человек, немало настроенных лояльно к России и представителей иных национальностей. Вместе с тем, в настоящее время для такого переселения в Сибирь не только почти нет стимулов, но и создаются максимум препятствий недавно принятыми законами «О гражданстве» и «О правовом положении иностранца в России» (особенно последним), которые способствуют выдавливанию даже тех, кто уже находится на территории России (в Восточной Сибири их вообще мало, но в Западной ситуация уже другая).
Даже если окажется невозможным переселение пары десятков миллионов человек на территории Восточной и Западной Сибири, как минимум, дополнительно несколько миллионов человек в Западной Сибири обеспечить необходимо - без этого Россия потеряет и ее, и останется практически вообще без основных источников энергии.
Финансовую нагрузку, которая ляжет в ближайшем будущем на Россию вследствие деструктивных процессов в вечной мерзлоте, частично могла бы облегчить Западная Европа, так как перспектива остаться без российских газа и нефти, да еще в условиях возможного ограничения доступа к углеводородам Персидского залива, явно не обрадует западноевропейцев.
Как видно уже сейчас, встающие перед Россией проблемы, потребуют значительных изменений, и выше были перечислены только некоторые из них. В принципе, даже успешная их реализация, возможно не сможет предотвратить потери некоторых территорий, приграничных с Китаем, однако если не пытаться минимизировать потери, Россия утратит и Восточную, и, весьма вероятно, и Западную Сибирь.
В заключении стоит заметить, что вполне возможно, реальная картина будущих событий будет в большей или меньшей степени другой. Ниже, в Особом дополнении, рассмотрены некоторые факторы, способные существенно повлиять на дальнейший ход событий и привести к значимым отличиям реальности от представленных выше прогнозов уже в следующем десятилетии, не говоря уже о более поздних сроках.
Особое дополнение.
Недостатки современных климатических моделей МГЭИК. Обратные связи в климатической системе.
Уровень глобального потепления может быть выше оценок, приводимых МГЭИК, и значительно более серьезными могут быть его последствия, причем отнюдь не только для России, но и всего мира. Стоит рассмотреть этот вопрос подробнее.
Следует сразу заметить, что расчеты МГЭИК основываются в основном на учете роста парникового эффекта за счет антропогенного выброса парниковых газов, с учетом некоторого его снижения за счет выбросов тропосферных сульфатных аэрозолей, что также происходит благодаря человеческой деятельности. К сожалению, в современных моделях, используемых МГЭИК пока еще практически не учитываются некоторые мощные обратные связи в климатической системе, ее нелинейный характер, что объясняется очень большой сложностью в построении моделей с их учетом и потому проблема исследована еще мало: “…в очень небольшом количестве исследований рассматриваются динамические ответные реакции на постоянно возрастающие концентрации парниковых газов” (35). В будущем они вероятно будут учтены, и конечно отразятся на прогнозных оценках повышения температуры. Пока же стоит учесть предупреждения, опубликованные во Втором докладе МГЭИК об оценках изменения климата: “…по всей вероятности, реальный ход событий будет включать сюрпризы и неожиданные быстрые изменения” (35).
Рассмотрим некоторые положительные и отрицательные обратные связи, в том числе и те, которые практически пока еще не учитываются МГЭИК, но все они могут серьезно повлиять на реальное повышение температуры в дальнейшем.
1. Сначала стоит выделить рост содержания водяного пара в атмосфере, последствия чего довольно неоднозначны и учет их весьма сложен (см. этот и следующий пункт). Как известно, главным парниковым газом на сегодняшний день является водяной пар, дающий около 62% от всего парникового эффекта, прежде всего благодаря своему высокому содержанию в атмосфере по сравнению с другими парниковыми газами (около 0,3%) и наличию широких мощных полос поглощения в инфракрасной области спектра. Прямое антропогенное влияние на его содержание довольно мало, сводится к росту площади орошаемых земель и работе энергетики, что на фоне испарения со всей водной поверхности планеты и вулканической деятельности малозаметно, и потому обычно не учитывается. Однако рост температуры благодаря антропогенным выбросам углекислого газа, метана и пр., вызывает и увеличение испарения с водных либо увлажненных поверхностей, а значит и дальнейший рост парникового эффекта. Увеличение содержания водяного пара в атмосфере приводит и к увеличению его конденсации в высоких широтах, благодаря чему там выделяется больше конденсационного тепла. А значит должны усиливаться в том числе и процессы разрушения мерзлоты.
Также вода в атмосфере в некоторой степени способствует выводу из атмосферы углекислого газа - часть его растворяется в воде и осадками переносится на поверхность, однако стоит отметить что этот механизм работает только в нижних слоях атмосферы, к тому же при потеплении растворимость углекислого газа в воде падает.
2. С факторами потепления и изменения содержания водяного пара в атмосфере тесно связана проблема изменения альбедо планеты, т.е. изменения доли отраженного обратно в космос солнечного излучения. Потепление очевидно сокращает площадь оледенения, что вполне заметно уже сейчас - площадь оледенения (прежде всего морского - в Северном ледовитом океане) и снежного покрова уменьшилась приблизительно на 10-15% за последние десятилетия (26). Причем сокращение площади морского льда должно сильно влиять на термический режим этих мест, прежде всего в холодное время года - поток тепла от более теплых нежели атмосфера океанических масс не задерживается таким неплохим теплоизолятором как лед. В то же время увеличение с потеплением количества осадков в высоких широтах, в зимнее время должно увеличивать и количество выпадающего снега там. Вероятно в условиях столь быстрого потепления будет расти преимущественно толщина снежного покрова, нежели его площадь. Рост же толщины снежного покрова уменьшит теплоотдачу поверхности суши холодной атмосфере в зимний период, что еще более усугубит ситуацию с вечной мерзлотой и будет способствовать ее деградации.
Вместе с тем даже таяние оледенения со всей поверхности планеты (что произойдет довольно нескоро, таяние Антарктиды продолжится многие сотни лет, а то и более) приведет к дополнительному потеплению за счет изменения альбедо всего на 2 oС (28). Правда таяние значительной части (а уж тем более всей) ледовой массы приведет к повышению площади водной поверхности (что будет способствовать росту содержания водяного пара в атмосфере), а также кардинальной перестройке всей океанической циркуляции, что также окажет влияние на климат (частично об этом чуть ниже).
Увеличение глобальной температуры и рост содержания водяных паров приводит и к увеличению облачности, правда небольшому (около 0,4% на 1оС потепления), а значит и к увеличению альбедо (доли отраженной солнечной энергии). Однако облака дают весьма двойственный эффект, отражая и солнечное излучения идущее сверху, и поглощая и переизлучая инфракрасное излучение, идущее снизу, и в разных условиях вклады этих процессов в формирование температуры различны. Эффекты «облачного жалюзи» особенно хорошо заметны летним днем и зимней ночью. Противоположный эффект на потепление облака оказывают (при частичной облачности в дневное время суток) и в зависимости от высоты своего расположения.
На альбедо влияет и выброс сажевых частиц из-за хозяйственной деятельности человека - благодаря выпавшей саже отражательная способность снега падает до 80%, а в индустриальных районах до 30%, кроме того происходит поглощение солнечной энергии сажей в атмосфере - если в чистых районах поглощение сажевыми частицами составляет около 1-3%, то в областях с высокой задымленностью может достигать 30% (36). К разогреву поверхности приводит присутствие сажевых частиц на низких высотах, в то время как на высоких они могут оказать обратный эффект (знаменитые расчеты «ядерной зимы» описывают именно такой случай), однако в обычной хозяйственной деятельности речь идет как раз о выбросе на низкие высоты. В связи с возможным резким увеличением потребления угля в случае перехода в «постнефтяной мир» (что для многих стран может наступить уже в ближайшие десятилетия), выбросы сажи возрастут значительно - уголь их дает намного больше чем нефтепродукты.
3. К серьезным последствиям приведет и перестройка океанической и атмосферной циркуляции. В качестве частного случая стоит упомянуть Гольфстрим и Северо-Атлантическое течение, определяющие довольно теплый климат Европы. В настоящее время холодные и соленые воды Северной Атлантики, обладая достаточной плотностью, опускаются в глубины океана, перемещаясь к южным широтам, а теплые и легкие, менее плотные воды, формирующиеся вблизи экватора, выталкиваются на север, перемещаясь по поверхности океана. Вследствии потепления и таяния оледенения, а также увеличения количества атмосферных осадков, приносимых с юга (см. выше), в высоких широтах происходит увеличение поступления пресных вод в Северную Атлантику, соленость, а значит и плотность холодных вод падает, и благодаря этому происходит блокировка теплого течения Гольфстрима. Остановка, либо значительное замедление этого течения приведет к локальному похолоданию в Европе приблизительно на 5-10оС. Однако при таком развитии событий не будет происходить и формирование мощных зимних антициклонов (областей повышенного давления) на материках, что улучшит атмосферный теплоперенос в высокие широты. В нашем случае важно то, что значительно ослабнет тот же зимний Сибирский антициклон, который уже не будет мешать переносу тепла атмосфере и разогреву северных регионов России.
Возвращаясь к Гольфстриму и Северо-Атлантическому течениям, стоит заметить, что результаты расчетов по одним моделям показывают значительное замедление Северо-Атлантического течения при потеплении по достижении концентрацией углекислого газа в атмосфере величины, лежащей в пределах от двух до четырех своих доиндустриальных значений (24) (хотя вероятно имеется в виду эквивалент концентрации СО2 по всем парниковым газам), т.е. может произойти уже к концу первой половины столетия, согласно сценариям выбросов МГЭИК (37). Другие модели показывают постепенное замедление этого течения при постоянном росте концентрации углекислого газа на 1% в год (таков этот рост в настоящее время), и полное ее прекращение, если концентрация углекислого газа превысит свою доиндустриальную величину в 2,6 раза. При более быстром росте (что верно уже для ближайшего будущего, в связи с довольно быстрым наращиванием роста потребления энергии), разрушение Северо-Атлантического течения происходит уже при концентрации углекислого газа в атмосфере, превышающей доиндустриальную в 2,3 раза. Еще одно исследование показывает что уже в период 2000-2030гг. может произойти уменьшение общего атлантического переноса на 25% и полное отключение циркуляции в Лабрадорском море (которое является одним из двух крупнейших центров формирования глубинных холодных вод) (24).
Другой стороной изменения океанической циркуляции является то, что теплые воды уже не будут быстро выносится из теплых низких широт в холодные высокие, и за счет сильного и длительного испарения соленость, а значит и плотность поверхностных вод будет повышаться, что приведет к их опусканию в глубины. В результате существенно ускорится прогревание глубинных слоев Мирового океана, что в свою очередь значительно усилит такие процессы, способствующие потеплению, как выделение в атмосферу растворенного в Мировом океане углекислого газа и разрушение метангидратных залежей (см. ниже). В настоящее время уже зафиксировано потепление глубинных вод Средиземного моря (38), правда пока еще очень слабое.
4. Одину из самых сильных положительных обратных связей между содержанием углекислого газа и метана атмосфере и процессом потепления определяет растворимость их в Мировом океане, причем прежде всего растворимость углекислого газа (растворимость же метана в воде мала). При потеплении растворимость углекислого газа падает, причем довольно серьезно - например, при повышении температуры воды с 5 до 10 oС, коэффициент растворимости углекислого газа в ней уменьшается с 1,42 до 1,19 (данные для пресной воды) (39). Всего в Мировом океане растворено около 4х104 Гт (гигатонн) (40) углекислого газа в пересчете на углерод - для сравнения в атмосфере его сейчас 7,5х102 ГтУ (24), т.е. в гидросфере его больше приблизительно в 50 раз. В первую очередь при потеплении затрагиваются верхние слои Мирового океана (в среднем приблизительно до глубин последние десятки - первые сотни метров), где хорошо работает вертикальная конвекция и позволяет достаточно быстро произвести изменения в температуре этих слоев и содержании в них углекислого газа. В этих слоях содержится всего несколько процентов от всего углекислого газа в гидросфере (т.е. сопоставимо с его атмосферным содержанием), обмен же углекислым газом между верхними и глубинными слоями имеет большое характерное время порядка 500-1000 лет и потому казалось бы прирост углекислого газа в атмосфере от уменьшения его растворимости будет в первые десятилетия и даже столетия заметным, но не катастрофически сильным. Однако в случае изменения системы циркуляции в Мировом океане (как мы видели ранее, это возможно уже в ближайшие десятилетия), нагретые осолоненные воды теплых широт начнут опускаться в глубины, ускоряя их прогрев и способствуя массовому выбросу углекислого газа в атмосферу.
Такая ситуация уже бывала в истории Земли, во времена теплых эпох (термоэр). И содержание углекислого газа в атмосфере было много выше сегодняшнего, например в мезозое оно превышало современное приблизительно в 6-10 раз (28), выше очевидно было и содержание водяного пара. Вместе с тем глобальный климат тогда был теплее современного всего приблизительно градусов на 10. Это обуславливалось более низкой тогда светимостью Солнца, а значит и меньшим притоком энергии к планете. Известно что с тех пор светимость Солнца выросла приблизительно на 4%, а это весьма немало для влияния на климат. И увеличение в будущем содержания углекислого газа до таких же величин что и в мезозое (что вполне может быть достигнуто довольно быстро после начала процесса массового выброса углекислого газа из океана в атмосферу) приведет уже к большему увеличению температуры.
5. Однако самым опасным явлением можно считать разрушение залежей метангидратов, что может повлиять на климат очень быстро и очень сильно. Метан - сильный парниковый газ, его способность поглощать инфракрасное излучение в 21 раз выше таковой у углекислого газа (на единицу массы). Метан, в совокупности с некоторыми другими газами, постепенно закрывает еще остающийся после действия водяного пара и углекислого газа «островок прозрачности» в спектре поглощения земной атмосферы (900-1200 см-1).
Содержание метана в атмосфере растет довольно быстро - с начала индустриального периода оно выросло приблизительно на 150%, в то время как содержание углекислого газа выросло всего на 30% (26) (у обоих газов скорость роста концентрации была довольно мала до второй половины ХХ века и значительно возросла в последние десятилетия). В 2000 году радиационный форсинг от изменения концентрации метана в атмосфере составлял 0,5 Вт/м2 (треть от радиационного форсинга антропогенных выбросов углекислого газа) (26), но это объясняется небольшим пока еще содержанием метана в атмосфере (хотя и довольно быстро растущим) - около 5 Гт. Под действием человеческой деятельности рост содержания метана в атмосфере будет продолжаться, к 2100 году содержание может удвоиться по сравнению с 1990 г. (по некоторым сценариям выбросов) (26), однако несравненно большее его количество может поступить от реакции некоторых его природных резервуаров на потепление. Так, в результате повышения температуры увеличивается интенсивность микробиологических процессов, в ходе которых происходит выделение метана, приблизительно на 10% на каждый градус потепления в данной местности. Это важно для таких источников метана как болота, рисовые поля.
Но особенно важным фактором во влиянии на климат могут оказаться залежи метангидратов в глубинах Мирового океана (лежащих обычно на глубине от нескольких сотен метров и ниже) и в вечной мерзлоте на суше.
Метангидраты - это фактически тот же лед, в котором в каркасах молекул воды за счет действия ван-дер-ваальсовских сил присутствуют еще молекулы метана (химическое взаимодействие отсутствует). Залежи метангидратов огромны - около 1019 г (41), т.е.104 Гт. Значительная часть метангидратов находится в метастабильном состоянии и подвергаются опасности разложения при небольшом повышении температуры (порядка одного-нескольких градусов) - это прежде всего метангидраты в зонах вечной мерзлоты и особенно отложения континентальных арктических шельфов (42). Вместе с тем перестройка океанической циркуляции, о которой говорилось выше, и вследствие которой будет происходить опускание теплых вод на глубину, положит начало и разрушению глубинных метангидратов. Однако еще до перестройки циркуляции Мирового океана, только вследствие отклика на современное потепление уже происходит либо начнет происходить в ближайшие годы разрушение некоторой части океанических метангидратов, как свидетельствуют некоторые модельные расчеты (43). Правда, разрушение пока весьма небольшое - потоки метана от этого разрушения должны лежать в пределах 2,6-12,7 Тг в год (44) (т.е. 0, 0026-0,0127 Гт/год), что составит малую добавку к современному общему потоку в атмосферу порядка 0,5 Гт/год. После значимых изменений в системе океанической циркуляции, очевидно, эти цифры станут несравненно выше.
Обязательно стоит учесть и реакцию метангидратов внутриконтинентальных морей, в частности Черного и Каспийского морей. Эти моря будут прогреваться значительно быстрее, нежели Мировой океан (прогрев поверхностных вод уже ощутим). В бассейне Черного моря, вероятно, содержится от 0,25х1014 м3 (45) до 1,0×1014 м3 (46) метана в газогидратах. Для сравнения - все мировые запасы метана в газогидратах, исчисленные в метрах кубических, составляют около 2×1016 м3 (41). Метангидраты есть даже в озерах, например в Байкале.
Единовременное выделение метана из всех его запасов в газогидратах способно увеличить температуру поверхности на первые сотни градусов. Но конечно такого единовременного выделения не будет. По мере поступления в атмосферу, он будет удаляться из нее. Другой вопрос с какой скоростью будет происходить это удаление. Вывод метана из атмосферы осуществляется преимущественно в результате химических реакций в атмосфере, а именно в реакции с радикалом ОН (47). Еще один, более слабый, путь вывода метана из атмосферы это поглощение почвенными бактериями. В настоящее время вывод метана из атмосферы близок к его потоку в атмосферу (около 0,5 Гт/год), благодаря чему при времени жизни молекул метана в атмосфере около 8-12 лет, его содержание сейчас составляет около 5 Гт, как было сказано выше. Вместе с тем, при значительном увеличении потока метана в атмосферу, при интенсивном разложении метангидратов, скорости образования радикала ОН в атмосфере, необходимого для реакции с метаном, может не хватить, и время жизни молекул метана в атмосфере увеличится на порядок, до сотен лет (48). А значит произойдет серьезнейшее накопление метана в атмосфере.
Кстати, при повышении температуры и таянии вечной мерзлоты, заметно увеличится и поток углекислого газа в атмосферу, причем выделение тепла при окислении органики будет еще более усугублять разрушение вечной мерзлоты.
Вообще, сейчас сложилась по-видимому уникальная ситуация в истории Земли. Естественные изменения средней глобальной температуры планеты в фанерозое, с амплитудой около 10оС, проходили на протяжении периодов в 100-300 млн. лет (27). После наступления кайнозойской эры, в конце палеогена, уже со времени около 30 млн. лет назад началось явственнне постепенное похолодание климата, около 3 млн. лет назад сменившееся периодическими колебаниями температуры с максимальной амплитудой около 6оС, которые происходили с периодами во многие десятки и сотни тысяч лет. Кстати, все известные залежи метангидратов в мире образовались как раз именно в последние 3 млн. лет (41), очевидно, когда после общего похолодания как раз возникли условия для их образования.
Нынешнее изменение температуры, почти на 6оС, возможно произойдет по прогнозам МГЭИК всего в течении одного нынешнего столетия, т.е. в сотни-тысячи раз быстрее, чем это было ранее. Повышение же на 10оС, произойдут ненамного позже, вероятно в течении первой половины следующего столетия. Если ранее изменения температуры конечно же воздействовали на метангидраты, то они были довольно медленными, и увеличивали поток метана в атмосферу ненамного - при этом, вероятно, он большей частью успевал выводиться из атмосферы и его накопления были весьма низки (изменения концентрации за последние 140 тыс. лет можно посмотреть в (47)). Сейчас же, скорее всего, поток метана от быстрого разложения метангидратов значительно превысит пропускную способность механизмов его вывода из атмосферы, что приведет к самым тяжелым последствиям.
Так что, в случае если указанные обратные связи в климатической системе заработают с достаточной мощностью, и уровень потепления, и его последствия будут весьма отличаться от нынешних прогнозов МГЭИК. И влияние этих факторов станет настолько сильным, что поведет историю по совсем другому пути. Но это уже тема не для данной статьи.
Остальной планеты, и климатологи устали предупреждать, что это ещё больше ускоряет изменение климата. В этом регионе хранятся огромные запасы органического углерода — в основном в форме многолетнемёрзлого грунта и ледяных клатратов, в которых заперт метан (мощный парниковый газ).
Сибирская вечная мерзлота представляет особую опасность. Если едома начнёт таять , её уже не остановить, ибо почвенные микроорганизмы примутся поедать углерод и производить тепло, способствуя дальнейшему таянию. Таяние едомы — это и есть тот самый переломный момент.
И впервые учёные взялись предсказать, когда это произойдёт. Антон Вакс из Оксфордского университета (Великобритания) и его коллеги реконструировали 500 тыс. лет истории сибирской вечной мерзлоты. Мы уже знаем, как в этот период росла и падала среднемировая температура, как ледовые щиты приближались и отступали, так что оставалось лишь смоделировать реакцию на эти процессы сибирского грунта.
На самом деле это не так-то просто, ведь прямых данных на этот счёт нет и надо искать косвенный метод. Поэтому исследователи посетили шесть пещер, расположенных с севера на юг практически на одной линии. Две из них находятся под жаркой пустыней Гоби, ещё три — в районе, где встречаются пятна вечной мерзлоты, а последняя — на краю Сибири в зоне сплошной вечной мерзлоты.
Учёные сосредоточили внимание на сталагмитах, которые растут только при наличии воды в пещере. Если грунт заморожен, воды нет. Таким образом удалось составить летопись изменений температуры над пещерами. И в сáмой северной из них сталагмиты росли только однажды — во время особенно тёплого межледникового периода, 424-374 тыс. лет назад. Среднемировая температура была тогда на полтора градуса выше среднего показателя последних 10 тыс. лет. Иными словами, сегодняшняя вечная мерзлота станет уязвимой, когда глобальное потепление превысит эти самые полтора градуса.
Когда же это произойдёт? С 1850 по 2005 год температура планеты выросла на 0,8 °C, если верить докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата от 2007 года. Даже если завтра человечество прекратит выработку парниковых газов, в течение следующих двадцати лет потеплеет ещё на 0,2 °C. Но этого прекращения, конечно, не случится: выбросы только увеличиваются. Более того, строятся новые электростанции, работающие на ископаемом топливе, а это значит, что мы будем дымить ещё несколько десятилетий как минимум.
Выявлена новая угроза для атмосферы Земли
Вечная мерзлота перестает быть вечной из-за глобального потепления климата. Она тает, высвобождая из своих холодных недр запасы метана, атмосферная концентрация которого, по самым скромным оценкам ученых, за последние 150 лет возросла более чем в 3 раза.
Вообще, главным виновником парникового эффекта и, как следствие, потепления климата априори считался углекислый газ. Но теперь выясняется, что у атмосферы есть и более коварный враг - метан. Насколько значительным может быть влияние 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 далее в атмосферу? Может ли это привести к дополнительному изменению климата и повлиять на экологическую ситуацию на планете? На этот вопрос «МК» попытался найти ответ вместе с учеными. Для чего пришлось съездить в Томск, где в стенах политехнического университета (ТПУ) проходил Международный арктический форум, посвященный проблеме изучения биогеохимических последствий деградации (таяния) вечной мерзлоты в Северном Ледовитом океане.
Климат теплеет — мерзлота тает
Но для начала давайте разберемся, почему о газовых гидратах вообще вспомнили. Еще в 60 е годы советские ученые (профессор Юрий Макогон с соавторами) обнаружили, что метан (СН4) в форме газовых гидратов может существовать в мерзлоте. Основанием для этого открытия стали многочисленные аварии в нефтегазопроводах, где при низких температурах образовывались пробки из гидратов метана.
Если взять это вещество в руки, оно напоминает снежок — спрессованный снег или лед. Но если его поджечь, этот «снежок» будет гореть не хуже газовой горелки. Принято считать, что основные залежи гидратов сконцентрированы в районе арктического шельфа под подводной мерзлотой.
Специалисты сейчас еще только разрабатывают систему его добычи в промышленных масштабах. Члены же международного 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 раскрыли другой потенциал газогидратов: из-за таяния подводной мерзлоты метан вырывается в атмосферу и усиливает парниковый эффект.
Справка «МК»
Из одного кубического сантиметра гидрата метана выделяется 160-180 кубических сантиметров газа, который прорывается на поверхность моря в виде пузырей. Известно множество 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 быстрой дестабилизации гидратов в форме взрывов.
График увеличения оценки годового выброса метана в атмосферу над шельфом морей Восточной Арктики (МВА)
По данным 2014 года — 16 млн тонн.
График, на котором показан рост выбросов метана в атмосферу, выглядит устрашающе. Но только на первый взгляд. Ученые обещают, что даже при концентрации в атмосфере 100 млн тонн метана в год резкого потепления не произойдет. Для климатической катастрофы нужно, чтобы в атмосферу выбрасывалось на 1-2 порядка больше.
Возможно ли это? Стоит ли тогда вообще беспокоиться по поводу метана? Тем более что углекислого газа (СО2) в атмосфере все равно 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 расти быстрее, чем СО2: за последние 150 лет концентрация СН4 в атмосфере возросла примерно в 3 раза. К тому же у метана значительно выше, чему у углекислого газа, радиационная активность (от 20 до 40 раз).
Ученые долго не могли понять, отчего максимально высокие концентрации СН4 регистрируются именно в атмосфере арктического региона (это явление получило название «арктический максимум атмосферного СН4»). Сначала думали, что всему виной термокарстовые озера (озера, образовавшиеся в результате проседания грунта на месте протаивания подземных льдов) и болота. Арктические моря в качестве подозреваемых вообще не рассматривались. А зря!
«Слоеный пирог» Арктики
Чтобы найти «улики», с конца 1990 х российские ученые организовали и выполнили 30 экспедиций по Северному морскому пути. Сначала — на гидрографических судах архангельской гидробазы, затем еще лет пять ходили на малых судах водоизмещением меньше 100 тонн, заходя на них в такие мелководные районы, куда ни одно научно-исследовательское судно океанического плавания зайти не может. Однако исследования на малых судах пришлось прекратить: из-за сокращения ледового покрова Северного Ледовитого океана в морях восточной Арктики (МВА) ветра стали достигать ураганной силы. «Как-то осенью наше судно, вынужденное встать на два якоря, волнами и ветром протащило за одни сутки на расстояние 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 судна «Яков Смирнитский», организованная лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН совместно со Стокгольмским и Гетеборгским университетами. В 2011 м группой Шаховой-Семилетова были начаты первые буровые работы в море Лаптевых, на так называемом припайном льду (неподвижном льду вдоль морских берегов), где уже пробурено 17 скважин. Целью этих работ был отбор глубоких (насколько это возможно) донных отложений для изучения закономерностей распределения и скоростей таяния подводной мерзлоты в прибрежной зоне моря Лаптевых, метанового потенциала мерзлоты и геологического контроля выброса метана.
Игорь Семилетов. Фото: Игорь Семилетов.
«Полученные нами предварительные результаты оказались крайне интересны, — поясняет Семилетов. — 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 настоящий «слоеный пирог» из талых и мерзлых пород и микроканьон абсолютно непонятного пока происхождения, который залегает на глубинах морского дна порядка двух-трех метров. Ранее считалось, что его там быть не должно, ведь там лед практически смерзается с осадком, мерзлота в этом месте стабильна... Осенью мы обнаружили мощные выбросы метана из этого микроканьона, которых не оказалось зимой. О чем это говорит? О просачивании глубинного газа. Отмечу, что мы говорим о предварительных результатах, которые требуют более детального изучения, что мы и планируем провести в 2017-2018 годах».
«Мы с медведями мирно жили»
Работать в экспедициях, выполненных в период с середины 1990 х до настоящего времени, приходилось и в зимнее, и в весеннее время. Где в эти периоды не могло пройти гидрографическое судно, помогал санно-тракторный поезд.
Участник ряда 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. Ветер и мороз до 40 были не самыми главными препятствиями для получения научных результатов...
«Начинается подготовка зимней экспедиции, как правило, с планирования и подбора снаряжения и оборудования, — рассказывает Тумской. — Затем все это мы забрасываем в Тикси — либо по реке, либо самолетами. Собравшись вместе в Тикси, формируем санно-тракторный поезд: тягачи, самоходная буровая установка на гусеничном ходу, буксируемые домики (установленные на стальные сани) для работы и проживания людей, буровое оборудование, провиант в виде замороженных оленьих туш, рыбы, молока, чая, кофе. Пища на севере должна быть жирной, и тогда никакой холод не испугает».
В таком составе до места бурения скважин поезд обычно движется десятки, а порой и сотни километров. Сама дорога занимает у полярников несколько дней: техника тяжелая, лед всторошенный (торосы — это нагромождение обломков льда, до 10-20 метров в высоту), надо его обойти. Часто бывает, что техника вязнет в снегу, приходится перецеплять трактора по два в одни сани.
Придя «на точку», экспедиция, общий вес которой тянет под 100 тонн, должна как можно быстрее рассредоточиться, чтобы не создавать большой нагрузки на лед. Ну а когда все уже готово к работе, начинается бурение. Буровики извлекают из-под воды шельфовый керн, после чего научная бригада прямо на льду начинает проводить необходимые измерения. Важно до отправки образцов в лабораторию на Большой земле определить их влажность, температуру, соленость и другие свойства. В первую очередь производится отбор проб на газ, высокоточные измерения которого выполняются немедленно в лабораторном буксируемом домике. Позже в институтах Владивостока, Томска, Москвы и за рубежом в пробах осадков исследуется изотопный состав и радиоуглеродный возраст метана, молекулярный и изотопный состав органического вещества. Цель исследователей — оценить метановый потенциал осадков как источника потенциального выброса в водную толщу, а затем в атмосферу.
Однако вырвать эти знания у суровой природы Арктики порой бывает непросто. «Мы можем работать только при температуре до 35 градусов по Цельсию, — поясняет Владимир Тумской, — если холоднее — буровая установка на морозе работает с большим трудом, да и керн осадка, поднятый на поверхность, быстро замерзает. Помехой является еще и сильный ветер, буквально сдувающий с ног специалистов. Иногда, когда сроки поджимают и перенести бурение уже нельзя, мы готовим заслон ветру в виде плотного куска тента, который натягиваем стеной и таким образом отклоняем поток ветра от скважины».
Владимир Тумской. Фото: ТПУ
К метеофакторам иногда присоединяются и зоологические. Песцы и пернатые — самые частые гости, которых полярники подкармливают своими припасами, но встречались геологам и более суровые обитатели Арктики — белые медведи. «Медведи периодически приходят к нам, потому что мы нередко работаем на территории, где проходят пути их миграции, — продолжает Тумской. — Мы пробурим лунку во льду в весеннее время, потом видим — гости пожаловали: обследуют, трогают лапами технику, пьют воду из нашей скважины. Один раз мы были особенно обеспокоены судьбой нашего коллеги, который в палатке на трещине делал акустические измерения, и к палатке подошел медведь. Мы кричим издалека, отпугиваем косолапого, а медведю хоть бы что, стоит и, видимо, думает: съесть исследователя в наушниках или нет? Нам все-таки удалось отогнать его. А потом наш акустик, научный сотрудник ТОИ ДВО РАН Денис Черных, вышел как ни в чем не бывало и удивился, что это мы такие взволнованные все... Но в целом мы с медведями мирно живем, несмотря на то что прямые контакты бывали не раз — метров в десяти от меня находился косолапый. Главное, сразу показать, кто хозяин на данной территории, чтобы у животного не возникало желания возвращаться. Как мы это делаем? Да очень просто: устные пожелания удалиться в торосы подкрепляем стрельбой в воздух для отпугивания».
Ледяной пробки у планеты больше нет
Самая масштабная трехмесячная биогеохимическая экспедиция по Северному Ледовитому океану состоялась в 2014 году на шведском ледоколе Oden. Она называлась SWERUS C3. В ней приняли участие 84 исследователя (19 женщин и 65 мужчин) из 14 стран. Экспедиция должна была подтвердить наличие мегавыбросов метана, обнаруженных российскими учеными. Ученые сделали это и... нашли множество новых мест выброса метана. Всего по маршруту движения ледокола было обнаружено более 500 (!) крупных мест утечек (сипов). И это только те, что удалось обнаружить под судном по пути его следования. Уложенные как по ниточке на карту МВА, они заняли площадь свыше 2 млн квадратных километров! Представьте, сколько десятков, а может, и сотен тысяч сипов пока не обнаружены.
Основным результатом последней экспедиции российских ученых на борту научно-исследовательского судна «Академик Лаврентьев» (она завершилась во Владивостоке 2 ноября этого года) стало обнаружение увеличения масштаба и интенсивности выброса метана из ранее обнаруженных утечек.
Вывод, который делают ученые: подводная мерзлота уже не настолько стабильна, как считалось ранее, нет больше сплошной ледяной пробки, уходящей вглубь на сотни метров. Площадь мегаутечек метана растет, что вызывает общее беспокойство специалистов.
Но, даже несмотря на участие в арктических экспедициях множества 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 источника формирования арктического атмосферного максимума СН4 до сих пор встречают гигантское противодействие части мирового научного сообщества. По сути, оно разделилось на две части. По одну сторону оказался международный научный консорциум под руководством российских ученых, который основывает свои научные выводы на основе прямых комплексных и междисциплинарных наблюдений в суровых штормовых условиях ледяной Арктики, по другую — кабинетные работники из различных стран, которые строят атмосферные модели формирования атмосферного арктического максимума СН4 за счет переноса воздуха из тропических широт. «Это невозможно, поскольку ветланды (водно-болотные угодья) тропических широт не являются таким мощным источником СН4, как предполагалось ранее, — поясняет Семилетов. — А вы попробуйте ответить на вопрос: можно ли наполнить до верха водой пустой стакан путем переливания воды из другого неполного стакана такого же размера? Мое личное мнение, что за всем этим стоит нежелание неких достаточно могущественных политизированных группировок признать тот факт, что глобальный бюджет метана, формализованный в конце прошлого века, в котором основным природным источником на нашей планете являются тропики, не соответствует действительности — реальным новым данным. Ну и, конечно же, за этим стоят финансовые интересы ряда групп, получающих за свою деятельность многомиллионные долларовые гранты».
Экспедиция на ледоколе «Оден» заняла несколько месяцев. Фото: ТПУ
Итак, нам в ожидании решения спора «между тропиками и Арктикой», похоже, придется пребывать в неведении — как скоро наступят серьезные климатические изменения? Ведь если правы наши ученые, весь шельф морей восточной Арктики в ближайшие десятилетия может перейти в такое состояние, в котором находятся сейчас аномальные районы, — там, похоже, имеет место сквозное протаивание подводной мерзлоты. Высвобождение колоссальных объемов мощного парникового газа СН4 может привести к самоускоряющемуся процессу глобального потепления.
Но, может, это страшное глобальное потепление все-таки отступит и газогидраты снова заморозятся? Тем более что некоторые климатологи давно говорят о приближении ледникового периода на нашей планете.
«Согласно древней климатической системе мы уже сейчас должны были замечать признаки ледникового периода, но он не наступает, — разбивает надежду Игорь Семилетов. — В течение последних 2,5 млн лет ледниковые периоды и периоды глобального потепления чередовались примерно каждые 105 тысяч лет. Теперь мы являемся свидетелями того, что в этой древней системе произошла поломка — потепление затянулось на тысячи лет… Наиболее вероятная первопричина тому — антропогенная, и ответственность несет парниковый эффект, основной потенциал которого пока составляют выбросы СО2. Кстати, признаками этого эффекта является не только рост столбика термометра по всему миру, но и увеличение частоты циклонов и ураганов».
О сроках возможного наступления очередного этапа дополнительного потепления климата ученые пока ответить не могут. Десять или тридцать лет нам осталось до наступления необратимых процессов? Для точного диагноза требуются более комплексные и расширенные исследования с фокусом на арктические моря, где предполагается существование более 80% всей подводной мерзлоты Северного Ледовитого океана, под которой могут таиться запасы гидратов, превышающие современное количество метана примерно на два порядка. В идеале, по словам Семилетова, требуются синхронизированные ежегодные и всесезонные исследования с использованием хорошо оснащенных современным оборудованием научно-исследовательских судов, летающих лабораторий и космических спутников. Также желательна организация еще одной наблюдательной станции на острове Большой Ляховский, который находится близко к известным крупным и очень крупным мегасипам. Но пока нам приходится в буквальном смысле ждать у моря погоды.
Справка «МК»
Разрушение гидратов на дне морском происходит в различных регионах нашей планеты, включая Охотское море, Черное море, озеро Байкал, вблизи о. Шпицберген... Однако в перечисленных глубоких водоемах пузырьки газа, как правило, не достигают поверхности, так как полностью растворяются. В отличие от мелководного арктического восточносибирского шельфа, где значительная часть пузырькового СН4 не успевает раствориться и достигает поверхность моря.
Справка «МК»
Концентрация атмосферного метана над Арктикой на 10 процентов выше, чем где-либо на планете.
Справка «МК»
24 ноября для повышения эффективности исследований на базе ТПУ был учрежден Международный арктический сибирский научный центр, который объединил ученых из 15 университетов 6 стран мира.
70% нашей страны находится в зоне существования вечной мерзлоты.
Справка «МК»
Метан — это парниковый газ, он так же, как и углекислый газ (СО2), удерживает тепловое излучение поверхности нашей планеты, которое должно уходить от Земли в космическое пространство, а значит, создает условия для дальнейшего потепления климата.
Расположенный в Заполярье город Дудинка (Красноярский край) в ближайшие годы может перестать существовать. Аномальная летняя жара с невиданными по местным меркам плюс 23–30 градусами наблюдается здесь все последние годы. После каждой волны тепла построенные на сваях дома покрываются большими трещинами, а жильцы одного из таких домов недавно были выселены. Местные жители называют происходящее «оседанием домов» и связывают это с таянием вечной мерзлоты, толщина которой стремительно сокращается.
Специалисты Института мерзлотоведения РАН (Якутск) подтверждают, что активное таяние вечной мерзлоты идет по всему российскому северу и северо-востоку. Вечной мерзлотой покрыто более двух третей российской территории (69%). Однако если раньше оттаявший за лето слой мерзлоты зимой снова намерзал, то теперь этот баланс нарушен. Глубина оттаивания достигает 3,5 метра, и зона енисейского севера, особенно та ее часть, где имеются торфяные грунты, превращается в болото.
Ученые единодушны в том, что глобальное потепление не остановить. Как следует из доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата, даже если человечество прекратит выработку парниковых газов, потепление продолжится по инерции в течение ближайших 20 лет. Но очевидно, что этого не произойдет: по всему миру строятся новые электростанции, работающие на ископаемом топливе, а значит, выбросы в атмосферу будут только увеличиваться.
Таяние вечной мерзлоты происходит на всех северных территориях Земли с середины прошлого века, рассказала «НИ» эколог и климатолог Наталья Рязанова. По ее словам, за последние несколько десятилетий вечная мерзлота деградировала в среднем на 1 метр, а в некоторых случаях и глубже. Глава Центра прогнозирования и мониторинга Министерства по чрезвычайным ситуациям России Владислав Болов говорит «НИ», что в ближайшие четверть века зона вечной мерзлоты в России может уменьшиться на 10–18%, а к середине века – на 30%. Эффект будет разрушительным, предупреждает г-н Болов, «особенно в отношении автомобильных и железных дорог, построенных через районы вечной мерзлоты».
Подобное уже случается в Якутии, где регулярно происходит размывание федеральной трассы М-56 «Колыма» из-за таяния «линзы вечной мерзлоты», на которой проложена дорога. А в Якутске этим летом пришлось эвакуировать жителей нескольких домов, которые оказались под угрозой разрушения из-за таяния вечной мерзлоты. Здания были построены на свайных фундаментах – типичном для Якутии виде строительства, когда сваи вбиваются на глубину 12–16 метров и со временем конструкция вмерзает в грунт. Из-за таяния льдов сваи потеряли устойчивость, и дома просели. «Это уже не первый случай, когда в Якутске при оттаивании вечной мерзлоты возникает опасность разрушения домов. Службе эксплуатации городского хозяйства дано поручение провести обследование всех зданий Якутска, построенных на сваях», – прокомментировал ситуацию мэр Якутска Айсен Николаев.
Уже сегодня до 40% инфраструктуры населенных пунктов, построенных в прежние годы на вечной мерзлоте, из-за ее таяния пришли в аварийное состояние, подтверждает «НИ» директор российского отделения Всемирного фонда дикой природы (WWF) Игорь Честин: «Жилые дома и предприятия постепенно уходят в болота. Глобальные экономические последствия от таяния вечной мерзлоты мы ощутим в ближайшее время». Эколог считает, что таяние вечной мерзлоты приведет к заболачиванию значительной части страны.
Под угрозой и более 5 тыс. километров железнодорожных путей, проложенных в районах вечной мерзлоты. В 2011 году в результате таяния мерзлоты была частично разрушена железная дорога в районе озера Байкал. Сейчас дорогу восстановили, но там разрешено ходить только грузовым поездам. Как поясняют ученые, основной эффект таяния вечной мерзлоты – это «оседание породы», когда «появляются участки земли, которые сдвигаются или затапливаются непредсказуемым образом». Это может быть как локальное проседание длиной в несколько десятков метров, так и глобальное – на километр и более.
Помимо последствий для экономики таяние вечной мерзлоты может угрожать здоровью населения. По словам эколога-климатолога Натальи Рязановой, большую опасность для людей представляют различные органические остатки, которые были законсервированы в мерзлоте на протяжении 4-5 тыс. лет: «Теперь они оттаяли и участвуют в процессе гниения-разложения. Как следствие – высвобождается множество газов, в том числе и парниковых, таких, как метан». По утверждению г-жи Рязановой, озоновый слой Земли и без того истончен, а высвобождение газов грозит появлением озоновых дыр и проникновением вредного ультрафиолетового излучения: «Такие лучи очень опасны для организма человека, они могут привести к отслойке сетчатки глаза и раку кожи».
Слова Натальи Рязановой подтверждает в беседе с «НИ» хирург-онколог высшей квалификации заслуженный врач РФ Андрей Коржиков. По его словам, начиная с 1980 года, заболеваемость раком кожи увеличивается каждые 10 лет: «Усиление солнечной активности – один из основных факторов, провоцирующих онкологические заболевания». По словам главного онколога России Анатолия Махсона, число заболевших раком с 2000 года возросло более чем на 15%, а рак кожи уверено занимает второе место после рака груди у женщин и легких – у мужчин.
Таяние вечной мерзлоты – необратимый процесс, и единственный способ смягчить его последствия – это грамотно адаптироваться, поясняет «НИ» член-корреспондент РАН заведующий лабораторией Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Сергей Гулев: «Для этого нужны подробные исследования. Сейчас же мало кто осознает весь масштаб данной проблемы». По словам г-на Гулева, в связи с потеплением климата необходимы изменения строительных программ во многих российских регионах, а также и стратегий их развития.
Впрочем, не все эксперты склонны считать таяние вечной мерзлоты угрозой. Как отметил в беседе с «НИ» эксперт Института исследований вечной мерзлоты Российской академии наук (РАН) в Якутске Михаил Григорьев, скорость потепления может варьироваться год от года: «Потепление замедлилось в последнюю пару лет. Сейчас это происходит не так быстро, как это было в 2006 или 2007 годах».
Специалисты Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в разговоре с «НИ» также не склонны утверждать, что таяние вечной мерзлоты будет идти семимильными темпами. Как рассказали представители ведомства, сейчас рассматриваются четыре потенциальных сценария, варьирующихся от полного таяния всей вечной мерзлоты уже к 2020 году до лишь частичного таяния к 2050 году.
Таяние вечной мерзлоты представляет серьёзную опасность для экономики России; деформации и разрушению могут подвергнуться важные объекты инфраструктуры, включая тысячи километров нефте- и газопроводов в Западной Сибири. И не говорите, что вы об этом узнали только сейчас.
Климат находится на пороге переломного момента. Если потеплеет ещё на несколько десятых градуса, вечная мерзлота бескрайних просторов Сибири начнёт безудержно таять. Результатом станут попадание в атмосферу значительного количества парниковых газов и масштабное повреждение российской инфраструктуры, в том числе трубопроводов, по которым природный газ идёт в Европу.
Арктика нагревается быстрее остальной планеты, и климатологи устали предупреждать, что это в свою очередь ещё больше ускоряет изменение климата. В этом регионе хранятся огромного запасы органического углерода - в основном в форме многолетнемёрзлого грунта и ледяных клатратов, в которых заперт метан (мощный парниковый газ).
Сибирская вечная мерзлота представляет особую опасность. Если едома начнёт таять, её уже не остановить, ибо почвенные микроорганизмы примутся поедать углерод и производить тепло, способствуя дальнейшему таянию. Таяние едомы - это и есть тот самый переломный момент.
И впервые учёные взялись предсказать, когда это произойдёт. Антон Вакс из Оксфордского университета (Великобритания) и его коллеги реконструировали 500 тыс. лет истории сибирской вечной мерзлоты. Мы уже знаем, как в этот период росла и падала среднемировая температура, как ледовые щиты приближались и отступали, так что оставалось лишь смоделировать реакцию на эти процессы сибирского грунта.
На самом деле это не так-то просто, ведь прямых данных на этот счёт нет и надо искать косвенный метод. Поэтому исследователи посетили шесть пещер, расположенных с севера на юг практически на одной линии. Две из них находятся под жаркой пустыней Гоби, ещё три - в районе, где встречаются пятна вечной мерзлоты, и последняя – на краю Сибири в зоне сплошной вечной мерзлоты.
Учёные сосредоточили внимание на сталагмитах, которые растут только при наличии воды в пещере. Если грунт заморожен, воды, соответственно, нет. Таким образом удалось составить летопись изменений температуры над пещерами. И в самой северной из них сталагмиты росли только однажды - во время особенно тёплого межледникового периода, продолжавшегося 424–374 тыс. лет назад. В то время среднемировая температура была на полтора градуса выше среднего показателя последних 10 тыс. лет. Иными словами, сегодняшняя вечная мерзлота станет уязвимой, когда глобальное потепление превысит эти самые полтора градуса.
Когда же это произойдёт? С 1850 по 2005 год температура планеты выросла на 0,8 °C, если верить докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата от 2007 года. Даже если завтра человечество прекратит выработку парниковых газов, в течение следующих двадцати лет потеплеет ещё на 0,2 °C. Но этого, конечно, не случится - выбросы только увеличиваются. Более того, строятся новые электростанции, работающие на ископаемом топливе, а это значит, что мы будем дымить ещё несколько десятилетий как минимум.
Каковы последствия? У Тима Лентона из Эксетерского университета (Великобритания) наибольшую озабоченность вызывает ландшафт. Здания и инфраструктура зачастую строятся в Сибири на жёстком фундаменте вечной мерзлоты, который неминуемо ослабнет. Что будет дальше с дорогами и городами, представить нетрудно, но страшно.