В декабре 2020 года в рамках Парижского
соглашения по климату более 70 стран приняли амбициозные национальные
обязательства, направленные на снижение темпов потепления нашей планеты.
Считается, что оно ускоряется из-за антропогенного парникового эффекта, а
переход мировой экономики к «зеленой» энергетике будет способствовать
безопасности будущего Земли. Парижское соглашение предусматривает существенное
сокращение выбросов CO₂
и CH₄
(метана), ограничение роста глобальной температуры в XXI веке до 2 °С, а лучше до
1,5 °С.

Однако в Стратегии энергетического развития не
учитывается факт арктического климатического усиления (Arctic amplification). С
начала индустриальной революции в конце XIX века Земля нагрелась примерно на
0,8 °C, в то время как за тот же период Арктика – на 2–3 °C. А отдельные районы
этой территории – на 4 °C. Рост уже за пределами самых пессимистичных сценариев
Парижского соглашения на конец ХХI века. Потепление Арктики драматически
проявляется в криосфере планеты: сокращает площади и толщину морских льдов
Северного Ледовитого океана, создает отрицательный баланс масс покровных
ледников Гренландии, способствует деградации наземной и подводной мерзлоты. Все
это, меняя баланс углерода на Земле, приводит к необходимости пересмотра теории
климата.

Сегодня для понимания ключевых процессов
взаимодействия и обратных связей в системе «климат – криосфера – углерод»
необходимы не только морские исследования, но и создание комплексной
стратегической программы на национальном и международном уровнях. Этим
обусловлена поддержка Российским научным фондом проекта «Потоки и генезис
органического вещества в системе „суша – шельф” в Российской Арктике:
климатическая роль деградации мерзлоты», работы по которому возглавляет
член-корреспондент РАН Игорь Семилетов (на снимке):

– Началу проекта предшествовала
экспедиция НИС «Академик Мстислав Келдыш», участие в которой в 2020 году
приняли 69 ученых из 10 стран, – начал рассказ ученый. – Они комплексно изучали
причинно-следственные связи в арктической системе «суша – шельф – атмосфера»,
где климатическое потепление и деградация многолетней мерзлоты «вскрывают»
резервуары древнего углерода. Экспедиция была организована лабораторией
арктических исследований Тихоокеанского института ДВО РАН (ее руководитель
– И. Семилетов – Прим. ред.) совместно с зарубежными
партнерами из Стокгольмского университета.

Будучи широким и мелководным, шельф
морей Восточной Арктики (МВА), содержит более 80 % всей подводной мерзлоты. Он
является гигантским резервуаром древнего органического вещества (ОВ), включая
гидраты и свободный газ (в основном метан). Поэтому мы предполагаем, что
метановый потенциал МВА в сотни раз превосходит объем метана в современной
атмосфере. При условии прогрессирующей деградации подводной мерзлоты и усилении
эмиссии газа в атмосферу это приведет к труднопредсказуемым климатическим
последствиям. А исследования сложного взаимодействия обратных связей между
потеплением и деградацией криосферы, вызывающих существенные изменения в цикле
углерода и цикле пресной воды (драйверов климатических изменений), до
последнего времени недооценивались на уровне правительств стран, подписавших
Парижское соглашение. Принятые за основу карбоновые бюджеты – неполные, в них
не учтены мобилизация древнего углерода мерзлоты в современные биогеохимические
циклы Арктики. Говорю об этом уверенно потому, что российские ученые уже
несколько лет ведут изучение роли мелкозалегающих арктических шельфовых и
склоновых гидратов в формировании аномально большого притока метана. По нашим
данным, запасы этих гидратов составляют от 500 до 1000 миллиардов тонн
углерода. Для сравнения: в атмосфере содержится только 5 миллиардов тонн. И в
случае дестабилизации 5–10 % потенциала арктических гидратов (попадании их в
водную толщу и атмосферу) произойдет потепление на 2–3 градуса Цельсия за
считанные десятки лет. Это уже апокалипсический сценарий, который пока
представляется маловероятным. Но результаты, полученные с использованием
современных технологий, показывают: концентрация атмосферного метана над
Арктикой уже на 10 % выше, чем где-либо на планете.

Как рассказал Игорь Семилетов,
новая технология измерений концентраций растворенного метана с применением
лазерного спектрометра позволила ученым увеличить количество измерений на пять
порядков, то есть в 100 000 раз! Это помогло выявить тонкую структуру
распределения метана, растворенного в поверхностной воде: в прибрежной зоне МВА
концентрация его едва ли не в 30 раз выше той, что в атмосфере. А в мелководной
зоне моря Лаптевых, где ранее предполагалось наличие сплошной мерзлоты, открыто
поле морских кратеров. Обнаружены они и в Восточно-Сибирском море, где океан
буквально кипит метаном, выделяя в сутки до 100 кг газа. Кроме того, экспедиции
выяснили, что в 2020 году увеличилось количество крупных струй метана в море
Лаптевых.

– Игорь Петрович, какого рода
исследования ведутся в рамках проекта?

– Они нацелены на выявление характера
осадконакопления: органических веществ речного и эрозионного происхождения во
всех морях Восточной Арктики и в Карском море, на прибрежной зоне полуострова
Ямал и в Обской губе, где сконцентрированы более всей 80 % подводной мерзлоты.
Это уникальный регион мира, где речной сток влияет на глобальные климатические
процессы. Пресноводный сток в Северный Ледовитый океан составляет примерно 1 %
объема Мирового океана, но он растет, потому и наблюдается аномальное опреснение
морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Результатом нашей работы станет
количественная оценка углеводородного потенциала донных отложений, в первую
очередь метанового. Впервые продемонстрируем и оценим роль микросейсмических
событий в процессах деградации мерзлоты и усиления выброса метана, включая
образование кратеров на Ямале и прилежащем шельфе. Полученное знание позволит
развить усовершенствованную модель деградации подводной мерзлоты.

– Каким образом?

– Новый методологический подход основан
на многоуровневом и многокомпонентном анализе комплекса органо-геохимических,
биогеохимических, изотопных, микробиологических, геологических и геофизических
данных, которые будут интерпретированы и использованы для тестирования и
оптимизации целого ряда взаимоувязанных моделей. Реализация модельного
комплекса поможет оценить современную и будущую роль арктических морей в
региональном и глобальном циклах углерода в контексте изменений потенциала
роста эмиссии парниковых газов. Это очень важно для понимания и оценки
природной связи между потеплением климата, деградацией подводной и прибрежной
мерзлоты и включением в современный цикл древнего углерода.

– Для таких масштабных работ нужны
надежные партнеры и научный флот, есть они?

– Координацию и реализацию исследований
мы выполняем в тесном сотрудничестве с ключевыми участниками работ – академиком
РАН Леопольдом Исаевичем Лобковским, профессором Николаем
Васильевичем Пименовым, профессором Натальей Евгеньевной Шаховой –
и стратегическими партнерами – группами ученых под руководством
профессора Евгения Александровича Романкевича (Институт
океанологии им. П. П. Ширшова РАН) и профессора И. В. Перминовой (химический
факультет МГУ им. М. В. Ломоносова). Сейсмологические и электромагнитные
исследования, ориентированные на выявление структуры подводной мерзлоты, ведем
совместно с геологическим факультетом МГУ и Геофизическим центром РАН. Есть
договоренность о безвозмездном сотрудничестве в развитии модели деградации
полярной мерзлоты и дестабилизации гидратов с компьютерной группой из
Университета Беркли (Калифорния, США) и специалистом в области моделирования
профессором Никольским из Аляскинского университета в Фэрбенксе.

Микробиологическую часть исследований выполняем с использованием аппаратурных
возможностей ФИЦ Биотехнологии РАН, ТПУ, ОАО «ТомскНИПИнефть» – головного
аналитического центра «Роснефти», и ИО РАН. Экспериментальные и натурные
термодинамические исследования, включая образование и разрушение гидратов,
ассоциированных с изменениями в состоянии подводной мерзлоты, ведем с гидратной
группой Сколтеха.

А вот с научным флотом все сложнее.
Исследования планировались в самых ледовитых и малоизученных морях Восточной
Арктики и в Карском море, где в последние годы нами были выявлены крупные
площади массированной пузырьковой разгрузки метана. Это значит, что вести их
надо было в конце августа – начале сентября, чтобы успеть все выполнить до
начала интенсивного льдообразования (конца безопасной навигации). Однако из-за
бюрократических проволочек и в 2021-м, и в 2022 годах выходы НИС «Академик
Мстислав Келдыш» из портов Архангельска и Мурманска состоялись в октябре, что
привело к невозможности достижения районов исследования, так как они уже были
покрыты 10-балльными льдами и многочисленными айсбергами. Из-за опасностей
мореплавания комплексные исследования были переформатированы на работу в
Карском и Печорском морях. Но и в этих условиях удалось открыть глубокие
воронки взрывного типа на шельфе Карского моря, а в Печорском (юго-восточная
часть Баренцева моря) благодаря впервые выполненным комплексным исследованиям
обнаружили поле пингоподобных структур с признаками слабой струйной разгрузки
пузырькового метана. Предполагается, что это явление – предвестник пузырьковой
дегазации-разрушения пингоподобных структур МВА. В текущем году крайне
необходимо проведение полномасштабных национальных исследований в МВА, включая
работы в районе острова Врангеля, который находится под особым вниманием федеральных
органов РФ. Это особенно актуально в сложных современных геополитических
условиях после прекращения сотрудничества в рамках Арктического совета.
Надеемся, что вклад нашего коллектива в национальный отчет РФ в мае 2023 года
при передаче председательствования в Арктическом совете от РФ к Норвегии
убедительно продемонстрирует международному научному сообществу, что проведение
климатических исследований в Арктике невозможно без участия России.

– Как можно ваши результаты
применить во благо страны?

– Приведу лишь несколько примеров.
Знания о глубине залегания кровли подводной мерзлоты и динамике ее разрушения
критически важны для выбора места установки буровых платформ, прокладки нефте-
и газопроводов. Картирование районов мегасипов с высокими скоростями пузырькового
выброса могут быть индикаторами мест, где происходит дестабилизация гидратов, а
это, в свою очередь, важная информация для обеспечения безопасности
разведочного и промышленного бурения. Вспомните аварию, произошедшую при
освоении богатств Печорского моря, а также события в Мексиканском заливе,
унесшие жизни людей и приведшие к многомиллионным убыткам нефтяные компании!

В районах аномально мощных
газопроявлений с пузырьковым переносом до сотен граммов метана с квадратного
метра в сутки (они будут закартированы в рамках данного проекта) может стать
важным еще и эффект отрицательной плавучести. Это когда пузырьки, прилипая ко
дну медленно движущегося подводного объекта, меняют параметры его движения. В
ходе работ по гранту РНФ будет собрана ценная информация об экологическом
состоянии вод, что очень важно знать для полномасштабной эксплуатации Северного
морского пути и интенсивного освоения ресурсов шельфа. Словом, проект должен
обеспечить научный задел, гарантирующий не только усиление лидерской роли российских
ученых в мировом сообществе в области исследования Арктики и Мирового океана,
но и усовершенствование технологий разведки и добычи углеводородных ресурсов на
Арктическом шельфе РФ.

– Есть уже публикации по новому
гранту РНФ?

– За первые два года проекта – 28 статей
в рецензируемых журналах WoS, включая 17 первого квартиля. Особенно «урожайным»
был последний квартал 2022 года, когда ряд новых биогеохимических результатов
увидели свет в журналах Nature Communications, Nature Geoscience, а также в
Progress in Oceanography и Global Biogeochemical Cycles.

– Игорь Петрович, можно ли
говорить о том, что развитие этого направления исследований уже вышло за
пределы национальных интересов нашей страны?

– На Западе формируется новая научная
парадигма, требующая включения дополнительной атмосферной эмиссии парниковых
газов в расчет баланса полного цикла углерода. На наш взгляд, Россия может
возглавить эти исследования на мировом уровне: во-первых, по причинам
географическим (около 70 % РФ покрыты мерзлотой, примерно 80 % всей подводной
мерзлоты находятся на Арктическом шельфе РФ), во-вторых потому, что мы – лидеры
в этом направлении исследований не первое десятилетие. Для большинства
адекватно мыслящих российских и зарубежных ученых очевидно, что без участия
России, на территории которой находятся великие сибирские реки и более половины
всей наземной мерзлоты, эффективные климатические и экологические исследования
невозможны.

Для развития лидерских стратегических
позиций РФ на международной арене крайне необходимо расширение программы
исследований, начатых под эгидой РНФ в 2021 году путем создания национальной
программы на федеральном уровне, в рамках реализации государственной
научно-технической политики в области экологического развития РФ и
климатических изменений.

Источник: научно-информационный портал «Поиск».
Подготовил Андрей Субботин.