Чем опасно таяние вечной мерзлоты

Четверть всей земли в северном полушарии постоянно находится в замерзшем состоянии. Но потепление климата ведет к таянию вечной мерзлоты, которое высвобождает парниковые газы, еще больше ускоряющие этот процесс. Репортаж из дельты Лены. 

Перемещение среди 1 500 островков в дельте Лены требует безупречной концентрации: одним глазом нужно поглядывать на радар, чтобы не напороться на мель, а другим следить за береговыми ориентирами, которые усеивают это бескрайнее пространство воды и земли. Перед впадением в море Лаптевых на севере Сибири река разливается так широко, что ее берега превращаются в туманные полоски на горизонте.

Остров Самойлова выделяется расположенной на берегу деревянной хижиной, где живут ученые и егеря заповедника, который охватывает устье реки и склоны Хараулахского хребта. Только вот медленная, но необратимая эрозия грозит погрузить дом в воды Лены. В будущем может исчезнуть и весь остров: сильный подъем воды в результате весеннего таяния льдов размывает его берега.

Как бы то ни было, главным ударом для этого островка площадью в 5 км2 становится отступление вечной мерзлоты под натиском потепления климата. Речь идет о почвах, верхний слой которых оттаивает в теплое время года, при сохранении в глубине температуры ниже нуля в течение как минимум двух лет подряд.

«Экосистеме Самойлова грозит потенциальное уничтожение», — говорится в посвященной этому вопросу статье в журнале Biogeosciences. Координировавшая исследование немка Юлия Бойке (Julia Boike) и ее коллеги из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) не собираются мириться с такой перспективой.

Каждый год с апреля по сентябрь сотрудники AWI и их российские коллеги из Арктического и антарктического научно-исследовательского института и Института мерзлотоведения отправляются на остров Самойлова для исследования изменения почв и пейзажа, а также взаимосвязи между потеплением климата и таянием вечной мерзлоты.

Остров, на котором расположена современная исследовательская станция (финансируется Институтом нефтегазовой геологии и геофизики) становится излюбленным наблюдательным пунктом: вечная мерзлота занимает 95% площади Сибири и две трети территории России. В целом, на промерзшую почву приходится четверть всего северного полушария, главным образом на Аляске, в Канаде, Гренландии, России и Китае.

Западная Европа выделяется вечной мерзлотой альпийского типа, которая встречается в ряде горных массивов. Ее строение и геодинамика отличаются от замороженных почв в северных широтах, но она также чувствительна к изменениям климата. Так, 23 августа движение почвы в результате таяния вечной мерзлоты унесло с собой восемь человек неподалеку от швейцарской деревни Бондо.

«В некоторых местах сибирская мерзлота сформировалась очень давно, еще во времена плейстоцена (период от 2,6 миллиона лет назад до 11 000 лет назад), — рассказывает Юлия Бойке. — Она очень холодная, около —9ºС, и уходит на глубину почти 1 500 метров на севере Якутии».

«На острове Самойлова она отличается относительной стабильностью и высоким содержанием органических веществ с присутствием торфяников», — добавляет она, надевая толстые резиновые сапоги, без которых невозможно ходить по покрывающей поверхность острова вязкой тундре. Сопровождающие ее молодые ученые отправляются вместе с ней на Курунгнах. На соседнем острове имеются сложные ледяные образования, а его рельеф сформирован термокарстовыми отложениями (получаются в результате оседания долгое время замороженной земли).

Долины, по которым шесть часов ходят ученые AWI, пестрят ручейками. «Мы хотим понять, берется ли эта вода от сезонных осадков или в результате таяния льда при изменении почв», — объясняет геоморфолог Анна Моргенштерн (Anne Morgenstern). У нее под рукой всегда наготове блокнот, а рюкзак набит взятыми образцами воды.

Таяние вечной мерзлоты в Сибири и в других регионах, где проводят замеры ученые, является подтвержденным фактом. Благодаря расположенным в нескольких скважинах (некоторые пробурены на глубину до 100 метров) датчикам российско-немецкой группе специалистов удалось зарегистрировать повышение температуры на 1,5-2 ºС с 2006 года.

«Мы наблюдаем тенденцию к потеплению почвы и повышению температуры воздуха в зимнее время, — подтверждает Юлия Бойке. — Смена температурной составляющей отражается на всем балансе энергетических потоков, воды и парниковых газов». Тревожное заключение, учитывая, что Арктика участвует в регулировании всего земного климата.

«Вечная мерзлота — это огромный морозильник, — объясняет Торстен Сакс (Torsten Sachs) из немецкого Центра геологических исследований (GFZ), который приехал на остров уже в восьмой раз. — Если оставить дверь морозильника открытой, ваша пицца разморозится, мороженое растает, а микробы начнут плодиться на этой органике». Вечная мерзлота высвобождает органические вещества, которые под действием микроорганизмов выделяют СО2 в присутствии кислорода или метан в анаэробной среде, например, на торфяниках Самойлова.

Эти парниковые газы способствуют повышению температуры, которое в свою очередь ведет к таянию мерзлоты и выделению газов. Специалисты называют это «ретроактивным процессом углерода в мерзлоте». По их сведениям, в ней содержится 1 500 гигатонн углерода, что в два раза больше его содержания в атмосфере.

Но каковы пропорции выделяемого почвами при разморозке углекислого газа и метана? Последний, кстати говоря, создает в 25 раз более мощный парниковый эффект. «Это один из главных вопросов на будущее», — признает сотрудник Национального центра научных исследований Герхард Криннер (Gerhard Krinner).

Тревога тем сильнее, что в сформированных к настоящему моменту моделях Межправительственной группы экспертов по изменению климата не принимались во внимание последствия таяния мерзлоты. «Дополнительное потепление в связи с таянием мерзлоты составляет порядка 10%», — считает Герхардт Криннер. Таким образом, выбросы парниковых газов из мерзлоты могут поднять столбик термометра на 0,3 ºС к 2100 году.

В лаборатории исследовательской станции (в ней поддерживается стабильная температура с помощью трех оглушительно ревущих генераторов) ученые рассматривают графики выбросов парниковых газов в атмосферу. Метановые пики приходятся на летний период, однако анализ данных остается непростой задачей на таких высоких широтах. Первый период замеров (2002-2012) проводился без автоматизированного оборудования, которым располагает введенная в эксплуатацию в 2013 году современная база.

Тремя годами ранее во время визита на остров Самойлова президент Владимир Путин посчитал, что российско-немецкое сотрудничество по вечной мерзлоте заслуживает более эффективной инфраструктуры. До того момента сотрудникам AWI (их первая экспедиция на остров прошла еще в 1998 году) приходилось довольствоваться минимумом: спать в палатках, греться с помощью дров (от спускаемого по Лене леса) и использовать хижину егерей в качестве штаба.

Зимовка тогда была невозможной. «Мы попросту не могли собрать данные зимой, — рассказывает Торстен Сакс. — Нужно было подливать топливо во внешний генератор раз в три дня при температуре —40ºС в полярную ночь». Прочие сложности с интерпретацией данных выглядят куда привычнее. Десять лет — слишком непродолжительный период для выявления перемен в тенденциях потоков газов в долгосрочной перспективе. Кроме того, нужно увеличить число наблюдательных пунктов, чего отнюдь не так просто добиться в Сибири, которая по площади в 20 с лишним раз больше Франции.

На приличном расстоянии от выкрашенной в цвета российского флага станции команда AWI завершает строительство «иглу», где в 2018 году разместится компьютерное и электронное оборудование новой метеорологической вышки. Кокон из стекловолокна должен создать необходимые условия для стабильных замеров, создав укрытие от свирепых ветров и метелей сибирской зимы. Как и прочие здания на острове, иглу стоит на сваях, чтобы не зависеть от движения почвы. Так, у первой метеовышки земля за год просела на 10 сантиметров.

«Насчет связи между потеплением климата и таянием вечной мерзлоты больше не остается сомнений, — отмечает занятый сборкой иглу инженер Петер Шрайбер (Peter Schreiber). — Сейчас вопрос в том, с какой скоростью мерзлота продолжит таять, и как природа отреагирует на этот процесс».

Природа является главным распорядителем в условиях происходящих в Сибири перемен, отмечает Федор Селляхов. Руководитель исследовательской станции признает произошедшие вокруг изменения: «Так, например, 20 лет назад тут не было ни одного дерева, а лишь типичная для тундры растительность. Во время поездки в дельту в прошлом году я увидел деревья высотой в 2 метра».

Как бы то ни было, этот уроженец Якутии с берегов Вилюя не верит в антропологические причины изменения климата. «Это цикл природы. Здесь было тепло 100 лет назад, потом стало холодно, а сейчас начинается очередной период потепления», — говорит он в своем кабинете, который украшают найденные в окрестностях ископаемые.

Что касается вечной мерзлоты, «она, наверное, тает, но медленно». «Когда мы достаем из почв бивень мамонта, то понимаем, что другой конец все еще находится в земле, все еще заморожен. Это признак того, что мерзлота остается очень холодной», — продолжает он. Неожиданным последствием таяния почв на крайнем севере стало развитие охоты за древними останками.

Гюнтер Стооф (Günter Stoof) по прозвищу «Моло» понимает отношение своих российских друзей. «Решает природа, а не человек», — говорит этот технический специалист AWI, который больше всех пробыл на острове. Сейчас ему 65 лет, и он клянется, что этот сезон станет последним в его карьере (48 экспедиций в Арктику и Антарктику). Этот уроженец Восточной Германии был самым молодым членом почти двухлетней советской экспедиции (1975-1977), которой было поручено построить базу в Антарктике. Ему довелось не раз побывать в полярных регионах, как в одиночку, так и в составе групп.

Его жизненный путь отражает другую историю, сотрудничество ГДР и СССР во время холодной войны. После падения берлинской стены был сформирован научный комитет, которому было поручено определиться с программой научных исследований объединенной Германии. Он рекомендовал сохранить полярное направление и выстроить его вокруг исследовательской группы AWI в Потсдаме. «В ней оказались такие специалисты как Моло и Кристина Зигерт (Christine Siegert), за плечами которых было 20 лет опыта в изучении вечной мерзлоты благодаря совместной работе с СССР», — объясняет Анна Моргенштерн.

Изучение замороженных почв получило распространение в России в начале ХХ века в соответствии со стратегическими решениями Москвы. Политика освоения богатых углеводородами и прочими природными ресурсами восточных и северных регионов не могла осуществляться без строительства Транссибирской магистрали. Как бы то ни было, для осуществления этого проекта изначально требовалось сформировать инженерную науку о вездесущей здесь мерзлоте.

В конце 1930-х годов в Москве был создан Институт мерзлотоведения. В 1960 году его переместили в Якутск. Этот большой восточносибирский город тоже стоит на промерзшей земле. Две подземные галереи (на глубине 4 и 12 метров) в основании института дают «прямой» доступ к мерзлоте. Песчаные слои рассказывают о геологической истории города, который был выстроен на аллювиальных отложениях Лены.

Тяжелые двери позволяют сохранить температуру ниже нуля. «Таяние вечной мерзлоты представляет собой угрозу для планеты, но в масштабах Якутии все пока что довольно стабильно, — объясняет директор института Михаил Григорьев. — В тоже время последствия таяния заметнее в других регионах, особенно на Ямале».

После аномально теплого лета 2016 года на полуострове началась эпидемия сибирской язвы (первый случай с 1941 года, по данным московского Института эпидемиологии) в связи с таянием вечной мерзлоты, в которой находился возбудитель. Кроме того, газеты вновь заговорили о Ямало-Ненецком автономном округе после обнаружения объемных впадин. Они тоже стали следствием таяния мерзлоты. «Регион богат газом. При таянии почва выделяет пузыри газа, которые и объясняют эти взрывы», — считает Михаил Григорьев.

В то же время ни один случай подобного рода до сих пор не был зарегистрирован на острове Самойлова, на Аляске или севере Канады. Глобальная сеть мониторинга криолитозоны собирает данные с более чем 250 объектов. Ее цель — «объединить знания, а также подтвердить новые климатические модели», — отмечает сотрудник AWI Юг Лантюи (Hugues Lantuit).

Кроме того, сейчас набирают обороты исследования альпийской мерзлоты. Намеченная на июнь 2018 года Европейская конференция по вечной мерзлоте должна представить отчет об этой работе, которая получила активное развитие в Швейцарии, но все еще находится в зачаточном состоянии во Франции.

Другим источником тревог становится береговая эрозия и ее социально-экономические последствия: треть всего побережья в мире находится в зоне мерзлоты. В море Лаптевых и море Бофорта (Северная Америка) эрозия побережья может достигать восьми метров в год, что заставляет расположенные неподалеку деревни задуматься о переносе домов. На острове Самойлова прибрежная деревянная хижина все еще на своем месте. Но как долго она простоит?