"Шампанское" в Арктике: ученые ТПУ о потеплении и вечной мерзлоте

ТОМСК, 29 сен – РИА Томск. Российские исследователи первыми в мире обратили внимание на то, что изменения подводной мерзлоты в арктических морях Сибири могут кардинально повлиять на процессы глобального потепления. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) рассказали о том, какую опасность они обнаружили под вечной мерзлотой арктического шельфа, как с этим бороться и что делать тем, кто намерен добывать нефть за полярным кругом.

Утепляющее "шампанское"

В первую очередь ученые – профессора кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ Игорь Семилетов и Наталья Шахова – подчеркивают: нет, ни о какой глобальной катастрофе, запланированной прямо на завтра, речь не идет. Но исследования Арктики важны и актуальны как раз потому, что прогнозируют ее варианты, в частности, при бездействии человечества.

Дело в том, что одна из основных причин глобального потепления, которое, по некоторым прогнозам, может привести к мировой катастрофе, - так называемый "парниковый эффект". Его суть в том, что солнечная радиация, достигая Земли и отражаясь от ее поверхности, частично удерживается "пленкой" из молекул углекислого газа (двуокиси углерода) и метана. В итоге приземный слой атмосферы, где мы живем, становится теплее и теплее.

И если большая часть "пленки" состоит из углекислого газа, то метан - наиболее эффективная часть "парника" (по разным оценкам - в 30-50 раз действенней). В отличие от двуокиси углерода, природный метан образуется в бескислородной среде - в частности, в почве или толще осадков на дне океана.

Согласно распространенному мнению, метан образуется в основном из-за жизнедеятельности человека: предприятий, сжигания топлива и других антропогенных процессов. Океанический метан, согласно этой теории, на климат не влияет, так как, проходя через толщу воды, он окисляется микробами и не попадает в атмосферу.

Однако российские ученые, на протяжении многих лет изучая Восточно-Сибирский арктический шельф, пришли к другим выводам.

"Атмосферный максимум метана – второго по значению парникового газа - находится не над умеренными широтами северного полушария, где основные антропогенные выбросы, а над Арктикой. Там он примерно на 10% выше", - рассказывает Семилетов.

И это, по словам ученых, может быть только началом. Арктический шельф, площадь которого около двух миллионов квадратных километров, хранит огромное количество органического углерода, из которого образуются метан и  другие углеводородные газы. Так как метан легче воздуха, он стремится вверх вне зависимости от воздействующего на него давления, и у нижней границы подводной мерзлоты газообразный метан переходит в твердое состояние гидратов.

Слой образующихся на дне веществ может быть толщиной до нескольких километров, а толщина подводной мерзлоты, сдерживающей его, - до нескольких сотен метров.

При условии, что подводная мерзлота нагревается и исчезает, гидрат возвращается обратно в газообразную форму, и метан попадает в воду. А поскольку Восточно-Сибирский шельф - самый широкий и мелководный в мире, газ проходит толщу воды за несколько минут и все-таки попадает в атмосферу.

Согласно оценкам ученых, в настоящее время из Восточно-Сибирского шельфа в атмосферу попадает как минимум 17 миллионов тонн метана в год, что примерно вдвое больше эмиссии метана из всей остальной части мирового океана.

"В результате многовекового контакта подводной мерзлоты с относительно теплой придонной водой термический режим меняется, и в подводной мерзлоте образуются газовыводящие пути, своеобразные колодцы. Он может выходить просто - как из бутылки шампанского, когда с нее сняли пробку, так как газ находится под давлением", - отметила Шахова.

Немаловажно и разрушение вечной мерзлоты на северных берегах. Сейчас средняя скорость таяния – около трех метров в год, но на некоторых участках она может достигать 20-50 метров. В результате  на шельф попадает огромное количество эрозионного органического вещества, которое окисляется до двуокиси углерода и сильно понижает кислотность вод, что в свою очередь приводит к растворению панцирей донных организмов и ракушек.

Причины нагревания

Шахова пояснила, что в последние сотни лет выделение метана резко увеличилось из-за таяния вечной мерзлоты в арктическом шельфе. Если на суше температура мерзлоты была около минус 17 градусов, то после затопления несколько тысяч лет назад она стала нагреваться относительно теплыми придонными водами, температура которых в последнее время также повышается.

Одной из причин нагревания придонных вод стали большие сибирские реки: Обь, Енисей, Лена, Колыма и другие. Они не только становятся теплее из-за естественных факторов (нагреваясь в более южных регионах и сохраняя тепло до самого устья), но и полноводней – в том числе за счет таяния вечной мерзлоты на суше.

"Подстегивают" процесс трещины в земной коре, через которые мерзлоту нагревает тепло, поступающее от центра Земли.

И для климата, и для нефтяников

Существующие прогнозы по поводу глобального потепления не учитывают мощнейшего потенциального воздействия массированного выброса метана в Арктике.

"Наша группа, пожалуй, единственная, которая занимается объяснением механизма формирования планетарного максимума метана с 1990-х годов. Никто и никогда не изучал биогеохимические последствия эрозии ледового комплекса в море. Парадокс в том, что это уже произошло на нашем шельфе!" - подчеркнул Семилетов.

Он пояснил, что в результате разрушения слоя вечной мерзлоты подкисление вод в районе Восточно-Сибирского шельфа достигло экстремальных  значений, которые в других районах мирового океана ожидаются не ранее 2200 года.

Соответственно, эти изменения могут позволить прогнозировать, к каким последствиям приведет глобальное потепление. Созданная в ТПУ международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей как раз занимается мониторингом состояния шельфа и оценкой изменений, которые вскоре могут произойти на всей планете.

В последние годы в рамках работы лаборатории уже выполнено три экспедиции в Арктику. В частности, ученые ТПУ вместе с 80 коллегами из разных стран совершили 100-дневную экспедицию по Восточно-Сибирскому шельфу на единственном в мире научном ледоколе "Оден".

При этом таяние мерзлоты и последующее выделение "парниковых" газов важно не только с точки зрения климатических изменений.

"Сейчас арктический океан для нас - источник ресурсов: рыба, млекопитающие - там кормовая база для многих животных, там транспортный путь, это номер один как энергетический регион. Но мы знаем о нем очень мало", - пояснила Шахова.

Так, метан, проходя через арктические воды, окисляет их. И в итоге океан сам уничтожает свою экосистему: вода с повышенной кислотностью разрушает панцири и кости обитателей северных морей.

Кроме того, на Сибирском шельфе, по различным оценкам, содержится в два-пять раз больше углеводородов (природного газа и нефти), чем в Персидском заливе. В ближайшие годы ученым придется более точно оценить объемы хранящихся под вечной мерзлотой углеводородов, а также выработать рекомендации для тех, кто будет строить на шельфе добывающие платформы.

"Газовые карманы и газ взрывоопасны в большой концентрации. Известны случаи – например, в Печорском море выброс газа едва не привел к трагедии. Людей надо вооружить знанием, дать рекомендации, а для этого необходимы комплексные целевые исследования Восточно-Сибирского шельфа, что требует привлечения значительных средств", - отметила Шахова, подчеркнув, что эта задача по силам ученым ТПУ, который много лет занимается изучением углеводородных месторождений.

Главное - подумать

В настоящее время ученые сформулировали четыре сценария глобального потепления, учитывая "фактор Арктики". Самый оптимистичный из них предполагает постепенное таяние льдов, самый неутешительный (и самый маловероятный) – резкое потепление и глобальную экологическую катастрофу, на ликвидацию последствий которой может потребоваться сумма, равная бюджетам всех стран мира вместе взятым.

Любой из сценариев возможно предотвратить или скорректировать, если вовремя принять меры. Однако для этого нужны специалисты, которые разбирались бы в вопросе не в рамках одного гранта, как принято работать на Западе, а достаточно глубоко, чтобы помочь обществу найти пути решения этих проблем.

Сейчас специалистов, готовых работать с проблемами арктического шельфа, начали готовить в ТПУ. Однако, по словам Семилетова, пока ученым приходится проводить большую просветительскую работу – ведь обычному человеку кажется, что Арктика слишком далеко. И его не касаются эти проблемы.

"Людям не нравится, что мы их предупреждаем. Но представьте, вот если бы вы пришли к врачу, а он вам говорит: "У вас рак, но все будет хорошо, можно ничего не делать". <…> Мы люди, мы надеемся, что сила разума позволит нам не только ездить на автомобиле до супермаркета, но и решать какие-то экологические вопросы глобальные", - добавила Шахова.