Метан из прошлого: как Арктика превращается в главный усилитель климатических изменений

Арктика — один из самых холодных регионов Земли — нагревается в несколько раз быстрее остальной части планеты. Белое безмолвие на этой территории обманчиво. Здесь меняются береговые линии, тает мерзлота, высвобождая парниковые газы. Но больше всего ученых беспокоят выбросы метана (CH₄) в атмосферу, усиливающие глобальные климатические изменения.

Как изменение климата влияет на арктическую систему? Почему моря «кипят»? И какую роль в этих процессах играет человек? На вопросы порталу Наука.РФ ответила кандидат геолого-минералогических наук, специалист-исследователь Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Научно-технологического университета «Сириус» Ирина Оберемок.

— Потепление в Арктике — это новое явление? Как давно в этом регионе начал меняться климат?

 — Если углубиться в геологическое прошлое шельфа морей Восточной Арктики, можно сказать, что он подвергся циклам трансгрессии — регрессии моря. То есть, море то приступало к берегам, то отступало от них.

В течение последних нескольких веков в Арктике наблюдались климатические колебания. Например, средневековый климатический оптимум (вспомните, что когда-то викинги назвали Гренландию «зеленой землей»), малый ледниковый период. Но все эти процессы были более плавными. При этом данные из прошлого показывают, что даже небольшие изменения климата имели серьезные последствия для цивилизаций. Это делает сегодняшние тенденции особенно тревожными.

— Насколько хорошо изучены процессы, связанные с деградацией мерзлоты?

 — Темпы потепления в Арктике превышают общемировые показатели в 2-5 раз. Так происходит из-за комплекса факторов, которые совокупно называют арктическим усилением. Одна из причин: изменение альбедо — интегрального показателя отражения света — из-за сокращения площади ледового покрова. Меньше льда — больше тепла поглощается темными водами. Это провоцирует еще большее разогревание вод и уменьшение льда. Получается своего рода самоусиливающаяся обратная связь с неопределенным каскадным эффектом.

— Какие научные открытия в этом направлении вы считаете наиболее важными?

 — По некоторым оценкам, шельф морей Восточной Арктики является чуть ли не крупнейшим природным источником метана в Северном полушарии. В глобальном цикле углерода Арктика геологически выступала в роли стока, где накоплены гигантские запасы этого элемента в различных формах (мерзлота, гидраты, отложения). Этот регион играет ключевую роль в функционировании климатической системы. В условиях климатической изменчивости ожидается интенсификация круговорота углерода. При этом прогнозируется, что со временем арктическая система будет все хуже поглощать углерод и все больше его отдавать.

— В прошлом году ваша научная группа участвовала в экспедиции по Восточно-Сибирскому арктическому шельфу. Что удалось там изучить?

 — В прошлом году мои коллеги (я выходила на защиту диссертации, поэтому не смогла поехать) участвовали в масштабной междисциплинарной экспедиции под руководством член-корреспондента РАН И. П. Семилетова. Рейс был длинным — 45 дней. За это время коллеги отобрали более 600 проб морской, поровой воды и донных осадков с акваторий Печорского, Карского, Восточно-Сибирского морей и моря Лаптевых. Над анализом этих материалов мы работаем по сей день.

Наша основная задача — выявить значимость береговой термоабразиции и речного стока в углеродном цикле арктических морей. Если просто: понять, сколько древнего углерода попадает в акватории в результате обрушения берегов и выносится реками. Нужно определить, какая часть этого углерода способна минерализоваться (окислиться до углекислого газа), а какая является стабильной. Как далеко этот углерод может транспортироваться.

Кроме того, мы хотим выяснить, как именно меняется среда в так называемых сипах. В числе фундаментальных задач: исследовать режим осадконакопления в арктических морях; изучить, как сохранность органического вещества зависит от типа минеральной матрицы и в каких масштабах происходит вынос химических элементов в результате деградации мерзлоты.

— Почему исследования проводились именно в этом арктическом регионе?

 — Шельф морей Восточной Арктики — это не просто самый обширный и мелководный шельф Мирового океана, в котором сосредоточено более 30% мирового запаса СН4 и CO2. Это еще и очень чувствительная к климатическим изменениям природная лаборатория: она показывает состояние морей и то, как себя ощущает наземная мерзлота. Так как сибирские реки дренируют многолетнемерзлые породы (ММП) и, впадая в море, выносят следы деградации наземной мерзлоты.

— Что больше всего удивило коллег в ходе экспедиции?

 — Им удалось увидеть своими глазами мегасип в Восточно-Сибирском море, напоминающий джакузи в открытом море: кипение из тысяч пузырьков метана. Также они зафиксировали аномально высокий уровень метана в Восточно-Сибирском море — более 5000 ppm (англ. parts per million, частей на миллион — прим. ред.).

Мегасип в Восточно-Сибирском море Видео: предоставлено старшим научным сотрудником Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Дарьей Пургиной

— Где находятся участки с самыми активными выбросами метана в арктических морях?

 — Зоны на внешнем шельфе моря Лаптевых, близ губы Буор-хая, западная и центральная часть Восточно-Сибирского моря — центры научного притяжения. Есть очаги и на шельфе Карского и Баренцева морей.

— Какие технологии используют для изучения сипов и подводной мерзлоты?

 — Если говорить о море, можно оконтурить области с помощью дистанционных методов наблюдения. С помощью гидроакустических методов (специальные эхолоты) можно видеть пузырьки метана, поднимающиеся от дна к поверхности, как «свечки» или «факелы». Используя геофизические методы исследования — сейсмику и электроразведку — можно детализировать структуру недр, а также выявить пути разгрузки и зоны газогидратов. Однако в любом случае нужна натурная валидация — бурение. Еще применяют прямые измерения с научно-исследовательских судов: измеряют содержание газов в моменте, производят отбор проб воды и донных осадков.

— Как вообще природный метан попадает в атмосферу?

 — Современные знания о природных механизмах эмиссии метана продолжают углубляться, однако в их оценках по-прежнему сохраняется ряд неопределенностей. В контексте Арктики к числу ключевых процессов, требующих дальнейшего изучения, относятся, в частности, деградация подводной мерзлоты и дестабилизация шельфовых гидратов (авторы этой гипотезы: И. П. Семилетов и Н. Е. Шахова). Параллельно с этим научное сообщество рассматривает возможность миграции глубинного «зрелого» метана из нефтегазовых залежей.

За последние 15 лет на шельфе моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря было обнаружено более 2000 районов массированной разгрузки метана (сипов). Согласно прогнозам, по мере усугубления климатических изменений будет расти интенсивность и плотность сиповых зон (зон газовой разгрузки) на арктическом шельфе.

Но есть и альтернативная гипотеза. Возможно, активизация выбросов метана связана с неотектоническими процессами и деградацией подводной мерзлоты (такую гипотезу высказал геолог, специалист в области морской геофизики и геодинамики, академик РАН Л. И. Лобковский). По этой концепции, триггерный механизм выбросов метана в Арктике запустился в конце 1970-х годов, когда тектонические волны, вызванные крупными землетрясениями в Алеутской дуге, достигли шельфа.

— Какими исследованиями планируете заниматься в ближайшее время?

 — Мы продолжим комплексные работы на арктическом шельфе. Это крайне долго и трудоемко. А также намерены оценить климатический вклад Черного моря — самого крупного меромиктического водоема на планете (все-таки «Сириус» стоит на Черном море).

— По мнению ученых, как лучше бороться с глобальным потеплением?

 — Есть два основных направления: митигация и адаптация. Митигация направлена на снижение выбросов парниковых газов. Если их невозможно уменьшить в определенных технологических процессах, значит необходимо компенсировать выбросы за счет климатических проектов. Например, внедрять технологии, позволяющие улавливать, использовать и хранить углерод (англ. Carbon Capture, Utilization and Storage — CCUS).

В любом случае важно на основе надежного прогнозирования выявлять уязвимые места и адаптировать инфраструктуру, экономику и общество к неизбежным климатическим изменениям.

— Какова роль человека в этих процессах? Насколько значим антропогенный вклад в изменение климата?

 — По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), именно человек, а точнее — сжигание ископаемого топлива, имеют значимую роль в дестабилизации климатической системы планеты. Климат на планете менялся всегда. Однако беспрецедентная скорость, которая фиксируется сейчас — это нонсенс. Но мы, геологи, понимаем, что планетарные процессы, а также сложные положительные и отрицательные климатические обратные связи — это настоящий ящик Пандоры. В частности, подводная мерзлота, будучи недоучтенным компонентом в климатических моделях, может кардинально изменить наши представления о причинах и факторах изменения климата.

Климатические изменения — это величайший вызов из всех, когда-либо стоявших перед человечеством. Но мне хочется верить, что, преодолев этот кризис, человечество станет лучше. Это огромная возможность — переосмыслить то, как мы живем, как производим энергию, как строим наши города и взаимодействуем с планетой. Это наш шанс проявить не инстинкт потребления, а сохранения. Сохранения нашего единственного дома.

Беседовала Анна Шиховец