В фокусе - Арктика
Международный консорциум ученых исследует Сибирский арктический шельф
Более половины арктических территорий, имеющих государственную принадлежность, входят в состав Российской Федерации. Огромные запасы природных ресурсов, главная северная транспортная артерия - Северный морской путь, уникальные природные экосистемы, многочисленные северные народности - все вместе это настоящее достояние России. Сегодня Арктический регион переживает время серьезных перемен, в первую очередь связанных с глобальными климатическими изменениями, которые здесь проявляются наиболее драматично.
История вопроса
За последние десятилетия Арктика значительно потеплела, потеряла существенную долю морского льда, стала источником парниковых газов, которые провоцируют дальнейшее потепление и разрушают морские экосистемы, вызывая подкисление воды. Источником этих парниковых газов является мерзлота - наземная и подводная, бόльшая часть которой (более 70% на суше и более 80% на Арктическом шельфе) находится на территории РФ. Потепление приводит к деградации мерзлоты и дестабилизации донных резервуаров природных углеводородов, рост атмосферных концентраций которых усиливает парниковый эффект на планете.
Северный Ледовитый океан окружен мерзлотой, поэтому многочисленные и пока малопонятные процессы транспорта и трансформации органического углерода, включающегося в современный биогеохимический цикл вследствие деградации мерзлоты, в нем проявляются в наиболее явном виде. Особенно драматичны последствия на мелководном Сибирском арктическом шельфе, с которым связаны фундаментальные планы развития топливной и транспортной индустрии.
Выполнение недавно принятого Правительством РФ плана мероприятий по реализации Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года во многом зависит от понимания процессов и факторов, которые могут способствовать или препятствовать поступательному развитию Арктического региона. В настоящее время уровень этого понимания обеспечивается в основном гидрометеорологическими исследованиями. Однако без учета их связи с комплексом биогеохимических и геологических процессов, происходящих в результате деградации подводной и прибрежной мерзлоты, невозможно оценить риски, возникающие при освоении Арктического шельфа.
Так, например, для безопасного ресурсного бурения необходимо иметь знания о положении, структуре и состоянии подводной мерзлоты, о местах, потенциально опасных в контексте возможного массированного и даже катастрофического выброса метана вследствие взрыва гидратов (такие случаи известны в Печорском море, Мексиканском заливе). Исследования Северного Ледовитого океана в этой области проводятся в рамках кооперации Томского политехнического университета (ТПУ) с ведущими морскими институтами Российской академии наук: Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И.Ильичева ДВО РАН (ТОИ ДВО РАН) и Институтом океанологии им. П.П.Ширшова РАН (ИОРАН), при участии ведущих ученых еще из пяти стран.
В правильном месте, в правильное время
Для сохранения и усиления лидирующей роли российских исследователей в изучении ключевых процессов, определяющих функционирование арктической климатической системы в центре Сибири - в Томске, на базе Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ формируется мощная коллаборация из 15 университетов и академических институтов РФ, Швеции, США, Нидерландов, Англии, Италии. Ученые ведут масштабные исследования по изучению Сибирского арктического шельфа как источника парниковых газов планетарной значимости.
Чтобы правильно оценить, насколько серьезным может быть влияние деградации подводной мерзлоты на климат и экологическую ситуацию на планете, уже проведен ряд экспедиций в Арктику. В том числе 90-суточная международная экспедиция “SWERUS-C3”, прошедшая на борту шведского научного ледокола “Оден”, а также две весенне-зимние комплексные океанографические экспедиции с выполнением сухого колонкового бурения в море Лаптевых. В рамках этих исследований был эффективно использован многолетний опыт Лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, объединенный с научно-техническим потенциалом ТПУ - одного из ведущих университетов России.
Как отметил во время своего визита в Томск участник арктических исследований - профессор Стокгольмского университета и действительный член Нобелевского комитета Орьян Густафссон, этот город - серьезная “научная платформа для прорывных международных исследований Арктики”. А ТПУ, по его мнению, сегодня становится передовым международным научным центром изучения ее территорий. “Университет - это не только прекрасная лабораторная база, оборудование, выдающиеся ученые. У ТПУ есть большие перспективы в этом направлении”, - уверен профессор. В рамках празднования 120-летия университета (“Поиск” №23, 2016) он прочел политехникам лекцию о международных исследованиях в “горячих точках” прибрежной Сибирской Арктики, подробно рассказав и о состоявшихся экспедициях.
Cамая важная задача международной научной коллаборации на ближайшие годы, полагает Орьян Густафссон, - определить, какое количество метана захоронено на огромных площадях Сибирского арктического шельфа и какое влияние может оказать его высвобождение на чувствительную климатическую систему Арктики. Для решения этой непростой задачи необходимо сотрудничество ученых из разных стран. “Во время этой экспедиции мы собрали колоссальное количество данных, все они эксклюзивные, - с гордостью отметил ученый. - Наша задача - опубликовать теперь статьи в крупнейших высокорейтинговых научных журналах, чтобы мировое научное сообщество имело возможность познакомиться с теми данными, которые мы получили”.
Политехники со своими шведскими коллегами уже опубликовали статью в Nature Geoscience, посвященную выявлению нового механизма асидификации (подкисления) вод, обнаруженного на Восточно-Сибирском шельфе. Перед этим была и другая знаковая публикация в Nature Communications, где описаны первые фактические доказательства сухопутной гипотезы происхождения арктического ледника толщиной в 1 км, покрывавшего бόльшую часть Северного Ледовитого океана примерно 140 тысяч лет назад. Эти результаты уже вызвали дискуссию в журнале Nature. Готовится ряд других публикаций в ведущих научных журналах.
Напомним, Густафссон ведет сотрудничество с ТПУ еще с 2014 года. Профессор работает в научных проектах по изучению Сибирского арктического шельфа с группой политехников под руководством заведующего лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН, члена Научного совета по проблемам изучения Арктики Игоря Семилетова.
От Салехарда до Томска
Для выявления характерных особенностей транспорта и трансформации наземного углерода в арктической системе суша-шельф-атмосфера (в рамках проекта РНФ “Динамика транспорта и трансформации углерода в арктической системе суша-шельф-атмосфера в условиях глобального потепления и деградации мерзлоты”, руководитель - профессор ТПУ Н.Е.Шахова. - Прим. ред.) и определения вклада Западно-Сибирской низменности как источника парниковых газов по сравнению с Сибирским арктическим шельфом (в рамках мегапроекта Правительства РФ “Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий”, руководитель - ведущий ученый, профессор И.П.Семилетов. - Прим. ред.) в период с 1 июля по 1 августа 2016 года была проведена крупная комплексная экспедиция от Салехарда (Обская губа, Карское море) до верховьев Оби - Томска (река Томь - приток Оби), выполнены метеорологические исследования.
Экспедиция объединила на борту речного пассажирского судна 17 ученых и аспирантов из ТПУ и ТОИ ДВО РАН, а также членов группы Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН. Впервые на протяжении почти 6000 километров трассы движения от устья великой сибирской реки Оби (площадь водосбора более 3 миллионов квадратных километров) были выполнены непрерывные высокочастотные прецизионные измерения содержания основных парниковых газов (двуокиси углерода и метана) в воздухе, сотни измерений растворенного метана и основных компонентов карбонатной системы, биогенных элементов. Были также отобраны пробы взвешенного и растворенного вещества - для дальнейших совместных исследований молекулярного и изотопного состава органического вещества и метана в лабораториях ТПУ, ТОИ ДВО РАН, Стокгольмского и других университетов.
Особое внимание участники экспедиции уделили радиоизотопным исследованиям: это необходимо для уточнения генезиса и роли грунтовых вод. Впервые в данном регионе были выполнены прецизионные гидроакустические промеры. Было выявлено более 200 акустических аномалий, часть которых ассоциируется с фонтанными выбросами пузырькового метана, обнаруженными ранее группой Шаховой - Семилетова на Восточно-Сибирском шельфе (результаты опубликованы в ведущем и старейшем англоязычном научном журнале Королевского общества “Philosophical Transactions A”).
Стоит отметить, что в экспедициях на шельф Северного Ледовитого океана и реку Обь использовались одни и те же научная аппаратура и методы исследования. Это дает возможность провести репрезентативное сравнение новых данных, полученных в реке и в море. После выполнения лабораторных аналитических исследований и обработки результатов измерений, сделанных на борту, будет выявлена роль основных источников парниковых газов в исследуемом регионе. Все это необходимо для количественной оценки дисбаланса углерода в виде потока парниковых газов, поступающих вследствие деградации наземной и подводной мерзлоты в водную толщу - атмосферу. Предполагается, что результаты обсудят н а международной Арктической конференции в ТПУ уже в конце ноября 2016 года. Полученные данные также будут опубликованы в международных и российских топ-журналах, включая такие авторитетные издания, как Nature и Science.
Уже в сентябре-октябре этого года совместные исследования ТПУ - ТОИ ДВО РАН - ИОРАН будут продолжены в морях Восточной Арктики. Они пройдут в рамках 40-дневной экспедиции на борту научно-исследовательского судна “Академик Лаврентьев” - флагмана научного флота Дальнего Востока.
Анна Сашина