Лица

Что скрывает вечная мерзлота: отвечает геокриолог Алексей Маслаков

Мы пригласили Алексея Маслакова, старшего научного сотрудника лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ, чтобы поговорить о том, почему тает вечная мерзлота, как этот процесс угрожает планете и конкретно — нашей стране.

Алесей Маслаков. Фото из личного архива

Послушать это интервью c Алексеем Маслаковым можно здесь:

Алексей Маслаков о вечной мерзлоте. Выпуск #23

Э: Алексей, здравствуйте. Начнем с самого главного: почему вечная мерзлота оказалась не такой уж и вечной, и почему она сейчас тает?

АМ: Для того, чтобы понять это, давайте сначала определимся с тем, что такое вечная мерзлота. Вечная мерзлота — это грунты горной породы или отложения, которые находятся при температуре 0 градусов по Цельсию или ниже. В зависимости от научной школы различаются и подходы к определению, что такое вечная мерзлота: западные научные школы считают, что если два года грунт не оттаивал — это уже вечная мерзлота, в российских научных школах считают, что вечна мерзлота — отложения, которые не оттаивали 50-100 лет. Также, по мнению российских научных школ, на территории вечной мерзлоты должен обязательно быть лед. Можно выделить три фактора, определяющих вечную мерзлоту: низкая температура, лед и пребывание в замерзшем состоянии не менее двух лет.

Э: Вечная мерзлота — это и те грунты, которые находятся в горах? Или вечная мерзлота находится только за полярным кругом?

АМ: Вечная мерзлота занимает 66% территории России. Находится она далеко не только за полярным кругом. Если смотреть на карту России, то границу можно провести примерно следующим образом: это север Кольского полуострова, это полуостров Канин нос, это Большеземельская тундра на восточно-европейской равнине, потом в районе Урала она уходит на юг до субширотного течения реки Оби — это территория города Ханты-Мансийска, дальше спускается до города Красноярска и где-то в районе Байкала зона вечной мерзлоты спускается от России и уходит в Монголию. А на Дальнем востоке она вклинивается в Приморском крае.

Карты средней толщины активного слоя вечной мерзлоты с 1973 по 2001 год. Красные пиксели показывают территории, где мерзлота исчезнет, черные — где информация о мерзлоте отсутствует. Источник: Kevin Schaefer. University of Colorado Boulder.

Э: Существует ли карта вечной мерзлоты?

АМ: Да, конечно, карты вечной мерзлоты действительно есть. Если вы увидите карту мировую, то будете удивлены, узнав, что среди стран, где есть вечная мерзлота, фигурируют Иран и Турция. Там ее можно найти в горах. Более того, вечная мерзлота есть и в горах тропиков, субтропиков и экваториального пояса. Например, моим коллегой подтверждено существование вечной мерзлоты на Гавайях. Там есть вулкан, у которого кратер обращен в северную сторону, и на нем породы не оттаивают в течении года. Вообще, лед в горных породах является самым распространенным материалом во вселенной, а косвенные данные подтверждают наличие мерзлоты, например, на Марсе. 

Мерзлота, вода и суслики: Тимофей Раков об исследовании климатических изменений в Горном Алтае

Э: Сколько парниковых газов содержится в вечной мерзлоте? Как можно сравнить выбросы в результате таяния вечной мерзлоты с антропогенными выбросами?

АМ: Во-первых, нужно отметить, что на Земле наблюдается потепление климата. Мерзлота также является продуктом этого климата, и, так как климат теплеет, то и мерзлота начинает теплеть и таять. Во-вторых, есть так называемые петли положительной обратной связи. В мерзлоте находится просто гигантское количество органики. Это может быть торф, корешки растений, гнезда белок, орехи, целые трупы мамонтов или пещерных львов.

Этой органики очень много по сравнению с другими системами нашей планеты: в среднем в трехметровом слое вечной мерзлоты находится 1700 петаграммов. Чтобы быть понятным: один петаграмм — это миллиард тонн. При этом в атмосфере органики — т.е. углекислого газа и метана — в два раза меньше. Наблюдаемое потепление климата провоцирует оттаивание вечной мерзлоты. Оттаивание происходит темпами примерно 0,3-0,4 градуса Цельсия за 10 лет: в одних районах где-то 0,2, в других — 0,5, где-то 0,7. А если говорить про скорость оттаивания, то глубина слоя почвы, оттаивающей летом, составляет примерно от 0,7 до 1,5 сантиметра в год для Чукотки. Когда органика оттаивает, то микробы, находящиеся в вечной мерзлоте, начинают ее перерабатывать, превращая в углекислый газ и метан. Соответственно, таяние мерзлоты провоцирует больший выброс парниковых газов, а парниковые газы создают парниковый эффект и нагревают Землю еще больше.

Э: Вы говорите, что за летний сезон оттаивает от 0,7 до 1,5 сантиметров почвы, а зимой она опять замерзает?

АМ: Я уже 10 лет провожу измерения того, как меняется высота поверхности земли и глубина оттаивания почвы. Можно наблюдать интересное явление, когда сезонный талый слой достигает своих максимальных отметок и начинает растапливать нижние слои. Бывает, что в теплые годы энергии хватает, чтобы растопить два лишних сантиметра почвы, и тогда этот лед начинает стекать в виде грунтовых вод. Пустоты, образовавшиеся в результате оттаивания льда, никуда не пропадают, а грунт сверху давит, и земля оседает. Зимой же, после осенних дождей, происходит промерзание этих отложений, избыток объема выталкивает грунт обратно: так называемый процесс пучения. Процессы осадки и пучения компенсируют друг друга. Однако в результате климатических процессов грунт просаживается все глубже и глубже. И, по моим личным измерениям, глубина просадки грунта за 7 лет на приморских равнинах Чукотки в некоторых местах достигла 15 сантиметров! На этой мерзлоте стоят дороги, дома, линии электропередач, целые города.

Тающая мерзлота в самой северной точке Канады, на острове Хершел. Фото: GRID-Arendal, flickr.com

Э: …и те же самые нефтеперерабатывающие и газоперерабатывающие станции, на которых часто происходят аварии.

АМ: Не исключено. В статье в журнале Nature, опубликованной в 2018 году, говорится, что к 2050 году — то есть через 30 лет — 70% всей инфраструктуры на вечной мерзлоте будет подвержено деформациям.

Э: У нас много городов, построенных на вечной мерзлоте, газопроводы, линии электропередач — это все будет разрушаться?

АМ: Если мы рассматриваем нефтегазопромыслы, то они были построены в основном в 1970-х годах, в эпоху Брежнева. В те времена вечная мерзлота считалась действительно вечной. Предполагалось, что температура не будет меняться в течение всего срока эксплуатации сооружений. Однако, начиная с 90-х эта парадигма начала ломаться, и оказалось, что мерзлота также меняется, как меняется и климат, а спроектированные сооружения не учитывали изменения среды.

Приведу пример: как вы знаете, все здания, которые стоят на вечной мерзлоте, стоят на сваях. Но держатся они не за счет того, что сваи опираются на землю, а за счет того, что сваи смерзаются с мерзлотой. И сила этого смерзания тем сильнее, чем сильнее окружающий холод. Допустим, строители рассчитывали, что при температуре -3 градуса по Цельсию нужно 100 свай с определенным заложением глубины. И дом стоял, пока не начиналось растепление мерзлоты. А когда температура начала повышаться, несущая способность свай начала падать. В итоге здания продавливают мерзлоту и происходят деформации типа трещин в стенах.

Это происходит уже сейчас. По оценкам сотрудников географического факультета МГУ, в некоторых поселениях до 99% зданий находятся в аварийном состоянии в результате таяния мерзлоты. Если мы говорим про Норильск, то речь идет о 50-70% зданий так или иначе деформированных.

Э: И что же делать?

АМ: Прогресс не стоит на месте. В 70-80-е годы здания строились тяжелые — на основании бетона, блоков, кирпичей. Естественно, нагрузка от них была очень высокой. Сейчас здания строятся более легкие. Они не требуют большого заглубления свай, поэтому не так сильно зависят от почвы. Могу предложить: во-первых, нужно старые фонды выводить из эксплуатации, если это возможно, и бюджет позволяет строить новые облегченные конструкции, которые учитывают фактор меняющейся среды. Во-вторых, выполнить ремонтные и профилактические работы для стабилизации грунтов-оснований. К примеру, на Чукотке дома трескаются, но не из-за потепления, а из-за протечки труб: вода попадает на мерзлоту и растепляет ее.

Э: Катастрофа в Норильске повлияла на подход компаний и администраций городов, расположенных в зоне вечной мерзлоты, к вопросам инфраструктуры и ее сохранности?

АМ: Безусловно. После аварии нас, мерзлотоведов, стали срочно привлекать к анализу ситуации. Честно сказать, я не берусь оценивать, что явилось причиной утечки дизеля. Но хочу отметить, что такая авария обнажила очень большую проблему: много объектов инфраструктуры и объектов инженерного назначения находятся в предаварийном состоянии.

Э: Как образуются знаменитые кратеры в вечной мерзлоте?

АМ: Вы знаете, эти кратеры впервые были обнаружены в 2014 году. Снимки кратеров произвели огромное впечатление, и вызвали интерес не только российского научного сообщества. но и мирового. Диаметр найденного кратера составлял примерно 20 метров, а глубина примерно 40 метров, однако вскоре он был затоплен грунтовыми водами и превратился в озеро. Кратеры образуются из-за того, что на месте этой дыры раньше был небольшой бугор пучения с областью высокого давления в центре. Видимо, произошел «хлопок» и — как пробка из шампанского — из-за высокого давления из бугра выплеснулась вода и газы, образовав полость. Кстати, это случилось всего в нескольких метрах от газопровода. Поэтому мы не исключаем, что такие хлопки могут происходить на территории нефтегазопроводов с известными последствиями. А второй интересный факт состоит в том, что таких кратеров обнаружили около пяти — оказывается, что они существовали и раньше. И появилась гипотеза, что некоторые озера в мерзлоте образовались именно в результате такого взрыва.

Э: Почему необходимо проводить мониторинг вечной мерзлоты?

АМ: Для того, чтобы понять, почему важна система мониторинга, нужно внимательнее посмотреть на текущую ситуацию. В 90-е большинство скважин было закрыто, исследования стали проводиться изолированными группами из разных институтов, за это даже не платили. Поэтому те данные, которые мы имеем — они очень разрозненные. Кто-то до сих пор пользуется советскими термометрами, которые спускаются в скважину и выстраиваются там несколько часов, кто-то пользуется резисторами — у всех у них различная погрешность. Поэтому всероссийская система мониторинга нужна для того, чтобы унифицировать методы измерения вечной мерзлоты и собирать данные в единую базу. Существует также международная система мониторинга, объединяющая порядка 1500 скважин и все эти данные собираются в едином центре данных. С помощью этой системы данных можно анализировать в каких регионах температура мерзлоты растет, в каких она понижается. Так мы можем определить каковы диапазоны изменяющейся среды.

Э: Есть ли среди этих 1500 скважин Всемирной системы мониторинга мерзлоты российские скважины?

АМ: Российские скважины там есть, но люди делают измерения в них на волонтерских началах. Поэтому хорошо бы было, чтобы на мониторинг выделили финансирование — тогда можно было бы получать более полные данные. Кроме того, государственная сеть подразумевает обустройство новых скважин, в тех регионах где недостаточно информации. 

Э: Вы сами в проекте создания системы государственного мониторинга как-то участвуете?

АМ: Лично я нет, но я близко знаком с коллегами, которые участвуют. Я в этой организации глобального мониторинга некоторые функции исполняю и вижу, как происходит сбор данных. Но сами я данные не собираю, потому что моя территория — это Чукотский полуостров, и там нет ни одной скважины пробуренной в мерзлоте глубже, чем на два метра. И мы даже не знаем, какая там температура, мы можем только по косвенным данным и архивным свидетельствам эту температуру узнать.

Э:  Алексей, вы наверняка слышали о таком проекте как Плейстоценовый парк — что вы о нем думаете?

АМ: Это очень амбициозный проект Сергея Афанасьевича Зимова. Они взяли в аренду небольшой участок Тундры на северо-востоке России, примерно 160 га. Огородили его забором и запустили в него бизонов, лошадей, овцебыков и прочих травоядных. Их гипотеза в том, что в плейстоцене существовали мамонты, которые питались злаковыми и удобряли их своим навозом. Происходил очень быстрый оборот углерода, и этот углерод активно захоранивался. Существовавшая тогда экосистема тундростепи позволяла депонировать этот газ в почву.

По гипотезе Зимова, возвращение мегафауны позволит превратить почвы тундры в активный резервуар углерода, помогающий в борьбе с потеплением климата. Сейчас уже видно, что парк, в котором много злаковых, очень пышный по сравнению с окружающей его тундрой. Теория Зимова была принята мировым сообществом с интересом, у него есть много публикаций в журнале Nature. То, как он представляет результаты проекта, выглядит потрясающе, но действительно ли это поможет в извлечении углерода из атмосферы и можно ли масштабировать проект на всю тундровую зону, я сказать не могу.

Среди обитателей Плейстоценового парка есть верблюды:

Э: Спасибо вам за интересный рассказ! А сейчас наш традиционный вопрос, который мы задаем всем гостям: какая недавняя новость связанная с экологией или климатом вызвала у вас самую сильную реакцию?

АМ: Меня больше всего будоражит новость, что ученые находят в мерзлоте все новые и новые организмы, которые оживают. В том, что штаммы сибирской язвы оживают в могильниках Ямала нет ничего необычного, но вот когда просыпаются вирусы 30 000 лет, находившиеся в замерзшем состоянии — это уже другая история. И они могут нести потенциальную опасность — большую, чем коронавирус.

Вечная мерзлота тает. Как измерить ее состояние и адаптироваться к разрушительным последствиям?

Поделиться:

Поделиться в facebook
Поделиться в vk
Поделиться в twitter
Поделиться в telegram
Поделиться в whatsapp
Поделиться в odnoklassniki
Поделиться в email