В эпоху глобального потепления вечная мерзлота в разных регионах планеты тает с возрастающей скоростью. Этот процесс приводит к разрушительным последствиям для природы и для людей. Автомобильные дороги, железнодорожные пути, объекты нефтегазового промысла, жилые и коммерческие здания, расположенные в зоне многолетнемерзлых грунтов, могут быть разрушены. В результате таяния мерзлоты выделяются парниковые газы, которые усиливают глобальное потепление. Но до сих пор не существует комплексной и эффективной системы мониторинга процессов деградации мерзлоты.
Что происходит с мерзлотой в эпоху глобального потепления?
Вечная мерзлота (многолетнемерзлые породы, многолетняя криолитозона, пермафрост) – это грунты, которые остаются замерзшими на протяжении от двух и более лет. На всей планете вечная мерзлота распространена на площади в 35 млн км². В России вечная мерзлота занимает огромную территорию в 10,7 млн км², что составляет около 60-65% площади страны.
На самом деле вечная мерзлота не является «вечной» — она подвержена изменениям. Согласно последним исследованиям, мерзлота оказалась очень чувствительной к повышению температуры и явлению глобального потепления. Главная причина таяния вечной мерзлоты и сокращения ее границ — глобальное потепление, вызванное активной человеческой деятельностью и выбросами парниковых газов.
В текущем столетии мерзлота будет таять быстрее, чем в XX веке из-за ускорения глобального потепления. Даже если рост глобальной средней температура остановится на значении в 2°C, около 25% приповерхностного слоя мерзлоты все равно оттает к 2100 году. А в 2200 году ученые предполагают, что 29-59% площади вечной мерзлоты исчезнет вовсе.
Каковы последствия таяния вечной мерзлоты для природы и людей?
При таянии вечной мерзлоты в атмосферу попадает углерод. Он выделяется в виде парниковых газов углекислого газа и метана — продуктов микробного разложения органических веществ в оттаявшей мерзлоте. Углерод, оказавшись в атмосфере, усиливает парниковый эффект и способствует повышению средней глобальной температуры. Это в свою очередь ускоряет таяние вечной мерзлоты и приводит к дополнительным выбросам в атмосферу.
Следует отметить, что многолетнемерзлые грунты являются крупнейшим резервуаром органического углерода. По разным оценкам, в вечной мерзлоте содержится от 1400 до 1800 петаграмм (миллиардов тонн) углерода. Этот объем в восемь раз превышает уровень его современного содержания в атмосфере. Каждый год при таянии в атмосферу попадает около 1 петаграмма углерода.
Деградация вечной мерзлоты в первую очередь сильно трансформирует природные ландшафты. Подземный лед тает, что приводит к оседанию и эрозии почв, образованию болот и озер, оползням и наводнениям. Многие экосистемы не успевают приспособится к внезапным изменениям — ландшафты превращаются в безжизненный пустоши. Так, например, возник огромный Батагайский кратер, который и сейчас продолжает расти.
Процессы таяния мерзлоты негативно воздействуют не только на климат планеты и естественные ландшафты, но также на человеческую среду обитания. В мире около 70% инфраструктуры (автомобильные и железные дороги, газо и нефтепроводы, жилые и промышленные здания) и 1200 поселений находятся в зоне потенциального риска разрушения.
В России в районах вечной мерзлоты сосредоточена значительная часть природных ресурсов, для добычи которых была создана протяженная и дорогостоящая инфраструктура: построены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты, возведены города и поселки. Все это подвергается разрушительному воздействию таяния мерзлоты.
«Расчеты при строительстве не учитывали будущих климатических изменений. А если температура под зданиями растет, то несущая способность фундаментов падает», — рассказал Экосфере старший научный сотрудник лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ, Алексей Маслаков.
Даже в соответствии с теми климатическими моделями, которые не учитывают ускорение выбросов парниковых газов из-за таяния, минимум 25% инфраструктуры северных городов России подвергнется разрушительному влиянию мерзлоты уже к 2050 году.
Особую опасность для России, по мнению экспертов МГЭИК, представляет деформация объектов нефтегазовой отрасли. Только в одной Западной Сибири каждый год на мерзлоте случается около 35 тысяч аварий. Разрушение инфраструктуры может приводить к экологическим катастрофам, подобным разливу дизельного топлива в Норильске.
Откуда мы узнаем о состоянии вечной мерзлоты?
С увеличением числа аварий проблема таяния вечной мерзлоты стала широко обсуждаться на разных уровнях. Возник вопрос о том, каким образом осуществляется мониторинг вечной мерзлоты в России. Сбор информации об актуальном состоянии мерзлоты является очень важным для прогнозирования как разрушений инфраструктуры, так и глобальных изменений климата.
В России мониторинг вечной мерзлоты ведется с разными целями и соответственно разными агентами. «Мониторинг промышленных объектов, жилых зданий, инфраструктуры проводится организациями, которые обслуживают эти сооружения», — говорит Алексей Маслаков. Такая информация является собственностью этих организаций и является «коммерческой тайной», поэтому она, как правило, не доступна для использования научным сообществом.
Мониторинг температуры пород в естественных осуществляется академическими институтами. Данные такого «фонового мониторинга» пополняются из нескольких источников. Измерения температуры проводятся в скважинах глубиной от 10 метров и более (1-на карте). Помимо температуры пород, в рамках проекта мониторинга криолитозоны осуществляются измерения толщины слоя летнего оттаивания почвы (2). На некоторых метеостанциях Росгидромета, помимо стандартного набора метеопараметров, измеряется температуры почвы на глубине до 3,2 (3). Также ведутся комплексные исследования мерзлотных характеристик на геокриологических станциях и стационарах (4).
Станции для измерения параметров многолетнемерзлых пород распределены по территории страны крайне неравномерно. «Существуют регионы, в которых на протяжении сотен и даже тысяч километров нет ни одной скважины и у нас нет сведений о том, как там меняется мерзлота. Все эти скважины существуют в основном вблизи инфраструктуры, где есть поселения и дороги», — говорит Алексей Маслаков. Фрагментарные данные во многих случаях не позволяют составить полное представление о состоянии криолитозоны.
Осложняет процесс мониторинга отсутствие единого методологического подхода к измерениям, разная инструментальная база и слабая координация между различными организациями. «Каждая группа производит измерения в своем режиме, в соответствии со своими планами, в разное время летнего сезона. Для измерений используются разные глубины скважин, выбор мест для проведения мониторинга часто обусловлен локальными исследовательскими задачами, заметно отличается и оборудование для измерений», — рассказывает Алексей Маслаков.
Для создания целостной картины состояния и текущей динамики вечной мерзлоты необходимо сложное математическое моделирование с использованием огромного количества разнообразных данных, которые имеют различное пространственное разрешение. Актуальным также является вопрос использования данных дистанционного зондирования Земли и результатов математического моделирования. «Каждый сезон ехать в отдаленные районы Российской Арктики, бурить скважины — это очень дорого и на глобальном уровне даёт хоть и ценные, но весьма фрагментарные сведения о состоянии мерзлоты. Фактическая информация, полученная в ходе полевых экспедиций, вкупе с использованием спутниковых данных, должна служить опорой для численного моделирования состояния мерзлоты», — рассказывает Алексей Маслаков.
Ученые приходят к выводу, что необходима единая национальная система мониторинга вечной мерзлоты. Ее внедрение могло бы решить некоторые существующие проблемы мониторинга и в будущем предотвратить финансовые потери от разрушения зданий и объектов инфраструктуры путем разработки рекомендаций по проектированию и эксплуатации инженерных сооружений. «Единая система мониторинга позволит унифицировать все измерения и позволит на административном уровне корректировать нормы строительства и планы территориального развития, чтобы они учитывали фактор меняющейся среды», — заключает Алексей Маслаков.
В 2021 году в Министерстве природных ресурсов и экологии сообщили о намерении создать государственную систему мониторинга вечной мерзлоты. Новая система предполагает унификацию измерений, создание «единого центра сбора» данных для коммерческих и государственных организаций, технологическую модификацию существующих метеостанций Росгидромета. В мае 2023 года в Салехарде уже открылся первый пункт государственной системы мониторинга многолетней мерзлоты, а всего в рамках программы планируется развернуть сеть из 140 пунктов к концу 2025 года.
Очевидно, что в ближайшем столетии нас ожидают изменения, которые коснутся климата, естественных ландшафтов и нашего способа обитания. Для того чтобы адаптироваться в новом мире, необходимо понимать сложные и невидимые процессы изменения климата. Создание единой системы мониторинга вечной мерзлоты — единственный шанс понять, что нас ожидает в этом столетии, и как мы можем подготовиться к этому будущему.
