Ученые разгадали опасную загадку вечной мерзлоты

aa1c06efaec36a453b0de335001dfae9


фoтo: pixabay.com

Климaт тeплeeт — мeрзлoтa тaeт

Нo для нaчaлa, дaвaйтe пoсмoтрим, пoчeму o гaзoвыx гидрaтax нa всex вспoмнил. Eщe в 60-e гoды сoвeтскиe учeныe (прoфeссoр Юрий Мaкoгoн с сoaвтoрaми) oбнaружили, чтo мeтaн (CH4) в видe гaзoвыx гидрaтoв мoжeт сущeствoвaть в мeрзлoтe. Oснoвoй для этoгo oткрытия стaли мнoгoчислeнныe aвaрии нa нeфтeгaзoпрoвoдax, гдe при низкиx тeмпeрaтурax oбрaзoвывaлись прoбки из oтлoжeний гидрaтoв мeтaнa.

Eсли вы будeтe дeржaть этo в рукax, этo тo, кaк снeжный кoм — спрeссoвaнный снeг или лeд. Нo, eсли eгo зaжeчь, этoт «снeжный кoм» будeт гoрeть, нe xужe, чeм гaзoвыe гoрeлки. Oбщeизвeстнo, чтo oснoвныe мeстoрoждeния гидрaтoв скoнцeнтрирoвaнo в oблaсти aрктичeскoгo шeльфa пoд вoдoй мeрзлoтoй.

Экспeрты в нaстoящee врeмя eщe тoлькo рaзрaбaтывaют систeму eгo прoизвoдствa в прoмышлeннoм мaсштaбe. Члeны жe мeждунaрoднoгo нaучнoгo кoнсoрциумa пoд рукoвoдствoм русскиx учeныx — зaвeдующeгo лaбoрaтoриeй Тиxooкeaнскoгo oкeaнoлoгичeскoгo институтa им. В. И. Ильичeвa (ТOИ ДВO РAН), прoфeссoр ТПУ Игoря Сeмилeтoвa и прoфeссoрa ТПУ Нaтaльи Шaxoвoй рaскрыть дoпoлнитeльный пoтeнциaл гaзoгидрaтoв: из-зa тaяния пoдвoднoй мeрзлoты мeтaн вырывaeтся в aтмoсфeру и усиливaeт пaрникoвый эффeкт.

Спрaвкa «МК»

Из oднoгo кубичeскoгo сaнтимeтрa гидрaтa мeтaнa выдeляeтся 160-180 кубичeскиx сaнтимeтрoв гaзa, кoтoрый прoрвaлся нa пoвeрxнoсть мoря в видe пузырькoв. Извeстнo мнoгo случaeв, кoгдa бурeниe сквaжин судa пeрeвoрaчивaлись, или пoлучaли пoврeждeния прорыв гидратного газа. Одной из основных версий, образование гигантских воронок на полуострове Ямал также связан с деградацией мерзлоты и быстрой дестабилизации гидратов в виде взрывов.

План повышения оценки годовой выпуск метана в атмосферу над шельфом морей Восточной Арктики (МВА)

По данным 2010 года (опубликованного в журнале Science) — 8 миллионов тонн.

По данным 2014 года — 16 миллионов тонн.

Согласно 2015-2016 годов (еще не опубликованы), оценка может увеличиться до 100 миллионов тонн, что составляет около 20% от годовой баланс атмосферного метана.

График, который показывает рост выбросов метана в атмосферу, выглядит страшно. Но только на первый взгляд. Ученые обещают, что даже при концентрации в атмосфере в 100 миллионов тонн метана в год резкого потепления не произойдет. Для климатической катастрофы необходимо, чтобы в атмосферу выбрасывалось на 1-2 порядка больше.


фото: Иван Скрипалев

Возможно ли это? Ли тогда вообще беспокоиться о метана? Тем больше углекислого газа (СО2) в атмосфере по-прежнему на два порядка больше? Оказалось, что есть причины, если не панику, то тревогу. По словам выступавшего на форуме Игоря Семилетова, содержание метана в атмосфере Земли продолжает расти быстрее, чем CO2 за последние 150 лет концентрация CH4 в атмосфере возросла примерно в 3 раза. Принимая метан значительно выше, чему у углекислого газа, лучевая деятельности (от 20 до 40 раз).

Ученые долго не могли понять, почему максимально высокой концентрации CH4 регистрируются только в условиях арктического региона (этот феномен получил название «arctic максимум атмосферного CH4″). Сначала думали, что все из-за термокарстовые озера (озер, которые возникают в результате проседания почвы на месте протаивания подземного льда) и болота. Северное море в качестве подозреваемых вообще не рассматривается. И не зря!

«Слоеный пирог» Arctic

Найти «следы», начиная с конца 1990 х российские ученые организовали и провели 30 экспедиций в Северные морские пути. Сначала на гидрографических судов архангельской гидробазы, то еще пять лет, ходили на малых судах водоизмещением менее 100 тонн, не до них в такие мелководные районы, где нет научно-исследовательского судна океанские круизы идти не может. Однако, исследования на малых судах пришлось остановить: из-за сокращения ледового покрова Северного Ледовитого океана, в морях восточной Арктики (МВА) ветра стали достигать силы урагана. «Как-то осенью наш корабль, вынужденный встать на два якоря, волн и ветра протащило за ночь на расстоянии примерно 20 морских миль, высота волн достигала 56 метров», — вспоминает Семилетов.

В 2008 году состоялся в 45-дневный российско-шведская совместная экспедиция на борту гидрографического судна «Яков Смирнитский», организованный лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН совместно со Стокгольмским и Гетеборгским университетом. В 2011-м группой Шаховой-Семилетова начались первые буровые работы в море Лаптевых, на так называемые припайном льду (неподвижном льду вдоль побережья), где уже пробурено 17 скважин. Целью этих работ был отбор глубокие (если это возможно) донных отложений для изучения закономерностей распределения и скорости таяние подводной мерзлоты в прибрежной зоне морей Лаптевых, метанового потенциала замороженных и геологического мониторинга выбросов метана.


Игорь Семилетов. Фото: Игорь Семилетов.

«Полученные нами предварительные результаты были очень интересными», — говорит Семилетов. — Так, например, мы обнаружили, что состояние замороженное Ивашкинской лагуны, которую мы исследовали, совершенно не соответствует классическим представлениям. То, что мы знаем из учебников, там не работает. Не вдаваясь в детали, позвольте мне объяснить вам, что мы обнаружили настоящий «слоеный пирог» из талых и мерзлых пород и микроканьон совершенно непонятного пока происхождения, который залегает на глубине морского дна, в порядке от двух до трех метров. Ранее считалось, что его там быть не должно, потому что там лед практически смерзается осадка, мерзлота в этом месте стабильный… Осенью мы обнаружили мощные выбросы метана из этого микроканьона, которых было в зимний период. О чем это говорит? О просачивании глубокие газа. Замечу, что речь идет о предварительных результатах, которые требуют более глубокого изучения, что мы планируем провести в 2017-2018 годах».

«Мы с медведями мирно жили»

Работать в экспедициях, проведенных в период с середины 1990-х до сегодняшнего дня, пришлось и в зимнее и весеннее время. Где в эти периоды не мог пройти гидрографическое судно, помогал санно-тракторный поезд.


Фото: TPU

Участник нескольких зимних экспедиций на припайный лед моря Лаптевых старший научный сотрудник кафедры геокриологии геологического факультета МОСКОВСКОГО государственного университета им. Ломоносова Владимир Тумской рассказал о том, как проходили такие походы. Ветер и мороз до 40 были самыми большими препятствиями для получения научных результатов…

«Начинается зимняя подготовка экспедиции, как правило, с планирования и выбора сооружений и оборудования, — говорит Тумской. — Тогда все это мы забрасываем в Тикси — либо вдоль реки, или самолетами. Собравшись вместе в Тикси, формировать санно-тракторный поезд: тракторы, самоходная буровая установка на гусеничном ходу, буксируемые коттеджи (устанавливается на стальные санки) для работы и проживания людей, буровое оборудование, провиант в виде замороженных оленьих туш, рыбы, молока, чая, кофе. Еда на севере должна быть жирной, и тогда никакая зима не испугает».

В этом составе до места бурения поезд обычно составляет десятки и иногда даже сотни километров. Сама дорога занимает у полярников несколько дней: тяжелая техника, всторошенный лед (торосы — это нагромождение обломков льда, до 10-20 метров в высоту), надо его обойти. Часто бывает, что техника вязнет в снегу, приходится перецеплять трактора два в одни сани.

Возвращает «на место», экспедиции, общая масса которых тянет под 100 тонн, необходимо как можно быстрее рассредоточиться, чтобы не создавать большой нагрузки на лед. Ну и когда все уже готово к операции, начинается бурение. Сверло извлекают из-под воды и льда полки керн, после того как научной команды прямо на льду начинает проводить необходимые измерения. Важно, чтобы до отправки образцов в лабораторию на Большой земле, определить их влажность, температуру, соленость и другие свойства. В первую очередь осуществляется отбор проб газа, высокая точность измерений, которые проводятся немедленно в лаборатории буксируемом коттеджа. Позже в институтах Владивостока, Томска, Москвы и за рубежом в пробах осадков контролировать изотопный состав и радиоуглеродный возраст метана, молекулярный и изотопный состав органического вещества. Цель исследователей — оценить метановый потенциал осадков, как источник потенциального высвобождения в водную толщу, а затем в атмосферу.

Однако вырвать эти знания у суровой природы Арктики, иногда это трудно. «Мы можем работать только при температуре до 35 градусов по Цельсию», — объясняет Владимир Тумской, — если холоднее — буровая установка на морозе работает с большим трудом, да и керн осадок, построенные на поверхность быстро замерзает. Узким местом по-прежнему сильный ветер, буквально сдувающий с ног экспертов. Иногда, когда сроки поджимают и передать бурения уже не скоро заслон ветра в виде плотного куска тента, который натягиваем стены и таким образом отклоняем ветрового потока от скважины».


Владимир Тумской. Фото: TPU

К метеофакторам иногда присоединяется и зоологические. Песцы и пернатых — наиболее распространенные гости, которых полярники подкармливают своими припасами, но встречаются геологам и строгие жители Арктики — белые медведи. «Медведи регулярно приходят к нам, потому что мы часто работаем на территории, где находятся пути их миграции продолжает Тумской. — Мы пробурим отверстия в лед в весеннее время, потом видим — гости пожаловали: блок, коснуться лапами технику, они пьют воду из нашего колодца. Один раз мы были особенно обеспокоены судьбой нашего коллеги, который в палатке на трещине сделал акустические измерения, и в лагерь пришел медведь. Мы кричим издалека, отпугиваем косолапого, и медведю, по крайней мере, что стоит и, видимо, думают: есть исследователь в наушниках, или нет? Нам все же удалось уехать. И тогда наш акустик, научный сотрудник ТОИ ДВО РАН Денис Черных, ушел как будто ничего не случилось, и спрашивает, что это такое, что мы, как взволнованные все… Но в целом мы с медведей, мирно мы живем, несмотря на то, что прямые контакты были много раз — метрах в десяти от меня был, слушал. Главное, сразу показать, кто хозяин на этой территории, чтобы у животного не возникало желания вернуться. Как мы это делаем? Да, очень просто: устные желание уйти в торосы подкрепляем стрелять в воздух, чтобы отпугнуть».

Ледяные пробки у планеты уже нет

Самая масштабная три месяца биогеохимическая экспедиции на Северном Ледовитому океану состоялась в 2014 году на шведском ледоколе Oden. Звали SWERUS-C3. В ней приняли участие 84 explorer (19 женщин и 65 мужчин) из 14 стран. Экспедиции должны подтвердить наличие мегавыбросов метана, обнаружены российскими учеными. Ученые сделали это, и… нашли много новых мест, высвобождение метана. Всего по маршруту движения ледоколов было обнаружено более 500 (!) крупных мест утечек (сипов). И это только те, которые удалось обнаружить под корабль на пути к его ссылке. Уложенные, как на ниточке на карте MBA, заняли площадь более 2 миллионов квадратных километров! Представьте себе, сколько десятков, возможно, сотен тысяч сипов до тех пор, пока не обнаружены.

Основным результатом последней экспедиции российских ученых на борту научно-исследовательского судна «Академик Лаврентьев» (она закончилась во Владивостоке 2 ноября этого года) стало обнаружение увеличения масштабов и интенсивности выбросов метана из ранее выявленных утечек.

Вывод, который делают ученые: подводная мерзлота уже не столь стабильно, как считалось ранее, нет больше твердой ледяной пробки, которая идет вглубь на сотни метров. Площадь мегаутечек метана растет, что вызывает широкую озабоченность специалистов.

Но, несмотря на участие в арктических экспедициях многих зарубежных ученых, написанные совместно с нашими учеными статей в самых престижных научных журналах, как Science, Nature Gescience, выводы о ведущей роли сибирского арктического шельфа как источника формирования арктического воздуха максимальная CH4 до сих пор встречают огромное сопротивление части мирового научного сообщества. В самом деле, разделен на две части. С одной стороны, оказался международный научный консорциум под руководством российских ученых, которая основывает свои научные выводы на основе прямых всеобъемлющего и междисциплинарного наблюдения в суровых штормовых условиях ледяной Арктики, с другой стороны — кабинетные сотрудники из разных стран, которые строят атмосферные модели формирования атмосферного арктический максимум СН4 путем передачи воздуха из тропических широт. «Это невозможно, потому что ветланды (водно-болотные угодья) тропических широтах не столь мощным источником CH4, как предполагалось ранее», — говорит Семилетов. — И попробуйте ответить на вопрос: чем можно заполнить до верху с водой, пустой стакан с тем, что переливание воды из другого неполного стакана того же размера? Мое личное мнение, что за всем этим стоит нежелание некоторых достаточно сильных политизированных групп признать тот факт, что глобальный бюджет метана, формализованный в конце прошлого века, в которой главный природный ресурс на нашей планете тропиках, это не правда — реальный новым данным. Ну и конечно, что за этим стоят финансовые интересы ряда групп, которые получают за свою деятельность многомиллионные долларовые гранты».


Экспедиции на ледоколе «Оден» длилась несколько месяцев. Фото: TPU

Так что нам ждать решения спора «между тропиками и Арктикой», кажется, придется остаться в неведении — как скоро дело доходит серьезные изменения климата? В конце концов, если правы ученые, весь шельфа морей восточной Арктики в ближайшие десятилетия может перейти в это состояние, в котором в настоящее время аномальной зоны — там, похоже, что имеет место сквозное протаивание подводной мерзлоты. Высвобождение огромного количества мощного парникового газа CH4 может привести к самоускоряющемуся процессу глобального потепления.

Но, может, это страшно глобальное потепление все же отступит и газогидраты снова заморозятся? Тем более, что некоторые климатологи уже давно говорят о приближении ледникового периода на нашей планете.

«Согласно древней климатической системы мы сейчас должны замечать признаки ледникового периода, но он не приходит, — разбивает надежды Игорь Семилетов. — В течение последних 2,5 миллиона лет ледниковые периоды и периоды глобального потепления чередовались примерно каждые 105 тысяч лет. Сейчас мы являемся свидетелями того, что в этой древней системе обнаружена неисправность — потепление затянулось на тысячи лет… наиболее вероятной причиной того, что — антропогенная, и ответственность несет парниковый эффект, основной потенциал которого до сих пор составляют выбросы CO2. Кстати, симптомы этого эффекта является не только рост столбика термометра во всем мире, но и увеличение частоты циклонов и ураганов».

О сроках возможного наступления следующего этапа дальнейшего потепления климата ученые пока ответить не могут. Десять или тридцать лет нам осталось до наступления необратимые процессы? Для точной диагностики требует более сложных и передовых исследований с акцентом на северное море, где предполагается существование более чем 80% всей подводной мерзлоты Северном ледовитом океане, под которой может скрываться запасы гидрата, превышающие современный количество метана, что примерно на два порядка. В идеале, по словам Семилетова, требует синхронизации ежегодные и многолетние исследования с использованием хорошо оборудованных современным оборудованием научно-исследовательских судов, летающих лабораторий и космических спутников. Желательно также, другие организации наблюдательной станции на острове Большой Ляховский, который расположен недалеко от знаменитой большой и очень большой мегасипам. Но пока нам приходится в буквальном смысле ждать у моря погоды.

Справка «МК»

Разрушение гидратов на дне океана происходит в различных регионах нашей планеты, в том числе Охотское море, Черное море, озеро Байкал, вблизи о. Шпицберген… тем не менее, в перечисленных глубокой воде пузырьки газа, как правило, они достигают поверхности, так как полностью не растворится. В отличие от мелководного арктического восточносибирского полка, где большая часть пузырькового CH4 недостаточно, чтобы растворить и достигает поверхности моря.

Справка «МК»

Концентрация атмосферного метана над Арктикой на 10 процентов выше, чем где-либо на планете.

Справка «МК»

24 ноября для повышения эффективности исследований на основе ТПУ был учрежден Международный арктический сибирский научный центр, который объединил ученых из 15 университетов 6 стран мира.

70% нашей страны, в зоне, в существование вечной мерзлоты.

Справка «МК»

Метан-парниковый газ, как и углекислый газ (CO2), задерживает тепловое излучение поверхности нашей планеты, которая должна уйти с Земли в космос, что означает, что создает условия для дальнейшего потепления климата.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.