Вечная мерзлота — часть верхнего слоя земной коры, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Это явления глобального масштаба, площадь вечной мерзлоты занимает не менее 25% суши всего земного шара. Значительная часть современной мерзлоты унаследована от ледниковой эпохи и сейчас медленно тает. Тем не менее содержание льда в промерзлых породах может доходить до 90%.
В вечной мерзлоте могут образовываться залежи газовых гидратов (кристаллические соединения, формирующиеся из воды и газа при определенных условиях), в частности гидрата метана. После обнаружения их залежей в зоне вечной мерзлоты советскими учеными с 60-х годов ХХ века гидраты рассматриваются как потенциальный источник топлива.
Однако позже выяснилось, что газовые гидраты нестабильны при повышении температуры, поэтому в настоящее время они воспринимаются и как причины изменения климата.
Существует даже гипотеза о метангидратном ружье — теория о том, что растущая температура океана запустит процесс высвобождения метана из отложений гидрата метана. Так как сам метан является сильным парниковым газом, его выход в атмосферу приведет к повышению температуры и дальнейшему росту высвобождения еще больших его объемов. Этот процесс будет носить самоусиливающийся и неостановимый характер. Некоторые исследователи предполагают, что с высвобождением метана могли быть связаны такие события, как массовое пермское вымирание и позднепалеоценовый термальный максимум.
Коллектив российских, американских и шведских ученых под руководством Натальи Шаховой и Игоря Семилетова (Дальневосточное отделение РАН), а также при участии Владимира Тумского (МГУ им. М.В. Ломоносова) провел исследования вечной мерзлоты на арктическом шельфе Восточной Сибири (море Лаптевых), изучив количество выделяемого метана в разных частях арктического шельфа, а также влияние штормов на этот процесс. С результатами их новой работы можно ознакомиться в журнале Nature Geoscience.
Ученые использовали такие методы работы, как гидроакустические исследования и видеонаблюдение за потоками пузырьков метана, построение термодинамической модели (симулирование повышения температуры воды и ее влияния на выбросы метана), наблюдения за содержанием метана в воде и атмосфере до и после шторма, а также воспользовались информацией о температурном режиме морской воды и самой вечной мерзлоты за многолетний период.
Данные о температуре воды собирались 570 станциями с 1999 по 2012 год. Средняя температура составила чуть выше 0,5°C (летом — чуть выше 1°C). Температура вечной мерзлоты в море Лаптевых была определена при помощи бурения шахты глубиной 57 м в апреле 2011 года. В разных слоях мерзлоты температура варьируется от –1,8°C до 0°C. Содержание метана в воде и атмосфере до и после штормов фиксировалось в 2009 и 2010 годах.
Результаты работы показали: шторм не оказывает существенного влияния на содержание метана в воде и воздухе, лишь на время разгоняя его. Концентрация метана восстанавливается до прежнего уровня примерно через 36 часов после шторма.
Исследования же количества потоков пузырьков метана в водах моря Лаптевых показали: их поток примерно в десять раз больше, чем предполагалось ранее. На дистанции 2 тыс. км (при глубине воды от 6 до 24 м) ученые зафиксировали около 27 тыс. потоков пузырьков метана разной интенсивности.
Руководившие работой Наталья Шахова и Игорь Семилетов дали интервью «Газете.Ru», рассказав о значимости исследования и поделившись своими прогнозами на будущее.
— Скажите, наносят ли выбросы метана серьезный ущерб окружающей среде?
— Мы считаем, что влияние от увеличения выбросов метана в атмосферу может рассматриваться в двух аспектах: климатическом (за счет увеличения парникового эффекта и включая множество положительных и отрицательных обратных связей в климатической системе) и экологическом (за счет окисления части метана в водной толще до двуокиси углерода СО2, что приводит к дополнительному подкислению вод).
— Возможна ли борьба с подобными последствиями?
— Полагаем, что в настоящее время не существует эффективных методов борьбы с эффектами от выброса метана. Наверное, в этом направлении можно рассматривать начало добычи гидратного метана на шельфе моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря, но технологически и логистически это пока сделать сложно.
— Можете ли вы спрогнозировать дальнейшее развитие ситуации: будут ли выбросы метана усиливаться в ближайшем будущем?
— Безусловно, выбросы будут увеличиваться, поскольку они обусловлены современным состоянием подводной мерзлоты, которая в разных районах Восточно-Сибирского шельфа находится на разных стадиях деградации. На основании результатов, полученных в 2009–2010 годах, мы можем сказать, что ежегодные выбросы метана в атмосферу планеты по крайней мере в два раза больше (17 млн вместо 8 млн тонн) и что эти выбросы соизмеримы с выбросами метана из арктической тундры, которая считается одним из основных источников метана в атмосфере Северного полушария.
В настоящее время мы продолжаем обработку новых данных и подготовку совместных публикаций, которые позволят лучше понять и оценить масштабы происходящих и будущих выбросов метана, мощность которых определяется состоянием подводной мерзлоты. Она работает как барьер для дестабилизации колоссальных залежей гидратов метана.
Дестабилизация же может привести к выбросу метана в количестве, способном существенно изменить климат нашей планеты.
Игорь Семилетов подчеркивает, что спрогнозировать дальнейшее развитие ситуации возможно только с помощью принципиально новых данных, основанных на использовании комплекса наиболее современных биогеохимических, геофизических и геологических показателей. Такая работа выполняется междисциплинарной группой, включающей ведущих ученых из лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (Владивосток), лаборатории сейсмических исследований и лаборатории химии моря Института океанологии РАН (Москва), кафедры геокриологии геологического факультета МГУ (Москва), Института физики атмосферы РАН (Москва), Института мерзлотоведения СО РАН (Якутск), Геологического института РАН (Москва), а также при поддержке ученых из США, Швеции, Нидерландов, Великобритании.
Наталья Шахова добавила, что тема данного исследования волнует научное сообщество и публику во всем мире, однако, учитывая высокую стоимость работ, для достоверных прогнозов требуется объединение потенциала России и всех заинтересованных стран (G8–G20). А пока ученые выражают особую благодарность организациям, без поддержки которых исследования были бы невозможны, — Российскому фонду фундаментальных исследований, президиуму ДВО РАН, а также Национальному научному фонду США, НОАА, и Фонду Валленберга.