Исследования Арктики на базе ТПУ изменят традиционную климатическую теорию

| 1474

Исследования научной группы под руководством профессоров Томского политехнического университета изменят понимание функционирования Арктической климатической системы.

Современные изменения климата рассматриваются как последствия проявления парникового эффекта, обусловленного ростом содержания в атмосфере основных парниковых газов CO2 и CH4. До сих пор доминирует мнение о том, что основным источником этих газов являются наземные экосистемы. Исследования научной группы под руководством профессоров Томского политехнического университета доказывают, что мелководный Арктический шельф является значительным источником CO2 и CH4 в атмосферу. Это обусловлено деградацией подводной и прибрежной мерзлоты.

На слайде:  Визуализация затопления (трансгрессии) морем части суши во время ледниковой эпохи, что приводит к драматическому изменению теплового режима осадков современного шельфа – потепление более чем на 15 ?С: с –17 ?С до – (1,8) :(0 ?С).

Во время своих экспедиций в Арктику ученые ТПУ с коллегами обнаружили значительную деградацию подводной мерзлоты. Получается некогда надежная ледяная «пробка», препятствующая выходу огромных запасов газовых гидратов, сегодня «прохудилась», в ней появились талики. Через них мощные выбросы метана попадают в атмосферу.

«В отличие от наземной мерзлоты, которая относительно стабильна, Восточно-Сибирский арктический шельф сегодня активно деградирует, из-за потепления, – поясняет профессор кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ, доктор геолого-минералогических наук Наталья Шахова. – И это может вызвать высвобождение метана, который накапливался там сотни тысяч лет. Арктика – это словно большой холодильник, в котором хранится огромное количество углерода.

Но пока углерод находится в стабильной мерзлоте, он не доступен для биохимического цикла, он надежно законсервирован, и не происходит образование CO2 и CH4. Но из-за активного таяния шельфа эти парниковые газы высвобождаются Хочу обратить внимание, что Арктика никогда прежде не считалась важным источником парниковых газов. В современном глобальном цикле углерода отсутствует этот источник. Никто никогда не изучал этот вопрос. Наша научная группа сегодня является мировым лидером в этом направлении».

Площадь Восточно-Сибирского арктического шельфа (ВСШ) около двух миллионов квадратных километров, и береговая линия около 3 тысяч километров. Уровень деградации  берегового ледового комплекса сегодня невероятно высок (в среднем 3 метра в год), и в некоторых районах ежегодно разрушает до 30 метров.  Это приводит  к выносу  в ВСШ  эрозионного органического вещества  в больших количествах, значительная часть которого окисляется до двуокиси углерода.   Именно вблизи эрозионных берегов  были обнаружены  аномально кислые воды перенасыщенные  двуокисью углерода относительно атмосферы. Оказалось, что большая часть акватории ВСШ характеризуется значениями подкисления (асидификации) вод экстремальными по сравнению с другими районами Мирового океана.

На слайде:  Картина разрушения береговой линии и вечной мерзлоты, скорость береговой эрозии достигает 30 м в год.

«Согласно нашим результатам, эмиссия, или выделение, метана из осадков МВА как минимум  в два раза превышает известные оценки выделения метана из всех морей Мирового океана, – отмечает профессор кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ, доктор географических наук Игорь Семилетов. – Более того, мы обнаружили, что сечение этих мегавыбросов, или мегафакелов, возрастает. Это вызывает у нас тревогу: потенциально выброс 3–5 % от предполагаемого пула газовых гидратов может привести к многократному увеличению содержания метана в атмосфере. Это может вызвать значительные климатические изменения».

Наталья Шахова подчеркивает, что на сегодняшний день человечество столкнулось с климатической проблемой: «И эта проблема сегодня номер один. Ведь климат и экологическая ситуация на планете – это то, как мы обращаемся с нашей окружающей средой».

На слайде: Слева показано распределение аномального (красный цвет) подкисления вод (асидификации) на шельфе. Справа – потоки эмиссии CO2 из моря в атмосферу.

Ученые уверены, что снимать ответственность с человечества за эти процессы нельзя.

Сегодня ученые точно не могут сказать, как будут развиваться события в ближайшие десятилетия. Пока еще очень мало известно о тех процессах, которые происходят в Арктике. Научная группа под руководством Натальи Шаховой разработала четыре сценария. Самый жесткий, и как надеются авторы – маловероятный сценарий – «катастрофический». Согласно нему, при условии, если  примерно 3–5 % предполагаемых запасов гидратов может выброситься в атмосферу в течение 10 лет (таково время жизни метана в атмосфере),  то концентрация атмосферного метана увеличится во много раз. Это может вызвать труднопредсказуемые климатические последствия: произойдет потепление более значимое, чем при удвоении двуокиси углерода в атмосфере. Для устранения таких последствий может потребоваться мировой бюджет всех экономик.

Именно поэтому сегодня так важно обратить внимание мировой общественности на эту проблему.

«Ежегодно на полномасштабное исследование деградации подводной мерзлоты Арктики требуется не меньше 100 млн рублей,  что определяется высокой стоимостью аренды научных судов, – говорит Игорь Семилетов. – Тогда можно проследить  изменение масштаба выбросов метана и сделать комплексные оценки, чтобы понимать как будет изменяться состояние  мерзлоты в  ближайшем будущем не только на Восточно-Сибирском шельфе, но и во всей Арктике.

Другим важным направлением исследований является  изучение возрастающей асидификации и экологического состояния вод на ВСШ, который  находится под воздействием возрастающего транспорта углерода (вследствие таяния мерзлоты) с речным стоком».

Арктика – это стратегический резерв страны. Именно к этой части сегодня прикованы взгляды мирового научного, политического и экономического сообществ. Главным остается вопрос по эффективному и в первую очередь безопасному освоению этого региона.

«Газовые гидраты и карманы взрывоопасны в большой концентрации. Известны случаи – например, в Печорском море, когда выброс метана едва не привел к трагедии. Людей надо вооружить знанием, дать рекомендации, а для этого необходимы комплексные целевые исследования Восточно-Сибирского шельфа, что требует привлечения значительных средств. На Сибирском шельфе, по различным оценкам, содержится в два-пять раз больше углеводородов, чем в Персидском заливе. Вопрос о том, как снизить геоинженерные риски, сделать разведку и добычу энергоресурсов на арктическом шельфе безопасной для людей, и для экологии – это один  из приоритетов нашей работы в Томском политехническом университете, в котором накоплен уникальный опыт поиска и разработке нефтегазовых ресурсов Сибири.  ТПУ –  это место где  на протяжении более 100 лет  накоплен колоссальный опыт по подготовке молодых специалистов в этой области», – говорит Наталья Шахова.

Наталья Евгеньевна уверена, что в результате объединения знаний и опыта, накопленного в ТПУ, с опытом и знаниями  команды Семилетова-Шаховой удастся сохранить и развить лидирующие позиции российских ученых на ВСШ.

В рамках проекта в Томском политехе уже создано две новых лаборатории «Научно-исследовательская лаборатория анализа и мониторинга опасных геологических и геодинамических процессов на Арктическом шельфе» и «Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей» и началась подготовка уникальных специалистов в области морской геологии. В Томске читают лекции зарубежные профессора и научные сотрудники — эксперты мирового класса в своих областях. Студенты и молодые ученые участвуют в арктических экспедициях, направляются в зарубежные стажировки к университетам-партнерам. Двое аспирантов уже прошли стажировки в Стокгольме, планируются стажировки в университеты Голландии и США. Всего партнерами проекта стали 15 университетов и академических институтов мира. Это вузы  и научные центры России, США, Швеции, Нидерландов, Англии и других стран.

«Ряд ведущих экспертов вузовской и академической науки уже удалось объединить на базе ТПУ в нашем арктическом проекте. Мы надеемся также объединить наши усилия с ведущим арктическим институтом в нашей стране — НИИ Арктики и Антарктики, с которым нас уже связывают многие годы сотрудничества начиная с 1980 до начала 2000-х», – говорит Игорь Семилетов.

Справка:

Научная группа под руководством Натальи Шаховой выиграла многомиллионный грант Российского научного фонда. Прежде научная группа во главе с профессором ТПУ, известным исследователем Игорем Семилетовым, получила мегагрант Правительства РФ. Сегодня на базе ТПУ ведутся масштабные исследования по изучению Сибирского арктического шельфа как источника парниковых газов планетарной значимости. В рамках проекта уже выполнено три экспедиции в Арктику, в том числе на единственном в мире научном ледоколе «Оден», в стодневной экспедиции участвовали 80 ученых из разных стран. Партнерами проекта стали 15 университетов мира.

За время выполнения проекта уже опубликовано более 20 статей  в ведущих российских и зарубежных журналах , включая  Biogeosciencces,  Deep-Sea Research, Nature Geosciences, Geophysical Research Letters, J. Geophysical Research. Добавим, что совместная статья профессоров Томского политехнического университета Натальи Шаховой и Игоря Семилетова была недавно опубликована в ведущем и старейшем англоязычном научном журнале Королевского научного общества «Philosophical Transactions A».