Климат становится нервным.

Пандемия внесла в нашу жизнь значительные коррективы и во многом сместила приоритеты. Однако самая главная общемировая проблема, которую многие игнорируют, осталась: продолжается глобальное потепление. Климатологи уверены: карантинное «затишье» не оказало значительного влияния на климат.

Мы поговорили об этом с ведущими отечественными специалистами.

ГЛОБАЛЬНЫЙ ПАРНИК

В истории Земли климатические изменения случались не раз, и в некоторые периоды они были намного серьезнее, чем сейчас. Но никогда прежде климат не менялся столь стремительно. Научное сообщество в целом пришло к консенсусу: за ускоренное глобальное потепление ответственны мы, человечество. Обсуждаем тему с Сергеем Михайловичем Семеновым, научным руководителем Института глобального климата и экологии Росгидромета им. акад. Ю.А. Израэля.

— Что входит в понятие «климатическая система»?

— Это система, которая порождает климат. Основной источник энергии на Земле — излучение Солнца. Казалось бы. Луна находится рядом с Землей и поток солнечного излучения, попадающий на единицу поверхности Луны, примерно такой же, как попадает на верхнюю границу земной атмосферы. Но температурный режим совершенно иной: днем на Луне очень жарко, а ночью очень холодно. Земной климат более мягкий. Средняя температура земной поверхности составляет +15° С. Конечно, существуют и экстремальные значения: в Антарктиде, например, есть места, где температура опускается до -80° С, а есть территории Земли, где наблюдается +60° С. Однако в среднем климат нашей планеты благоприятен для человека.

Тогда почему на Луне климат суровый, а на Земле — благоприятный? Дело в том, что климат зависит не только от света, но и от того, на что попадает этот свет. Земля обладает атмосферой (газовой оболочкой), гидросферой (куда входят океаны, реки, озера и т.д.), почвой (педосферой) и биосферой. Между ними происходит постоянный обмен веществом и энергией. То есть климат — это продукт взаимодействия между разными сферами в ходе обмена веществом и энергией.

Важно понимать, что климат непостоянен. В историческом прошлом Земли он был другим и сейчас также меняется. При этом в естественные процессы, происходящие в климатической системе, стал вмешиваться человек. Сначала очень локально. Скажем, построили в Красноярске водохранилище — и климат Красноярска стал менее суровым, более влажным и мягким. Однако сейчас масштабы человеческого влияния на климат обрели поистине глобальный характер.

— Как климатологи оценивают современное состояние климатической системы?

— Ее нельзя оценивать в терминах «хорошо» или «плохо». Это некая физическая система, где происходит превращение лучистой энергии в разные другие виды — механическую, тепловую, химическую и т.д. Например, используя солнечную энергию и углекислый газ, растение набирает свою биомассу и выделяет для нас кислород.

В наше время климатическая система Земли находится в состоянии ускоренного изменения, потому что человек в индустриальный период (условно его отсчитывают от 1750 г.) научился влиять на климат и окружающую его среду в очень значительных масштабах, практически глобально. Сегодня на наших глазах происходят изменения, которые фиксируют станции наблюдений за климатом, расположенные навеем земном шаре. Пока эти изменения не катастрофические, но они есть.

— Откуда возник термин «глобальное потепление»? Действительно ли он отражает потепление на всей планете или речь идет о локальных колебаниях температуры?

— Этот термин имеет два значения. «Глобальное» понимается и как повсеместное потепление на всей планете, и как среднее значение по земному шару. В среднем по поверхности Земли в приповерхностном слое атмосферы действительно наблюдается потепление. По данным за XX в., среднее значение температуры увеличилось на один градус Цельсия. Это кажется незначительным, но не будем забывать, что большую часть земной поверхности покрывает океан — инерционная среда. Океан теплеет с меньшей скоростью по сравнению с сушей, поэтому на самом деле она потеплела более значительно. Кроме того, есть участки суши, которые нагреваются быстрее остальных. Например. Арктический регион России нагревается быстрее, чем вся остальная территория страны. При этом Россия теплеет быстрее, чем остальная суша в среднем.

Потепление происходит из-за того, что мы меняем состав атмосферы. Конечно, на количество солнечной энергии, поступающее к Земле, мы повлиять не можем, но что потом делается с этой энергией— вопрос интересный. Примерно половина пришедшей на верхнюю границу атмосферы солнечной энергии достигает земной поверхности. Для видимого света атмосфера достаточно прозрачна (будь иначе, нам было бы очень скучно жить). Солнечный свет нагревает земную поверхность и достаточно слабо нагревает саму атмосферу. Вообще говоря, солнечный свет плохо поглощается атмосферой. Когда земная поверхность нагревается, она излучает в инфракрасном диапазоне. Это излучение невидимо для глаза человека. Только 10% излучения земной поверхности уходит обратно в космос, остальное поглощается атмосферой и частично перенаправляется обратно к Земле. Это и есть механизм парникового эффекта.

На самом деле, парниковый эффект— полезная вещь. Если бы его не было, наш климат был бы похож на лунный. Нам бы это точно не понравилось. Среднее значение температуры на Земле. +15° С в приповерхностном слое атмосферы, сформировалось благодаря наличию естественного парникового эффекта, который обеспечивается в основном водяным паром. На содержание водяного пара мы повлиять не можем. Но есть малые газовые составляющие — это углекислый газ, метан, закись азота, озон и некоторые другие. На содержание этих газов мы очень даже можем повлиять. И повлияли.

Так, повышение концентрации углекислого газа в атмосфере сделало плотнее атмосферное «одеяло», покрывающее Землю. Тем самым атмосфера в большей степени перехватывает излучение Земли и в большей степени перенаправляет его обратно к земной поверхности. Это исходная причина глобального антропогенного потепления. Дополнительное обогащение атмосферы парниковыми газами усиливает естественное содержание этих веществ в атмосфере. Все это происходит из-за хозяйственной деятельности. Человек сжигает ископаемое органическое топливо (уголь, нефть, газ), преобразовывает ландшафты. Например, вырубка гектара леса для сельскохозяйственных нужд приводит к тому, что в атмосферу выделяется дополнительное количество углекислого газа. Лес накапливает углерод, который высвобождается при вырубке, а сельскохозяйственный гектар накопит меньше углерода, чем лесной. То же самое происходит, когда бушуют лесные пожары, высвобождающие лишние углекислый газ и метан. Использование азотных удобрений на полях приводит к обогащению атмосферы закисью азота (N20). Эти вещества— оксид азота, метан и диоксид углерода— нельзя назвать загрязняющими. Хотя их концентрации за индустриальный период существенно увеличились, они на этих уровнях все же не обладают токсическим эффектом. Тем не менее, они очень ярко дополняют естественный парниковый эффект. Заметим, что метан в расчете на одну тонну выброса в атмосферу примерно в 30 раз сильнее, чем углекислый газ, а закись азота — более чем в 100 раз.

Но существуют и антропогенные факторы похолодания. Например, увеличение количества некоторых видов аэрозолей в атмосфере входе хозяйственной деятельности наоборот способствует похолоданию. По сути, такие аэрозоли — это маленькие зеркальца, которые летают в атмосфере и отражают часть солнечного света обратно в космос. Подобные вещества используются в некоторых отраслях промышленности, что отчасти ослабляет потепление из- за увеличения концентрации парниковых газов.

— Когда забили тревогу? И как удалось выяснить, что именно выбросы парниковых газов влияют на климат?

— Все мы знаем, что такое парник. Достаточно вспомнить о теплицах на даче. Ящик в земле накрывается рамой со стеклом, и. когда еще есть заморозки, в теплице жарко и там растут огурцы. Из-за чего это происходит? Стекло гораздо легче пропускает солнечный свет, чем инфракрасное излучение дна парника.

Впервые парниковый эффект был открыт еще в XVIII в. Был такой естествоиспытатель, швейцарский геолог, ботаник и альпинист Орас Бенедикт де Соссюр. Он был человеком любознательным и, когда путешествовал в альпийских горах, измерял температуру, давление, другие параметры. Де Соссюр изобрел некий прибор — переносной мини-парник. По сути, это была кастрюля, снизу и сбоку выложенная пробковым слоем, плохо проводящим тепло, сверху покрытая стеклом и внутри имеющая несколько стеклянных горизонтальных перегородок. В каждом отсеке между стеклами располагались термометры. Исследователь заметил: если днем поместить установку под солнечный свет, то в нижнем отсеке температура доходит до 100° С. Суть процесса объяснил французский физик и математик Жан-Батист Жозеф Фурье в начале XIX в. Он отметил, что тепло существует в атмосфере в двух видах: солнечное и «темное». «Темным» он фактически называл инфракрасное излучение. Когда солнечное тепло, легко проходящее через атмосферу, достигает земной поверхности, оно мгновенно превращается в «темное» тепло, то есть в инфракрасное излучение Земли, которое очень плохо пропускает атмосфера. Из-за этого оно накапливается и нагревает приповерхностный слой.

Но это были гипотезы. Экспериментальные доказательства появились только во второй половине XIX в. Английский физик Джон Тиндаль изучал поглощение и излучение разными газами электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне и, в частности, выяснил, что такие газы, как кислород или азот, из которых в основном состоит атмосфера, практически не поглощают и не излучают в инфракрасном диапазоне. Однако малые газовые составляющие —углекислый газ, метан — как раз могут поглощать инфракрасное излучение и, соответственно, его излучать.

В 1896 г. Сванте Август Аррениус написал книгу, в которой уже точно вычислил, как повышение или понижение концентрации двуокиси углерода скажется на температуре земной поверхности. Однако ему и в голову не могло прийти, что человек станет настолько могущественным, что существенно изменит концентрацию С02 в атмосфере и вызовет изменения глобального климата. Это его интересовало совершенно из других соображений:

он полагал, что ледниковые периоды в историческом прошлом Земли можно объяснить уменьшением концентрации С02 в атмосфере.

Спустя несколько десятилетий, в 1938 г., английский инженер и изобретатель Гай Стюарт Коллиндер опубликовал статью, где вычислил, что благодаря уже случившемуся обогащению атмосферы углекислым газом температура на планете выросла. Это подтвердили также наблюдения на существующих в те годы метеостанциях.

Наш выдающийся соотечественник академик М.И. Будыко в 1972 г. опубликовал работу, где дал собственный прогноз: если концентрация диоксида углерода продолжит расти, то повысится передняя температура на планете. Его прогноз оправдался— современное повышение температуры связывают в основном именно с увеличением концентрации С02.

— В докладе Росгидромета «Об особенностях климата на территории Российской Федерации» за 2019 г. указано, что темпы роста температуры в приповерхностном слое в России превышают глобальное среднее потепление более чем в два с половиной раза. С чем ученые это связывают?

— То, что Россия теплеет быстрее всей остальной части Земли, понятно. На нашей территории есть такие области, где потепление выражено наиболее ярко, — например, Арктика. У России большое арктическое побережье, которого нет у Швейцарии. Поэтому, естественно, на территории нашей страны потепление выражено более сильно. Существуют и другие особенности — например, формирования климата над пространствами Сибири и остальных регионов.

В Арктике усиленное потепление объясняется так называемой положительной обратной связью. Здесь важно помнить о таком понятии, как альбедо, что на русский язык буквально переводится как «белость». Это характеристика отражательной (рассеивающей) способности поверхности. Отражательная способность льда очень высока. Но при потеплении льды отступают, вместо льда остаются вода или черная земля на суше. Следовательно, альбедо уменьшается. И это приводит к увеличению степени поглощения пришедшей от Солнца лучистой энергии, что вызывает еще большее потепление. В этом и состоит положительная обратная связь.

— Какие международные соглашения и программы, направленные на поддержку климата, можно считать эффективными?

— Их не так много, чтобы сравнивать по эффективности. Глобальное потепление и увеличение концентрации парниковых газов— проблема не локальная. Представим, что мэр Москвы вдруг скажет: «Снизить потребление бензина наполовину». Приведет это к изменению ситуации в городе? Нет: поскольку парниковые газы хорошо перемешиваются, они «притекут» с окружающих территорий. То есть локально решить эту проблему нельзя, она по своей сути глобальная. Ее решение требует совместных усилий всех стран. Это сообразили в конце 1980-х гг. и решили, что нужно подписать что-то вроде климатической конвенции, которая бы призывала всех ограничить выбросы парниковых газов.

Поскольку проблема имела большую научную составляющую и политики не очень понимали суть климатических процессов, одновременно была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), которая действует до сих пор. Ее задача — периодически представлять информацию для политиков, анализируя научные данные о том, как меняется климат, какими могут быть последствия и как ограничить влияние человека на климатические изменения. Первый доклад МГЭИК был опубликован в 1990 г. С опорой на эту научную информацию была разработана и в 1992 г. подписана Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН). С тех пор практически все страны мира ратифицировали конвенцию.

РКИК ООН предполагает наличие цели, иона есть в статье второй этой конвенции: «Конечная цель настоящей конвенции заключается в том, чтобы добиться стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему. Такой уровень должен быть достигнут в сроки, достаточные для естественной адаптации экосистем к изменению климата, позволяющие не ставить под угрозу производство продовольствия и обеспечивающие дальнейшее экономическое развитие на устойчивой основе». Цель была, но не было конкретных цифр, регламентирующих, каким странам и насколько нужно сократить выбросы.

Первый протокол в рамках этой конвенции был принят в японском городе Киото 11 декабря 1997 г. и вступил в силу 16 февраля 2005 г. Этот международный договор применяется к шести парниковым газам и группам газов: углекислому газу (С02), метану (СН4), закиси азота (N2О), гидрофторуглеродам (ГФУ), перфторуглеродам (ПФУ) и гексафториду серы (SF6). В Киотском протоколе уже были указаны конкретные цифры. Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны. Россия и Украина обязались сохранить годовые выбросы в 2008-2012 гг. на уровне 1990 г.

Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали. Но если посмотреть на сегодняшнюю статистику, основными эмиттерами парниковых газов и оказываются развивающиеся страны.

Россия после долгих раздумий ратифицировала Киотский протокол и выполнила все обязательства. США не приняли обязательства, поскольку президент Джордж Буш — младший посчитал, что это противоречит интересам страны. Однако за эти годы, по данным статистики, выбросы в Северной Америке не увеличились. А вот выбросы Китая и Индии (и вообще Азиатского региона) выросли за первое десятилетие XXI в.

В 2015 г. был подписан второй протокол— Парижское соглашение, в рамках которого уже все страны имеют обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. При этом в протоколе указано, что каждая страна сама определяет, на сколько она будет сокращать объем выбросов, и сообщает эту цифру в секретариат РКИК ООН. И только после этого дается оценка — хватает в сумме этих сокращений или нет для достижения глобальной цели. Глобальная цель — не позволять средней температуре на планете превысить 2° С по отношению к показателям доиндустриальной эпохи, а по возможности не превысить уровень 1,5° С.

Кроме аспектов, связанных с сокращением выбросов парниковых газов, в Парижском соглашении большой раздел посвящен и адаптации. Важно бороться с причиной антропогенного потепления, то есть с выбросами парниковых газов, но надо не забывать и о его последствиях. Например, волны жары, которые наблюдаются в Индии. Японии, других странах Юго-Восточной Азии, приводят к увеличению смертности людей. Волна жары в Париже 2003 г. унесла очень много жизней, в особенности пожилых людей, которые не были адаптированы к подобным колебаниям.

Упомянутые международные соглашения работают в настоящий момент. Сказать, что они уже привели к заметному уменьшению выбросов парниковых газов или ущерба от потепления, нельзя. Концентрации парниковых газов в атмосфере продолжают расти. Считается, что это инерционный процесс и нужно подождать несколько лет, чтобы увидеть результат. Помимо этого разрабатываются и внедряются программы перехода от ископаемого органического топлива к возобновляемым источникам энергии: использованию солнечной, ветровой энергии и т.д. Специалисты уверены, что подобные программы будут широко распространяться и это поможет уменьшить выбросы в атмосферу парниковых газов от сжигания нефти, газа и угля. Конечно, полностью перейти на «зеленую энергетику» не удастся. Я не могу представить себе ледокол, который работает на солнечной энергии.

— Какие сценарии обсуждаются научным сообществом и можно ли как-то стабилизировать ситуацию?

— Будущее климата зависит не только от состояния климатической системы и взаимодействия ее элементов. Оно зависит еще и от того, как мы будем себя вести, какими будут выбросы парниковых газов в атмосферу, какие будут приниматься меры по ограничению этих выбросов. Мы не можем себе представить, скажем, на 50 лет вперед, как будет развиваться мировая экономика. Однако сегодня рассматриваются несколько сценариев: экстремальный, средний и оптимистический. Все они изложены в докладах МГЭИК.

Если мы будем себя вести не очень разумно и продолжим интенсивно сжигать ископаемое органическое топливо, запустится сценарий экстремальный, или RCP8.5 (RCP— аббревиатура от Representative Concentration Pathway, то есть «представительная траектория концентрации»). Согласно ему, концентрации парниковых газов будут расти до конца этого столетия, а средняя глобальная температура в приповерхностном слое повысится на 4-5° С.

Если мы будем вести себя разумно (RCP 2.6), координироваться, интегрироваться, заменять технологии, основанные на использовании ископаемого органического топлива, на более совершенные, связанные с применением возобновляемых источников энергии, то сможем достичь глобальной цели Парижского протокола: увеличение средней глобальной температуры в приповерхностном слое атмосферы не превысит 2° С. Рассматриваются и различные промежуточные сценарии.

Вы видите, как сейчас ведут себя мировые экономические системы. Предвидеть, что будет с климатом через 50 или 100 лет, сложно. Но, как мне кажется, многие страны все-таки будут следовать этим рекомендациям. Однако это уже предположения вне климатологии. ■

ПОД СОЗВЕЗДИЕМ БОЛЬШОЙ МЕДВЕДИЦЫ

Не запущен ли механизм зависимости, когда потепление вызывает рост концентрации метана, а метан — потепление? Возможно, ответ кроется в сейсмической активности нашей планеты.

О новой концепции ускоренного роста температуры в Арктике рассказывает академик Леопольд Исаевич Лобковский, научный руководитель геологического направления Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

— Известно, что Арктический регион нагревается значительно быстрее, чем остальные части планеты. В чем причина?

— Существуют ряд предположений и гипотез. Согласно одной из них (ее придерживаюсь и я), в Арктике отмечаются большие выбросы парникового газа метана. Экспедиции в арктическую зону отечественных и зарубежных исследователей за последние десять лет показали, что на шельфе наблюдаются масштабные выбросы метана в виде пузырькового потока. В прилегающей суше также обнаружены значительные выбросы метана в виде взрывных кратеров. Относительно недавно подобный кратер возник в районе Ямала. Метан — сильный парниковый газ, его эффект намного интенсивнее сточки зрения расчета на молекулу, чем у диоксида углерода. Именно этот фактор считается возможным объяснением ускоренного потепления в Северном полушарии.

— Эмиссия метана вызвана естественной изменчивостью или антропогенным фактором?

— Я много лет занимаюсь этим вопросом. Считается, что потепление вызвано выбросами С02 в результате деятельности промышленных предприятий. Эта концепция антропогенных выбросов С02 в последние годы доминирует в мировом сообществе. С этим связаны и геополитические вопросы, и международные квоты по уменьшению выбросов метана.

С другой стороны, мы знаем, что существуют природные факторы, которые тоже должны учитываться. Если проанализировать динамику температуры в Арктике за прошлый век и начало XXI в., то можно заметить, что на фоне межгодовых колебаний наблюдаются две точки внезапного роста потепления. Первая такая точка приходится на 1920 г. Рост температуры длится вплоть до 1940 г. Вторая такая точка внезапного потепления относится к 1980 г. Здесь также наблюдается резкий подъем температуры, который продолжается до сегодня, то есть фактически 40 лет. Эти внезапные резкие колебания температуры трудно объяснить только антропогенными факторами, ведь необходимо доказать, что именно в эти годы резко усилился антропогенный выброс. Таких данных попросту нет.

Поэтому, намой взгляд, главная задача— объяснить причины такого резкого ускоренного потепления. Даже качественные математические модели не могут дать четкий ответ. Если говорить о природных факторах, то нужно найти какой-то природный механизм, который бы стремительно включался именно в эти моменты времени в 1920 г. и 1980 г.

Я довольно долго размышлял над этой проблемой, как и другие ученые. Недавно я пришел к некоей новой концепции, или гипотезе, которую назвал «сейсмогенно-триггерный механизм». Ее суть в том, что существует внутренний динамический фактор планеты, который может быть ответственным за начало резкого роста температуры в Арктике. Речь идет о сильнейших землетрясениях в так называемых зонах субдукции. Ближайшая к Арктике зона субдукции, где литосфера погружается в мантию, приурочена к Алеутской островной дуге.

Эту гипотезу нужно было проверить. Я изучил статистику по сильнейшим землетрясениям с магнитудой больше восьми баллов, которые происходили в периоды резкого потепления температуры. Если мы посмотрим исторические данные по Алеутской дуге, то увидим, что в середине прошлого века, в 1960-хгг., произошло три землетрясения колоссальной силы: с магнитудой 8,5 в 1957 г., в восточной части Алеутской дуги с магнитудой больше 9 в 1964 г. и, наконец, землетрясение 1965 г. Эти громадные очаги по нескольку сотен километров фактически покрыли всю островную дугу серией ударных событий и вызвали сильнейшие колебания литосферы.

Естественным образом возникает вопрос: почему учитываются землетрясения 1960-х гг., а начало потепления приходится на 1980-е гг.? Дело в том, что волны от крупных землетрясений распространяются с запаздыванием в 20 лет. Известна теория так называемых медленных тектонических волн, или деформационных волн в литосфере. Эти волны распространяются со скоростью примерно 100 км в год по цельной плите стокилометровой толщи, которая лежит на вязком слое астеносферы. Система литосферы и астеносферы при колебаниях создает деформационные волны. Получается, что за 20 лет волна от событий в 2 тыс. км от Алеутской дуги дошла до восточной части шельфа.

Но, как я сказал, существовала и другая точка в 1920 г. И здесь мы видим ту же самую ситуацию. Согласно историческим данным, в начале XX в., с 1899 г. по 1906 г., произошли опять-таки три ударных землетрясения с магнитудой более 8. И опять мы видим разницу в 20 лет. Эта статистика заставляет серьезно отнестись к предложенной модели, поскольку дважды за период наблюдений с XIX по XX в. мы видим, что происходили две ударные серии землетрясений на Алеутской дуге, которые запаздывали относительно начала потепления на 20 лет.

Другой вопрос заключается в том, как эти волны доходят до шельфа и до береговой прилегающей области и почему они приводят к потеплению. Это объясняется метановыми выбросами. Как известно, побережье и шельф представляют собой зону вечной мерзлоты. Это подземная часть криосферы — особой природной оболочки Земли, которая имеет постоянную отрицательную температуру и содержит значительные включения грунтового льда и, конечно, большое количество газовых гидратов — кристаллических соединений, образующихся при высоком давлении и низкой температуре из воды и газа. Молекулы газа, в частности метана, плотно зажаты в кристаллах льда. При таянии мерзлоты метан высвобождается, поднимаясь на поверхность воды, а затем попадает в атмосферу. Перед учеными стоит задача выяснить, в каких случаях он высвобождается.

Как показывают исследования, достаточно очень небольших дополнительных возмущений и давления, чтобы газ мог выходить из запертого состояния, то есть из метастабильных газогидратов мерзлых пород. Даже при незначительных внешних возмущениях меняется давление, приводя к возникновению микротрещин, которые становятся причиной разрушений ледовой или газогидратной матрицы, и газ свободно выходит на поверхность.

Это и есть сейсмогенно-триггерный механизм, который приводит к эмиссии метана и ускоренному потеплению. По сути, этот механизм состоит из трех частей. Генерация сильнейших землетрясений на Алеутской дуге дает очень сильные возмущения в литосфере. Они переносятся со скоростью 100 км в год в область арктического шельфа. Примерно за 20 лет они доходят до арктической зоны. За счет дополнительных напряжений и возмущений напряженного состояния в коре и в мерзлых породах деформационные волны приводят к массовому выходу метана из запертых зон, связанных с газогидратами и со льдом.

Этот механизм, как мне кажется, может ответить на вопрос о стремительном, практически внезапном начале газовых эмиссий, приводящих, соответственно, к очень резкому потеплению в Арктике. Эта модель не претендует на универсальность и ни в коем случае не представляет собой альтернативу другим моделям. Она лишь вносит новое понимание важного геотермического фактора, который может объяснить резкое усиление эмиссии метана и, соответственно, потепления.

— Чем чревато дальнейшее увеличение температуры и высвобождение метана в Арктическом регионе?

— Важно отметить, что именно высвободившийся метан — фактор ускоренного потепления. Другой вопрос — а как дальше будет функционировать эта система?

Разумеется, общее потепление приводит к уменьшению снежно-ледового покрова. Уменьшается так называемое альбедо — отражательная способность льда, соответственно, он еще больше нагревается. Но подчеркну, что антропогенный фактор в рамках данной модели никак не учитывается. Речь идет исключительно о природных явлениях.

Сейчас необходимо проверить эту гипотезу. Статистика, конечно, убедительна, но нужно доказать непосредственно влияние волн на высвобождение метана и усиление его эмиссии. А это уже требует развития и сформированной концепции наблюдений, в том числе из космоса. Зарождается целое направление, которое нужно развивать, чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. И то и другое было бы очень важно для наших рассуждений. Во всяком случае, я сегодня не знаю другого механизма, объясняющего резкий старт фаз потепления в Арктике.

Чем это чревато? Все мы понимаем, что человечество ждут колоссальные проблемы. Но когда говорят об уменьшении антропогенной нагрузки на климат, исходят из того, что антропогенный фактор — доминирующий.

То, что предложил я. — совершенно другой фактор, связанный с сильнейшими землетрясениями на Алеутской дуге, с тектоническими волнами, деградацией мерзлоты и газогидратов и высвобождением метана. Но, повторюсь, проблема сформулирована и как любая теория или гипотеза требует проверки и дальнейшего изучения. Первый доклад по этой теме я представил в марте этого года на заседании президиума РАН. Сейчас я подготовил несколько научных статей, которые будут опубликованы в ближайшее время. Это абсолютно новая гипотеза, которая, конечно же, встретит большую критику.

■

КАК ИСЧЕЗАЕТ ЛЕД

Темпы таяния ледников с каждым годов возрастают. Считается, что глобальное потепление только усиливает этот процесс, который, в свою очередь, приводит к повышению уровня Мирового океана. Большинство гляциологов сходятся во мнении, что за ускоренное таяние ледников ответственна высокая концентрация углекислого газа. Об этом наш разговор с Дмитрием Александровичем Петраковым, доцентом кафедры криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

— Недавно вы вернулись из экспедиции. Расскажите, над чем вы работали и к каким результатам пришли?

— Недавняя экспедиция была достаточно короткой. Это, скорее, полевой выезд на печально известный ледник Колка, где 18 лет назад погибло более 100 человек, в том числе съемочная группа фильма «Связной» и в ее составе актер и режиссер Сергей Бодров — младший.

Среди задач — отслеживание изменений, которые происходят на этом леднике. Парадоксально, но часто мы слышим, что ледники повсеместно тают. А ледник Колка, наоборот, растет и набирает массу.

— С чем это связано?

— Ледник Колка— особенный. На него сходит много снежных и ледяных лавин и скальных обвалов. Все это наполняет чашу ледника, чей отток затруднен из-за своеобразной конфигурации долины. Именно поэтому там часто происходят катастрофические явления.

— Климатологи измерили массу ледников Гренландии и выяснили, что за прошлый год этот показатель уменьшился на рекордно большое значение— 532 млрд т. Как таяние ледников Гренландии может отразиться на экологической и климатической обстановке?

— Существуют разные подходы к описанию процессов таяния ледников. Вопрос в том, какой ледник важнее— большой гренландский или, например, ледники в Гималаях, Каракоруме, которые питают водой сотни миллионов людей. Гренландский ледник, конечно, играет планетарную роль. Хорошо известно, что если он полностью растает, то уровень Мирового океана повысится на 6 м. Это очень много, даже для России, где не такое большое количество людей живет у моря. Ясно, что ряд государств исчезнут с лица Земли.

Помимо этого, пресная холодная вода несколько трансформирует конфигурацию океанических течений. Существует гипотеза, что Гольфстрим изменит свое направление из-за таяния Гренландии. Но, как мне кажется, это все-таки некоторое преувеличение. Ведь расход Гольфстрима слишком велик. Тем не менее, определенные изменения действительно могут проявиться — и отчасти уже наблюдаются.

— Существует несколько точек зрения на изменение климата. Кто-то считает, что имеет место естественный процесс, а кто-то уверен, что на климат влияет антропогенный фактор. Что могут сказать гляциологи?

— Полного согласия не может быть ни в какой научной группе или среде. Однако абсолютное число гляциологов поддерживают версию антропогенного влияния на климат. Считается, что доля антропогенного фактора в рамках современного ускоренного потепления может достигать 90-95%. Почему? Специалисты исследовали многочисленные ледниковые керны в Гренландии. Антарктиде и других районах планеты. За последние 500 тыс. лет никогда не было столь резкого увеличения концентрации С02 в атмосфере.

На самом деле этот процесс комплексный. Ведь, помимо антропогенного фактора, серьезное влияние оказывает потепление Мирового океана. Как известно, теплая вода содержит меньше любых газов, в том числе углекислого. Нельзя забывать также о вулканической деятельности и других естественных факторах.

— Каковы главные аспекты зависимости между таянием ледников и климатическими изменениями? Можно ли сказать, что точка невозврата уже пройдена?

— Если говорить о климатической системе, то на нее в большей степени влияют не ледники, а снежный покров. Ведь у снежного покрова, особенно чистого, высокий показатель альбедо. Как известно, альбедо выпавшего снега, особенно в наших широтах, достигает 70-80%. Это серьезные цифры. Например, альбедо пашни— до 12%, то есть в разы меньше. Поэтому чем меньше снега, тем сильнее меняется радиационный баланс Земли, то есть поверхность прогревается сильнее.

Ледники занимают относительно небольшую площадь по сравнению со снегом. Но у них тоже высокое альбедо. Поэтому чем больше ледники сокращаются, тем быстрее нарушается радиационный баланс. Соответственно, становится теплее.

Существует множество разных моделей изменения климата. Почти все они, за редким исключением, указывают на то, что температура продолжит расти.

Здесь важно обратиться к истории. Например, в 1815 г. произошло колоссальное извержение вулкана Тамбора. Извержение породило глобальные климатические аномалии, включая такой феномен, как «вулканическая зима»: 1816 г. стал известен как «год без лета» из-за небывало низких температур, которые установились в Европе и Северной Америке. Необычайный холод привел к катастрофическому неурожаю. Подобное извержение в наши дни может так же резко изменить климат.

Столь малопрогнозируемые события тоже необходимо учитывать. Например, активность Солнца на протяжении долгого времени находится на низком уровне. При этом температурные рекорды проявляются сильнее. Здесь действительно много факторов, имеющих значение. И говорить, что мы проходим точку невозврата, было бы преждевременно.

— Существуют ли сегодня катастрофические процессы, связанные с ледниками, на которые стоит обратить особое внимание?

— В Антарктиде, например, откалываются огромные айсберги. Но нужно понимать, что этот процесс по большей части циклический. Значительная часть шельфовых ледников Антарктиды постоянно наступают, то есть края ледника продвигаются вперед. Это может происходить в течение 50, а иногда и 100 лет, после чего отламывается большой айсберг. Подобная льдина может представлять угрозу морским судам, поэтому ученые пристально наблюдают за этими явлениями. 

Нельзя забывать о горных ледниках, особенно в густонаселенных районах. Ведь здесь последствия их таяния могут быть очень негативными. Известно, что сегодня приходится тратить большие средства на водоснабжение горных городов в таких странах, как Боливия, Эквадор и пр. Ледники — это естественные резервуары воды. В летний период они обеспечивают водой население, живущее рядом. Поскольку ледники тают, в горных районах остро ощущается нехватка воды. При этом в той же Боливии живет не так много народа.

Или возьмем Пакистан. Главная водная артерия страны — река Инд. Около 40% стока Инда обеспечивается именно таянием ледников. Представьте, что речной сток уменьшился сразу на 40%. От этого пострадает 200 млн человек, которым не хватит воды. Более того, для первой волны вегетации с марта по май ледниковый сток — основной поставщик влаги. Именно в это время в том же Пакистане и соседней Индии очень жарко, температура доходит до +50° С.

— А в нашей стране наблюдаются подобные тревожные явления?

— В России ледники обеспечивают сток рек на Кавказе. И если говорить, например, о центральной части Кавказского региона (Кабардино- Балкарии, Северной Осетии—Алании), то на выходе рек на равнину в летнее время, по некоторым оценкам, ледниковый сток достигает 50%. Это большая цифра. К счастью, сегодня в этом регионе сельское хозяйство активно восстанавливается. Сокращение ледников может привести к нехватке воды и стагнации или спаду региональной экономики.

Другой аспект связан с опасными процессами. Вернемся к Кавказу и другим горно-ледниковым районам. Здесь происходят прорывы ледниковых озер. Это одна из распространенных причин образования селевых потоков. Недавний прорыв озера Башкара в Приэльбрусье и последующий сель привели к гибели людей и большому ущербу. Образование таких озер связано именно с процессами деградации ледников.

— Чем чревато ускоренное таяние ледников?

— У оледенения есть несколько масштабов отклика на изменения климата. В первую очередь, планетарный. При таянии ледников растет уровень Мирового океана. За последние 200 лет этот рост кажется небольшим. Но он ускоряется, при этом основная его часть в последние десятилетия обеспечена таянием ледников, а не термическим расширением воды.

Важно помнить, что альбедо воды очень низкое, меньше, чем у остальных поверхностей Земли. Уровень океана растет, увеличивается его площадь. Соответственно, радиационный баланс ухудшается. Но есть и обратный механизм. Поскольку площадь океана увеличивается, как и его температура, большее количество влаги попадает в атмосферу в виде водяного пара. Естественным образом появляется больше облаков, которые частично блокируют солнечную радиацию. В горах из этих облаков выпадает много осадков в виде снега. Тем самым состояние ледников может стабилизироваться. Например, в Каракоруме и Западном Куньлуне сейчас именно такая ситуация. Изменения климата привели к тому, что ось субтропических антициклонов смещается на север. Например, в Тянь-Шане, где летом раньше было всегда дождливо, сейчас стоит ясная погода. А к Каракоруму, напротив, устремился поток влаги. Именно поэтому в этих районах ледники не уменьшаются, а, наоборот, набирают массу.

— Стоит ли ожидать, что при уменьшении выбросов парниковых газов ледники смогут восстановиться?

— Если человечество начнет уменьшать выбросы, то содержание парниковых газов в атмосфере не сразу начнет понижаться. Некоторое время концентрация будет оставаться на прежнем уровне, а, возможно, продолжит расти. Нельзя забывать, что основной парниковый газ — это все-таки не С02, а водяной пар.

Плюс ко всему ледник — это некая инерциальная система. На все изменения он реагирует балансом массы. Ежегодно ледники или набирают массу, или ее теряют. В конечном итоге ледник должен прийти к равновесию, когда его язык, то есть нижняя часть ледника, отступит настолько, что таяние сравняется с накоплением. Пока этого не произойдет, ледник будет сокращаться. Сейчас содержание парниковых газов в атмосфере растет, поэтому равновесие не наступает.

ЛЕС УХОДИТ НА СЕВЕР

Леса не просто поглощают углекислый газ, который считается главной причиной ускоренного изменения климата, но и накапливают его. Из-за повышения температуры в европейской части России нынешняя южная тайга окажется в температурной зоне лесостепи, а северная станет южной. Об этом наш разговор с Александром Александровичем Онучиным, директором Института леса им. В.М. Сукачева СО РАН.

Что важно знать каждому человеку про связь леса и климата?

Прежде всего, лес — это явление географическое. Он всегда определяется климатом и почвой. От этих показателей зависит то, какие лесные экосистемы будут произрастать на той или иной территории.

Благодаря способности к фотосинтезу лес может перерабатывать углекислый газ в кислород, смягчая тем самым последствия климатических изменений. Например. молодой растущий лес быстро накапливает углерод в древесине, ветвях и корнях деревьев. При этом сами деревья могут выделять углекислый газ при «дыхании». В зависимости от возраста деревьев преобладает либо депонирование, либо эмиссия углерода. На определенном этапе роста и развития лесной экосистемы эти противоположные процессы могут уравновешиваться и в лесу на какое-то время наступает углеродный баланс.

Если говорить о лесах, к чему приводит глобальное повышение температуры?

В первую очередь это зависит от того, в каком месте эти леса произрастают. Если речь идет о лесостепных и таежных лесах (я буду говорить в основном про сибирские леса), то глобальное потепление приведет к смещению их границ на север. Лесам просто не будет хватать влаги, а избыток тепла может стать причиной для смены лесостепной и подтаежной растительности на степные сообщества. Лес будет отступать, соответственно, продуктивность лесов будет снижаться. Местами леса превратятся в степи без возможности восстановления.

Если говорить о лесах среднетаежных, северотаежных, то там, наоборот, повышение температуры в сочетании с термальными условиями и увлажнением может привести к повышению их продуктивности: увеличению прироста и запаса древесины.

Не исключено, что произойдет и смена растительности: на смену темнохвойным лесам придут светлохвойные. Но здесь нельзя забывать о другой угрозе — развитии патогенов, несвойственных этим лесам. При смене климатических параметров зима станет более теплой, лето — более продолжительным. Те растения, которые произрастали до этого (древесные и кустарниковые), не успеют адаптироваться к климатическим изменениям и к тем патогенам, которые могут начать развиваться в этих условиях. Некоторым видам бактерий и грибов станет проще зимовать, и они будут поражать лесные экосистемы.

Влияют ли климатические изменения на количество лесных пожаров?

Конечно. Температурные колебания отражаются на лесных пожарах в первую очередь. Достаточно вспомнить ситуацию в 2019 г. Лето было жарким, поэтому пожары стали наиболее катастрофическими. Согласно данным метеостанций, в этом году температура воздуха оказалась на 2-3°С ниже прошлогодней — даже ниже климатической нормы, а количество осадков в полтора раза выше. В основном благодаря этому сократилось и количество лесных пожаров.

Потепление увеличивает пожароопасный период. Помимо этого, растут количество и интенсивность экстремальных погодных явлений — засух и волн аномальной жары.

Могут ли леса влиять на климатическую систему?

Нельзя переоценивать роль лесных экосистем в регулировании климата. Климат определяется глобальными процессами: циркуляцией атмосферы, солнечной активностью и т.д. Но лесные экосистемы существенно влияют на климатические показатели. Неспроста в нашем институте и в других институтах лесного профиля, в институтах сельского хозяйства разрабатывались системы защитных лесных полос. В этом и проявляется прямое влияние лесов на параметры тепло- и влагообеспеченности. Лесные полосы защищают поля от суховея, обеспечивают аккумуляцию снега и многое другое. На локальном уровне действительно проявляется влияние леса, но речь идет не о глобальной климатической системе, а, скорее, о микроклимате на той или иной территории.

Какие негативные тенденции выделяет сегодня научное сообщество, изучая лесные экосистемы?

Самая важная проблема, на мой взгляд, связана с антропогенным воздействием на лесные экосистемы, доминированием в лесном хозяйстве экстенсивной модели использования и воспроизводства лесов. Экстенсивная модель основана на бессистемной вырубке лесов пионерного освоения. Речь идет о лесах, которые дала нам сама природа.

Необходимо перейти к интенсивной модели ведения хозяйства, которая предполагает устойчивое управление лесами. Она основана на том, что в лучших лесорастительных условиях— там, где есть вся необходимая инфраструктура: дороги, предприятия по переработке древесины, — следует заниматься лесовыращиванием. Мы должны научиться выращивать леса и получать урожай, превосходящий урожай с лесов пионерного освоения.

В среднем по России прирост древесины составляет 1,5 м с гектара в год. Чтобы вырастить 200 м древесины, необходимо ждать более сотни лет. В лучших лесорастительных условиях — лесостепной зоне, южной тайге — средний прирост составляет 10 м с гектара. Такой результат не требует существенных вложений и специальных мероприятий. Достаточно охранять лес от пожаров.

Если применять технологии по регулированию густоты, использованию удобрений, то ежегодный прирост может достигать до 20 и больше кубометров с гектара. За 100 лет в северной тайге мы можем получить 200 м3 с гектара, в лесостепи, в подтайге, в южной тайге — 400-500 м3 с гектара за 70 лет. Это вполне реально. Но для этого необходимо заниматься лесовыращиванием, закупать машины, механизмы, менять законодательную базу.

Уже сейчас существует дефицит качественного сырья. Многие лесозаготовители поглядывают на «нерестовки», на водоохранные полосы в европейской части, здесь, в Сибири, лезут в горы, где леса выполняют важные экологические функции.

Как мне кажется, леса, которые еще не освоены (в северных районах. Красноярского края, средней тайге, северной тайге), стоит использовать более рационально не только для лесозаготовки, но и для сохранения биологического разнообразия: охоты, рекреации, выполнения лесами их глобальных биосферных функций. Именно на это стоит обратить внимание и попытаться решить эту проблему. Иначе уже через 10-15 лет наша страна столкнется с серьезным дефицитом качественного сырья.

Известно, что леса накапливают диоксид углерода — парниковый газ, ответственный за глобальное потепление. Может ли он высвобождаться при нерациональном использовании?

Конечно. Если говорить о концентрации парниковых газов, с которыми связывают глобальные климатические изменения, изучение лесов — важная научная задача. В Институте леса специалисты ведут наблюдения на высотной мачте в Зотине. Здесь проводится оперативный мониторинг широкого спектра приземных концентраций парниковых газов, аэрозольных характеристик атмосферы и метеорологических параметров. В настоящее время действительно прослеживается корреляция между повышением температуры воздуха и повышением концентрации парникового газа в атмосфере.

Конечно, лесные экосистемы могут регулировать состав атмосферного воздуха, в том числе концентрацию углекислого газа. Однако леса никогда не смогут поглотить углекислоты больше, нежели ее выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия. Возможности лесов несопоставимы с объемами выбросов крупных заводов и фабрик.

Если сравнивать сибирские леса с тропическими лесами Амазонии, последние поглощают больше углекислого газа из атмосферы, ведь они более продуктивные. С другой стороны, естественные процессы, связанные с быстрой деструкцией органики, проявляются здесь особенно явно. Вся эта органика с поглощенным из атмосферы углеродом попадает в почву. Веточки, листья, корни быстро разлагаются, и в условиях жаркого влажного климата эта органика вновь поступает в атмосферу в виде углекислого газа. Получается, сколько тропические леса поглотили углекислоты, столько же и выбросили в атмосферу.

Продуктивность сибирских лесов по сравнению с тропическими намного ниже. Но та органика, которая образовалась в процессе поглощения атмосферного углерода, попадая в суровые условия, консервируется в вечной мерзлоте, следовательно, не подвержена перегниванию, переработке бактериями и т.д. Наши бореальные северные леса с точки зрения баланса между поглощением и эмиссией углекислого газа работают более эффективно. Некоторые ученые считают, что часть углерода из почвы попадает в холодные водотоки и в виде керогена со стоком рек транспортируется в Северный Ледовитый океан, где в донных отложениях вновь образуются залежи углерода.

Каким образом ученым удалось обнаружить, что таежные леса постепенно перемещаются ближе к северу?

Существует целый ряд мониторинговых наблюдений. В нашем институте в этом направлении работают лаборатории экологии и мониторинга. Специалисты используют данные дистанционного зондирования, периодически выезжают в экспедиции и наблюдают за постепенным продвижением лесов к верхней границе леса.

Более того, сейчас этот факт доказывает в том числе распространение шелкопряда. Раньше он выше 62° с.ш. не поднимался, но сейчас идет севернее. Почему? Потому что повысилась температура и шелкопряд начал перемещаться в районы похолоднее.

У этого процесса позитивные или негативные последствия?

Вопрос сложный. Если говорить о повышении продуктивности лесов, то потепление в этом смысле производит позитивный эффект. Однако леса станут менее устойчивыми, появятся новые вредители, болезни и т.д. Это, разумеется, негативный фактор.

Можно ли сделать более значимой роль леса в борьбе с климатическими изменениями?

Очевидно, что бороться с климатическими изменениями при помощи леса очень сложно. Я бы сказал, почти нереально. Необходимо разрабатывать проекты по смягчению климата и по изучению влияния климатических изменений на леса, в том числе направленные на адаптацию лесов к климатическим изменениям. Известно, что генетическая структура микропопуляций неоднородна. Например, некоторые генотипы сосны устойчивы и хорошо продуцируют в более холодных условиях, а другим, наоборот, требуется более теплый микроклимат.

Глобальное потепление может и не изменить полностью видовой состав той или иной экосистемы. Просто какие-то экземпляры, чей генотип не подходит для новых условий, будут уступать место другим того же вида.

Если придерживаться парниковой теории глобального потепления, то надо снижать выбросы парниковых газов. Ясно, что необходимо переходить на другие источники энергии. Новые площади лесов действительно увеличат поглощение газа из атмосферы. Поэтому нужно создавать компенсационные посадки в лучших лесорастительных условиях. Те сообщества, которые продуцируют травянистые и древесно-кустарниковые растения, не поглощают столько атмосферной углекислоты. А если создавать хорошие плотные посадки высокопродуктивных насаждений, осуществлять уход, охранять от пожаров, можно по-настоящему поддерживать углеродный баланс, понижая тем самым концентрацию парникового газа в атмосфере. Кстати, в России около 90% лесных пожаров происходит по вине человека. Если люди будут активнее соблюдать правила пожарной безопасности, то количество пожаров, следовательно, и количество выбрасываемого лесом углекислого газа в разы сократится.

И, конечно, нельзя забывать о диких лесах, минимально затронутых хозяйственной деятельностью. Именно в них долгие годы хранится огромное количество накопленной двуокиси углерода. Вырубка, добыча на их территории полезных ископаемых и других природных ресурсов неизбежно приведут к деградации лесных экосистем, росту пожаров, вспышкам численности вредителей и болезней.

НЕВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА

В России мерзлота охватывает до двух третей территории страны. Считается, что глобальное изменение климата приведет к дестабилизации мерзлоты, а также к уменьшению ее несущей способности. Помимо этого, мерзлота хранит большое количество метана, который усиливает парниковый эффект. Обсуждаем эти проблемы с Валерием Ивановичем Гребенцом, доцентом кафедры криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Валерий Иванович, расскажите, над чем вы сейчас работаете.

Я специализируюсь на изучении вечной мерзлоты и ее взаимодействия с хозяйственными. инфраструктурными объектами. Большой объем работы связан с полевыми региональными исследованиями в городах и малых поселениях Севера. Специалисты нашей кафедры сравнивают изменения, происходящие на застроенной территории и неосвоенных землях, с природными трендами. Я руководитель одного из проектов РФФИ, посвященных Арктике. Наше исследование связано с оценкой влияния опасных криогенных (мерзлотных) игляциальных процессов на инфраструктуру Арктики. За два года работы накопились весьма интересные результаты, которые высоко оценены коллегами во время ведущих международных и национальных конференций. Опубликованы научные статьи, в том числе отображающие влияние и техногенеза, и климатических изменений на столь ранимую систему, как вечная мерзлота.

Что собой представляет вечная мерзлота? В результате чего она образовалась?

Как говорили классики 50-100 лет назад, вечная мерзлота — продукт климата и геолого-географических условий. По сути, это планетарное явление. Из классической метеорологии известно, что наша планета зависит от Солнца. Именно благодаря Солнцу и ультрафиолету Земля получает энергию в видимом спектре. Однако каждое мгновение, каждую секунду Земля теряет энергию в виде длинноволнового излучения. Соблюдается некий баланс, ведь день сменяется ночью. В арктических регионах во время полярной ночи нет поступления энергии Солнца, зато происходит потеря тепла. Поэтому наблюдается дисбаланс. Этот дисбаланс получения энергии — главная причина возникновения и существования вечной мерзлоты.

И, разумеется, сказываются геолого-географические факторы. Неслучайно в горных системах с их иной теплопроводностью мерзлота наблюдается и в Китае, и в Монголии, и в Тибете. А где-то, например в Западной Европе, оказывают влияние другие региональные условия. Например, теплое течение Гольфстрим меняет границу вечной мерзлоты в этой части мира.

Какова протяженность вечной мерзлоты на территории России?

Вечная мерзлота занимает 25% суши. В России две трети территории — регионы с вечной мерзлотой. Это действительно огромная территория — ресурс, который трудно измерять рублями, долларами и другими оценочными показателями.

Как удалось построить на этой территории дома, объекты инфраструктуры? Какие современные подходы применяются при строительстве?

Огромный опыт в этом направлении государство получило при строительстве Транссибирской железнодорожной магистрали. Нельзя забывать, какую большую работу сделали инженеры-путейцы, инженеры-геологи царской России.

Помимо этого, огромный вклад внесли лагерные ученые, которые в 1930-1950-е гг. в условиях ГУЛАГа строили свайные фундаменты на вечной мерзлоте. Технологическим прорывом мы обязаны инженеру-гидротехнику, лауреату Ленинской премии и заключенному М.В. Киму, который разработал и реализовал на практике сверхдешевый метод свайного фундирования. Инновационная технология М.В. Кима стала мощным толчком к освоению Севера.

Отмечу, что к вечномерзлым относятся породы, находящиеся в мерзлом состоянии от трех и более лет. Эти породы нестабильны: в период оттаивания грунт сильно оседает из-за нарушения естественной структуры. К деятельной полосе земли относится верхний слой, который оттаивает летом, а с приходом зимы замерзает. Периоды обильного оттаивания и замерзания приводят к так называемому пучению.

Этот процесс естественным образом ухудшает устойчивость и снижает прочность домов и других инфраструктурных объектов, возведенных на таком покрытии. На практике это приводит к тому, что он поднимает железобетонные или металлические сваи на высоту до 1,5 м. Поэтому в условиях мерзлоты нельзя просто забить сваю, как здесь, в Москве.

Для погружения свай в условиях вечной мерзлоты применяется бурение на глубину погружения. При этом диаметр бура должен быть больше, чем диаметр сваи. Скважину заполняют специальным раствором. Свая выдавливает снизу вверх этот раствор при погружении, и все это замерзает. Это совершенно революционный, принципиально новый путь, предложенный еще советскими учеными. И здесь мы с гордостью можем сказать, что в сфере инженерного мерзлотоведения Россия занимает действительно самые передовые рубежи.

Что сегодня происходит с вечной мерзлотой?

Последние 20-30 лет и коллеги из Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, и специалисты нашей кафедры, и ученые из Института криосферы Земли СО РАН уделяют большое внимание явлениям, происходящим в связи с изменением климата. Не секрет, что увеличение температуры и количества осадков теплоизолируют вечную мерзлоту. Самые негативные тренды наблюдаются в криолитозоне (территории с вечной мерзлотой): на Аляске, юге Якутии, в Забайкалье, районах Северо-Западной Сибири.

Мерзлота, конечно, реагирует не сразу. Здесь большую роль играют два обстоятельства. Первое — содержание льда. Из школьного курса физики мы знаем: чтобы нагреть на один градус один грамм воды, нужна одна калория; а чтобы перевести один грамм воды в лед или, наоборот, лед в воду, нужно около 80 калорий. Это целая энергетическая революция. Поэтому мерзлота старается держаться.

Однако мы все равно видим тренды к увеличению глубин сезонного оттаивания, то есть к потеплению вечной мерзлоты там, где она осталась. Например, в зоне инженерного освоения. Допустим, вы прекрасно изучили местные мерзлотные условия, запроектировали, что ваши фундаменты будут заморожены за счет боковой поверхности. Но проходит время, температура увеличивается и нужной степени смерзания попросту не хватает. При этом нагрузка от дома осталась прежней. Это и есть причина массовой деформации зданий и сооружений в криолитозоне.

Из чего состоит вечная мерзлота?

Существуют несколько типов вечной мерзлоты: субаэральная, субгляциальная и шельфовая. Субаэральная криолитозона представлена в виде многолетнемерзлых пород. Мощности мерзлых толщ изменяются от 10-20 м до 1,5 тыс. м.

Субгляциальная криолитозона известна под ледниками архипелагов Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли, где для нее характерны аномально малые для высоких широт мощности и высокие температуры, а также под ледниками в горах на Северо-Востоке России и на Алтае.

Шельфовая криолитозона распространена в арктических морях у берегов Сибири. занимает значительную часть Арктического бассейна за исключением районов, испытывающих влияние теплого Северо-Атлантического течения.

Ее состав различается в зависимости от типа. Это могут быть морозные, скальные породы, где нет льда, но окружающая температура отрицательная. Речь идет о вечномерзлой породе или грунте. По сути, это те же пески, суглинки, супеси, глины, которые почти не содержат незамерзшей воды или содержат ее чрезвычайно мало. Все остальное представлено в виде льда. Лед здесь выступает в качестве цементирующей породы.

Нужно отметить, что за счет мерзлотных (мы их называем криогенными) процессов происходит дополнительное ледонакопление. Зимой на вечной мерзлоте могут образовываться огромные ледяные жилы в результате растрескивания. Приходит весна и в эти трещины затекает вода, которая впоследствии замерзает. Постепенно трещины растут и представляют собой серьезную опасность.

Наблюдаются также бугры пучения — большие ледяные образования, положительные формы криогенного (мерзлотного) рельефа. В районах вечной мерзлоты грунты, расположенные непосредственно под озерами, не замерзают и находятся в талом состоянии. Чем больше водоем, тем больший под ним объем талых грунтов, или талик. Интересно, что само слово «талик» вошло в международную географическую терминологию. При обмелении или иссушении озера подозерный талик начинает промерзать со всех сторон. Под воздействием возникшего гидростатического давления мерзлый грунт буквально выгибается, образуя бугор пучения, ядро которого состоит изо льда или льда с грунтом.

Так что вечная мерзлота — это всегда сложно структурированное образование, а ее поведение под тепловой или механической нагрузкой, реакция на климатические изменения во многом зависят именно от ее состава и состояния.

Известно, какие города России находятся в опасности?

Здесь необходимо сказать, что деформации проявляются, во-первых, по причине климатических неблагоприятных трендов, связанных с потеплением климата, увеличением осадков, в том числе летних; сезонный слой оттаивает, а дожди несут лишнее тепло к вечной мерзлоте.

Во-вторых, деформации возникают из-за техногенного влияния. В-третьих, имеют место стихийно-разрушительные процессы, над которыми человек не властен, — цунами, землетрясения и пр. В-четвертых, негативную роль играет социально-экономическая неустроенность северных регионов. Четыре главных фактора. Мы неоднократно анализировали их вклад. И, например, если говорить о крупных городах — Норильске, Воркуте, Салехарде, в какой-то степени Якутске, то 70-80% деформационных процессов основаны на вкладе техногенеза. Речь идет о снежном перераспределении, снегоотвалах, о тепловыделениях от зданий, меняющих микроклимат.

Около 15-20% деформационных процессов вечной мерзлоты в крупных городах связаны с климатическими изменениями. На маленьких национальных поселках, небольших селах это сказывается особенно сильно. Серьезная, на наш взгляд, ситуация в Воркуте, Игарке, где около 50-60% зданий деформированы или снесены.

Необходимо следить за большинством национальных поселков на севере Красноярского края, Западной Сибири, Якутии. Здесь не осуществляется мерзлотный контроль, вовремя не производятся наблюдения, хотя есть ряд методов, которые позволяют предотвратить таяние мерзлоты, пусть не в пределах всей тундры, но на застроенной территории для ответственных объектов. Среди них можно выделить два основных блока. Первый связан с использованием свайных фундаментов, в результате чего образуется так называемое холодное проветриваемое подполье между теплом здания и поверхностью нашей Земли. Воздух — прекрасный теплоизолятор, который сдерживает тепло от попадания в мерзлоту. В криолитозоне вечной мерзлоты 75% всех зданий и сооружений построены как раз с сохранением мерзлоты, с устройством холодных проветриваемых подполий.

Последние десятилетия специалисты России, США разрабатывали технологию глубинных теплообменников. Их называют термосваями или термостабилизаторами. Широкую известность получили термосваи известного американского инженера Эрвина Лонга. Я лично с ним знаком. Ему сейчас 105 лет, но он достаточно бодр.

Термосвая Лонга — это вертикальная труба из стали или медного сплава с надземным диффузором-радиатором, внутри которого находится легкокипящий хладагент — пропан, фреон, аммиак, керосин. Зимой теплая мерзлота вызывает испарение хладагента в нижней части сваи, а потоки холодного воздуха уносят тепло мерзлотной структуры с поверхности диффузора в атмосферу. Хладагент естественным образом конденсируется на стенках, стекает вниз, и процесс повторяется снова. Так сваи Лонга позволяют мерзлоте «пережить» летний сезон.

Когда говорят о вечной мерзлоте, обычно упоминают метан, чей парниковый эффект в несколько десятков раз больше, чем воздействие углекислого газа. Обоснованы ли опасения о выбросах метана из-за таяния вечной мерзлоты?

На международных конференциях часто звучит выражение «метановая бомба». Считается, что криолитозона — это метановая бомба замедленного действия.

4-6 тыс. лет назад на Земле было очень тепло. В нынешних районах Севера в криолитозоне накопились отложения с биогенными включениями, достаточно богатые органикой, в том числе торфами. Речь идет о метанопродуцирующих бактериях, жизнь которых, в общем-то, сводится к тому, чтобы размножиться и испустить метан. При замерзании они впали в анабиоз и действительно сохранились в вечной мерзлоте. При оттаивании, которое пока еще не катастрофично, они начинают активно продуцировать метан и размножаться. Поэтому созданы достаточно серьезные международные программы, в рамках которых ведутся регулярные наблюдения под Воркутой в Болынеземельской тундре, на западе Ямала, в Якутии, на территории США. За последние 20-30 лет действительно наблюдается увеличение выбросов метана. Но оно несопоставимо со всеми рисовыми чеками Юго-Восточной Азии или с огромным числом коровников и ферм.

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата указано, что в рамках худшего сценария RCP 8.5 мерзлота может растаять до 3-4 м. Чем это грозит нашей стране?

Действительно, худший сценарий предполагает, что возникнет катастрофическая для природной геосистемы ситуация. В первую очередь мы просто потеряем часть территории, так как она превратится в многочисленные термокарстовые озера. А в термокарстовых озерах продолжается эмиссия парниковых газов из донных отложений.

Если мы ответственно подойдем к этому вопросу и пойдем по пути оптимистичного сценария, не давая температуре подняться выше 1,5° С, удастся ли сохранить вечную мерзлоту, столь значимую для нашей страны?

Помимо катастрофических выбросов парниковых газов таяние вечной мерзлоты угрожает активизацией болезнетворных бактерий и вирусов, которые спокойно живут в мерзлоте. Достаточно вспомнить вспышку сибирской язвы с Ямала, связанную с жарким летом. С легким ужасом можно вспомнить о чуме, которая сохранилась в мерзлом состоянии в Бурятии, Туве, Монголии.

Другой вопрос связан с хранилищами опасных отходов в Китае и России, которые ограждены мерзлыми дамбами.

Ясно, что одна из стратегий развития должна быть направлена на минимизацию повышения температуры и снижение выбросов углекислого газа. И нельзя забывать, что Арктика— это наше с вами богатство. Поэтому важно закладывать системы, позволяющие сберечь то состояние, которое было на период изыскания, и по-прежнему держать мерзлоту в союзниках. Это невозможно сделать на всех просторах таймырских тундр, но можно осуществить это по крайней мере на территориях индустриального освоения. Техническое удорожание технологий строительства вначале обеспечивает длительную безаварийную эксплуатацию, а затем и сохранение, в том числе вечномерзлых оснований.

КЛИМАТИЧЕСКАЯ ТОЧКА НЕВОЗВРАТА

Согласно данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Университета Восточной Англии, средняя годовая температура на Земле растет. Вместе с ней поднимается уровень Мирового океана. Опасения вызывают не значения температуры, а необычная скорость их изменений. Объясняет руководитель программы «Климат и энергетика» Всемирного фонда дикой природы (WWF), лауреат Нобелевской премии мира в составе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) Алексей Олегович Кокорин.

Алексей Олегович, что сейчас происходит с климатом? Пройдена ли некая точка невозврата или все еще можно исправить?

Процесс достаточно подробно описан разными учеными. Дело в том, что на естественные колебания климата, связанные с активностью Солнца, вулканизмом, взаимодействием океана с атмосферой, накладывается антропогенное воздействие в виде усиления парникового эффекта. Сейчас речь идет примерно о 5% его усиления, но даже это оказывает серьезное влияние на климатическую систему. Помимо выбросов углекислого газа существуют и другие эффекты, например глобальное затемнение — постепенное уменьшение количества глобального прямого излучения на поверхности Земли, вызванное увеличением количества аэрозольных частиц, таких, например. как сульфатные аэрозоли, в атмосфере. Первый эффект направлен в сторону потепления, второй—похолодания. И первый эффект очевидно больше второго. Грубо говоря, человечество на полтора градуса нагревает Землю и на полградуса охлаждает.

Важно отметить, что климат — сложная система с множеством внутренних колебаний, вариаций, изменений. И когда возникают дополнительные внешние воздействия, система начинает раскачиваться. Поэтому мы видим не столько сдвиг в сторону потепления, сколько частые непредсказуемые явления.

Директор Института физики атмосферы академик А.М. Обухов еще 30 лет назад сказал: «Не столько будет теплеть, сколько климат будет становиться нервным». Именно это мы и наблюдаем — раскачку климата, более частые и более сильные опасные метеорологические явления.

Теперь по поводу точки невозврата. Изменение климата, в частности усиление парникового эффекта, зависит от концентрации в атмосфере парникового газа, прежде всего С02. Двуокись углерода в атмосфере не разлагается. Газ поглощается океаном и наземными экосистемами. Однако эти процессы медленные и их недостаточно. Поэтому нельзя сказать, что концентрация углекислого газа будет снижаться. Скорее всего, ее рост постепенно замедлится по мере того, как человечество будет осваивать зеленую энергетику, зеленую экономику. Тогда, возможно, Мировой океан сможет поглотить большую часть С02. Очевидно, что это случится в достаточно далеком будущем. Поэтому в каком-то смысле точка невозврата пройдена.

Более того, расчеты показывают, что, несмотря ни на какие принимаемые меры, на ближайшие лет 30-40 все уже предопределено. Человечество не может так быстро повлиять на глобальное потепление, климатическая система слишком большая по масштабу (ведь она включает Мировой океан, во всяком случае, его верхние слои) и сложная по характеристикам.

Конечно, изменения существенные. Конечно, изменения более негативные, чем позитивные, даже в нашей холодной стране. Но говорить о глобальном катаклизме было бы крайне опрометчиво. С другой стороны, надо понимать, где вы находитесь. Если вы живете в тихоокеанском государстве Кирибати, а вам говорят, что ваш остров прекратит существование через 30-60 лет, то для вас это действительно катастрофа. И, разумеется, жители подобных небольших государств очень громко призывают ООН срочно прекратить выбросы парниковых газов вообще. Проблем, вызванных глобальным потеплением, конечно, много, но нужно относиться к этому с пониманием и засучив рукава, а не крича об апокалипсисе.

В связи с пандемией появился мем «Природа настолько очистилась, что…», отражающий уменьшение количества авиаперелетов, остановку промышленных предприятий и т.д. Складывается впечатление, что глобальное потепление тем самым немножко затормаживается. Так ли это на самом деле?

Вы верно отметили: затормаживается. Но продолжается. Ведь этот процесс зависит от концентрации парниковых газов в атмосфере. Поток в этом году действительно меньше, но прибавка концентрации все равно есть. Это значит, что средняя температура все-таки будет расти.

В одном из интервью вы говорили, что промышленность и отрасль добычи полезных ресурсов необходимо адаптировать к изменениям климата. Как это можно сделать?

Адаптировать приходится все — и нашу жизнь, и инфраструктуру городов, и даже охрану природы. Всемирный фонд дикой природы, где я работаю, уже создает охраняемые территории с учетом изменений климата и адаптации к ним. Если пути миграции, скажем, северных оленей меняются, это нужно учитывать заранее. Что касается промышленности, то, безусловно, у каждой отрасли свои беды. Лесные компании элементарно не могут вывезти ресурсы из леса, поскольку зимние дороги не замерзают или замерзают недостаточно для того, чтобы прошли лесовозы. Если мы говорим об энергетике, то здесь другие проблемы: например, линии электропередач чаще обледеневают зимой, а при жаркой погоде провода провисают, касаются друг друга, что приводит к короткому замыканию.

Но есть и позитивные тренды. Многие страны мира начинают постепенно снижать выбросы парниковых газов. Например, в Китае над этим активно работают, прежде всего — чтобы убрать ужасное загрязнение воздуха. В странах Европы уделяют внимание энергетической безопасности. Они понимают, что изменение климата надо затормозить, и они готовы платить большие деньги за снижение выбросов. И здесь нужно внимательно следить за ситуацией: ведь сначала упадет спрос на российский уголь на европейском рынке, а потом на азиатском. Скорее всего, рухнет спрос на нашу нефть, а в конце концов — даже на наш газ. В стратегических документах правительства это уже отмечено, но многие компании предпочитают не думать о далеком будущем в погоне за прибылью, в то время как все развивается быстро и. скорее всего, будущее это не такое далекое.

Как научиться фильтровать информацию? На что нужно ориентироваться человеку, озабоченному проблемой климата?

В идеале — читать научные статьи в профильных журналах: «Фундаментальная и прикладная климатология», «Метеорология и гидрология», «Известия РАН. Физика атмосферы и океана». Но это вариант для тех, у кого есть время на подобное чтение. Можно сделать проще: зайти на сайт Росгидромета в раздел «Климатическая продукция». Ежеквартально организация выпускает подробный доклад с новыми данными о климате. А каждые два месяца выходит бюллетень «Изменение климата». И, конечно, множество информации размещено на сайте Климатического центра Росгидромета.

Что может сделать каждый из нас, чтобы исправить ситуацию?

Сейчас необходимо признать проблему и рассказать о ней другим. То есть понять, что происходит с климатом, признать, что это не выдумка, не страшилка, а реальность, и рассказать о ней своим родным, друзьям, коллегам. Чем больше будет понимания, тем больше разумных действий мы сможем совершить и тем меньше будем бояться перемен. Изменение климата — это не метеорит, который летит на Землю. Это, скорее, асфальтовый каток, который катится медленно, но верно. Асфальтовый каток не такой быстрый, поэтому мы можем успеть повытаскивать что-то из-под него. Это и есть меры адаптации. А чтобы попытаться его остановить, надо всем вместе подпирать его плечом долго-долго, пока он в конце концов не остановится. Откатить его назад, возможно, смогут наши далекие потомки.

Если человек хочет как-то повлиять на ситуацию лично, то в целом все меры борьбы с глобальным потеплением связаны с рациональным использованием ресурсов. Например, энергия и топливо — это тоже ресурсы. И, пожалуй, самый большой расход ресурсов в расчете на одного пассажира приходится на авиаперелеты. Мы понимаем, что самолет — гораздо менее экономичное транспортное средство, чем автомобиль. Поэтому постарайтесь меньше летать на самолете. Я не призываю отказаться от полетов в отпуск, но где-то можно, скажем, проехать и на поезде. Современные поезда стали гораздо лучше. А встречи можно проводить удаленно с помощью полюбившейся всем платформы Zoom. Тогда, наверное, и выбросов парниковых газов станет меньше, и ваша семья будет рада, что вы не улетели в очередную командировку.