28 февраля 2018Переменная
42760

Морозилка Пандоры

Как сибирская мерзлота влияет на климат всей планеты (и влияет ли)

текст: Яна Пчелинцева
Detailed_picture© AP / ТАСС

Текст продолжает проект об экологии «Переменная».

Вечной мерзлотой покрыто 35 млн квадратных километров — примерно четверть суши всей планеты. Температура этой части земной коры не повышалась до нуля градусов невесть сколько времени — за исключением тонкого активного слоя, подверженного сезонным переменам. Постепенное потепление климата влияет на мерзлоту самым прямым образом: она тает. И то, что тысячи лет оставалось в ней замороженным, вдруг вступает в общий биологический цикл планеты.

Нынешние темпы потепления не имеют аналогов в прежних эпохах, для которых нам доступны данные, например, из ледовых кернов. Поэтому неудивительно, что несколько лет назад мерзлоту стали называть «углеродной бомбой» или «морозильником Пандоры» — и ждать, что она вот-вот растает и выбросит в воздух такое количество парниковых газов, которое вмиг разогреет Землю до небывалых температур. Ничего хорошего для жителей планеты эти прогнозы, разумеется, не предвещали.

В вечной мерзлоте действительно законсервированы большие объемы углерода — до 1300 млрд тонн, половина всего углерода в почвах земного шара. Углерод — это основа двух парниковых газов планеты, вокруг которых в последние годы ведется так много разговоров. Особое внимание уделяется метану: его парниковая активность выше, чем у углекислого газа, и при существенных выбросах роль метана могла бы стать роковой. Не для планеты — она-то и не такое повидала: например, ученые считают, что именно резкое высвобождение гигантского количества СН4 могло внезапно разогреть целиком замерзшую планету примерно 650 млн лет назад. А вот для населения Земли такой нагрев точно ничего хорошего не сулит.

Минимальным количество метана в атмосфере в последний раз было в эпоху предыдущего оледенения — более 11 000 лет назад. С тех пор эта величина постоянно колеблется, но неуклонно растет. Источниками метана могут быть и природные объекты, и деятельность человека (например, распространение сельского хозяйства или добыча угля). Природные выбросы метана, по современным оценкам, составляют примерно половину всего их объема. Однако именно эта часть может существенно вырасти с дальнейшим потеплением климата.

Для России вопрос исчезновения вечной мерзлоты актуален как ни для кого больше. Больше 60% территории страны стоит на мерзлоте — в основном это север Западной и Восточной Сибири, Субарктика и собственно Арктика. Это гигантские пространства, серьезно влияющие на состояние атмосферы планеты. И одновременно, по мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), здесь происходят самые существенные перемены из-за теплеющего климата. Попробуем разобраться, обоснованны ли наши страхи перед тающей мерзлотой и тайнами, которые она скрывала тысячелетиями.

Западная Сибирь: утонувшая в болотах

Оценки количества метана, которое выбрасывают в атмосферу природные источники, различаются на порядок — от 26 до 345 млн тонн в год. Однако в чем согласны все ученые, так это в том, что максимальный вклад в этот процесс вносят влажные экосистемы — джунгли и особенно болота. Газ в них производят археи-метаногены, микроорганизмы, переваривающие органику (больше органики — больше метана). Крупнейшие в мире массивы болот находятся в Западной Сибири: это более 700 000 квадратных километров, причем почти половина территории стоит на вечной мерзлоте.

Сколько же метана выделяют болотные экосистемы Западной Сибири? Разброс мнений существенный — от 1,6 до 22,7 млн тонн в год. Для такой неоднородной и масштабной территории точную оценку дать сложно, но, в общем, российские исследователи сходятся на средней цифре — ежегодно около 5 млн тонн. Болота в этом регионе встречаются на всех широтах — от Казахстана до Арктики. А в контексте глобального потепления нам интересны конкретно северные болота. Их общая площадь составляет 42% площади всех западносибирских болот. И есть мнение, что именно северные болота, стоящие на вечной мерзлоте, могут выбросить в атмосферу огромное количество метана в ближайшие сто лет. Но исследователи из Института физики атмосферы имени А.М. Обухова уверены, что никакой катастрофы тут не случится.

— Несколько лет мы работали в тундре Западной Сибири, пытаясь понять объемы современной эмиссии «биологического» (производного от разложения органики) метана с северных заболоченных территорий. В итоге пришли к тому, что эти показатели не такие радикальные, как могло быть. Даже весенние выбросы, когда сходит с озер лед и высвобождается метан, накопленный за зиму, — это всего лишь десятки килограмм из одного озера. А в целом за год около 800 000 тонн (до 1,4 млн тонн максимум). Десятые доли процента от ежегодной мировой эмиссии СН4, — говорит Владимир Казанцев из Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН.

Впрочем, те первые пугающие оценки сыграли положительную роль: они заставили других исследователей обратить внимание на проблему.

Но климат-то меняется, мерзлота тает, и при ожидаемом потеплении процесс биогенного выделения метана интенсифицируется — тут сомнений нет. Казанцев убежден, что количество метана вырастет, но все равно останется малозначимым в масштабах мировых выбросов. Максимальный рост при самом негативном варианте в ближайшие десятки лет составит около 40%. То есть к концу века выбросы достигнут объемов в 1 млн тонн метана в год. Все еще сравнимо с погрешностью в подсчетах.

Больше трети всех северных западносибирских болотных ландшафтов занимают термокарстовые озера. Это водоемы, которые появляются там, где грунт проседает из-за таяния вечной мерзлоты. На дне озера скапливается питательная биомасса для бактерий, те продуцируют метан. Исследования говорят, что маленькие, то есть молодые, озера выделяют сравнительно большее количество метана, чем крупные. Но при этом огромное количество этих мелких водоемов площадью до десяти квадратных метров не учитывается при подсчете годовой эмиссии СН4: маленькие озера просто не видны на снимках со спутника, их как бы и нет. Несколько лет назад эта проблема здорово озадачила ученых.

— Действительно, молодые озера выделяют больше метана, и это в основном из-за того, что в них еще достаточно много органического вещества, которое могут переварить бактерии. У больших озер дно гораздо беднее органикой, микроорганизмам нечего потреблять и перерабатывать в метан. По нашим оценкам, роль термокарстовых озер в годовой эмиссии с северных территорий Западной Сибири оказалась, в принципе, невелика, поэтому, мне кажется, можно не делать поправок на размер водоемов. Даже при самом жестком сценарии изменения климата в будущем термокарстовые озера существенно не повлияют на выбросы метана в атмосферу, — говорит Владимир Казанцев.

Восточная Сибирь: лед под землей

В середине 2000-х в журналах Nature и Science вышли статьи международного коллектива ученых о том, что в вечной мерзлоте на севере Восточной Сибири «хранятся» гигантские объемы углерода. Авторы статей сообщали, что количество выделяемого метана, например, ранее недооценивали в пять раз: на деле оно, по их данным, составляет около 4 млн тонн ежегодно. Причем с потеплением климата этот показатель будет расти, потому что необратимо тает и разрушается так называемая едома, особый вид вечной мерзлоты, состоящий из ледяных жил и похожего на песок грунта.

Едому можно найти не только в Сибири, но и на Аляске, на севере Канады. Строго говоря, едома — это вид ландшафта, равнина с участками, разрушенными термокарстом и эрозией (участки земли как будто кем-то съедены, отсюда, видимо, и название — едома). Под тонким слоем почвы здесь скрывается то, что правильнее называть едомной свитой или ледовым комплексом. Ледяные жилы пронизывают грунтовые отложения до глубины в 40 метров. Они располагаются и вертикально, и горизонтально, образуя на поверхности подобие решетки с углублениями шириной до шести метров.

— В этой толще лед занимает более 50% объема. Такой вид вечной мерзлоты формировался весь плейстоцен, от 60 000 до 10 000 лет назад. Скорее всего, это происходило из-за растрескивания грунта. Лето на территории Восточной Сибири в ту эпоху было, судя по всему, довольно жарким, а зимы, наоборот, — очень холодными. Резко приходят морозы, грунт разрушается, в трещины попадает вода и замерзает. Так закладывается ледяная жила. Сначала она не превышает трех-пяти метров, но с веками поверхность растет вверх, и вместе с ней растет и ледяной клин, — рассказывает Денис Шмелев из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, исследователь восточносибирской мерзлоты.

— Сейчас мы понимаем, что для той катастрофы, которую предрекали наши коллеги, нужно невероятное стечение обстоятельств: и резкое повышение среднегодовой температуры, и высокая влажность, и существенное вмешательство человека.

В плейстоцене сибирский север представлял собой тундростепь, по которой гуляли мамонты и шерстистые носороги. Растительности было много, и не вся она успевала перегнить, рано превращаясь в вечную мерзлоту. Поэтому запасы органики в едомных комплексах составляют примерно 2%, почти как в черноземе на юге. И никакие биологические процессы в мерзлоте не идут, пока мерзлота не согреется: тогда бактерии буквально вмиг превратят оттаявшую органику в парниковые газы. Древний углерод окажется необратимо вовлечен в современные природные циклы, а это окажет серьезное влияние на климат.

Вот таким образом едома превратилась в устах исследователей, а затем и журналистов в «углеродную бомбу». Предсказывалось, что с резким потеплением, которое мы наблюдаем сейчас на Земле, едома начнет разрушаться и миллионы тонн углерода вырвутся в атмосферу, нарушив естественный ход вещей. Мобилизация углерода из вечной мерзлоты будет возрастать и при дальнейшем потеплении климата, в свою очередь, еще больше нагревая Землю.

Ученые ИФХиБПП РАН давно изучают едому вместе с зарубежными коллегами. Их данные говорят о том, что в начале 2000-х оценки запасов углерода в толщах Восточной Сибири были все-таки завышены как минимум на порядок: в первых работах ученые неверно считали площади этих отложений, брали в расчет меньшие объемы льда и так далее. Впрочем, те первые пугающие оценки сыграли положительную роль: они заставили других исследователей обратить внимание на проблему. И благодаря этому изучение вечной мерзлоты в Восточной Сибири стало активно развиваться.

— Своего максимума едомные комплексы, очевидно, достигли 11 000 лет назад, когда на планете завершился последний ледниковый период. С тех пор происходит медленная деградация этих структур. Десять лет мы наблюдаем за едомой и понимаем, что это для нее вообще не срок. В геологическом смысле это мгновение, за которое никаких серьезных перемен не может произойти. За эти годы таяние едомы не усилилось, зато существенно увеличились наши знания о ней. И сейчас мы понимаем, что для той катастрофы, которую предрекали наши коллеги, нужно невероятное стечение обстоятельств: и резкое повышение среднегодовой температуры, и высокая влажность, и существенное вмешательство человека. По крайней мере, в ближайшие сто лет — и это подтверждают эксперты МГЭИК — таких условий не предвидится, — обещает Шмелев.

Как именно страшен черт

В итоге далеко не все ученые уверены, что континентальная «метановая бомба» так уж страшна. И даже при потеплении объемы углерода, выделяющегося в атмосферу с этих громадных территорий, не превысят того, что производит сам человек, сжигая органическое топливо. Процессы, протекающие в вечной мерзлоте, не имеют прямой зависимости от потепления климата, гораздо большее значение имеет динамика атмосферных осадков: они приводят к размыванию склонов, тем самым ускоряя разрушение вечной мерзлоты. А в то же время в более теплые и влажные годы активно развивается растительный покров, который служит естественной термоизоляцией для мерзлоты и заодно поглощает углерод из атмосферы.

Зато таяние вечной мерзлоты приводит к другим последствиям, которые негативно отражаются на природе и жизни человечества. Это не только разрушение зданий и инфраструктуры: проваливающаяся почва меняет ландшафты до неузнаваемости, поэтому человеку приходится искать технологии строительства, которые будут учитывать такой вариант развития событий.

Очень мало пока ученые знают о том, какие потенциально вирусы и бактерии прячутся в мерзлоте. Вспомним прошлогоднюю вспышку сибирской язвы в Якутии: считается, что микробы «оттаяли» именно из-за теплой зимы. Местные жители говорят об участившихся пожарах: оттаявшая земля перестает держать влагу, а сухие северные степи легко становятся добычей огня.

Но есть у тающей мерзлоты и положительные стороны. Там, где гумус оказывается доступен для бактерий, почва становится плодородной. Растения, поселившиеся на ней, поглощают углекислый газ из атмосферы, возвращая углерод в землю. А термокарстовые озера — мощный источник пресной воды, нехватка которой уже сегодня приводит к серьезным конфликтам в более жарких регионах Земли.

Комментарии