Статьи

Вечная мерзлота. Мы часто по старинке так называем гигантскую область многолетнемерзлых пород, занимающую 65% территории нашей страны. Криолитозона — так называют ее ученые. Наша страна обладает самой большой площадью криолитозоны в мире. Освоение Севера человеком и глобальные изменения климата неотвратимо оказывают свое воздействие на этот низкотемпературный пояс материка.

О том, какие сюрпризы преподносят исследователям многолетнемерзлые породы и о том, как эти «сюрпризы» влияют на нашу собственную жизнь, рассказывает Алла Васильчук, доктор географических наук, старший научный сотрудник лаборатории геоэкологии Севера географического факультета МГУ, автор 5 монографий и более 130 научных статей.

- Алла Константиновна, расскажите пожалуйста, вечна ли вечная мерзлота?

Вечная мерзлота, конечно, совершенно не вечна. Она может исчезнуть, поэтому правильнее говорить не «вечная мерзлота», а «многолетнемерзлые породы». Они находятся в постоянной динамике, живут своей сложной жизнью, далеко не все законы которой нам понятны. В научной литературе есть представление о наземном и подземном оледенениях.

Наземное оледенение — это горные ледники, полярные ледниковые щиты и полярные ледниковые шапки на арктических островах. Подземное оледенение многообразно, к нему относятся и протяженные пластовые залежи, и полигонально-жильные льды, встречающиеся в виде гигантских решеток, и небольшие линзы льда разного происхождения.

Залежеобразующие подземные льды различного генезиса (ледяные грунты) в том или ином количестве встречаются практически на всей территории криолитозоны России (11 020 478 км2).

Их общий объем ориентировочно составляет для России около 2000 км3, в том числе около 1000 км3 приходится на долю повторно-жильных льдов, имеющих максимальное распространение на низменных равнинах Северо-Востока России.

Природные льды всегда содержат примеси твердых, жидких и газообразных включений. Это объясняется тем, что в природных водах всегда имеются взвешенные и растворенные вещества. Поэтому сам подземный лед весьма разнообразен по своей структуре, химическому и изотопному составу.

Изучая состав льда, мы можем определить его происхождение. Когда мы говорим о том, что находится под землей в криолитозоне — мы чаще всего говорим о многолетнемерзлых породах с высоким содержанием подземных льдов, так как протаивание подземных льдов (термокарст) — одно из самых распространенных осложнений при строительстве на многолетнемерзлых грунтах.

Исследование подземного льда приносит иногда совершено удивительные сюрпризы. Например, на протяжении нескольких лет мы исследуем уникальную ледяную залежь на полуострове Ямал, которая была обнаружена при разработке Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения.

Это крупное перспективное месторождение, там ведется связанное с ним большое строительство — порт, аэропорт, рассчитанный на посадку тяжелой авиации, планируется постройка завода по производству сжиженного природного газа.

Соответственно, газовики могли себе позволить разбурить предполагаемую строительную площадку большим количеством скважин, благодаря чему в наших руках и оказался уникальный научный материал

- И что же показали подробные исследования?

Выяснилось, что все это строительство идет на очень, скажем так, своеобразном геологическом фундаменте. Во-первых, это голоценовые отложения, накопившиеся за последние 10 000 лет. Они представляют собой как бы подземный «ледяной слоеный пирог». Ледяные пласты, разного цвета, химического и изотопного состава залегают в несколько ярусов. Уже сам по себе этот факт необычен.

Особый сюрприз преподнесло исследование изотопного состава этих ледовых пластов. Среди них есть льды, которые характеризуются экстремальными для голоцена показателями изотопного состава: около -199 промилле по дейтерию и -25 промилле по кислороду.

Если бы такие льды формировались в атмосфере, то мы бы сказали, что по изотопному составу это близко к шельфовым ледникам Антарктиды. О внутригрунтовом происхождении льда свидетельствует его химический состав, близкий к водам Обской губы или прибрежных озер, а также пыльца растений в глинистых оболочках, очевидно попавшая в лед из вмещающего грунта.

Все это говорит о том что, эти льды в процессе замерзания подверглись какому-то процессу, который привел к фракционированию в них изотопов. Какому именно? Пока загадка.

Ниже залегающий в «пироге» пласт коричневого льда, хоть и является пресным, по соотношению химических элементов близок к криопэгам и засоленным льдам. При этом изотопный состав у него средний, нормальный для этих широт около — 150 промилле по дейтерию и -20 промилле по кислороду. Еще ниже залегает белый лед атмосферного происхождения, похожий на обычный береговой припай.

Пыльца растений обнаруженная там — в основном дальнезаносная и хорошо сохранившаяся. Формирование этого «ледяного слоеного пирога», конечно, шло за счет интенсивного осадконакопления — ведь за 10000 лет слои отложений там имеют толщину 25 метров.

- Насколько я знаю, это не все «сюрпризы» этого подземного ледника.

В этом месте мы работали в 1978 году. Тюменская инженерно-геологическая экспедиция МГУ бурила там тогда скважины глубиной 8-10 метров. Производились замеры температур. Тогда средняя температура грунтов на глубине, на которой перепады температур несущественны, была -8 °С. А вот замеры температуры в 2013 году показали уже в среднем -4 °С. Есть скважины, где эта температура составляет -2 °С, то есть, температурный тренд там составил +6 °С за 35 лет!

- Это много или мало?

Это очень серьезно! За 35 лет такой подъем температуры — это очень много и очень быстро. Это говорит все-таки о том, что Арктика подвергается очень заметному температурному воздействию, температуры грунтов очень существенно меняются, и воздействие настолько интенсивно, что нужно думать о судьбе всего того, что там строится. Сейчас у нас строительство идет по принципу того, что все, в том числе и мерзлота — вечно. А оно — совсем не вечно, как вы видите.

Такую же тенденцию мы заметили на острове Белом, там температуры грунтов на первой морской террасе, которая занимает большую часть острова, повысились с 70-х годов прошлого века на 2 градуса. Это очень интересное место. На нем раньше никто не жил, хотя пролив Малыгина, отделяющий его от Большой земли, местные жители могут преодолеть — летом на лодках, зимой на оленях по льду.

В самом узком месте это всего 9 км пути. Но без особой надобности они этого никогда не делали и не пускали других. В южной части острова находится несколько ненецких святилищ, сам он считается у аборигенов особым местом, где живет Белый Старик — Сэру Ирику.

По верованиям кочевников, он разрешает им охотиться на своей земле (на Белом было много диких оленей), за что ждет почтения и подношений. Там мы отметили те же самые температурные явления, хоть и остров этот расположен еще дальше к Северу.

- И весь этот пояс живет своей жизнью?

Криолитозона очень разнообразна. Чем южнее, чем ближе ее граница, тем разнообразней жизнь «подземного льда». Но у льда-то всего два главных проявления жизни — он либо тает, либо растет. Есть такое очень динамичное явление, называемое «пучение» — застывание подземных ледяных линз, вызывающее неравномерный подъем поверхности и формирование бугристого ландшафта.

Там, что интересно, все зависит не от понижения температур, а от толщины торфяного слоя, поэтому подобные явления могут происходить даже при потеплении, так как рост торфа может усилиться. Области, в которых формируются бугры пучения, неоднозначно реагируют на температурные изменения и поэтому более менее стабильны.

А вот, например, повторно-жильные льды — они если протаивают, то протаивают. Южная граница их распространения сейчас постепенно смещается к северу. По ледникам — та же самая тенденция. Они тоже уменьшаются — эта тенденция прослеживается на всех криосферных объектах. И на тундру постепенно наступает тайга — древесный подрост мы видим все северней и северней.

- В истории Земли, вероятно, были разные периоды, отражавшиеся на криолитозоне?

Для последних 10 000 лет выделяется период так называемого «голоценового оптимума» или так называемые «Бореальный и Атлантический периоды» по схеме Блитта-Сернандера. Тогда на земле было значительно теплее. Летние температуры были значительно выше.

Всего в 100 километрах южнее от нашего «ледяного слоеного пирога» мы обнаружили мощный 5 метровый торфяник, — с захороненными в нем стволами березы в прижизненном состоянии, с сохранившимися корнями и белой корой, — который датирован периодом от 6 до 8 тысяч лет назад.

То есть, было время, когда в современных арктических тундрах в небольших котловинках были условия для роста деревьев. Это еще одно доказательство того, что в Европейской части России тогда не существовало тундровой зоны, и еще около 6000 лет назад на месте нынешней тундры была тайга.

На Ямале повторно-жильные льды отражают еще одну особенность «голоценового оптимума» — очень холодные зимы (рост таких льдов отражает низкие зимние температуры). Пока современная ситуация от голоценового оптимума отличается — сейчас теплее и летом, и зимой.

Когда мы говорим о тенденциях, нужно говорить либо о всей Земле в целом, либо о каком-то совершенно конкретном ее регионе. Потому что все остается очень мозаичным и разнообразным по условиям — где-то теплее, где-то холоднее.

- Как вы оцениваете стабильность криолитозоны?

Пока криолитозона стабильна. Несмотря на все температурные тренды. Потому что нет перехода через ноль. Это — самое важное. Ноль — означает превращение льда в воду, дальше развитие происходит по совершенно другим законам. Есть немало районов, где этот переход уже произошел. Например, в городе Лабытнанги, в конце 70-х, мы изучали мерзлый торфяник.

А сейчас там многолетнемерзлых пород нет. Лабытнанги, название которого означает «Семь лиственниц», потому что кроме тех семи, там других деревьев не было, сейчас окружен лесом. А сколько лет этому названию? Не более трехсот…

— А как вы оцениваете  опубликованную в Science версию, что при таянии мерзлоты высвобождается большое количество бывших связанными парниковых газов — метана и СО2? И что количество этих газов может представлять угрозу для климата?

Конечно, углекислый газ поднимается и из тундровых озер, и из протаивающей тундры. Но мерзлота остается низкотемпературной, изменяется лишь слой сезонного протаивания. А он изменяется в тундровой зоне незначительно. Здесь важную роль играет сохранность растительного покрова. А в тех местах, где он нарушен человеком, там эти процессы очень существенны.

Если сравнивать антропогенный поток парниковых газов с тем, что выделяет тундра — они сопоставимы. Есть работы известного российского ученого Сергея Зимова, которые дают этому явлению подробную количественную оценку.

- Самое грустное — это вероятно то, что влиять на эти глобальные процессы мы можем очень ограниченно…

Ну, я бы сказала, что еще лет 20 «спокойной жизни» у нас есть. Судя по темпам роста подземной температуры — 6 °С за 35 лет — еще 4 градуса у нас есть. Это все шутки, конечно, но надо понимать, что все снова может измениться — закономерности нелинейны, и многое мы еще не можем предсказать. Ведь есть еще и версия, что в 2030 году начнется глобальное похолодание — таков прогноз исследователей пятен на Солнце.

В XVII-XIX веках был ведь Малый ледниковый период, (он соотносится с минимумом солнечных пятен, называемом минимумом Маундера), в течение малого ледникового периода снижались и летние и зимние температуры.

Все ледники и многолетнемерзлые породы продвинулись тогда на юг. Новый холодный период — это вполне естественное явление. Подсчитано, что теплые периоды длились по 10, максимум 15 тысяч лет. А в интервалы длительностью 40-50-70 тысяч лет преобладали холодные условия. Так что нам с вами просто очень повезло с теплым периодом.

Ну а прямо сейчас, строя что-либо на Севере, надо рассчитывать на то, что «вечная мерзлота» отнюдь не вечна.

Беседовала Екатерина Головина