"Айсберг" для климата: профессор ТПУ о метановых выбросах в Арктике
ТОМСК, 13 дек – РИА Томск, Елена Тайлашева. Ученые зафиксировали удвоение метановых выбросов в Арктике за год. При ускорении деградации мерзлоты огромное количество древнего метана может быть "перекачано" в атмосферу. Как предсказать климатические последствия этого, в интервью РИА Томск рассказал руководитель единственной международной экспедиции в Арктику 2020 года, профессор Томского политеха (ТПУ) Игорь Семилетов. Из дневника экспедиции Год: 2020 Судно: "Академик Мстислав Келдыш" Вид экспедиции: Морская экспедиция Организатор экспедиции: Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН Начальник экспедиции: Семилетов Игорь Петрович (заведующий лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН, член-корреспондент РАН, профессор ТПУ) Район исследований: Тихоокеанский сектор Арктики и Субарктики: Карское, Восточно-Сибирское, Чукотское моря, море Лаптевых. Экспедиция длилась с 26 сентября по 4 ноября. В ней приняли участие 69 ученых из морских институтов РАН, ведущих российских вузов, в том числе ТПУ и ТГУ, и Стокгольмского университета. На борту "Келдыша" они прошли около 11 тысяч километров. 30.10.2020 Подходим к пр. Карские Ворота. Завершили выполнение научной программы рейса. Об окончании работ уведомили штаб Северного флота. 24.10.2020 Работаем на Карском море 19.10.2020 Работа на новых сиповых полях к северо-востоку от дельты реки Лены. 16.10.2020 Курс на запад (назад, в сторону Архангельска), подходим к проливу Дмитрия Лаптева из Восточно-Сибирского моря. Работы по плану. 15.10.2020 Курс на пролив Дмитрия Лаптева из Восточно-Сибирского моря.
– Игорь Петрович, расскажите, пожалуйста, о задачах и итогах экспедиции. – До настоящего времени распространено мнение, что Арктика, Северный Ледовитый океан и арктический шельф не играют никакой роли в формировании планетарного максимума метана в атмосфере. Ученые уже доказали, что концентрация атмосферного метана над Арктикой примерно на 10 % выше, чем где-либо на нашей планете, включая средние широты северного полушария, где сконцентрирована основная антропогенная деятельность. Одним из результатов экспедиции стали измерения концентрации растворенного метана на поверхностном слое арктических морей. Они проводились с применением новой технологии с аналитическим окончанием на лазерных спектрометрах. Это повысило эффективность исследований на пять порядков: было выполнено около 300 миллионов измерений. Новым открытием для нас стало поле морских кратеров в мелководной зоне моря Лаптевых. Кратеры выглядят как дыры в мерзлоте. Наши исследования показали, что морские кратеры образованы в результате массированного выброса пузырькового метана. Их диаметр достигает 30 метров. Также были обнаружены новые кратеры в Восточно-Сибирском море, которые характеризуются мощными выбросами пузырькового метана в водную толщу-атмосферу. Высвобождение метана в них происходит через борозды от айсбергов. По нашим оценкам, с квадратного метра в сутки выделяется до сотен килограммов метана. – Планетарный максимум метана над Арктикой – это новое явление? – Нет. Планетарный максимум атмосферного метана над Арктикой обнаружен в теплые геологические периоды на протяжении последних трех климатических циклов (примерно 315 тыс лет) путем сравнения палеосостава атмосферы в кернах льда ледников Гренландии и Антарктиды. В ледниковые периоды этот максимум не был обнаружен. На этом основании нашей авторской группой в 1990-х была сформулирована гипотеза о том, что в теплые геологические эпохи деградация наземной (термокарстовые озера) и подводной (шельф морей Восточной Арктики) мерзлоты приводит к массированной атмосферной эмиссии метана дестабилизированных гидратов. За последние десятилетия нами было выполнено 49 всесезонных арктических экспедиций в арктической системе суша-шельф-атмосфера, результаты которых подтверждают правильность этой гипотезы. Однако предстоит еще много работы. – Первую зону выбросов метана в морях Восточной Арктики (МВА) вы обнаружили больше 10 лет назад. Как она ведет себя с тех пор? – Первый сип – мощную газовую струю – мы обнаружили в море Лаптевых в 2007 году. За прошедшее время одиночный сип вырос в размерах до сипового поля. Статья, посвященная этому феномену, находится в подготовке и планируется к публикации с учетом новых данных, полученных в экспедиции. В частности, нами было картировано более тысячи крупных сиповых полей (районы массированной разгрузки пузырькового метана с линейными размерами более сотни метров) и мегаполей (более тысячи метров). Методом микрополигонной съемки мы исследовали шесть мегасипов в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море и сделали вывод об их росте. Скорость роста сечения сиповых полей, количество крупных струй метана и выброс метана в атмосферу увеличиваются на различных полигонах с 5-10 до 100-120%. То есть можно утверждать удвоение выбросов за год.
– Сколько лет вы в целом наблюдаете за Арктикой и почему вообще обратили внимание на этот регион? – Мои исследования в Арктике начались зимой 1990 года – совместно с Северо-восточной научной станцией Тихоокеанского института географии ДВО РАН. Драйвером наших исследований было большое желание найти, исследовать и понять процессы, ответственные за формирование планетарного максимума основных парниковых газов, СО2 и метана над Арктикой. В это время мы считали, что основным источником метана в Арктике являются термокарстовые озера. Четыре года совместных работ в районе Колымо-Индигирской низменности – устья реки Колымы, где заозеренность достигает более 50% территории, дали ряд важных результатов, которые были опубликованы в крупных международных изданиях. Однако озерного источника метана было недостаточно для объяснения механизма формирования планетарного максимума. Поэтому в 1994 году я сместил центр своих исследований на Приморскую низменность – побережье моря Лаптевых, и вернулся в море. – А что опаснее для парникового эффекта – метан или углекислый газ? – Принято считать, что современный вклад метана в парниковый эффект составляет примерно 30% от вклада двуокиси углерода, но в дальнейшем – при усилении эмиссии метана из арктических широт – это соотношение может существенно измениться. Потенциально запасы метановых гидратов на шельфе МВА на два порядка превышают общее количество метана в современной атмосфере. Это значит, что при ускорении деградации мерзлоты и дестабилизации гидратов огромное количество древнего метана может быть перекачано в атмосферу, что может привести к труднопредсказуемым климатическим последствиям. Для того, чтобы дать научно-обоснованный ответ на вопрос, когда это произойдет и произойдет ли вообще, требуются крупномасштабные исследования в рамках национальных или международных специализированных программ, что крайне актуально в ближайшее время, так как Российская Федерация, начиная с мая 2021 года, становится Президентом Арктического Совета. – Как вы оцениваете роль России в арктических исследованиях и положение наших ученых на этой "арене"? Хотя… может быть, вообще не стоит обсуждать вопрос первенства кого-либо? Ваш коллега Терри Каллаган часто повторяет эту мысль – сила в сотрудничестве… – Я согласен с профессором Терри Каллаганом – перспективы развития исследований в Арктике должны быть скоординированы на национальном и международном уровне. К сожалению, несмотря на существование десятков арктических центров различного масштаба в России, такого рода координация отсутствует, что значительно снижает эффективность исследований, особенно в Арктике, где требуется объединение не только интеллектуальных и аппаратурных ресурсов, но и финансовых средств. Если говорить об уровне работ конкретно российских ученых, то наши комплексные исследования нарушения баланса цикла углерода в Российском секторе Арктики выполняются на мировом уровне, что подтверждается публикацией около 300 статей, из которых примерно 100 опубликованы в первом квартиле (Q1), включая 15 статей в группе Science и Nature. Роль Томского политехнического университета в арктических морских исследованиях вышла на мировой уровень в рамках гранта Правительства РФ (мегагранта), которым я руководил в 2014-2018 гг. К сожалению, этот проект закончился и финансирование закончилось. Но делаем, что можем... – Как в этой теме развиваются горизонтальные связи? – В рамках совместных экспедиционных и лабораторных исследований был сформирован научный центр мирового уровня, который включает более 100 ученых из ТОИ ДВО РАН, ТПУ, ТГУ, МГУ, Сколтеха, ВШЭ, ФИЦ Биотехнологии, ГЕОХИ РАН, МФТИ, САФУ, научного центра МГУ–Геофизика, а также ученых из 15 университетов Швеции, Норвегии, Италии, Великобритании, Нидерландов, США. Надеемся, что роль Томского кластера – включая ТГУ и институты Томского научного центра СО РАН, с которым мы планируем продолжить сотрудничество, поможет не только сохранить наши лидерские позиции, но и усилить их
– Игорь Петрович, расскажите, пожалуйста, о задачах и итогах экспедиции. – До настоящего времени распространено мнение, что Арктика, Северный Ледовитый океан и арктический шельф не играют никакой роли в формировании планетарного максимума метана в атмосфере. Ученые уже доказали, что концентрация атмосферного метана над Арктикой примерно на 10 % выше, чем где-либо на нашей планете, включая средние широты северного полушария, где сконцентрирована основная антропогенная деятельность. Одним из результатов экспедиции стали измерения концентрации растворенного метана на поверхностном слое арктических морей. Они проводились с применением новой технологии с аналитическим окончанием на лазерных спектрометрах. Это повысило эффективность исследований на пять порядков: было выполнено около 300 миллионов измерений. Новым открытием для нас стало поле морских кратеров в мелководной зоне моря Лаптевых. Кратеры выглядят как дыры в мерзлоте. Наши исследования показали, что морские кратеры образованы в результате массированного выброса пузырькового метана. Их диаметр достигает 30 метров. Также были обнаружены новые кратеры в Восточно-Сибирском море, которые характеризуются мощными выбросами пузырькового метана в водную толщу-атмосферу. Высвобождение метана в них происходит через борозды от айсбергов. По нашим оценкам, с квадратного метра в сутки выделяется до сотен килограммов метана. – Планетарный максимум метана над Арктикой – это новое явление? – Нет. Планетарный максимум атмосферного метана над Арктикой обнаружен в теплые геологические периоды на протяжении последних трех климатических циклов (примерно 315 тыс лет) путем сравнения палеосостава атмосферы в кернах льда ледников Гренландии и Антарктиды. В ледниковые периоды этот максимум не был обнаружен. На этом основании нашей авторской группой в 1990-х была сформулирована гипотеза о том, что в теплые геологические эпохи деградация наземной (термокарстовые озера) и подводной (шельф морей Восточной Арктики) мерзлоты приводит к массированной атмосферной эмиссии метана дестабилизированных гидратов. За последние десятилетия нами было выполнено 49 всесезонных арктических экспедиций в арктической системе суша-шельф-атмосфера, результаты которых подтверждают правильность этой гипотезы. Однако предстоит еще много работы. – Первую зону выбросов метана в морях Восточной Арктики (МВА) вы обнаружили больше 10 лет назад. Как она ведет себя с тех пор? – Первый сип – мощную газовую струю – мы обнаружили в море Лаптевых в 2007 году. За прошедшее время одиночный сип вырос в размерах до сипового поля. Статья, посвященная этому феномену, находится в подготовке и планируется к публикации с учетом новых данных, полученных в экспедиции. В частности, нами было картировано более тысячи крупных сиповых полей (районы массированной разгрузки пузырькового метана с линейными размерами более сотни метров) и мегаполей (более тысячи метров). Методом микрополигонной съемки мы исследовали шесть мегасипов в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море и сделали вывод об их росте. Скорость роста сечения сиповых полей, количество крупных струй метана и выброс метана в атмосферу увеличиваются на различных полигонах с 5-10 до 100-120%. То есть можно утверждать удвоение выбросов за год.
– Сколько лет вы в целом наблюдаете за Арктикой и почему вообще обратили внимание на этот регион? – Мои исследования в Арктике начались зимой 1990 года – совместно с Северо-восточной научной станцией Тихоокеанского института географии ДВО РАН. Драйвером наших исследований было большое желание найти, исследовать и понять процессы, ответственные за формирование планетарного максимума основных парниковых газов, СО2 и метана над Арктикой. В это время мы считали, что основным источником метана в Арктике являются термокарстовые озера. Четыре года совместных работ в районе Колымо-Индигирской низменности – устья реки Колымы, где заозеренность достигает более 50% территории, дали ряд важных результатов, которые были опубликованы в крупных международных изданиях. Однако озерного источника метана было недостаточно для объяснения механизма формирования планетарного максимума. Поэтому в 1994 году я сместил центр своих исследований на Приморскую низменность – побережье моря Лаптевых, и вернулся в море. – А что опаснее для парникового эффекта – метан или углекислый газ? – Принято считать, что современный вклад метана в парниковый эффект составляет примерно 30% от вклада двуокиси углерода, но в дальнейшем – при усилении эмиссии метана из арктических широт – это соотношение может существенно измениться. Потенциально запасы метановых гидратов на шельфе МВА на два порядка превышают общее количество метана в современной атмосфере. Это значит, что при ускорении деградации мерзлоты и дестабилизации гидратов огромное количество древнего метана может быть перекачано в атмосферу, что может привести к труднопредсказуемым климатическим последствиям. Для того, чтобы дать научно-обоснованный ответ на вопрос, когда это произойдет и произойдет ли вообще, требуются крупномасштабные исследования в рамках национальных или международных специализированных программ, что крайне актуально в ближайшее время, так как Российская Федерация, начиная с мая 2021 года, становится Президентом Арктического Совета. – Как вы оцениваете роль России в арктических исследованиях и положение наших ученых на этой "арене"? Хотя… может быть, вообще не стоит обсуждать вопрос первенства кого-либо? Ваш коллега Терри Каллаган часто повторяет эту мысль – сила в сотрудничестве… – Я согласен с профессором Терри Каллаганом – перспективы развития исследований в Арктике должны быть скоординированы на национальном и международном уровне. К сожалению, несмотря на существование десятков арктических центров различного масштаба в России, такого рода координация отсутствует, что значительно снижает эффективность исследований, особенно в Арктике, где требуется объединение не только интеллектуальных и аппаратурных ресурсов, но и финансовых средств. Если говорить об уровне работ конкретно российских ученых, то наши комплексные исследования нарушения баланса цикла углерода в Российском секторе Арктики выполняются на мировом уровне, что подтверждается публикацией около 300 статей, из которых примерно 100 опубликованы в первом квартиле (Q1), включая 15 статей в группе Science и Nature. Роль Томского политехнического университета в арктических морских исследованиях вышла на мировой уровень в рамках гранта Правительства РФ (мегагранта), которым я руководил в 2014-2018 гг. К сожалению, этот проект закончился и финансирование закончилось. Но делаем, что можем... – Как в этой теме развиваются горизонтальные связи? – В рамках совместных экспедиционных и лабораторных исследований был сформирован научный центр мирового уровня, который включает более 100 ученых из ТОИ ДВО РАН, ТПУ, ТГУ, МГУ, Сколтеха, ВШЭ, ФИЦ Биотехнологии, ГЕОХИ РАН, МФТИ, САФУ, научного центра МГУ–Геофизика, а также ученых из 15 университетов Швеции, Норвегии, Италии, Великобритании, Нидерландов, США. Надеемся, что роль Томского кластера – включая ТГУ и институты Томского научного центра СО РАН, с которым мы планируем продолжить сотрудничество, поможет не только сохранить наши лидерские позиции, но и усилить их