Как повлияет изменение климата на состояние вечной мерзлоты, рассказывает Вячеслав Захаров, УрФУ
Ученые многих стран исследуют Арктику с целью эффективного освоения ее ресурсов. Однако по мнению ученых Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), там находится недостаточное количество отечественных научных станций, оснащенных современным оборудованием для мониторинга климатических данных.
Между тем, 65 % нашей страны — территория вечной мерзлоты, на которой расположились, в частности, промышленные предприятия и установки нефтегазового комплекса, а также целые города. Как поведут себя десятки и сотни метров промерзшего грунта при глобальном потеплении? Не уйдут ли тогда города и нефтегазодобывающая промышленность под землю в буквальном смысле?
На эти вопросы отвечает руководитель лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ Вячеслав Захаров.
Климат глобален, и для его изучения важна международная кооперация. За два года происходит полное перемешивание атмосферы между северным и южным полушариями. Для репрезентативности данных наблюдения их нужно непрерывно собирать в различных регионах земного шара за период времени, включающий хотя бы несколько циклов перемешивания атмосферы между полушариями, обмениваться ими — и здесь Жан Жузель — научный руководитель лаборатории — помог нам наладить контакты на международной арене.
Глобальное потепление никто не отменял, и Арктика будет греться больше всего. А у нас здесь Норильск, Салехард, нефтегазодобывающие структуры, и если начнется масштабное таянье — а оно начнется — главный вопрос будет в том, когда из городов нужно выселять людей или как менять инфраструктуру и стратегию освоения Арктики. Серьезные изменения проходят уже сейчас и во многом быстрее прогноза — через 5 лет мы, может быть, и не заметим особенных кардинальных изменений, а вот через 50 лет здесь уже ничего может и не быть.
Наша задача — изучить влияние изменения климата на состояние вечной мерзлоты в ближайшие десятилетия. Поясню на примерах: слой вечной мерзлоты в регионах Западной Сибири составляет в среднем глубину около 20 метров. Соответственно, если это все растает, то на 20 метров и провалится, и, вероятно, зальется водой. А вот дальше на Восток эта же мерзлота составляет уже около 200 и более метров, там последствия могут быть более серьезными, это понятно. Опять же, при потеплении увеличиваются осадки — и дожди, в общем-то, более опасны для состояния мерзлоты, чем просто повышение температуры воздуха. Поэтому нами в тесной кооперации с командами немецких и французских специалистов ведутся работы по верификации (проверке) современных климатическая моделей на территории российской Арктике и суб-Арктике, с помощью которых, после определенных их доработок, можно прогнозировать, как поведет себя региональный климат и мерзлота в будущем.
Данные для верификации моделей собирают наши станции в Российской Арктике, они расположены в городах Лабытнанги и Игарка. Информация о натурных наблюдениях изотопических трассеров водного цикла накапливается и сравнивается с результатами моделирования, если модель не очень хорошо воспроизводит наблюдаемые данные — ее уточняют, так модель совершенствуется, и когда она начнет хорошо количественно воспроизводить все наблюдаемые данные, модель уже можно пробовать «запускать» для прогноза. Собственно криосистемой мы не занимаемся. Мы в рамках проекта планируем предоставить нашим партнерам из Института криосферы Земли в Тюмени результаты моделирования, т.е. данные о том, как будет меняться температура воздуха и режим осадков в российской Арктике в ближайшие десятилетия. Они, в свою очередь, будут исследовать, как вечная мерзлота поведет себя в результате этих прогнозируемых климатических изменений.
В настоящее время мы работаем со стандартной европейской климатической моделью. В ней несколько компонентов: модель общей циркуляции атмосферы, модель циркуляции океана и подмодель обмена поверхности Земли с атмосферой. На наших станциях данные — так называемые изотопические трассеры водного цикла — фиксируются каждые две секунды, накапливаются временные ряды этих данных, а затем результаты моделирования с использованием климатической модели сравниваются с результатами наших наблюдений: точно ли все воспроизводится, нужно ли что-то улучшить в модели. В данный момент мы находимся на этой стадии. Только когда мы тщательно проверим модель, мы сможем использовать ее, чтобы давать прогнозы.
Исследованием климата мы занимаемся с начала 2000-х. Самым первым в лаборатории было направление дистанционного зондирования атмосферы со спутников, потом добавилось наземное зондирование: с помощью Фурье-спектрометра в Коуровской обсерватории собиралась информация о парниковых газах, количестве метана, углекислого газа, изотопологах водяного пара и так далее. Данные наземного зондирования атмосферы в Коуровке использовались для валидации спутниковых данных. Затем, когда мы начали сотрудничать с Жаном Жузелем, в обсерватории добавились лазерные анализаторы для рутинных измерений in situ изотопологов водяного пара в приземной атмосфере. Кроме того, стало возможным собирать осадки и анализировать их на содержание изотопологов воды в лаборатории на аналогичном лазерном анализаторе.
Справка
Проект под названием «Комплексная система климато-экологического мониторинга, разработка и организация производства новой техники и мультимасштабное моделирование состояния криосистемы Российской Арктики» (проект относится к созданию стратегических академических единиц УрФУ, — прим. ред.) объединил усилия двух подразделений нашего университета — Института естественных наук и математики и Института радиоэлектроники и информационных технологий. Лаборатория физики климата и окружающей среды, играющая важную роль в проекте, создана в университете еще в 2011 году в рамках мегагранта (постановление правительства РФ № 220) под руководством всемирно известного ученого палеоклиматолога Жана Жузеля (лаборатория входит в число трех научных центров пилотного проекта сотрудничества с ФАНО, — прим. ред).