Текст: Алексей Макеев
Какое море самое «ядерное» в мире? Что на самом деле является легкими нашей планеты? Об этом и многом другом журналу «Русский мир.ru» рассказывает доктор биологических наук Александр Саввичев. Более сорока лет он занимается исследованием микроорганизмов водоемов, заведует лабораторией микробиологии и биогеохимии водоемов Института микробиологии РАН. Александр Саввичев работал по всему миру: во всех океанах, в северных и южных морях, тундровых и горных озерах. Но большую часть жизни он отдал Арктике.
– Александр Сергеевич, чем, с точки зрения ученого, отличаются арктические моря? Они кажутся довольно однообразными…
– Моря очень разные. Теплое, богатое рыбой Баренцево море и мелководные, абсолютно суровые моря Лаптевых и Восточно-Сибирское. В Чукотское и Баренцево моря реки почти не впадают – вода в них сильно соленая, океаническая. А Белое и Карское очень сильно опреснены за счет впадения крупных рек. С Карского моря я начинал работу в Ледовитом океане. Тогда, в 1993 году, море впервые было открыто для ученых, проводились масштабные исследования состояния ядерных захоронений. В желоб вдоль Новой Земли многие годы сбрасывали отработанные корпуса ядерных реакторов с подводных лодок и кораблей, даже атомную подводную лодку К-27 затопили. Карское море – самое «ядерное» море в мире.
Белое море – самое научно освоенное, некоторые биостанции там работают уже восемьдесят лет. А Чукотское – очень мало изучено. Море Бофорта – это через Берингов пролив от Чукотского, – напротив, очень хорошо исследовано. Вообще, американские моря основательно изучены, несмотря на то, что ледокольный флот США намного беднее нашего. С 2004 по 2014 год работала совместная российско-американская экспедиция по исследованию Арктики – RUSALCA. Это была самая замечательная научная программа, в рамках которой было сделано много открытий.
– Какую роль играют арктические моря в рыбном промысле в Мировом океане?
– Вся добыча рыбы в мире это не более 5 процентов площади Мирового океана. Уже в 100 километрах от берега рыбы мало. Потому что планктона меньше. А планктону, в свою очередь, не хватает биогенных веществ – прежде всего соединений азота и фосфора. Если идти, скажем, из Лос-Анджелеса на Гавайи, то вода будет прозрачная, никакой живности в ней нет. Акула плывет сотню миль за судном, если выбросить в воду ведро с пищевыми отходами. На севере – например, в Баренцевом море, где достаточно биогенных элементов, – происходит вспышка цветения диатомовых водорослей. Этот фитопланктон поедает зоопланктон, которым, в свою очередь, питается рыба. А больше всего планктона в Перуанском апвеллинге (апвеллинг – подъем глубинных вод океана к поверхности. – Прим. ред.). Холодное течение снизу размывает богатые биогенами донные осадки и поднимается вверх. Зоопланктон тут же поедается стаями анчоуса. Эта маленькая рыбка самая добываемая в мире, на нее приходится почти половина мирового рыбного промысла.
– Какими исследованиями занимаетесь лично вы в Арктике?
– Последние двадцать лет мы исследуем выделение и окисление метана. Это парниковый газ, который в 28 раз активнее углекислоты. Хотя метана в атмосфере значительно меньше, чем углекислого газа, он вносит весомый вклад в создание парникового эффекта на Земле. Мы в своей работе стараемся определить, в какой мере естественный микробный фильтр предохраняет атмосферу от выделения метана. Грубо говоря, это микробы, которые «питаются» метаном, окисляют его. Такие метанотрофные микробы есть в почве, в донных осадках океанов, морей, озер. В связи с потеплением климата в Арктике тает вечная мерзлота, которая содержит метан. Оттаявшая почва выделяет газ в атмосферу. В мире сейчас самое проблемное место в этом смысле наша восточная Арктика, побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. А также обширные мелководья этих морей, которые тянутся на сотни километров от берега. Там глубины не превышают 60 метров, и выделяющийся из донных осадков метан микробы не всегда успевают окислить.
С другой стороны, в некоторых озерах метан удается окислить при гораздо меньшей глубине. В прошлом году мы изучали меромиктическое озеро на берегу Кандалакшского залива Белого моря. В меромиктическом водоеме слои воды не перемешиваются. В исследованном нами озере четко выделяются слои: наверху – кислородсодержащий, внизу – сероводород и метан. На границе между ними на глубине 4 метров в тонком слое микробы активно окисляют метан и сероводород. Получается такой биологический фильтр, поглощающий выброс газов.
– Так, может быть, добавить таких микробов в море Лаптевых?
– Нужно не добавлять, а создать условия для размножения микробов – это догма микробиологии. Так же, например, как и в почве содержатся почти все микроорганизмы. Одни отлично в ней размножаются, другие – «спят», ожидая благоприятных условий. Так, в почве под яблоней содержится всего несколько клеток дрожжей. Но как только на землю падает яблоко, они начинают быстро размножаться и поглощают плод. Затем численность дрожжей падает, они в минимальном количестве будут ждать, когда упадет новое яблоко.
К слову, с изменением условий жизни микроорганизмов связана и экологическая проблема Байкала. Основным фитопланктоном озера были диатомовые водоросли – особые пресноводные эндемики. Люди стали сливать в Байкал отходы с повышенным содержанием соединений фосфора – прежде всего фосфаты, содержащиеся в моющих средствах. А фосфор – благоприятная среда для развития цианобактерий, больше известных как сине-зеленые водоросли. Они-то и вытеснили диатомовых эндемиков. При вспышках цветения цианобактерии выделяют токсины, губительные для зоопланктона. Решение проблемы – прекратить выброс фосфатов, использовать бесфосфатные моющие средства, и вслед за неорганической средой озера начнет меняться органика.
– А как человек повлиял на всемирное потепление? Есть какие-то открытия в этом направлении?
– Вообще, развитие науки имеет разные стимулирующие причины. Первое и самое понятное – это желание что-то создать. Я считаю самым выдающимся открытием ХХ века выделение пенициллина из плесневого гриба, сделанное Александром Флемингом. То есть открытие антибиотиков, которое принципиально снизило смертность от инфекционных заболеваний. Это открытие привело к резкому росту численности населения и, как следствие, осваиванию новых территорий и развитию производства. Ну, и конечно, «зеленая революция» – увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и индустриальное животноводство. А тема изменения климата это такое модное направление в науке, в котором много спекуляций. То, что потепление сейчас происходит, и то, что климат много раз менялся за историю Земли, – это факт. А какую роль играет здесь человек – вопрос открытый.
– Действительно ли можно определить, какая температура была, допустим, в Европе несколько тысяч лет назад? Как это делается?
– Температура в далеком прошлом определяется вполне точно. Например, изучаются глубинные слои льда в Антарктиде – по соотношению различных газов составляется палеолетопись. Делаются реконструкции по исследованию донных осадков морей и океанов. Например, Гольфстрим в разные времена проходил то южнее, то севернее и, соответственно, приносил в Европу больше или меньше тепла. В донных осадках мы видим, какие микроорганизмы жили в данный период, для какой температуры воды они характерны.
– А как выделение метана связано с деятельностью человека?
– Вклад человека в концентрацию метана в атмосфере довольно весомый. Это прежде всего разведение сельскохозяйственных животных и рисовники. В залитых водой рисовых чеках выделяется метан, а поскольку глубина небольшая, микробы не могут его окислить, газ выходит на поверхность. Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) также «газят» очень серьезно. Хотя количество выделенного метана посчитать довольно трудно, на эту тему также спекулируют. На полигонах в Европе – прежде всего в Германии – для откачивания метана устанавливают дренажные трубы. Наши ученые предложили еще один вариант: запустить в толщах полигона аэробные процессы, то есть с участием кислорода. Тогда аэробные микроорганизмы окислят органику до конца – будет выделяться не метан, а углекислота. Для этого нужно установить компрессоры и продувать тело полигона воздухом. Такой способ может быть достаточно эффективным, но вряд ли он где-то используется.
Мы в свое время испытали еще один подход – создание почвенного биофильтра. Исследования проводились на подмосковном полигоне Хметьево. Опять же, как и в почве под яблоней, важно в землю вносить не микробы-метанотрофы, окисляющие метан, а нужные для их развития органические и неорганические вещества. Задача стояла – определить количество этих веществ, частоту внесения, ну, и чтобы они обходились максимально дешево. Хороший вариант – активный ил с полей аэрации, содержащий как микроорганизмы, так и множество веществ, стимулирующих начальную стадию разложения. Подходят и отходы биотехнологических производств – например, молочная сыворотка. Самое главное на полигонах – сократить начальную, латентную стадию разложения мусора, которая длится годами. Органика послужит спусковым крючком, запускающим активное перегнивание. Вместе с тем нужны малоочищенные минеральные удобрения, нужные микробам для обильного роста. Получается своего рода биореактор, процессами которого можно управлять. Наши исследования однозначно показали: если накрыть полигон тонким слоем подготовленной почвы, выброс метана в атмосферу значительно сокращается. Конечно, нужно не только создать почвенный фильтр, но и поддерживать его. Не знаю, используется сейчас где-то наше изобретение или нет. В мире таких практик очень мало – на полигонах в основном занимаются инженерными решениями, а не биотехнологическими.
– Вы хотите сказать, что в современном мире полигоны ТБО вполне имеют право на существование?
– В мире на полигонах по-прежнему захоранивается подавляющее большинство отходов. А насколько полигон экологичен, зависит от культуры производства и в первую очередь от строгого соблюдения норм и технологии.
– Вернемся, однако, к высоким широтам. Какие еще изменения происходят в Арктике в связи с потеплением климата?
– Новое и очень интересное явление – воронки газового выброса. Представьте сильно сжатый пузырь метана диаметром метров 40, образовавшийся в тундре на глубине нескольких десятков метров. Этот пузырь медленно поднимается на поверхность, выдавливает большой бугор с трещинами. И наконец взрыв – газ молниеносно высвобождается в атмосферу. На земле образуется воронка с высокими гладкими стенками. Стены воронки быстро разрушаются, она затапливается водой – через два-три года это будет обычное озеро. Воронки газового выброса были открыты на Ямале в 2014 году. Первая народная версия – инопланетяне. Корабль пришельцев был вморожен в вечную мерзлоту, откуда они подглядывали за нами. А потом растопили лед и улетели, оставив колодец… Большинство известных воронок находится в самых труднодоступных уголках Ямала. Мне впервые довелось исследовать воронку газового выброса зимой 2018 года: летом туда добраться не удалось. Хотя природа воронок еще изучается, можно утверждать, что их образование связано с таянием мерзлоты и они могут выбрасывать в атмосферу значительные объемы метана.
– Что опять же увеличивает парниковый эффект. А что если в атмосферу искусственно добавить кислород, это решит проблему?
– Нет. Просто будет больше кислорода, на парниковые газы это никак не повлияет. Нужно не кислород добавить, а переработать углекислый газ.
– То есть развивать, так сказать, легкие планеты…
– А что является легкими планеты? Совсем не джунгли. Действительно, тропические леса выделяют массу кислорода, но и так же активно его потребляют на перегнивание. В результате фотосинтеза углерод из углекислоты перешел в древесину. Дерево упало, микробы и грибы «пережевывают» его, потребляют кислород и выводят углекислоту обратно. Это такое автономное хозяйство, которое почти никакого кислорода не дает вовне.
Доноры кислорода – то есть истинные легкие планеты – это прежде всего болота. Там отжившая биомасса опускается в анаэробную, то есть безвоздушную, толщу, где консервируется. Получается, растение кислород выделило, но перегнивания нет, и кислород не расходуется. Легкие – это в первую очередь болота России и Канады, как лесистые, так и тундровые. Так же и в других экосистемах, где цикл выделения и потребления кислорода разорван. Например, в океане: водоросли выделяют кислород и захораниваются на дне. Да, это донор небольшой, но все-таки он постоянно действует.
В какой-то степени донорами кислорода являются леса средней полосы – там перегнивание идет очень медленно. Если в тропиках дерево разлагается за три-четыре года, то в алтайской тайге упавшая сосна может лет сто пролежать. Однако положительный эффект леса полностью исчезает, если случается пожар. Выделяется углекислота, множество сажевых частиц, которые самым негативным образом влияют на экологию. А лесной пожар потушить где-нибудь в Забайкалье – в настоящее время средств таких не существует. И не нужно ругать губернаторов за то, что они не могут справиться с огнем: человечеству это не под силу. Нужно не тушить пожары, а не допускать их – гораздо строже бороться с распространителями пожаров. Кстати, данные палеолетописи говорят о том, что в пожарах на Земле виновен именно человек: до него лес естественным образом горел гораздо реже.
– Вы занимаетесь исследованиями уже более сорока лет. Можете сопоставить условия работы в советское время и сейчас: приборы, методы, технологии?
– Что касается инструментария, то в советское время было много самоделок. При всех научных институтах имелись свои экспериментальные базы, где работали Кулибины, способные сделать из старой швейной машинки телескоп. Запомнился мне масс-спектрометр, который ваяли на заводе в Сумах на Украине. Прибор был громоздкий и требовал тщательного ухода. Наши два инженера постоянно занимались его доработкой. Сколько сил было на него потрачено: стеклодувы выдували нужные сосуды, на станках вытачивали детали – подгоняли, переделывали. В итоге получилось что нужно – мы с этим масс-спектрометром измеряли изотопы серы в донных осадках. В музей бы тот прибор отдать, но, к сожалению, его сдали на металлолом. В советские годы деньги на приборы всегда были шальные – изредка вдруг кому-то из академиков удавалось выбить что-то. Жизнь в институте начинала крутиться вокруг нового прибора – надо было его быстро освоить и не сломать. Сейчас мы покупаем приборы на свои гранты, на дорогостоящие вещи скидываемся грантами. Хороший электронный микроскоп у нас один на пять-шесть лабораторий.
– А как в новое время организуются экспедиции в Арктике, существуют постоянные базы?
– Все очень по-разному. Стационаров мало, в тундре разбиваем лагерь, ставим большую тяжелую палатку. Несколько лет назад на Новой Земле мы разместились в Русской гавани на заброшенной метеостанции рядом с бывшей военной базой. О заброске договорились с военным гидрографическим судном. У него была какая-то своя задача там, и нас тоже взяли – институт за это перечислил гидрографам деньги. К нам прикомандировали отставного офицера охранять остатки военной базы – уж не знаю, от кого ее там нужно охранять. Мы заняли небольшой домик, отремонтировали его, сделали печку-буржуйку, вывели через крышу трубу, в качестве дров остатки бараков использовали – три дня только оборудованием места занимались. Новая Земля летом это сильные ветра, температура 2–7 градусов, белый медведь ходил к нам помойку подчищать… Вообще, я люблю полевые экспедиции – и сухопутные, и морские.
– В морские экспедиции берут только ученых, устойчивых к качке?
– Нужно быть способным перенести и качку. Я считаю себя в этом плане середнячком. Однажды мы попали в Тихом океане в тайфун «Чаба», я не приходил в себя пять суток, был совершенно зеленым от качки. А вот мой коллега продолжал работать. Кстати, реакция на качку бывает разная. Так, у моего руководителя, академика Михаила Владимировича Иванова, качка резко повышала аппетит.
Вообще, морские экспедиции очень своеобразные. На месте исследования судно ложится в дрейф, исследования идут круглосуточно, в воду опускаются приборы, со дна поднимаются пробы, разбираются по лабораториям… В море много разных традиций, идущих от старой советской науки. Например, «Праздник Нептуна» при прохождении экватора. Это действо с большим количеством героев: черти, морской дьявол, доктор, главный распорядитель. Те, кто впервые на экваторе, пролезают через закопченную дымоходную трубу – сажу с них смывают, обливая из ведер водой. Для новичков рисуют грамоты за прохождение экватора с чудовищами и русалками.
– А на суше с какими оригинальными традициями местных жителей вы сталкивались?
– На Памире мы исследовали озеро Сарезское – огромное, красивейшее и труднодоступное, образовавшееся после землетрясения в 1911 году. Там, в Горном Бадахшане, нас угощали зеленым чаем. В ходе знакомства в чай последовательно добавляли ячье молоко, соль, ячье масло, вяленое мясо. А как стало ясно, что гости – представительные, в кружку положили еще холодных макарон. Макароны в горах – самое дорогое блюдо, привозное, в местной традиции означает высшую степень гостеприимства.
А на Чукотке до сих пор едят копальхен. Тюленя или моржа закапывают в шкуре на несколько месяцев в землю, а затем употребляют без всякой обработки. Для многих северных народов это деликатес и полезная пища. Во время гниения происходит ферментация мяса, бактерии выделяют очень много витаминов. Но для городского неприспособленного человека это может закончиться сильнейшим отравлением – если, конечно, он сможет попробовать копальхен. Я был уверен, что смогу: подготовил закусить чеснока и водки, думал, заткну нос и съем… Не тут-то было – к этому совершенно невозможно прикоснуться.
– Александр Сергеевич, какой сейчас у России вектор развития Арктики? Что там делать помимо добычи ископаемых, быть городам с постоянным населением или не быть?
– Могу сказать только, что жилых городов в Арктике становится все меньше. Совершенно опустел Хальмер-Ю, умирают Амдерма – там располагался стратегический аэродром дозаправки, Гремиха – крупнейшая база атомных подводных лодок. Даже Воркута пустеет. Порты по Севморпути раньше были жилые, теперь все больше на вахтовый метод переходят. Хотя в связи с потеплением навигация по Севморпути невероятно расширилась – примерно с июня по октябрь. Короткий путь в Америку, Японию и Китай открыт, есть необходимая ледокольная база. Мурманск – уникальный город-порт, ничего подобного в мире нет. Ном, самый северный порт Аляски, в сравнении с Мурманском деревня и расположен намного южнее.
Пожалуй, только Салехард, Новый Уренгой и Новый порт развиваются. В Салехарде активно работает Центр освоения Арктики с базой вездеходов. А концепция страны в Арктике ждет своих умов. Это же как с микроорганизмами: чтобы люди там жили, нужно соответствующие условия создать.