Мерзлота не вечная: прошлое и настоящее
Вечная мерзлота, сковывающая полярные регионы нашей планеты, – это грандиозный природный морозильник, имеющий свое важное предназначение. Но если она начнет стремительно таять, в атмосферу Земли выделится громадное количество парниковых газов. В последние годы ученые пытаются понять, чем может угрожать возможное таяние вечной мерзлоты, к каким последствиям это приведет.
Во владениях мерзлоты
Бескрайняя тундра и лесотундра Сибири и Русского Севера, Гренландия, Аляска и многие области Канады, север Скандинавии и высокогорные районы планеты – все эти территории объединяет то, что они скованы вечной мерзлотой. Там и в летние месяцы почва оттаивает на 0,5—1,5 метра. Толщина же слоя мерзлоты может достигать нескольких сотен метров и даже полутора километров (в некоторых районах Центральной Сибири). Этот лед никогда не тает. Но всегда ли так будет?
Создание надежной научной модели, как и решение любой задачи, начинается с детального описания исходных условий. В 2020 году была завершена работа по составлению полной карты зон вечной мерзлоты на основе спутниковых данных, предоставленных НАСА. Сотрудники университета Осло во главе с Ярославом Обу для начала определили температуру всех участков земной поверхности в северных широтах, а затем реконструировали, как меняется температура почвы и глубинных слоев недр на каждом из этих участков. В результате было установлено и нанесено на карты распределение температуры на глубине до одного километра в каждой точке земной поверхности.
Общая площадь арктической вечной мерзлоты составила около 13,9 миллиона квадратных километров. Если приплюсовать к ней площадь территорий, прилегающих к Арктике и также скованных мерзлотой, а кроме того, отдельные зоны в высокогорных областях, где под толщей ледников скрывается мерзлота, то выходит, что ею охвачена примерно четвертая часть всей суши в Северном полушарии. Схожая картина и в Южном полушарии, где вечной мерзлотой скован целый континент – Антарктида (14,1 млн кв. км). Остается добавить, что в Северном полушарии площадь суши составляет около 100 млн кв. км, а в Южном – 49 млн кв. км.
Популярная механика таяния
Вечная мерзлота – очень важный элемент системы глобального климата, ведь ею скована значительная часть суши в Северном полушарии. За сотни тысяч лет в мерзлотном грунте скопилось огромное количество углерода в составе различной органики, которая не успела подвергнуться разложению.
Следует подчеркнуть, что речь идет об органическом углероде – том, что содержится в смерзшихся растениях, древесине, остатках животных, замурованных в мерзлоте. Как только она растает, этот углерод немедленно начнет выделяться в атмосферу в виде углекислого газа и метана – в отличие от неорганического углерода, который содержится в горных породах и не улетучивается, если те внезапно окажутся на поверхности земли.
Итак, едва мерзлота станет оттаивать из-за наблюдаемых сейчас климатических изменений, вся эта органика будет разлагаться под воздействием микроорганизмов, получивших к ней доступ. Как следствие этого процесса, в атмосферу попадут большие количества парниковых газов. Это лишь усилит тенденцию к потеплению. Снега и льды в полярных регионах станут таять еще интенсивнее, продолжит таять и мерзлота… Это – замкнутый круг, дьявольский, самоусиливающийся цикл.
По оценкам ученых из Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера в Потсдаме, вечномерзлые почвы содержат от 1460 до 2000 гигатонн углерода, что в 2,2 раза выше количества Земли, и в 3,8 раза выше того количества углерода, что содержит вся растительность нашей планеты.
При этом в верхнем слое мерзлоты, точнее говоря, в верхних трех метрах мерзлотного грунта, сообщает географ Эдвард Шуур из университета Северной Аризоны в статье «Тающая тундра», содержится примерно треть всех мировых запасов органического углерода (E. Schuur. «Tauende Tundra», 2019). При таянии мерзлоты этот углерод может попасть в атмосферу, что заставляет ученых уже сейчас строить мрачные прогнозы.
Нельзя забывать и о том, что в зоне арктического шельфа морское дно тоже сковано вечной мерзлотой, которая при дальнейшем потеплении будет оттаивать, и ученые пока затрудняются сказать, сколько органических материалов захоронено там, на дне Северного Ледовитого океана и прилегающих к нему морей.
Долгое время мерзлота была гигантским хранилищем того же углекислого газа. Она связывала его, изымала из атмосферы. Теперь она может стать опасным его источником. Не случайно ерничающие экологи называют вечную мерзлоту «бомбой с часовым механизмом», заложенной под климатическую систему.
Споры о том, сработает ли эта «бомба», ведутся давно. Ряд ученых полагает, что таяние вечной мерзлоты приведет к необратимым процессам – к тому, что равновесие климата будет непоправимо нарушено. Вечная мерзлота – это тот потаенный рычажок, от которого зависит судьба всей климатической машины Земли. Подобные «машины» переходят в новое равновесное состояние, когда определенный параметр, например, температура, достигает критического значения.
В случае с вечной мерзлотой это означает, что с данного момента, то есть по достижении критической точки, начнется безудержное ее таяние. Такие бурные изменения не могут не привести к катастрофе, ведь они затрагивают очень много сфер нашей жизни. Однако остается открытым вопрос, насколько должна повыситься средняя температура на планете, чтобы большая часть мерзлоты растаяла.
Итак, для того, чтобы прогнозировать климатические изменения, очень важно понять, что произойдет с обширными территориями, охваченными сегодня вечной мерзлотой. Как изменятся их границы? И как они менялись в прошлом? Последнее поможет оценить, что ждет эти регионы в относительно недалеком будущем. Выводы, сделанные учеными на этот счет, весьма любопытны.
Как растет Батагайка?
Вечная мерзлота не везде одинакова. В зависимости от географической широты и климатических условий температура мерзлого грунта разнится.
В Северном полушарии, как правило, чем ближе к полюсу, тем ниже температура грунта. Особенно низка она на северо-востоке Гренландии: там грунт промерз до 22 градусов ниже нуля. Однако рекордно низкая температура зафиксирована в Южном полушарии: температура грунта в районе горы Маркем, расположенной в Трансантарктических горах, достигает –36°C.
Еще один вывод от «капитана Очевидность»: чем ниже температура грунта и чем ближе соответствующий участок земной поверхности к полюсу, тем дольше грунт скован вечной мерзлотой. Известно, что на протяжении всей земной истории периоды похолоданий чередовались с периодами потеплений. Подобные циклические изменения претерпевали и вечномерзлые грунты.
Недавно при исследовании термокарстовой котловины Батагайка (ее называют также Батагайским кратером), расположенной чуть севернее полярного круга в Верхоянском районе Якутии, в вечной мерзлоте было выявлено несколько слоев грунта, относящихся как к холодным, так и к теплым эпохам в истории Земли.
Батагайский кратер – во многом рукотворный элемент природного ландшафта. В этом районе Сибири вырубали лес и вели горные разработки с использованием тяжелой техники, например, гусеничных тракторов, до тех пор, пока внезапно земля не пришла в движение. Огромная толща породы начала проседать и обрушилась. Образовался провал глубиной от полусотни до ста метров. Зато в зоне обрыва, скованного вечной мерзлотой, стали отчетливо видны различные слои грунта.
На рубеже 2010—2020‑х годов ученые составили карту слоев здешней мерзлоты с указанием их точного возраста, определенного разными методами. Например, с помощью радиоуглеродного анализа датировали остатки растений и животных. Возраст беспримесных слоев льда определяли по изотопам хлора. Люминесцентный способ датировки позволял вычислить возраст крупиц минералов, попавших вглубь земли.
Вывод исследователей был таков: нижний слой вечной мерзлоты образовался около 650 тысяч лет назад и с тех пор ни разу не оттаивал. Это – самый древний образец вечной мерзлоты, обнаруженный в Сибири, и второй по возрасту – вообще в Северном полушарии. Самые верхние слои вечной мерзлоты возникли от 60 до 30 тысяч лет назад. Как подчеркивают ученые, «результаты датировки мерзлоты в Батагайке свидетельствуют, насколько стабильна вечная мерзлота. Она может сохраняться сотни тысяч лет».
Эта мерзлота пережила несколько потеплений, в том числе начавшееся около 130 тысяч лет назад, когда средняя температура в Арктике в летние месяцы была на 4–5 градусов выше, чем сегодня. Возможно, устойчивость вечной мерзлоты превосходит все ожидания экологов‑алармистов. Может быть, и нынешнее потепление не слишком навредит ей.