Происходящие глобальные изменения климата Земли связаны обратной положительной связью с содержанием в атмосфере парниковых газов, рост концентраций которых приписывают обычно влиянию антропогенного фактора. В Арктике потепление происходит значительно быстрее, чем в остальных частях планеты. Есть даже мнение, что резкое потепление в Арктическом регионе — причина общего глобального потепления. При этом именно на шельфе Сибирской Арктики зафиксированы мощнейшие выделения метана — второго по значимости парникового газа. И это уже никак не связано с антропогенным фактором. В сложных причинно-следственных связях процесса потепления в Арктике вот уже более 20 лет разбирается международный консорциум ученых.

Главные парниковые газы, ответственные за глобальное потепление, — двуокись углерода (углекислый газ, СО²) и метан (СН⁴). При этом радиационная активность метана значительно выше, а темпы увеличения его концентрации в атмосфере примерно в три-четыре раза больше, чем у двуокиси углерода. За последние 150 лет эмиссия метана увеличилась более чем в три с половиной раза. Многолетние наблюдения в Арктическом регионе позволили выявить здесь крупнейший на планете максимум эмиссии метана, наличие которого невозможно объяснить ни антропогенным фактором, ни сезонными выделениями наземных северных экосистем, так как Арктический максимум существует круглогодично и находится вдали от регионов активной деятельности человека. В настоящее время известно, что основным источником метана в атмосфере Арктического региона является шельф морей Восточной Арктики — моря Лаптевых, Восточно-Сибирского моря и российской части Чукотского моря. Источников же метана может быть несколько: 1) выделение газообразного метана из газогидратов, крупные залежи которых обнаружены на шельфе морей Восточной Арктики (МВА); 2) выделение метана, захороненного в слое многолетней мерзлоты, по мере увеличения ее протаивания и 3) поступление эндогенного метана по зонам глубинных разломов в зонах рифтогенеза.
Всего под дном океана могут быть скрыты сотни миллионов тонн метана, которые сейчас сдерживаются «покрышкой» зоны многолетней мерзлоты. Основной риск заключается в том, что по мере дальнейшего прогрева Арктики и освобождения арктических морей от поверхностного льда в летний период произойдет резкое разрушение слоя мерзлоты и в атмосферу единовременно будет выброшена большая масса метана, что, несомненно, отра-зится на климате не только Арктического региона, но и планеты в целом. Описываемое вероятностное событие уже получило в научной литературе название «метановой катастрофы». К тому же резкие и неконтролируемые выбросы газа представляют серьезную угрозу для хозяйственной деятельности в регионе: для морских и подводных судов, разведочных и добычных платформ и трубопроводов и т. д. От того, насколько удастся разобраться в механизмах процессов, происходящих в регионе, зависят в том числе результаты реализации намеченных Россией проектов по освоению Арктики: развитие Севморпути, разведка и добыча углеводородов на шельфе и другие.

---

Лобковский Леопольд Исаевич
Заместитель директора Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, заведующий Лабораторией геодинамики, георесурсов и геоэкологии, член Европейской академии, известный ученый в области теоретической геодинамики. Автор обобщающих концепций тектоники деформируемых литосферных плит и двухъярусной тектоники плит, геодинамических моделей эволюции Арктики и Восточной Азии, «клавишной» математической модели циклов сильнейших цунамигенных землетрясений.

---

Совместные усилия ученых
На базе Томского политехнического университета создан координационный центр международных исследований, изучающий последствия деградации подводной мерзлоты и выбросов метана на шельфе МВА. В работе центра принимают участие ученые из 15 университетов и академических институтов мира. Российская наука представлена в проекте Томским политехническим университетом, Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичёва и Институтом химии Дальневосточного отделения РАН, Институтом океанологии РАН им. П.П. Ширшова, Арктическим и антарктическим НИИ Росгидромета, МГУ им. М.В. Ломоносова и другими. Из иностранных участников — Стокгольмский и Гётеборгский университеты (Швеция), Манчестерский университет (Великобритания), Институт морских наук в Болонье (Италия), Университет Амстердама (Нидерланды).
Изначально программа начиналась как сотрудничество российских и шведских ученых по исследованию взаимодействий между процессами в криосфере, включающей наземные и подводные толщи многолетней мерзлоты, залежи газогидратов и морские льды; глобальным циклом углерода и климатическими изменениями на Восточно-Сибирской окраине Северного Ледовитого океана. Отсюда аббревиатура программы — С3 (Cryosphere, Carbon, Climate). В настоящее время программа С3 переросла в крупную международную коллаборацию, усилия которой сейчас сконцентрированы на двух программах: ISSS (Международная программа изучения шельфа Сибири) и SWERUS-C3 (Шведско-российско-американская программа по изучению взаимодействий криосфера–углерод–климат в морях Восточной Арктики). В последней программе уже участвуют ученые из 14 стран. Актуальность исследования связана с важнейшей ролью в глобальных климатических изменениях таких процессов, как таяние многолетней мерзлоты и массовое высвобождение газообразного метана из газогидратных залежей. Программа SWERUS-C3 сейчас находится в своей продуктивной фазе, когда уже сделаны серьезные наработки, полученные в ходе арктической экспедиции 2014 года на шведском ледоколе Oden и в результате бурения подводной многолетней мерзлоты в 2011–2015 годах.
Финансирование программы в течение первых 5 лет осуществлялось шведским фондом K+A Wallenberg, а сейчас, когда этот период подходит к концу, ученые будут получать адресную поддержку из различных источников: в рамках мегагранта Правительства РФ, грантов Российского научного фонда, Европейского исследовательского совета (ERC) и британского Совета по изучению окружающей среды (NERC).
Координирующая роль в работе коллаборации принадлежит члену-корреспонденту РАН, профессору Томского политехнического университета Игорю Семилетову. Участвуют в работе международной группы и другие российские ученые. Мы встретились с одним из них — заместителем директора Института океанологии РАН, членом-корреспондентом РАН Леопольдом Лобковским.

---

Любопытный факт
Метановая бомба замедленного действия
В современной атмосфере содержится примерно 4 млрд тонн метана, а в подводном резервуаре многолетнемерзлых пород — около 1400 млрд тонн, из них примерно 540 млрд тонн — в газогидратах и 360 млрд тонн в виде свободного газа. Высвобождение даже одного процента метана из-под дна морей Восточной Арктики (а в настоящее время там наблюдается весьма активная эмиссия) приведет к многократному увеличению содержания метана в атмосфере Земли. Это спровоцирует значительное усиление парникового эффекта, что приведет к труднопредсказуемым последствиям. К сегодняшнему дню процесс достиг критической стадии — уже нет сплошной многометровой «покрышки» мерзлоты, зоны метановых выбросов разрастаются в размерах. При продолжающейся деградации мерзлотного слоя, учитывая то, что под ним расположены многочисленные залежи газогидратов, «метановая бомба замедленного действия» мощностью в 50 млрд тонн метана может сработать в любой момент. «Метановая катастрофа» может иметь глобальные последствия и сопровождаться огромным материальным ущербом. Экономисты оценили этот ущерб в 60 трлн долларов* (для сравнения: весь мировой ВВП в 2016 году составил 75,5 трлн долларов). Речь идет прежде всего о потерях в секторе сельского хозяйства, связанных с засухой, о ликвидации последствий штормов, пожаров и подъема уровня моря.

---

РЗ: Леопольд Исаевич, какой главный результат работ по программе SWERUS-C3?
В результате морских исследований последних лет, проведенных в Арктике, было экспериментально подтверждено явление массированного выброса метана на арктическом шельфе. В 2014 году была проведена крупнейшая экспедиция на шведском ледоколе Oden вдоль всего российского арктического шельфа. Она подтвердила тот факт, что вдоль всего Восточно-Сибирского шельфа, самого большого шельфа в мире, происходят огромные метановые выбросы. Известно, что в Арктике наблюдается сильное потепление. При этом зоны температурных аномалий совпадают с зонами выбросов метана.


Положительные температурные аномалии над шельфом морей Восточной Арктики (МВА) совпадают с зонами распространения подводной многолетней мерзлоты.
А. Отклонения средних температур весенних месяцев (март, апрель, май) в 2000–2005 годах от значений периода 1970–1999 годов.
В. Около 80% всех реликтовых многолетнемерзлых пород (отмечены бордовым) расположены на шельфе МВА

РЗ: То есть аномальная температура связана с выбросами, а не наоборот?
Нет, не наоборот. Что мы знаем из геологической истории: 10 тысяч лет назад была холодная эпоха, и этот шельф был сушей. Здесь была низменная тундровая зона со среднегодовой температурой около –15 ˚С, шло накопление газогидратов. Затем, примерно 9 тысяч лет назад, произошла сильнейшая трансгрессия — наступление океана, эту низменность затопило, она стала шельфом. При трансгрессии скачкообразно меняется температура: на поверхности она была –15, на дне под толщей воды стала 0 ˚С. Начинается прогрев толщи многолетнемерзлых пород. Конечно, чтобы она полностью прогрелась и началась деградация толщи газогидратов, нужно время, но 10 тысяч лет — вполне достаточно.
Есть неоспоримые факты: резкое региональное потепление в Арктике, локализованное над Восточно-Сибирским шельфом, — 5–7 градусов за 10–15 лет, полное совпадение этой зоны потепления с зоной массовых выбросов метана, известен механизм парникового эффекта, связанного с выбросами метана — сильнейшего парникового газа, — и малая глубина, позволяющая пузырькам метана достигать поверхности океана и выходить в атмосферу. Где причина, где следствие, пока однозначно сказать нельзя, но очевидно — все эти факты связываются в единую картину. Конечно, это резкое потепление в Арктике отражается и на глобальном температурном фоне.


Объемы метановых выбросов на шельфе МВА сопоставимы по объемам с количеством метана, выделяемого водами всего остального Мирового океана

РЗ: По выбросам есть цифры?
В области массовых выбросов — это 30–190 г/м² в день. По большим площадям нет цифр. Но в зоне шельфа Восточной Сибири выделяется метана столько, сколько во всем остальном мире. Поэтому все мировое сообщество ученых интересуют процессы, происходящие на нашем шельфе. Есть факт — очень сильное потепление в Арктике, существенно более сильное, чем в среднем на планете. И причины этого надо изучать.

РЗ: Возможно, тогда надо говорить не о глобальном потеплении, а о резком потеплении в Арктике, отражающемся на глобальном уровне?
Несомненно.


Схема разрушения приповерхностных залежей газогидратов

РЗ: Наблюдения продолжаются не один год. Какая существует динамика?
Места массового выброса метана (метановые «окна») в Арктике действуют долгосрочно. Проводя год за годом экспедиции на арктическом шельфе, мы видим, что метановые «окна» остаются на тех же местах, а интенсивность выбросов не снижается. Вся эта огромная область в районе моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря «сифонит» непрерывно на протяжении уже многих лет. По крайней мере, результаты наблюдений наших экспедиций говорят о том, что выбросы не прекращаются. На примере конкретных «окон» мы видим, что они даже расширяются. Возможно, это связано с тем, что здесь — рифтовая зона. Тогда это — эндогенный метан, поступающий с больших глубин по разломам. Изотопные исследования метана показывают, что метан здесь имеет смешанное происхождение — глубинно-поверхностное. Глубинный метан, поступающий по разломам, доходит до уровня залегания газогидратов, где смешивается с приповерхностным.

РЗ: Залежи газогидратов на арктическом шельфе находятся повсеместно?
Залежи газогидратов существуют в Арктической зоне повсеместно на глубинах примерно 100–200 м. Вся Арктическая зона — и суша, и шельф — имеют зону газогидратов. Это, по сути, огромные залежи «замороженного» газа. За счет повышения температуры происходит деградация этих залежей с высвобождением газа. В любом случае, чтобы произошла деградация газогидратной толщи, нужен прогрев — либо сверху, либо снизу. Снизу — это рифтогенез. В рифтогенной зоне происходит не только физическое нарушение толщи, но и происходит поступление глубинного теплого вещества.


Рабочие моменты бурового проекта

РЗ: Но газогидраты есть под акваториями других морей, Охотского, например.
В отличие от метановых выбросов, известных уже давно в Охотском море, где сипы (выходы метана) находятся на глубине 2–3 км и метан не достигает поверхности, растворяясь в толще воды, здесь, на мелководье (глубина Восточно-Сибирского шельфа около 50 м), метан с большой скоростью уходит в атмосферу.

РЗ: Главный риск — это негативные климатические изменения, связанные с возможным резким потеплением?
Не только. Здесь завязываются вместе проблемы глобального цикла углерода, климатических изменений, хозяйственной деятельности в Арктике, освоения минерально-сырьевого потенциала арктического шельфа. Выбросы метана представляют собой колоссальные риски при бурении, во время разведки и добычи углеводородов в Арктической зоне. Есть разные стороны этих рисков. Например, в так называемой метановой зоне бурение крайне неустойчивое как с точки зрения бурового снаряда, так и самих буровых платформ. Всегда есть риск взрыва метана.
С другой стороны, выбросы метана часто связаны с зонами активных разломов. А в случае, когда речь идет о строительстве, могут представлять опасность даже небольшие разломы. Поэтому в прибрежной зоне надо делать детальное картирование. Есть другие риски. В зонах массовых выбросов метана образуются зоны разряжения плотности воды. Если в такую зону попадет, например, подводная лодка, она может потерять плавучесть и упасть на дно. Может потерпеть катастрофу и корабль. И такие случаи наверняка происходили, просто раньше не понимали причины.


Проведение геофизических исследований с борта корабля

РЗ: А в Бермудском треугольнике может действовать такой же механизм?