Ученые предсказали восьми регионам России уход под воду

«У нас здесь может быть вторая Венера»

Восемь регионов России рискуют уйти под воду через 50 лет. Прогноз уральских ученых

фото Евгений Жирных

К 2020 году уральские ученые из лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ в кооперации с коллегами из нескольких институтов Российской академии наук, а также из Франции, Германии и Японии готовятся создать верифицированную модель, прогнозирующую, что будет происходит с климатом арктической части России в ближайшие 50 лет. Правительству РФ почти наверняка придется сделать итоговый доклад настольной книгой. Уже сейчас понятно, что к середине этого века вечная мерзлота на севере страны начнет существенным образом таять. Часть территории восьми регионов РФ исчезнет под водой. Соответственно планы социально-экономического развития (говоря казенным языком) придется корректировать.

По словам заведующего лабораторией физики климата и окружающей среды УрФУ доктора физико-математических наук Вячеслава Захарова, предстоящее исследование — это продолжение работ по мегагранту, выполнявшихся совместно с группой Жана Жузеля. Солауреат Нобелевской премии мира 2007 года, в недавнем прошлом директор Института Пьера Симона Лапласа в Париже Жан Жузель считается одним из виднейших климатологов мира. С его участием за последние несколько лет была развернута пан-арктическая сеть мониторинга изотопических трассеров водного цикла. Уральцы создавали ее российский сегмент.

Вячеслав Захаров

«Изотопологи — разновидности молекул одного химического вещества, отличающиеся массой из-за различий в массах входящих в состав молекул изотопов, разновидностей атомов одного химического элемента. В зависимости от того, более тяжелый изотополог воды или более легкий, отличаются скорости конденсации и испарения при одной и той же температуре. Основная масса воды на Земле находится в океане. Поэтому соотношение изотопологов воды в океане берется за стандарт. Измеряя соотношение изотопологов в той или иной точке планеты, в водяном паре в воздухе, в осадках или водных резервуарах, можно судить от том, откуда эта вода и как она перемещалась. Например, в Антарктиде вода, если растопить лед, является самой легкой. Получение надежных количественных данных по изотопологам водяного пара в атмосфере и осадках для арктических регионов важно для верификации климатических моделей», — объясняет, насколько можно просто, суть международного проекта Захаров.

Станция лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ в Лабытнанги
фото Архив Константина Грибанова

Его коллега — кандидат физико-математических наук Константин Грибанов показывает на экране своего ноутбука график с данными, над которыми они сейчас работают. На графике две кривые разных цветов. Зеленая — данные имеющейся суперкомпьютерной климатической модели для Ямала, полученные путем сложных математических расчётов. Красная — то, что измерила станция лаборатории УрФУ, установленная в августе 2013 года в районе Северного полярного круга в Лабытнанги. Пока они несколько не сходятся. Неопытному человеку кажется, что разница не принципиальная. Мои собеседники уверены, что необходимо изучать причины расхождения.

Линией салатового цвета выделена зона, для которой ученые УрФУ готовы создать к 2020 году климатическую модель
фото Архив Вячеслава Захарова

«Цель — добиться того, чтобы ваша модель начала предсказывать изменения правильно. Тогда вы начинаете ей доверять и понимать, что ее прогноз на будущий период достаточно точен. Как ее проверить? Накладываете данные модели за предыдущий период на измерения вашего прибора. Совпадают — значит, модели можно верить. Если нет — надо понять причину расхождения. Это может быть дефект самой модели или вопрос к самим измерениям», — пояснил Грибанов.

Жан Жузель
фото Яромир Романов

В рамках создания российского сегмента международной пан-арктической сети мониторинга изотопических трассеров водного цикла группа Захарова установила три станции. Помимо упомянутой уже станции в Лабытнанги (Ямал), еще одна, самая первая, была оборудована на территории Коуровской астрономической обсерватории (Свердловская область, 2012 год) и в Игарке (Красноярский край, в июле 2015 года). Все три оснащены лазерными анализаторами изотопного состава Picarro. Аналогичное оборудование стоит во всех станциях пан-арктической сети. В России помимо УрФУ еще одну, четвертую по счету, станцию оборудовали немецкие коллеги из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (Бремерхафен, ФРГ) в стационаре Института мерзлотоведения им. Павла Мельникова (Якутск). Она располагается на острове Самойловском в дельте реки Лены. Кроме России аналогичные станции развернуты на Аляске, в Гренландии и на Шпицбергене.

Лазерный анализатор изотопного состава Picarro на станции УрФУ в Игарке
фото Архив Константина Грибанова

Собранные за несколько лет данные по изотопному составу воды, а также по количеству парниковых газов в атмосфере (прежде всего углекислого газа и метана) и замеры по таянию ледников с вечной мерзлотой наталкивают ученых на неутешительные выводы. «По данным мониторинга на различных международных станциях, температуры вечномерзлотного слоя в Арктике за 50 лет сильно изменились. Раньше было около минус 10 градусов, к 2015 году это уже около минус 5 градусов. Когда будет плюс 1 градус, мерзлотный грунт растает и все рухнет. Через пять лет невооруженным глазом мы разницы, наверное, еще не заметим, но через 50 лет будет уже катастрофа. Даже, возможно, быстрее, так как сейчас все процессы идут по нарастающей», — утверждает Захаров.

Коуровка, здание солнечного телескопа. То, что отсюда наблюдают еще и за климатом, выдает необычная мачта на крыше с множеством прикрепленных к ней коробочек
фото Яромир Романов

При плюсовых температурах растает вечная мерзлота, изменится ландшафт и зона вечной мерзлоты превратится в сильно заводненное пространство. «Вечная мерзлота в Западной Сибири начинается примерно с 63 градуса северной широты. Дальше на восток России она спускается еще ниже на юг до 60 градусов. Характерная толщина мерзлотного слоя в Западной Сибири это 20 метров, дальше к востоку есть глубины по 200 и даже по 500 метров. Первыми, что вполне понятно, растают самые тонкие мерзлотные слои в Западной Сибири. Представьте: на 20 метров все опустится и зальется водой. Затопит все города Ямала: Салехард, Новый Уренгой, Лабытнанги. Соответственно, вся нефтегазодобывающая инфраструктура пропадет, все нефтяные и газопроводы. То же Бованенково, порт Сабетта и так далее», — говорит Захаров.

В зону риска попадают территории восьми субъектов РФ, включая Архангельскую и Мурманскую области, республику Коми, Ямало-Ненецкий округ, Красноярский край и Якутию.

«В более отдаленном будущем, если ничего не делать, растает ледяной щит Гренландии и Антарктиды, тогда затопленной окажется значительная часть Европы. На Среднем Урале высота над уровнем океана в основном около 200 метров — мы останемся на суше. Но при этом будет такой климат, что жизни, такой какой мы её знаем в настоящее время, не останется совершенно точно», — подтверждает слова шефа Грибанов. Специально для нас через несколько дней после разговора с Захаровым он проводит экскурсию по станции, обустроенной в Коуровской обсерватории.

Экскурсию по Коуровке проводит Константин Грибанов
фото Яромир Романов

«Вестникам апокалипсиса» здесь отвели часть помещения, где располагается солнечный телескоп. То, что отсюда наблюдают не только за солнцем, выдает необычная мачта на крыше с множеством прикрепленных к ней коробочек. «В самой верхней части воздухозаборник, в который вакуумным насосом засасывается наружный воздух. Воздух подается в лазерный спектрометр Picarro, в котором замеряется изотопный состав водяного пара в атмосферном воздухе. Следующая штука — автоматическая метеостанция. Она замеряет температуру, влажность, давление, направление и скорость ветра»,— демонстрирует хозяйство Грибанов.

Он ловит мой недоуменный взгляд, обращенный на кусок пластиковой канализационной трубы, примотанный к мачте снизу. «На самом деле просто колпак. Внутри стоит аэрозольный датчик. Это совместная разработка наших партнеров из института в Осаке (Япония) и Panasonic. Мы измеряем аэрозоли размером менее 2,5 микрона. Это наиболее неприятные с точки зрения гигиенистов аэрозоли, которые влияют на состояние здоровья человека. Они разработали датчики, мы включились в программу их тестирования», — поясняет мой спутник.

Станция в Коуровке, вид изнутри
фото Яромир Романов

Тут же на крыше установлен роботизированный, «с защитой от дурака-оператора», колпак с элементами Фурье-спектрометра, отслеживающего ситуацию с парниковыми газами в атмосфере. С крыши провода и многочисленные трубки уходят внутрь здания. Оказалось, под нами комната с Picarro, Фурье-спектрометром и шестью компьютерами. Собственно, там производятся все измерения и автоматически заносятся в электронные базы данных. Ездить сюда «сидеть на приборах» необходимости нет. Все контролируется посредством удаленного доступа через сеть Интернет.

«Моя карьера прошла между отметками 350 и 400 ppm (миллионных долей — Znak.com) концентрации углекислого газа в атмосфере. Я начинал работать в 90-е, и в атмосферных моделях мы брали в качестве начального приближения концентрацию углекислого газа в 300 ppm. Сейчас усредненная концентрация по глобусу перевалила за 400. И здесь, в Коуровке, мы меряем в разные дни от 390 ppm до 410 ppm. За последние 800 тыс. лет такого в истории Земли не было ни разу. Судя по тому, что нам дают ледяные керны из Антарктиды и Гренландии, концентрация углекислого газа в атмосфере не превышала 280 ppm», — продолжает развивать мысль о глобальном потеплении Грибанов.

На самом деле это робот, отвечающий за аварийное включение компьютера. Сделан Грибановым

фото Яромир Романов

Резкий прирост парниковых газов в атмосфере на планете идет с 19 века, когда человечество, начав промышленную революцию, стало активно сжигать уголь, нефть, газ и прочие энергоносители. «Имеет место спусковой эффект, как если бы вы нажали на спусковой крючок ружья. С улетевшей пулей вы уже ничего не можете сделать. Так и здесь: нагрев атмосферы ведет к выбросу углекислых газов из других источников. Самый большой из них — это мировой океан. Там его хранится в 80-100 раз больше, чем сейчас в атмосфере Земли. Как только вода подогревается, избыточный газ высвобождается. Второй мощный источник — это нарушенная экосистема. Повышение температуры приводит к тому, что начинают гнить болота, это источник СО2 и метана», — говорит Грибанов.

Приводит классический пример — Венеру. «В атмосфере Венеры более 90% — это СО2, давление углекислого там составляет около 90 земных атмосфер. Температура на этой планете около 450 градусов Цельсия, при такой температуре плавится свинец. А энергии Солнца Венера, находящаяся к звезде ближе Земли, получает меньше. У нее альбедо 75%, то есть 75% энергии она своими кислотными облаками отражает. Углерода на Земле практически столько же, сколько и в атмосфере Венеры, если мы выбросим весь свой углерод в атмосферу в виде углекислого газа, у нас здесь будет вторая Венера. Никакой жизни», — резюмирует Грибанов.

Белое Т-образное устройство — Фурье-спектрометр. Черный цвет комнаты — «подарок» от астрономов
фото Яромир Романов

После такого объяснения расхотелось запускать двигатель своей машины, на которой мы с нашим фотографом приехали в Коуровку.

Как всегда, все упирается в деньги. И на продолжение своих исследований лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ они сейчас тоже нужны. По словам Захарова, сейчас его группа в кооперации с другими профильными группами УрФУ, группами из Институтов УрО РАН и СО РАН, а также с зарубежными группами из Франции, Германии и Японии заявилась на финансирование по программе «5-100» поддержки российских вузов, запущенной в 2013 году Минобрнауки РФ. Суммарно требуется 500 млн рублей. Софинансировать проект готовы АО «Вектор» (Екатеринбург), Каслинский радиозавод «Радий» (Челябинская область) и Центр эксплуатации наземной космической инфраструктуры (Москва). «В этом проекте есть еще одна составляющая, так сказать, дополнительный важный продукт с коммерческим потенциалом. Могу сказать так, что интерес заводов — это главным образом наработки наших коллег радиофизиков из УрФУ, известной группы Вячеслава Элизбаровича Иванова, в радиозондировании атмосферы», — пояснил Захаров.

Также в работе над климатической моделью арктической зоны России готовы участвовать другие профильные лаборатории УрФУ, специалисты Института математики и механики Уральского отделения РАН, Института криосферы Земли Сибирского отделения РАН, а также специалисты из лаборатории наук о климате и окружающей среды Института Лапласа (Франция), Института полярных и морских исследований (ФРГ) и Института исследований атмосферы и океана университета Токио (Япония).

В случае, если проект в марте этого года поддержит совет программы «5-100», уральцы намерены развернуть еще одну измерительную станцию в Черском (Якутия), а также задействовать в Арктике беспилотные летательные аппараты с зондами. Это позволит расширить географический охват, повысить репрезентативность и точность получаемых данных для верификации климатических моделей, что, соответственно, сделает более точной разрабатываемую климатическую модель. В идеале она должна довольно точно предсказывать индивидуальное изменение климата в каждом из квадратов 100 на 100 километров по всей территории российской Арктики.

«Конечная цель — дать точные данные, как будет меняться климат в ближайшие десятилетия в арктической зоне Сибири: как будут меняться приземная температура, интенсивность осадков, температура в вечной мерзлоте на глубинах до 7 метров, — говорит Захаров. — Понятно, что непосредственно прибыли эти климатические исследования не принесут, но они позволят существенно сократить издержки. Это важно для хозяйствующих субъектов региона и для правительства страны, которым придется принимать решение. Например, выселить даже такой сравнительно небольшой город, как Игарка, это все равно серьезные деньги. Для того, чтобы пойти на такой шаг, нужны серьезные научные основания».

Главное, чтобы не оказалось уже слишком поздно. Теоретически существуют варианты убрать лишний СО2 в атмосфере Земли при помощи планктона или закачав его на дно океана. Как будет на практике, никто не знает.

Игорь Пушкарев