Что антарктическое подледниковое озеро Восток может рассказать о глобальном потеплении? Гляциолог и полярник Алексей Екайкин каждый год проводит почти три месяца в Антарктиде, изучая климат прошлого и ища ключ к пониманию климатических процессов настоящего и ближайшего будущего. Совместно с платформой «Теории и практики» публикуем его рассказ о том, чем нам грозит глобальное потепление, почему исследовать озеро — сложно и дорого и что оно может рассказать о других планетах.
Наука и методы
— Зачем ученые исследуют лед?
— Изучение льда помогает узнать, каким был климат на Земле в далеком прошлом. Слои льда накапливаются один за другим на протяжении сотен тысяч лет. Так что, пробурив глубокую скважину, можно узнать, какими были температура и состав атмосферы в те годы. Другое направление, которым занимаются микробиологи, — поиск древних бактериальных форм жизни. В вечной мерзлоте можно обнаружить родственников современных бактерий и узнать больше об их эволюции.
— Как технически осуществляются исследования климата на основе изучения льда? Что именно делают гляциологи, чтобы получить знания о палеоклимате?
— Сначала лед нужно добыть. Для этого надо пробурить глубокую скважину, и это довольно сложная с технической точки зрения история. Бурить лед намного тяжелее, чем гранит.
Лед — это вязкая жидкость. Без присмотра ледяная скважина очень быстро зарастает. Приходится очень стараться, чтобы сохранить ее в рабочем состоянии.
Бурением занимаются отдельные специалисты — сотрудники Санкт-Петербургского Горного университета. Добыв лед с большой глубины, они передают его гляциологам в виде так называемых кернов (цилиндров льда). Зная глубину, с которой добыт керн, ученые могут рассчитать его возраст. Они соединяют множество кернов друг с другом и получают длинный ледяной столб — своего рода материальный таймлайн, позволяющий узнать о динамике климатической ситуации на планете. Этот столб хранится в кернохранилище разрезанным на части.
Ученые исследуют каждую его часть разными способами (методов исследования — десятки).
Изотопный анализ помогает выяснить среднюю температуру в далеком прошлом. Он основан на измерении концентрации различных типов молекул. Изотопный состав льда и воды зависит от условий, при которых формировались осадки: чем ниже температура, тем меньше будет тяжелых молекул. Хотя физика процесса довольно сложная, в итоге получается довольно простая линейная зависимость.
А изучение пузырьков воздуха, находящихся внутри керна, позволяет определить состав атмосферы.
— Знания о климате прошлого позволяет прогнозировать, как климат будет меняться в будущем?
— Именно ради этого все работают. Сейчас климат на Земле очень сильно меняется. Сформировать прогноз даже на конец нашего века очень трудно, но ученые все-таки пытаются. Для этого используются сверхсложные модели, учитывающие множество факторов. Чтобы понять, верны они или нет, нужны данные, которые позволят их протестировать. Как раз для этого используется информация о палеоклимате.
Кроме того, изучение климата прошлого позволяет обнаружить исторические аналоги нынешней ситуации. Мы живем в теплую эпоху — межледниковье, но, к примеру, 120 тысяч лет назад климат был теплее, чем сейчас. Изучая этот период, можно рассчитать уровень моря, общий объем льда на Земле и предсказать, какими будут эти параметры при дальнейшем потеплении в будущем.
Угроза глобального потепления
— Если в прошлом на Земле уже было теплее, чем сейчас, то в чем заключается уникальность и опасность нынешнего глобального потепления?
— Сейчас в атмосфере гораздо больше углекислого газа, чем было в ту, пусть и очень теплую эпоху.
Мы находимся в ситуации, аналогов которой не было много миллионов лет.
Пока планета не успела отреагировать на колоссальный выброс CO2, случившийся за последние 50 лет. Но если не снизить текущий уровень углекислого газа, то уже через 100−200 лет климатическая ситуация в мире станет гораздо хуже, потому что CO2 будет все сильнее нагревать атмосферу.
Еще одна проблема — углекислый газ обладает высокой инертностью и очень долго живет в атмосфере. Так что даже если мы перестанем выпускать CO2 прямо сейчас, он будет присутствовать в атмосфере еще долго, а глобальное потепление будет продолжаться. Все, что нам остается, — стараться снизить его темп.
— Какие последствия будут у нынешнего глобального потепления и как скоро они начнут заметно проявляться?
— Масштабные последствия глобального потепления мы наблюдаем уже сейчас. Рост среднегодовой температуры приводит к повсеместному таянию льда: сокращаются горные ледники, очень активно тает Гренландия, и даже потихоньку начала разваливаться Антарктида, чего еще 10−15 лет назад не наблюдалось. Из-за этого быстро увеличивается уровень моря — примерно на 3,5 миллиметра в год, — и он будет расти еще быстрее. Это приводит к изменению экосистем по всему миру: постепенно вымирают некоторые виды животных, природные зоны смещаются на север, разрушается вечная мерзлота. Происходят изменения и в океане: вода теплеет, становится более кислой, в ней снижается количество кислорода.
Сейчас около 11% населения Земли живет в прибрежной полосе ниже 10 метров над уровнем моря — этим людям нужно будет куда-то переселяться.
Из-за засухи и гибели урожая сократится количество еды во многих регионах. Что будет дальше, зависит от того, по какому из двух сценариев пойдет человечество. Либо ничего не сделает и продолжит жить как сейчас (тогда к концу века температура поднимется еще на 4 градуса), либо будет принимать тяжелые меры, чтобы ограничить выбросы CO2 или даже извлечь его из атмосферы. Тогда мы останемся примерно на таком же уровне, как сейчас.
— Земля обладает какими-то регуляторными механизмами, способными компенсировать последствия глобального потепления?
— В любой системе существуют обратные связи, которые бывают положительными или отрицательными. Положительная обратная связь — это механизм, который усиливает начальный толчок. Отрицательная обратная связь, напротив, гасит первоначальное влияние. Таяние ледников и потепление, к сожалению для нас, связаны положительно. Когда Земля становится теплее, сокращается площадь морского и наземного льда. Из-за этого альбедо (отражательная способность Земли) понижается, и планета больше нагревается Солнцем.
Чем меньше на планете ледников, тем сильнее она будет нагреваться.
Но у Земли, действительно, есть свои регуляторные механизмы. Скажем, когда у нас в атмосфере много углекислого газа, это хорошо для растений, которые начинают поглощать его в больших количествах. Океан тоже пытается поглощать углекислый газ. Природа пытается бороться с излишним количеством СО2. Просто уже не справляется.
Что делать?
— Какие сферы человеческой деятельности сильнее всего стимулируют глобальное потепление?
— Производство энергии из ископаемого топлива. Сжигая нефть, газ и уголь, мы напрямую выбрасываем углекислый газ в атмосферу.
— Правительства постоянно пытаются договориться о совместных мерах по снижению CO2. А могут ли обычные люди помочь, внеся в свою жизнь какие-то изменения? К примеру, если половина населения Земли откажется от говядины (соответственно, станет меньше метана), это реально поможет?
— Если мы станем массово экономить электроэнергию, можно сократить выбросы CO2 на 30%. Хорошо бы реже пользоваться автомобилями. Я рад, что многие молодые люди не стремятся купить машину. Изменение привычек, связанных с питанием, тоже сильно поможет. Потребление говядины плохо влияет на климат, потому что ее производство приводит к колоссальным выбросам парниковых газов. От курятины вреда гораздо меньше. Напитки тоже влияют на экологию: производить пиво менее экологично, чем вино.
Кооперация и подледниковые озера
— Изменение климата — глобальная проблема. Проекты по исследованию палеоклимата на основе изучения льда в основном международные или национальные?
— По-разному. Европейцы уже давно работают вместе. Американцы и китайцы в основном работают самостоятельно за счет развитой экономики.
Наш проект по исследованию озера Восток — национальный. Возможно, из-за политических соображений. Но мне абсолютно очевидно, что в одиночку мы с этим не справимся. Правда, в нашей лаборатории мы тесно сотрудничаем с другими странами, в первую очередь с Францией: у нас исторически сложившиеся связи.
— В чем уникальность проекта по исследованию озера Восток?
— Восток — самое крупное подледниковое озеро в мире. Судя по всему, оно уже многие миллионы лет полностью изолировано от Мирового океана. В нем с большой вероятностью может существовать независимая экосистема с необычными формами микробной жизни. Это делает озеро совершенно уникальным: оно в чем-то похоже на подледные океаны, существующие на других планетах Солнечной системы.
Изучение озера Восток даст понимание, как может возникать и развиваться жизнь на других планетах Солнечной системы.
— Проектом занимаются уже не первый год, но пока ничего особо не получается. Почему?
— Проект на самом деле еще молодой. Первое вскрытие озера произошло в феврале 2012 года — на этом все закончилось, мы уперлись в предел наших технических возможностей. Из нынешней скважины с использованием нашего бурового снаряда изучать озеро невозможно по нескольким причинам.
Например, есть большая проблема с жидкостью, которой мы вынуждены заливать скважину, чтобы предотвратить ее сжатие. Мы используем смесь керосина и фреона. Как выяснилось, вода озера Восток при контакте с фреоном образует твердое вещество — гидрат фреона. Как только озерная вода контактирует с фреоном, образуется твердая пробка, и проникнуть в озеро становится невозможно. Кроме того, керосин — это органическое вещество, в котором живет много микроорганизмов. Изучать озеро с применением керосина невозможно: пробы будут загрязнены и нерепрезентативны.
Так что для исследования озера Восток нужно строить новую буровую, изобретать снаряд, который будет сделан не из железа, а из нержавеющего материала типа титана. Также надо бурить новую скважину, которая будет заливаться не керосином и фреоном. Короче говоря, начинать новый проект с нуля. Его стоимость будет составлять сотни миллионов рублей, если не миллиард. Пока что в России нет ни необходимых технологий, ни денег на такие исследования — исследование должно быть международным, в одиночку мы это не потянем. Нужно сотрудничать с «Роскосмосом», с Европейским космическим агентством, возможно, стоит привлечь к работе военных: у них всегда есть продвинутые секретные технологии, которых нет у гражданских. Но Россия к этому, на мой взгляд, не готова, приоритеты у страны сейчас не научные.
Материал предоставлен платформой «Теории и практики»
