Кого слушает президент

Трава мамонтов нагреет Землю

Исследования в Сибири выявили самый большой резервуар парниковых газов на Земле

Владимир Корягин 17.07.2014, 08:56
Mauricio Anton

В Сибири находится самый большой резервуар парниковых газов на Земле. О том, как его исследуют, что стало известно о нем в ночь на четверг по Москве, откуда этот резервуар взялся и как в этой научной работе участвует Академия наук, «Газете.Ru» рассказал Сергей Зимов — директор Северо-Восточной научной станции РАН, старший научный сотрудник Тихоокеанского института географии.

— В ночь на 17 июля по московскому времени в журнале Nature вышла ваша статья. Чему она посвящена?

Эта статья — продолжение наших работ по оценке запасов углерода в мерзлоте и оценке эмиссии парниковых газов из этого резервуара. На эту тему у нас опубликовано много статей, из них десяток в журналах Science и Nature.

— А над чем вы конкретно работаете?

— Я кратко изложу основные итоги всех этих работ: во время ледниковых эпох на низменностях севера Сибири накопился чехол пылеватых суглинков (лёссов) мощностью десятки метров. Эти осадки на всю глубину пронизаны полигональной решеткой ледяных жил. Они по объему составляют 50–90% этих осадков. Местное название этих суглинков — едома. Все это время на Севере существовала экосистема мамонтовых степей. Детальные подсчеты числа костей и скелетов в едоме показали, что это была высокопродуктивная экосистема.

На каждом квадратном километре этих пастбищ паслись в среднем 1 мамонт, 5 бизонов, 8 лошадей, 15 северных оленей, а еще более редкие носороги, овцебыки, сайгаки, предки благородных оленей, волки, росомахи, пещерные львы.

Многочисленные травоядные сами поддерживали свои травяные пастбища. Все, что вырастало летом, за зиму съедалось и в теплых желудках быстро превращалось в удобрение. Мхи и другие медленно растущие растения при таких мощных пастбищных нагрузках не выживали. На плодородных почвах травы быстро испаряли выпадающие осадки. Едома — это, по сути, почва мамонтовых степей. Содержание фосфора в едоме на порядок выше, чем в современных почвах Севера. Едома накапливалась быстро — до 1 мм в год, поэтому в ней мало гумуса, но много лабильного углерода — хорошо сохранившихся корней трав.

В соответствии с прогнозом международных экспертов (IPCC) уже в этом столетии из-за потепления климата температура на севере Сибири поднимется на несколько градусов (до 8°C).

Многие предполагают, что мерзлота начнет таять с юга, там, где ее температура близка к 0°C. Но не едома. Ледяные жилы занимают 50% ее объема, а на Крайнем Севере — 90%. Едома похожа на ледник, укрытый от летнего таяния лишь метровым слоем современной почвы (а на Крайнем Севере — полуметровым). Если глубина летнего таяния почвы превысит метр (полметра), начинают таять ледяные жилы. На склонах начинается эрозия. Теплоизолирующий слой почвы сползает по скользкому льду. Ледяные жилы оголяются и быстро тают. Образуются грязевые потоки, каньоны, быстро движущиеся ледяные клифы… Если в водосборе какой-нибудь реки тающая едома занимает свыше 1% территории, эта река превращается в поток грязи. На плоских участках из-за таяния ледяных жил образуются просадки. Они заполняются водой. Она действует, как парник. Из-за этого прогрев возрастает, водоемы углубляются. Под ними температура всегда положительная, и таяние мерзлоты идет круглый год.

В итоге небольшие водоемы быстро превращаются в мигрирующие термокарстовые озера.

Если едома — 40 м, а содержание ледяных жил — 50%, то при ее оттаивании поверхность проваливается на 20 м. Все, что на ней было: дороги, леса, олени, ягельные пастбища и другое, — исчезнет.

Если едома оттаивает, в ней через несколько часов просыпаются плейстоценовые микробы. Они начинают поедать (окислять) почвенную органику. Выделяют они при этом не только СО2, но и тепло. Это усиливает таяние мерзлоты. Полевые эксперименты и математические модели показывают, что в условиях хорошей аэрации этого тепла достаточно, чтобы за несколько десятилетий растопить всю толщу едомы даже без потепления климата. При таянии едомы в анаэробных условиях (под водоемами) микробы превращают органику в метан, который в форме пузырькового потока быстро поступает в атмосферу. А парниковый эффект от метана в 23 раза сильнее, чем от СО2.

— Сколько в мерзлоте содержится парниковых газов?

— Сегодня мерзлота — самый большой резервуар органического углерода: 1672 Гт (гигатонн). В этом резервуаре углерода больше, чем в атмосфере и биосфере вместе взятых.

Во время последнего ледниковья лежащая на мерзлоте мамонтовая степь была крупнейшим биомом планеты — от Франции до Канады и от Арктических островов до Китая. Запасы углерода в почвах этого биома были в два раза больше, чем в сегодняшней мерзлоте. Во время плейстоцен-голоценового потепления из почв мамонтовой степи в атмосферу поступило около 2000 Гт углерода (300 Гт в виде метана). Этот источник, судя по всему, был главной причиной роста концентрации атмосферного СО2 и метана.

Едома — наименее устойчивый и самый концентрированный резервуар углерода: сотни килограммов на квадратный метр. При потеплении климата она может стать самым мощным природным источником парниковых газов. Потепление климата и таяние едомы будет происходить в режиме взаимоусиления. Углерод, поступивший в атмосферу при вырубке лесов, может вернуться назад — леса восстанавливаются. Но если едома потеряет свой углерод, его обратно в почву не вернуть.

— И это приведет к глобальному потеплению?

— Причины ледниково-межледниковых климатических циклов, прогноз будущего климата — все это связано с изменениями глобального бюджета углерода.

Мерзлота — крупнейший его резервуар. Но еще 20 лет назад о нем никто не знал.

Различные теории и модели, описывающие глобальные процессы, создавались без учета мерзлоты. Нам потребовалось 20 лет, чтобы познакомить и заинтересовать научное сообщество этим явлением и самим понять роль мерзлоты в природном процессе.

За последние десятилетия температура мерзлоты во многих районных Севера увеличилась на 2–3°C. Едома уже начала таять. Там, где это происходит, начинается эрозия, и на поверхности появляются плодородные почвы мамонтовой степи. Они тут же зарастают травами. Корни трав армируют и высушивают подвижные почвы и этим сдерживают эрозию. В будущем едомные равнины могут превратиться в высокопродуктивные луга и степи, способные прокормить миллионы крупных травоядных. Но на Севере их почти не осталось. В плейстоценовом парке сделана попытка восстановить пастбищную экосистему, подобную мамонтовой степи. Мы увидели, что лошади, бизоны, овцебыки, олени действительно сами создают и расширяют свои пастбища. Зимой в поисках корма они перекапывают весь снег, и он перестает защищать почву от зимнего промерзания. Температура мерзлоты на пастбищах из-за этого на 4 градуса ниже, чем «за забором» — на таких же лугах, но укрытых снегом. Возрождение на Севере высокопродуктивных пастбищных экосистем — это, наверное, единственный способ сдерживать таяние мерзлоты и сократить эмиссию парниковых газов. Все, что для этого требуется, — вернуть в природу Севера ранее истребленных животных и обеспечить их охрану.

Наша последняя статья — малая часть этой большой работы.

В ней мы показали, что на дне термокарстовых озер, которые на низменностях Севера занимают 10–30%, накапливаются торфяники.

Термокарстовое озеро в Сибири Katey Walter Anthony
Термокарстовое озеро в Сибири

За последние 14 тыс. лет на дне этих озер накопилось 150 Гт углерода. Это столько же, как запасы углерода во всех тропических лесах планеты. Из-за этого не весь углерод из тающей мерзлоты накапливался в атмосфере, часть его опять возвращалась на сушу, точнее, в озера. Если климат потеплеет, большинство озер Севера будут дренированы, и эти озерные торфяники будут окислены микробами, и этот углерод вернется в атмосферу. Это то же самое, что уничтожить все тропические леса планеты.

— Какие методы вами применялись в ходе последнего исследования?

— Для этой работы мы подробно изучали различные осадки едомы, озерные, болотные в широком профиле от арктического побережья Восточно-Сибирского моря до тайги. Оценивали состав и содержание углерода в этих осадках, оценивали его историческую динамику.

— В чем состоит ваш вклад?

— Российский вклад: идеи, знание территории, логистика — катера, вездеходы, лаборатории. Писала статью в основном Кэти Уолтер. Она — наша самая успешная ученица: лучшая диссертация США 2007 года.

— Как изменилась ваша работа с момента начала реформы РАН?

— В советское время мы были круглогодичным полевым отрядом Тихоокеанского института географии Дальневосточного отделения РАН. С развалом Союза наше финансирование прекратилось. Но мы остались на Севере. Все, что мы имеем от Академии наук сегодня, — 4 ставки научных сотрудников и 0,75 ставки инженера. Все наши статьи мы подписываем: Северо-Восточная научная станция ТИГ ДВО РАН (Тихоокеанский институт географии Дальневосточного отделения РАН). Но с РАН я почти не пересекаюсь, в своем ТИГе был последний раз 15 лет назад.