Почему опасно стрелять из метангидратного ружья, нужны ли России собственные научные журналы, куда за зиму девается пресная вода из морей Восточной Арктики, что такое сипы и талики, а также как спрятать подводную лодку, читайте в репортаже Indicator.Ru с заседания Президиума
Российской академии наук.
«Мы должны сохранить русскоязычные научные журналы»
По традиции собрание началось с выступления президента РАН Александра Сергеева. Он задумался о судьбе научных журналов:
«Самый главный вопрос — будущее всей нашей издательской деятельности. Как мы видим эту работу через 5–10 лет? Это открытый вопрос».
Вызваны такие колебания вот чем: издательский дом Pleiades Publishing Group, в портфеле которого около 200 англоязычных научных журналов, предложил российским редакторам переводить и распространять наши журналы за рубежом. Президент РАН сообщил, что проведены встречи с главными редакторами, подготовлен доклад и проект решения. Но позавчера на оперативном собрании ученые посмотрели на ситуацию и решили повременить с обсуждением.
По словам Александра Сергеева, качество публикаций в российских журналах падает. Проблему он видит в том, что «основным мерилом результативности научных институтов является количество статей». Наших журналов все меньше — в Web of Science на один российский журнал приходится три тысячи иностранных. При этом национальные научные языки постепенно уходят в небытие: исследователи всего мира публикуются на английском.
«Моя позиция заключается в том, что мы обязательно должны сохранить русскоязычные научные журналы. Однако наши ученые туда не посылают статей. Почему нам самим не заниматься качественным переводом статей в нашем научно-издательском доме?» — рассуждает Сергеев.
И действительно, на русском научные журналы иностранцы зачастую не читают, да и среди переводных издания с импакт-фактором больше единицы можно пересчитать по пальцам.
Какие же варианты развития ситуации у нас есть? По мнению Сергеева, озабоченность главных редакторов обоснованна: в предложенном им соглашении с Pleiades есть риски потери не только прав на распространение (как это случилось в 1990-е), но и принадлежности к англоязычной версии журнала.
«Решение проблемы, — считает глава РАН, — лежит в юридической плоскости, точнее, даже в плоскости международного права, и мы на сегодняшний день не готовы формулировать какие-то предложения. Мы дали поручение нашему правовому управлению детально разобраться в том, насколько мы рискуем через новые договора потерять присутствие России в международном информационном поле».
Метановый апокалипсис
Но главным вопросом в повестке дня стали итоги 40-суточной международной комплексной арктической экспедиции научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» на территории Восточной Арктики и Карского моря.
«Было исключительно трудно организовать во время пандемии международную экспедицию. Это уровень МИДа, серьезное достижение. Там были получены очень интересные результаты», — отметил президент РАН.
Экспедиция 2020 года стала 49-й по счету, а поучаствовали в ней 69 ученых из разных стран. Они выполнили запланированную программу и прошли на судне 11 тысяч километров.
Исследования сфокусировали внимание на морях Восточной Арктики, где находится более 80% мерзлоты и залегает такая же доля всех предсказанных гидратов. По консервативным оценкам, там находится 17 миллионов тонн метана. Этот регион — мелководный шельф морей с глубиной менее 50 метров, где накопились гигантские количества древней органики. Почему же эти залежи так важны? Арктические запасы гидратов, по новым оценкам океанологов, содержат до тысячи гигатонн углерода, тогда как во всей атмосфере его только пять гигатонн. В результате таяния мерзлоты они высвобождаются вновь, вступая в биогеохимический цикл углерода и угрожая масштабным парниковым эффектом. Высвобождение 1% этих гидратов приведет к удвоению содержания метана в атмосфере, что может стать «апокалиптическим сценарием», считает руководитель международной экспедиции член-корреспондент РАН Игорь Семилетов.
Но для начала нужно пояснить, как взаимосвязаны эти процессы. Метан (CH4)— газ, который по парниковым свойствам в десятки раз превосходит CO2. На морском дне метан хранится в форме газовых гидратов, или клатратов (с латыни — «посаженный за решетку»). Это особый тип соединений, где молекулы воды создают клетку-каркас с полостями, где в заточении кристаллической решетки томятся молекулы газа. Для существования такой структуры необходимы нестандартные условия. На суше мы их не встретим — при атмосферном давлении устойчивость структуры требует температуры −80 °C. А вот при 0 °C для стабильности газогидрата метана требуется давление от 25 бар, которое достигается на глубине примерно 250 метров. Подобные условия соблюдаются в подводных многолетнемерзлых породах, где и находятся основные залежи метана.
Доклад Игоря Мемилетова
Однако капризность клатратов приводит к тому, что при повышении температуры (глобальное потепление), а также понижении давления (снижение уровня мирового океана) они вновь становятся нестабильны. Метан устремляется в атмосферу, приводит к парниковому эффекту и потеплению, которое вызывает выделение еще больших количеств метана. Согласно гипотезе метангидратного ружья, этот процесс не раз приводил к катастрофическим изменениям климата в сроки, сравнимые с человеческой жизнью. Такую стремительность явления подтвердить не удалось, но из-за метана действительно может произойти самоусиливающееся глобальное потепление. Кроме такого фундаментального и глобального значения, у подобных исследований есть и более узкий прикладной смысл: на полученную информацию можно опираться для более безопасной разработки углеводородных месторождений.
«Если в амбаре увидел мышь, это значит, что их там сотни»
Благодаря новой технологии измерений концентраций растворенного метана в поверхностном слое (парофазной равновесной фазы) с аналитическим окончанием на лазерном спектрометре удалось увеличить количество измерений на 5 порядков. В подобной экспедиции в 2010 году ученые выполнили около тысячи измерений и опубликовали результаты в журнале Science. На этот раз сейчас исследователи провели 300 миллионов измерений, выявив тонкую структуру распределения растворенного метана и подтвердив, что именно морям Восточной Арктики принадлежит рекорд Северного полушария по концентрации этого газа.
О методе измерения концентраций метана в приповерхностном слое
Доклад Игоря Семилетова
Области незамерзающей породы среди мерзлоты называют таликами (от слова «таять»). Среди таких участков встречаются как поверхностные, так и затрагивающие всю толщу мерзлоты (сквозные). При таянии мерзлоты из нее высвобождается ранее «упакованный» в форму газогидратов метан. Он выходит в виде струй, которые называются сипами (более крупные — мегасипами).
В море Лаптевых открыли поле протаявших кратеров на участке дна, который раньше считали сплошным массивом мерзлоты. Выемки до 30 метров в диаметре образовались из-за мощных выбросов метана, которые в этом районе не обнаружили при исследованиях 2008 года. Ученые предположили, что кратеры сформировались совсем недавно. Похожие кратеры с мощными выбросами метана (но диаметром до 10 метров) нашли и в Восточно-Сибирском море.
Молодое поле кратеров на мелководье в море Лаптевых
Выбросы метана со дна Восточно-Сибирского моря. Прямые линии — это борозды от айсбергов, которые тоже ускоряют процесс
Согласно оценке масштаба проблемы, проведенной при помощи изобретенной учеными уникальной технологии, с мощными сипами в таких областях выделяют до сотни килограммов метана в сутки с квадратного метра поверхности. Сипы такого размера и мощности известны лишь у берегов Калифорнии, где обнаружены залежи угля и метана. Из-за выбросов метана в Северном Ледовитом океане происходит подъем воды со скоростью до 46 см/сек, что приводит к разрыванию пикноклина — скачка плотности океана ниже перемешанного слоя. Моряки иногда называют эту границу «жидким грунтом», благодаря которому подлодка может на определенной глубине не тонуть без хода (и шума) и прячется от гидроакустического сигнала, становясь «невидимой» для надводных кораблей. Такой слой может скапливать частицы пищи и становиться привлекательным местом обитания живых организмов.
Рост сиповых полей
По данным, собранном об открытом ими мощном сипе, ученые готовят статью в Nature
Концентрации растворенного метана в поверхностной воде в этих областях достигают 35 000 ppm.
Если бросите бычок — она вспыхнет. Такое уже происходило. В 1930-е годы известный российский ученый Николай Зубов в проливе Дмитрия Лаптева в навигационных целях взрывал динамит, чтобы пройти через льды, и в его мемуарах сообщается о том, что море загорелось синим пламенем. Что важно отметить? Нами закартировано более 1000 крупных сиповых полей (площадью от 100 квадратных метров) и мегаполей (от 1000 квадратных метров). А ведь это только то, что удалось найти, — представьте, идет судно, и это лишь тонкая ниточка, что мы зарегистрируем под собой. Считаю уместной такую аналогию: в народе говорят, если в амбаре увидел мышь, это значит, что их там сотни.
Океанологи исследовали шесть мегасипов и обнаружили, что площадь сечения мегасипов и скорость разгрузки пузырькового метана в море Лаптевых возрастает. «Результаты ЭМ профилирования, заверенного бурением, подтверждают существование сквозных таликов под крупными сипами и мегасипами», — заключил Семилетов.
Загадки пресной воды в Северном Ледовитом океане
Но на метане климатические проблемы морей Восточной Арктики не заканчиваются. О влиянии пресной воды рассказал участник экспедиции, кандидат физико-математических наук Александр Осадчиев из Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН:
«В настоящий момент происходит активный пресноводный сток в Северный Ледовитый океан. Это единственное место в мире, где сток существенно влияет на глобальные климатические процессы. 11% стока впадает именно в Северный Ледовитый океан, что играет большую роль при формировании льда. Происходит аномальное опреснение в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море. В этом году мы провели еще более качественные исследования, с нами были высококвалифицированные коллеги. Мы продолжим изучение этих вопросов».
Казалось бы, как опреснение океанов связано с климатом? Как объяснил Осадчиев, от распространения пресноводного стока зависит образование сезонного льда, из-за которого меняется планетарное альбедо (способность отражать солнечные лучи обратно в космос в противовес поглощению тепла).
Опреснение Северного Ледовитого океана
Доклад Александра Осадчиева
В российской части Арктики главный вклад в этот процесс вносят три реки: Обь, Енисей и Лена, сток которых примерно одинаковый. Первые две впадают в Карское море, третья — в море Лаптевых. Но хотя сток в Карское море больше, по площади опреснения лидируют Восточно-Сибирское море и море Лаптевых.
Пресноводный сток от трех крупнейших сибирских рек
По словам ученого, вопрос, почему это так, никогда не ставился ранее, так как океанологи не располагали одновременными данными измерений разных морей и не могли их сравнить. Гипотеза Осадчиева в том, что в Карское море впадают более глубокие реки, которые геометрически больше по толщине и меньше по площади. Лена, Индигирка и Колыма — это сеть рек с обширными дельтами, а потому сток пресной воды из них распространяется тонким слоем по большой площади. А чем преснее вода на поверхности, тем быстрее она будет замерзать осенью (температура замерзания у пресной воды ниже, чем у соленой). Этим можно объяснить, почему в море Лаптевых граница сезонного льда относительно берега колеблется из года в год на 600–800 км.
Вторая загадка — куда деваются области опреснения к началу следующей весны. К моменту таяния льдов следов прошлогоднего половодья обнаружить не удается. «Возникают вопросы — куда переносится опресненный поверхностный слой зимой? На север? На восток из-за сил Кориолиса? Перемешивается в пределах шельфа? Никто не знает, что с ними происходит», — рассказал Осадчиев. Однако данные новой экспедиции показывают, что ветер может вызывать перенос вод из Карского моря через пролив Вилькицкого в Восточно-Сибирское море (и заодно усиливать опреснение последнего). Правда, этот перенос всегда регистрировали как довольно слабое явление. В этом году экспедицию проводили довольно поздно, в самом конце сезона, и впервые удалось пронаблюдать, что весь пролив был заполнен пресными водами.
«В конце октября 2020 года впервые зафиксирован интенсивный зональный пресноводный перенос из Карского моря в море Лаптевых — перенос 25% речного стока в Арктику. Соленость поверхностного слоя у пролива Вилькицкого была ниже, чем у источника пресной воды (у Обской губы)», — отметил Осадчиев.
Океанологи установили там круглогодичные станции, чтобы собрать данные и по другим сезонам.
В проливе Вилькицкого никогда не наблюдали интенсивный перенос пресной воды
Успехи Арктической экспедиции — лишь один из этапов обширного изучения океанов планеты при помощи кораблей РАН.
«Мы обсуждали с Валерием Николаевичем Фальковым большую программу, которая будет посвящена исследованию Мирового океана», — поделился планами Александр Сергеев.
Хотя на карте не осталось белых пятен, великие открытия на этих просторах более чем возможны.
Автор: Екатерина Мищенко.
