​Лето - пора экспедиций и полевых работ. Специалисты Томского научного центра СО РАН побывали в нескольких сибирских регионах, чтобы оценить влияние изменений климата на экосистемы, а также изучить состав вод различного происхождения.

Читая летопись природы

Горно-ледниковый бассейн Актру (Республика Алтай) без преувеличения можно назвать летописью природы. Эта уникальная территория уже более века является объектом пристального внимания ученых.

С 1999 года исследования в этом бассейне проводит коллектив лаборатории динамики и устойчивости экосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН под руководством доктора биологических наук Елены Евгеньевны Тимошок. Уже двадцать лет каждое лето научные сотрудники выезжают в экспедиции на Алтай. Работая на нескольких полигонах, расположенных в трех центрах современного оледенения Алтая: Северо-Чуйском, Южно-Чуйском и Катунском, они исследуют влияние глобальных изменений климата на состояние различных экосистем в международно признанных "зонах раннего отклика": высокогорных лесах, лесотундровом экотоне (зоне перехода между лесом и тундрой), на молодых моренах ледников. Еще одно направление - реконструкции климата, которые позволяют ответить на вопросы, каким он был на протяжении последних пятисот лет.

"Неслучайно наш основной полигон расположен в горно-ледниковом бассейне Актру, где встречается редчайшее разнообразие экосистем, - рассказывает Елена Тимошок. - Это старовозрастные кедровые и молодые лиственничные послепожарные леса, лесотундровый экотон - своеобразный буфер между лесом и высокогорной тундрой, а также молодые экосистемы, формирующиеся на протяжении последних 150 лет на молодых моренах (территориях, образующихся после отступания ледников и на водно-ледниковых отложениях). Известно, что экосистема - это ключевой элемент, влияющий на формирование почв и видовое разнообразие животных: ее изменения влекут за собой перемены в их составе".

В свою очередь все экосистемы очень чутко реагируют на трансформации климата. "В середине XIX века завершился так называемый малый ледниковый период, во время которого погибли деревья на склонах долины, а вследствие наступания ледников были уничтожены почвы и растительность в приледниковой зоне, - говорит сотрудник лаборатории динамики и устойчивости экосистем ИМКЭС СО РАН кандидат биологических наук Евгений Николаевич Тимошок. - С середины XX века, как считается, началось современное потепление. При этом изменения в состоянии климата за последние сорок лет были столь интенсивными, что достигли значений, равных изменениям за 130 предыдущих лет".

Первыми потепление ощущают ледники: они начинают постепенно сдавать свои позиции и отступать со скоростью от нескольких до нескольких сотен метров в год. Освободившиеся ото льда территории - каменистые, безжизненные морены напоминают пейзаж из какого-то фантастического фильма. Постепенно там появляются первые растения: в условиях резко континентального климата Алтая это мхи и травы. Для того чтобы почвы стали пригодными для заселения деревьями, нужно примерно сто лет.

Особого внимания заслуживают самые стабильные и устойчивые к колебаниям климата экосистемы - старовозрастные леса. Их фрагменты сохранились в горно-ледниковом бассейне Актру, в свое время они не были стерты с лица земли ледниками и не затронуты пожарами благодаря россыпям камней, ставших защитным барьером. Исследованиями таких лесов на протяжении двадцати лет также занимается коллектив лаборатории динамики и устойчивости экосистем.

"Самые старые кедры и лиственницы в этих экосистемах доживают до тысячи лет, довольно много деревьев, достигших 500 - 600 лет, но в основном их возраст 300 - 400 лет, - рассказывает сотрудник лаборатории кандидат биологических наук Дмитрий Анатольевич Савчук. - Эти леса пережили несколько волн похолоданий и потеплений климата. Нам удалось проследить, какие периоды были благоприятными для появления новых поколений деревьев, ведь именно в основном во время потеплений молодые растения успешно выживали".

По словам ученого, выделяются три таких основных периода: 500 - 550 лет назад, когда появились старшие поколения деревьев, затем 340 - 380 лет и, наконец, 160 - 90 лет назад (в это время начали расти самые "юные" деревья в древесном ярусе). Надо отметить, что старовозрастные леса успешно возобновляются кедром и в настоящее время.

"В конце XIX века всю Сибирь, в том числе и Алтай, охватили масштабные лесные пожары, - продолжает сотрудник лаборатории динамики и устойчивости экосистем ИМКЭС СО РАН кандидат биологических наук Светлана Александровна Николаева. - Мы установили, что восстановление после таких катаклизмов также идет "волнами", которые напрямую зависят от погоды и микроклимата на определенной территории. Интересно то, что в последние годы более активно идет распространение кедра, чем лиственницы. Что же касается лесотундрового экотона, то в течение последних 150 лет деревья постепенно покоряют и его".

Полученные учеными из ИМКЭС СО РАН данные позволяют реконструировать климат на территории Алтая, проследить его колебания в течение тысячи лет. Выяснилось, что эти колебания носят циклический характер: средневековое потепление, длившееся с IX по XIV век, сменилось малой ледниковой эпохой, продлившейся до середины XIX века, а затем - снова потеплением климата, продолжающимся до настоящего времени. Внутри последнего периода также выделяются циклы, но меньшей длины. Например, с 1940-х по 1950-е годы наблюдалось кратковременное похолодание, а с 1980-х началось потепление.

Что содержат воды?

Насыщенным выдался экспедиционный сезон и для ученых из Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. Они побывали в экспедициях в Томской и Тюменской областях, в Кузбассе, в республиках Алтай и Саха (Якутия). Специалисты исследуют водные ресурсы - то, без чего невозможна жизнь на нашей планете.

Одна из экспедиций побывала на севере Томской и Тюменской областей, где ученые взяли пробы болотных, подземных питьевых вод и вод глубокого залегания на нефтяных месторождениях. Далее предстоит исследовать механизмы и источники накопления железа в природных водах регионов.

"Мы работаем по гранту РФФИ "Гидрогеохимия железа в различных геохимических средах: источники, механизмы концентрирования и рассеивания", - рассказывает заведующая лабораторией гидрогеохимии и геоэкологии кандидат геолого-минералогических наук Олеся Евгеньевна Лепокурова​. - Когда природные воды сильно обогащены железом, оно откладывается на стенках труб, и это со временем значительно снижает производительность скважин при разработке месторождений. Поэтому полученные результаты имеют важное прикладное значение для нефтяников.

В рамках выполнения гранта РНФ "Механизмы взаимодействия, состояние равновесия и направленность эволюции системы соленые воды и рассолы - основные и ультраосновные породы (на примере регионов Сибирской платформы)" томские ученые совместно с коллегами из Иркутска продолжили исследование чрезвычайно соленых вод (рассолов) в кимберлитовых трубках Якутии. Оказалось, что эти жидкости обладают уникальным составом: так, если соленость океана составляет 35 граммов соли на один литр воды, то в рассолах цифры могут быть и вовсе запредельными - 700 граммов на литр.

Еще одна группа ученых побывала на Алтае, в бассейне реки Катунь. Много лет объектом их изучения являются чистейшие родники, не потревоженные деятельностью человека. В ходе полевых исследований специалисты оценивают химический состав и объемы воды - полученные данные очень важны при проведении экологических исследований и выявлении месторождений природных ископаемых.

Также в нынешнем полевом сезоне продолжились совместные с ООО "Газпром добыча Кузнецк" гидрогеохимические исследования в Кузбассе, где впервые в России начали разработку угольного метана. "Это позволит победить "главного врага" шахтеров и эффективно решить комплекс проблем: вести промышленную добычу и утилизацию метана, предотвращая его скопление в шахтах и обеспечивая безопасность при подземных горных работах, - поясняет Олеся Лепокурова. - При этом сейчас метан считается одним из перспективных и рациональных видов топлива, который может занять лидирующие позиции в ситуации истощения традиционных энергоресурсов. Для организации месторождения метана всегда необходимо располагать полной информацией о составе подземных вод". Как выяснилось в ходе исследований, содовые воды угленосных отложений обладают не только высокой минерализацией, но и уникальным изотопным составом, включающим тяжелый углерод.

Ольга Булгакова