Изучение вечной мерзлоты: интервью директора Института мерзлотоведения СО РАН порталу "Научная Россия"
18.10.2023
Что такое вечная мерзлота? Какие бывают ее виды? Правда ли, что она деградирует? Почему важно ее изучать? Какая фундаментальная научная информация скрывается в мерзлых породах и какие практические возможности открывают эти знания? Об этом порталу "Научная Россия" рассказал директор Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, член-корреспондент РАН Михаил Николаевич Железняк. Полную версию интервью и видео можно посмотреть на сайте "Научной России".
Институт мерзлотоведения совершенно уникален. Институтов физики, химии, биологии огромное количество, а институт мерзлотоведения — единственный. Неудивительно, что он расположен в Якутии, где находится вечная мерзлота. Какого рода специалисты работают в институте?
Специалисты самые разные. Для того чтобы говорить о мерзлоте, нам нужно знать почвы, разрезы и свойства горных пород, растительность, понимать, как изменяются климатические условия. Поэтому у нас работают специалисты географического, биологического, технического и геолого-минералогического направления, ведь мерзлые породы имеют свои особые свойства, которые в значительной степени изменяются в зависимости от температуры грунтов.
Почему важно изучать вечную мерзлоту?
Порядка 33–35% нашей Земли ― это территория, где развиты многолетние мерзлые породы. На территории России 63% территории с многолетними мерзлыми грунтами. На территории нашей республики, на Чукотке это 98–99% территории. Мы здесь живем, что-то строим, развивается природная среда. И чтобы отвечать на многие вопросы, связанные с состоянием природной среды, возможностью ее освоения, прогнозировать на завтра, необходимо понимать, какие могут быть изменения, быть к ним готовыми. Для этого мы изучаем мерзлоту. Это и определяет возможности комфортной человеческой жизни и эффективного строительства. Несомненно, строить можно везде, на любых грунтах, однако эти сооружения должны быть устойчивыми, надежными и целесообразными с экономической точки зрения и социально значимыми.
Что важного для ученых несет вечная мерзлота?
Для ученого это объект исследований, часто динамично изменяющийся, зависящий от многих факторов. Понятие "вечная мерзлота" ввел Михаил Иванович Сумгин. Конечно, нет ничего вечного, как говорят, но здесь он имел в виду век человеческой жизни. И когда мерзлые толщи существуют более 100 лет, для нас они "вечны". В некоторых регионах мерзлота существует, не протаивая, уже 2 млн лет.
Какого рода научную информацию она содержит? Во-первых, информацию о свойствах пород, о наличии или отсутствии льда, который их определяет. Наличие льда говорит о степени реакции (интенсивной или длительной) на изменение природных условий, в том числе климатических. Мы всегда хотим жить стабильно. Климатические изменения ведут к изменению мерзлотных условий, но в разных типах ландшафта и разных условиях теплообмена они совершенно различны.
Еще мерзлота несет информацию палеонтологического плана. Мы находим в ней бактерии, вирусы, при таянии они выносятся в природную среду — и это определенная угроза. Но из бактерий, которые жили десятки тысяч лет назад, делают и лекарства, которые успешно применяются. Поэтому мерзлота ― объект, в котором есть и много положительного, и много трудных моментов и нежелательных последствий. Все это надо изучать.
А надо ли бороться с мерзлотой?
Бороться с природной средой, формированием ее глобальных закономерностей, думаю, не стоит. С начала ХХ в. мы все время пытались бороться с мерзлотой, считая ее негативным фактором для освоения территорий. Сейчас, получив знания о причинах и особенностях формирования мерзлых толщ, несомненно, нужно менять парадигму отношения к ней. Не нужно бороться с глобально формирующимися законами природной среды, в том числе с изменениями климата, нужно научиться жить в формирующихся природных условиях, прогнозировать их изменения.
Необходимо не терять разум и оценивать, что сделать возможно, а с чем необходимо бороться для сохранения жизни на Земле. Мерзлота была и будет образовываться и исчезать. Наука мерзлотоведение должна помогать человечеству, биологам, инженерам, чтобы жить на Севере и не пугаться холода и вечной мерзлоты.
Насколько катастрофические изменения происходят с мерзлыми породами? Вы действительно наблюдаете, что их становится меньше? Или тревога преувеличена?
Изменения климатических условий, несомненно, приводит к изменениям природной среды, в том числе мерзлых пород. Состояние последних необходимо прогнозировать, а для этого надо опираться на факты конкретных региональных изменений, создавать системы контроля состояния мерзлых толщ.
С моей точки зрения, таяние мерзлоты и эмиссия газов ― это преувеличенные страхи. Когда мы начинаем говорить об эмиссии газов, "метановых бомбах", все пугаются. Хочу сказать, что в Якутске, где я живу, мощность мерзлых толщ ― 300–350 м. Чтобы они растаяли при современных изменениях климата, нужно несколько тысяч лет. Будут ли такие условия ― большой вопрос. Да, мы ощущаем изменение климатических условий. Климат служит одним из факторов, определяющих наличие мерзлых толщ. Однако помимо изменения климата еще есть условия теплообмена на поверхности и изменяющиеся свойства пород. Когда нам холодно, мы надеваем теплую одежду. А природная среда реагирует на изменения климата изменениями условий теплообмена на поверхности (растительность, количество и динамика снежного покрова и пр.).
Мерзлые породы ― это грунты и почвы, содержащие в своем составе лед. Когда есть лед в горных породах, прежде чем эти породы примут положительные значения температуры, должен растаять весь лед. Для этого требуется дополнительная энергия (теплота фазовых переходов), это определяет некоторую консервативность мерзлых пород к изменениям теплового режима. Эта консервативность и дает определенный запас времени. Поэтому наблюдение за динамикой теплового поля позволяет прогнозировать состояние и применять превентивные инженерные мероприятия для поддержания мерзлого состояния, обеспечивать устойчивость сооружений.
И что же мы видим?
Мы видим, что изменения мерзлоты происходят по-разному в зависимости от изменения климатических условий, свойств пород и условий теплообмена на поверхности. В некоторых регионах, где 50–60 лет назад мерзлоты было 15–20 м, она могла протаять полностью, а где-то частично.
Несомненно, изменение теплового режима, в том числе изменение мерзлых толщ происходит, однако темпы этого различны. Так, в Западной Сибири и в ряде районов Южной Сибири наблюдается опускание верхней кровли вечной мерзлоты, формирование слоя сезонного промерзания и образование талого горизонта между многолетнемерзлыми породами и сезонно-мерзлым слоем.
Та же Арктическая зона РФ неоднородна: есть западный сектор, где мерзлоты уже, по сути, нет или же она имеет очаговый характер распространения, а есть центральный сектор Арктики, где мерзлые породы имеют деградирующий характер. Или восточный сектор Арктики, где идут изменения теплового состояния мерзлых пород. Это позволяет, учитывая опыт западных регионов, подготовиться, научиться контролировать процесс и принимать прогнозные решения, как дальше жить, осваивать территорию, вести хозяйственную деятельность.
И каковы же ваши прогнозы на ближайшее будущее?
В Центральной Якутии, где мы сейчас находимся, среднегодовая температура воздуха за 50 лет повысилась на 3,5°. Но реакция температуры и сезонно-талого слоя совершенно различны. Есть ландшафтные условия, лесные массивы, которые сохраняют более или менее стабильное состояние, и там за 50 лет температура изменилась на 0,3–0,6 градуса. Есть участки, где межгодовая изменчивость сезонно-талого слоя меняется в широких пределах 30–50 см, а общий тренд этого параметра близок к нулю. Это говорит о незначительной реакции мерзлоты. А есть ландшафты без древесной растительности, мерзлота на которых изменяется интенсивно. Словом, для разных участков — разные прогнозы.
Часто говорят, что происходит деградация мерзлоты. Это так?
Я считаю, что говорить о деградации в целом неверно. Деградация мерзлоты ― это ее исчезновение. Сегодня правильно говорить об ее изменении. Климатических моделей много, есть и альтернативная точка зрения, что в ближайшее время будет 50-летний период похолодания. Мы сейчас живем не в стадию глобального потепления, как думают многие, а в короткопериодную стадию повышения температуры. Если наступит стадия похолодания, начнутся другие процессы. Мы сейчас пытаемся вставить в законодательные документы термин "деградация", но я с этим не согласен, и в документах нужно четко говорить именно об изменениях.
Почему это важно?
Потому что, когда будет похолодание, мы будем говорить об аградации мерзлоты. А это другой процесс, но он тоже связан с определенными изменениями ― процессами пучения грунтов, которые зависят от состава горных пород.
С полной версией интервью можно ознакомиться на портале "Научная Россия".
Институт мерзлотоведения совершенно уникален. Институтов физики, химии, биологии огромное количество, а институт мерзлотоведения — единственный. Неудивительно, что он расположен в Якутии, где находится вечная мерзлота. Какого рода специалисты работают в институте?
Специалисты самые разные. Для того чтобы говорить о мерзлоте, нам нужно знать почвы, разрезы и свойства горных пород, растительность, понимать, как изменяются климатические условия. Поэтому у нас работают специалисты географического, биологического, технического и геолого-минералогического направления, ведь мерзлые породы имеют свои особые свойства, которые в значительной степени изменяются в зависимости от температуры грунтов.
Почему важно изучать вечную мерзлоту?
Порядка 33–35% нашей Земли ― это территория, где развиты многолетние мерзлые породы. На территории России 63% территории с многолетними мерзлыми грунтами. На территории нашей республики, на Чукотке это 98–99% территории. Мы здесь живем, что-то строим, развивается природная среда. И чтобы отвечать на многие вопросы, связанные с состоянием природной среды, возможностью ее освоения, прогнозировать на завтра, необходимо понимать, какие могут быть изменения, быть к ним готовыми. Для этого мы изучаем мерзлоту. Это и определяет возможности комфортной человеческой жизни и эффективного строительства. Несомненно, строить можно везде, на любых грунтах, однако эти сооружения должны быть устойчивыми, надежными и целесообразными с экономической точки зрения и социально значимыми.
Что важного для ученых несет вечная мерзлота?
Для ученого это объект исследований, часто динамично изменяющийся, зависящий от многих факторов. Понятие "вечная мерзлота" ввел Михаил Иванович Сумгин. Конечно, нет ничего вечного, как говорят, но здесь он имел в виду век человеческой жизни. И когда мерзлые толщи существуют более 100 лет, для нас они "вечны". В некоторых регионах мерзлота существует, не протаивая, уже 2 млн лет.
Какого рода научную информацию она содержит? Во-первых, информацию о свойствах пород, о наличии или отсутствии льда, который их определяет. Наличие льда говорит о степени реакции (интенсивной или длительной) на изменение природных условий, в том числе климатических. Мы всегда хотим жить стабильно. Климатические изменения ведут к изменению мерзлотных условий, но в разных типах ландшафта и разных условиях теплообмена они совершенно различны.
Еще мерзлота несет информацию палеонтологического плана. Мы находим в ней бактерии, вирусы, при таянии они выносятся в природную среду — и это определенная угроза. Но из бактерий, которые жили десятки тысяч лет назад, делают и лекарства, которые успешно применяются. Поэтому мерзлота ― объект, в котором есть и много положительного, и много трудных моментов и нежелательных последствий. Все это надо изучать.
А надо ли бороться с мерзлотой?
Бороться с природной средой, формированием ее глобальных закономерностей, думаю, не стоит. С начала ХХ в. мы все время пытались бороться с мерзлотой, считая ее негативным фактором для освоения территорий. Сейчас, получив знания о причинах и особенностях формирования мерзлых толщ, несомненно, нужно менять парадигму отношения к ней. Не нужно бороться с глобально формирующимися законами природной среды, в том числе с изменениями климата, нужно научиться жить в формирующихся природных условиях, прогнозировать их изменения.
Необходимо не терять разум и оценивать, что сделать возможно, а с чем необходимо бороться для сохранения жизни на Земле. Мерзлота была и будет образовываться и исчезать. Наука мерзлотоведение должна помогать человечеству, биологам, инженерам, чтобы жить на Севере и не пугаться холода и вечной мерзлоты.
Насколько катастрофические изменения происходят с мерзлыми породами? Вы действительно наблюдаете, что их становится меньше? Или тревога преувеличена?
Изменения климатических условий, несомненно, приводит к изменениям природной среды, в том числе мерзлых пород. Состояние последних необходимо прогнозировать, а для этого надо опираться на факты конкретных региональных изменений, создавать системы контроля состояния мерзлых толщ.
С моей точки зрения, таяние мерзлоты и эмиссия газов ― это преувеличенные страхи. Когда мы начинаем говорить об эмиссии газов, "метановых бомбах", все пугаются. Хочу сказать, что в Якутске, где я живу, мощность мерзлых толщ ― 300–350 м. Чтобы они растаяли при современных изменениях климата, нужно несколько тысяч лет. Будут ли такие условия ― большой вопрос. Да, мы ощущаем изменение климатических условий. Климат служит одним из факторов, определяющих наличие мерзлых толщ. Однако помимо изменения климата еще есть условия теплообмена на поверхности и изменяющиеся свойства пород. Когда нам холодно, мы надеваем теплую одежду. А природная среда реагирует на изменения климата изменениями условий теплообмена на поверхности (растительность, количество и динамика снежного покрова и пр.).
Мерзлые породы ― это грунты и почвы, содержащие в своем составе лед. Когда есть лед в горных породах, прежде чем эти породы примут положительные значения температуры, должен растаять весь лед. Для этого требуется дополнительная энергия (теплота фазовых переходов), это определяет некоторую консервативность мерзлых пород к изменениям теплового режима. Эта консервативность и дает определенный запас времени. Поэтому наблюдение за динамикой теплового поля позволяет прогнозировать состояние и применять превентивные инженерные мероприятия для поддержания мерзлого состояния, обеспечивать устойчивость сооружений.
И что же мы видим?
Мы видим, что изменения мерзлоты происходят по-разному в зависимости от изменения климатических условий, свойств пород и условий теплообмена на поверхности. В некоторых регионах, где 50–60 лет назад мерзлоты было 15–20 м, она могла протаять полностью, а где-то частично.
Несомненно, изменение теплового режима, в том числе изменение мерзлых толщ происходит, однако темпы этого различны. Так, в Западной Сибири и в ряде районов Южной Сибири наблюдается опускание верхней кровли вечной мерзлоты, формирование слоя сезонного промерзания и образование талого горизонта между многолетнемерзлыми породами и сезонно-мерзлым слоем.
Та же Арктическая зона РФ неоднородна: есть западный сектор, где мерзлоты уже, по сути, нет или же она имеет очаговый характер распространения, а есть центральный сектор Арктики, где мерзлые породы имеют деградирующий характер. Или восточный сектор Арктики, где идут изменения теплового состояния мерзлых пород. Это позволяет, учитывая опыт западных регионов, подготовиться, научиться контролировать процесс и принимать прогнозные решения, как дальше жить, осваивать территорию, вести хозяйственную деятельность.
И каковы же ваши прогнозы на ближайшее будущее?
В Центральной Якутии, где мы сейчас находимся, среднегодовая температура воздуха за 50 лет повысилась на 3,5°. Но реакция температуры и сезонно-талого слоя совершенно различны. Есть ландшафтные условия, лесные массивы, которые сохраняют более или менее стабильное состояние, и там за 50 лет температура изменилась на 0,3–0,6 градуса. Есть участки, где межгодовая изменчивость сезонно-талого слоя меняется в широких пределах 30–50 см, а общий тренд этого параметра близок к нулю. Это говорит о незначительной реакции мерзлоты. А есть ландшафты без древесной растительности, мерзлота на которых изменяется интенсивно. Словом, для разных участков — разные прогнозы.
Часто говорят, что происходит деградация мерзлоты. Это так?
Я считаю, что говорить о деградации в целом неверно. Деградация мерзлоты ― это ее исчезновение. Сегодня правильно говорить об ее изменении. Климатических моделей много, есть и альтернативная точка зрения, что в ближайшее время будет 50-летний период похолодания. Мы сейчас живем не в стадию глобального потепления, как думают многие, а в короткопериодную стадию повышения температуры. Если наступит стадия похолодания, начнутся другие процессы. Мы сейчас пытаемся вставить в законодательные документы термин "деградация", но я с этим не согласен, и в документах нужно четко говорить именно об изменениях.
Почему это важно?
Потому что, когда будет похолодание, мы будем говорить об аградации мерзлоты. А это другой процесс, но он тоже связан с определенными изменениями ― процессами пучения грунтов, которые зависят от состава горных пород.
С полной версией интервью можно ознакомиться на портале "Научная Россия".