Ученые ТПУ: подводная мерзлота на Восточно-Сибирском арктическом шельфе деградирует быстрее, чем считалось ранее
10.08.2017
Скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты на Восточно-Сибирском арктическом шельфе за последние 30 лет достигают 18 см в год (среднее значение 14 см в год), что на порядок выше, чем считалось ранее. Результатами, полученными по итогам самого масштабного исследования состояния подводной мерзлоты за всю историю изучения не только в Российской Арктике, но и в Арктике в целом, поделились ученые Томского политехнического университета в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Соавторами политехников стали ученые из России и Швеции.
Отметим, деградация мерзлоты — это оттаивание и сокращение площади распространения многолетнемерзлых пород или, в более широком понимании, устойчивое повышение их температуры.
Как сообщается в опубликованной научной статье, ранее считалось, что основная часть подводной мерзлоты шельфа морей Восточной Арктики (МВА) — самого широкого и мелководного шельфа Мирового океана — является сплошной, что исключает возможность дестабилизации гигантского пула нижезалегающих гидратов метана. Согласно модельным оценкам экспертов Межправительственной панели климатических изменений (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), предполагается, что до конца 21 века деградация подводной мерзлоты в морях Восточной Арктики не может превысить нескольких метров, а для образования сквозных таликов (зон деградации — полного протаивания подводной мерзлоты) потребуется сотни, если не тысячи лет, что исключает возможность массированного выброса метана (СН4) — второго по значимости парникового газа — из донных отложений МВА в водную толщу-атмосферу вследствие разрушения гидратов. Исходя из этих выводов, потенциальная климатическая роль шельфа МВА в контексте самой возможности массированного выброса метана в водную толщу-атмосферу рассматривается IPCC как малозначимая и исключается из рассмотрения. В статье ученых ТПУ и их коллег показано, что это не так.
Повторно пробурив четыре скважины, которые были ранее пробурены в 1982-1983 годах Институтом мерзлотоведения СО РАН, ученые доказали, что скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты в последний 30-летний период достигают 18 см в год (среднее значение 14 см в год), что примерно на порядок выше, чем было принято считать ранее.
«Прогрессирующая деградация (протаивание) подводной мерзлоты приводит к образованию газовыводящих каналов, наличие которых было предсказано на основе наших первых данных, полученных в МВА в 2000-2010 годах, и математического моделирования, — рассказывает первый автор статьи, профессор кафедры геологии и разведки полезных ископаемых ТПУ Наталья Шахова. — На основе новых результатов, полученных путем комплексных биогеохимических, геофизических, и геологических исследований, выполненных в 2011-2016 годах, мы приходим к выводу о том, что в некоторых районах Восточно-Сибирского шельфа кровля подводной мерзлоты уже достигла глубины зоны стабильности гидратов, разрушение которых может приводить к массированным выбросам пузырькового метана. Такие явления были открыты и документированы нашим авторским коллективом на протяжении многих лет как на мелководном, так и на глубоком шельфе МВА. А доказательство существования восходящего движения газового фронта через толщу осадков со скоростью до пяти метров в год также может служить подтверждением нашей гипотезы о дестабилизации гидратов как основного кандидата для объяснения аномально высоких концентраций метана в воде и воздухе Восточно-Сибирского шельфа. Эта гипотеза была опубликована в 2010 году в журнале Science. Согласно нашим результатам, опубликованным в Nature Geoscience, Science и Philosophical Transactions, Royal Society, величина пузырькового потока СН4 из донных осадков в воду в МВА может изменяться от миллиграммов до десятков и сотен граммов с квадратного метра в сутки — в зависимости от состояния подводной мерзлоты, что приводит к увеличению концентрации атмосферного СН4 в приводном слое до значений, в 2-4 раза превышающих фоновые концентрации, измеренные на нашей планете».
Отмечается, что эти результаты были подтверждены в экспедиции, организованной и выполненной учеными ТПУ в моря Восточной Арктики в 2016 году совместно с учеными из Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (ТОИ), при участии Института океанологии РАН (ИОРАН) и Института физики атмосферы РАН (ИФА РАН); соответствующие публикации ожидаются и в 2018 году.
Кроме того, совместно с учеными из ИОРАН, политехниками открыт новый механизм ускорения выброса пузырькового метана из донных осадков в воду (и далее в атмосферу) за счет ледового выпахивания стамухами (большими льдинами, занесенными морским течением на мелководье), и айсбергами на внешнем шельфе морей Восточной Арктики.
«Айсберги и стамухи выпахивают морское дно, в результате чего образуются борозды, достигающие газового фронта. Размеры этих борозд достигают многих километров, при глубине выпахивания до 4-6 метров, что во многих местах сопровождается пузырьковым выбросом метана в водную толщу-атмосферу», — поясняет руководитель Международной лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ, член-корреспондент РАН Игорь Семилетов.
Он добавляет, что результаты проведенного исследования дают принципиально новое знание о механизме процессов, ответственных за изменение состояния подводной мерзлоты на Восточно-Сибирском шельфе, на котором по разным оценкам сосредоточено до 80 % и более всей подводной мерзлоты Северного полушария, под которой находятся гигантские запасы углеводородов в форме гидратов, нефти, свободного газа.
«В дальнейшем на основе этих данных будут пересмотрены и изменены подходы к изучению состояния подводной мерзлоты и его математическому моделированию, что крайне важно для снижения георисков, возникающих при проведении разведочного и промышленного бурения. Однако еще остается много нерешенных вопросов, на которые будут направлены дальнейшие исследования нашего научного коллектива», — заключает Игорь Семилетов.
Пресс-служба ТГУ