Тайны таяния

Арктика тает: лед начал стремительно исчезать даже в районах, которые долгое время считались устойчивыми к потеплению. Для России, помимо прочего, это чревато потерей арктических ледников, где скрыта летопись климата за последние 10 тысяч лет.

Ледники хранят в себе самую древнюю летопись того, что происходило на Земле тысячи лет назад. Ледник Гигйокюдль, Исландия

Фото: Cultura Creative via AFP

Греэм-Белл — самая восточная часть Земли Франца-Иосифа. Административно — это все еще Архангельская область, хотя до Северного полюса отсюда рукой подать — около 900 километров по прямой. Когда-то на Греэм-Белле была кое-какая инфраструктура: работал аэродром, располагалась военная часть. Но в 90-е и то и другое перестало функционировать, оставив на память о себе десятки тысячи бочек из-под топлива. Сейчас же интерес к этому глухому углу возрождается, и прежде всего у ученых. В 2012 году здесь прошла массовая уборка, а в 2016-м Греэм-Белл вошел в состав Национального парка «Русская Арктика», став охраняемой территорией. Потеря льда здесь, в российской зоне Арктики, за последнее десятилетие удвоилась, о чем не так давно вышло сразу несколько статей, основанных на наблюдениях со спутников.

— Российская Арктика — крупнейший район оледенения в нашей стране и один из крупнейших в мире,— говорит «Огоньку» заведующий отделом гляциологии Института географии РАН, ученый секретарь Гляциологической ассоциации Станислав Кутузов.— Ледники российской Арктики занимают порядка 52 тысяч квадратных километров, что составляет 14 процентов от площади всего льда в арктическом регионе за пределами ледникового щита Гренландии. Изучать этот регион важно, потому что он оказывает влияние на климат всей планеты, а особенно — на Северную Атлантику и на Россию.

87 процентов Земли Франца-Иосифа покрыто ледниками разной толщины — от 100 до 500 метров. Именно здесь находится идеальный с точки зрения науки ледник — купол Ветреный.

Это единственное место в Центральной Арктике, где может быть получена непрерывная запись изменений климата за последние 10 тысяч лет.

Чтобы «прочитать» ее, ученые надеются пробурить здесь ледяной панцирь и извлечь керн — ледяную трубку длиной в несколько сотен метров. Вторая столь же перспективная точка, ледниковый купол Академии наук, находится чуть восточнее — на Северной Земле.

— Чтобы всерьез изучать процессы формирования климата, нужно иметь данные на очень больших временных отрезках,— говорит Станислав Кутузов.— А инструментальная база в метеорологии появилась всего примерно 150–200 лет назад, когда возникли первые метеостанции у нас в Архангельске, в Швеции и в Норвегии. С точки зрения человеческой жизни — достаточно много, а с точки зрения изменения климата и понимания механизмов — ничтожно мало.

Ледники в этом плане для науки инструмент уникальный: по ним можно проводить особые палеоклиматические реконструкции — этакие прыжки на тысячи лет назад.

Вперед в прошлое!

Экспедиция на западном плато Эльбруса добыла лед возрастом почти 600 лет

Фото: Sarah Del Ben

Палеоклиматические реконструкции — особая методика, которая позволяет узнать, что было на Земле сотни тысяч лет назад. Для этого используются косвенные данные, например кольца деревьев, отложения на дне морей и озер, сталактиты, кораллы-долгожители, а также ледниковые керны. Как ни странно, последние летописцы оказались самыми информативными.

— Ледяной керн содержит воздушные включения, способные многое поведать о прошлом газовом составе атмосферы,— рассказывает «Огоньку» ведущий научный сотрудник Института географии РАН Владимир Михаленко.— Это можно определить по уровню содержания в пузырьках CO2 и других газов. Кроме того, это единственный источник, с помощью которого можно восстановить информацию о загрязнении воздуха за последние сотни и тысячи лет. А анализ молекул воды позволяет понять, какие температуры преобладали в тот или иной период времени. Это очень важно, потому что знание климатической истории прошлого позволяет делать предположения, что нас ждет в будущем.

Ледники стали объектом научного изучения в начале XX века, когда в европейских Альпах начали активно строить дороги, а затем и первые курорты. В ту пору ученых интересовало в основном геологическое строение этих огромных ледяных массивов, а также способы защититься от их обрушения. Но когда методы исследования усложнились, стало ясно: эти массы льда содержат уникальную информацию. По сути, ледники — это миллиарды снежинок, спрессованных временем и давлением в плотную структуру. А каждая снежинка — немой свидетель земной истории. В своих тончайших структурах они сохраняют информацию о температуре воздуха, вулканических извержениях, ядерных испытаниях, пыльных бурях и т.д. Скажем, в ледяных отложениях обоих полюсов сегодня можно увидеть след чернобыльской катастрофы и недавней аварии на «Фукусиме».

Самые крупные ледники на планете

Реконструкция климата прошлого на основе изучения ледяных кернов стала возможна благодаря датскому ученому Вилли Дансгору. В середине 1950-х он решил провести интересный эксперимент. Год был дождливым, и ученый летом день за днем собирал дождевую воду и изучал ее изотопный состав. Неожиданно он понял, что тот будет разным в зависимости от того, какая сейчас температура. После этого ученому пришла в голову гениальная мысль: если проанализировать состав древней воды, можно определить климат прошлых тысячелетий. А искать древнюю воду было естественно в ледниках, образовавшихся в предыдущие геологические эпохи: чем глубже вы погружаетесь в ледник, тем более древние пласты климата можно обнаружить. Это настоящая машина времени в отдельно взятой точке пространства.

Вилли Дансгору пришлось подождать несколько лет, пока не были отработаны технологии глубокого бурения.

— Впервые ледник (в Альпах.— «О») бурили в 1841 году,— говорит Владимир Михаленко.— Хотя керн тогда достать не удалось, это стало знаменательным событием в геологии. А первую по-настоящему серьезную скважину (глубиной в 96 метров в Антарктиде) пробурили только в 1948 году.

Это было самое начало холодной войны: СССР и США рассматривали Арктику в качестве вероятного театра военных действий. С этим связан и интерес к тому, чтобы обеспечить постоянное военное присутствие на арктических островах — Новой Земле и Земле Франца-Иосифа.

— В послевоенные годы, когда думали, что Соединенные Штаты будут воевать с Советским Союзом, у обеих стран было много изысканий, связанных с использованием ледников,— напоминает Владимир Михаленко.— В первую очередь речь об использовании ледников для посадки самолетов в качестве аэродромов, а также для захоронения отходов. Кроме того, у американцев в Гренландии была заложена площадка под названием Camp Century. Там была развернута очень большая работа и даже установлен атомный реактор.

Работы велись в рамках проекта «Ледяной червь» (Project Iceworm), который предполагал размещение в ледниках шахт для межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Военные создали внутри ледника шахту длиной 400 метров (всего предполагалось создать сеть тоннелей в 3 тысячи метров для сотен МБР) с весьма развитой инфраструктурой. Помимо ракетных шахт там были жилые помещения, дороги, кинотеатр, даже церковь. Правда, просуществовало это подземное царство лишь до 1963 года. Стало понятно, что ледник движется намного быстрее, чем предполагалось, и верхние части тоннелей стали сжиматься на 2 сантиметра в год, так что оставлять работающий реактор оказалось небезопасно.

— Однако исследования, проведенные в Гренландии в те годы, оказались очень важными с научной точки зрения,— говорит Владимир Михаленко.— Со дна подледникового тоннеля была пробурена скважина, пронзившая весь ледниковый щит до самого ложа, и получен ненарушенный керн льда. После его исследования ученые впервые получили непрерывную запись климатических изменений за последние 100 тысяч лет. Во многом это стало возможным благодаря большому прогрессу в разработке физико-химических методов анализа природных вод и появлению оборудования, способного анализировать сверхмалые концентрации растворенных веществ. С точки зрения химии ледниковая вода является ультрапресной, практически дистиллированной, и для ее изучения нужны очень тонкие технологии.

По грибы в Антарктиде

Находиться внутри многих ледников становится опасно: они разрушаются из-за потепления

Фото: robertharding via AFP

С тех пор технологии значительно продвинулись: если раньше ученым для исследования нужны были килограммы льда, то теперь хватит и нескольких миллиграммов. А специалисты из американского Университета штата Мэн разрабатывают сканер, который позволит исследовать ледяные керны, вообще не разрушая их структуру.

Так на какие же максимальные временные погружения мы можем рассчитывать?

— Сейчас многие научные группы занимаются поиском льда возрастом свыше миллиона лет,— говорит Станислав Кутузов.— А самый древний цельный ледяной керн на данный момент был получен во время предыдущей операции «Конкордии» — бурового комплекса Европейского проекта бурения льда в Антарктиде (EPICA). Он может описать климатические колебания на протяжении 800 тысяч лет. Исследование керна показывает, что каждый раз, когда на Земле наступал ледниковый период и температура падала, концентрация парниковых газов в атмосфере тоже снижалась. А когда климат снова становился теплее, одновременно увеличивался и уровень CO2 в атмосфере. Такие циклы сменяются в керне EPICA примерно каждые 100 тысяч лет.

Известно, однако, что климат Земли менялся и до изученного периода — к примеру, миллион лет назад значительно похолодало. Почему это произошло, не знает никто. Ответ скрыт где-то на глубине, поэтому охота за древним льдом — настоящая научная гонка. Помимо российских и европейских ученых в нее планируют включиться австралийцы и японцы.

При этом ученых интересует не только химический состав, но и все включения, которые попали в лед: пузырьки с древним воздухом, частички пыли, споры растений. Недавно группа ученых из Японии и США проанализировала зерна пыльцы в керне из ледяной шапки Григорьева в горах Тянь-Шаня. Они обнаружили пять различных типов пыльцы. А поскольку более глубокий лед старше, стало возможным построить достоверную картину того, как изменилась растительность в регионе за последние 220 лет.

В другом проекте исследователи из ФРГ, Дании и Швейцарии использовали лед Антарктиды, чтобы понять, сколько пыли, пыльцы, бактерий и грибковых спор находилось в атмосфере за последние 500 лет.

— Сейчас в исследованиях ледников в целом происходит настоящая революция,— говорит гляциолог Станислав Кутузов.— Пересматриваются не только хронологии, но и наши представления о географии.

Например, благодаря изучению ледниковых кернов стало понятно, что огромный Евразийский ледниковый щит, который был в 3 раза больше современной Гренландии и покрывал в последний ледниковый период всю Скандинавию, распался намного быстрее, чем думали прежде.

Более того, по историческим меркам это произошло почти мгновенно. Понимать это важно, потому что до сих пор считалось, что аналогичные современные ледниковые щиты в Антарктиде и Гренландии суперстабильны и никуда не денутся. Сейчас такой уверенности уже нет.

Памяти Окйекюдля

В августе 2019 года исландцы почтили минутой молчания исчезнувший ледник Окйекюдль

Фото: Felipe Dana, AP

Последнее десятилетие принесло специалистам, занятым изучением льда, немало тревог. Стало ясно, что ледники стремительно тают по всему миру, а значит, бесследно исчезает бесценная информация. В прошлом году в Исландии даже прошла торжественная церемония прощания с ледником Окйекюдль, который практически исчез с лица Земли в возрасте около 700 лет. Премьер-министр и министр окружающей среды Исландии поднялись по склону горы и установили там мемориальную доску с письмом для будущих поколений. Такие же опасения связаны и со вторым стремительно исчезающим ледником в этой стране — Снайфедльсйёкюдлем, который являлся отправной точкой для героев Жюля Верна, начавших свое путешествие к центру Земли в одноименном романе.

Чтобы спасти ледниковые керны для будущих поколений, которые смогут исследовать образцы более совершенными методами, был организован международный проект IceMemory, стартовавший в 2015 году. В рамках проекта предполагалось пробурить самые важные с точки зрения сохранения информации ледяные шапки мира и создать своеобразные библиотеки ледяных кернов.

В мире есть несколько подобных хранилищ, где можно «полистать» ледяную историю мира, но в основном они привязаны к конкретным научным институтам. Сегодня там хранятся тысячи метров ледяных кернов — только в Гренландии и Антарктиде было пробурено и извлечено около 30 километров льда. Впрочем, оказалось, что хранение в промышленных холодильниках весьма ненадежно. Так, в 2017-м из-за технического сбоя в крупнейшем в мире Канадском хранилище ледяных кернов (принадлежит Университету провинции Альберта) термостаты вместо охлаждения начали нагревать помещение с уникальной коллекцией льда (полторы тысячи метров керна), собранного по всей Канадской Арктике. В итоге история в буквальном смысле утекла сквозь пальцы. Как написали потом инженеры, обнаружившие аварию, помещение было больше похоже не на хранилище, а на раздевалку в бассейне: пар и много луж на полу.

В итоге научное сообщество решило, что лучше всего хранить ледяные керны в Антарктиде — в природном, так сказать, холодильнике. Для этого в нынешнем году должны были приступить к строительству подземного хранилища на этом континенте в районе станции «Конкордия», где температура держится в течение года на отметке минус 50 градусов. Однако грянувшая пандемия отодвинула начало строительства на неопределенный срок.

— Проект IceMemory первоначально предназначался для получения кернов именно в горных районах, потому что там процессы таяния идут особо активно,— говорит Станислав Кутузов.— При этом возраст льда в горах редко выходит за рамки голоцена (последние 12 тысяч лет.— «О»). Если полярные ледники отражают глобальные процессы, их большой возраст (сотни тысяч лет) влечет за собой ошибки в датировках на сотни лет, то горные ледники дают возможность определить даты с точностью до года, а то и до сезона.

При этом лед беспристрастно фиксирует буквально все изменения окружающей среды. Например, увеличение кислотности осадков в альпийских кернах в XX веке связано с выбросами диоксида серы и оксида азота при сжигании углеводородного топлива. Развитие сельского хозяйства отзывается в ледяных отложениях ростом концентрации аммония и т.д.

В рамках проекта IceMemory на сегодня получены керны с плато Коль-дю-Дом в массиве Монблана, с вершины горы Илимани в Боливии, на горе Белуха (Алтай) и на западном плато Эльбруса. Следующими точками бурения должен был стать стремительно сокращающийся африканский ледник Килиманджаро, чей возраст может достигать нескольких тысячелетий. И ледник Мера в Непале. Работа в Африке была запланирована на август 2019-го, но из-за сложностей в переговорах с правительством Танзании проект перенесли на весну 2020-го. Теперь экспедиция и вовсе застопорилась на неопределенный срок из-за пандемии.

— Получение ледниковых кернов — не такая простая задача, как кажется,— объясняет Станислав Кутузов.— Лед — это чистая питьевая вода и поэтому тоже ресурс. Из-за этого мы иногда встречаемся с препятствиями на самых разных уровнях организации экспедиций.

Сегодня мало кто помнит, что в 1950-х всерьез обсуждали проекты коммерческой транспортировки айсбергов в страны с нехваткой пресной воды. Одну из таких инициатив в 1973-м возглавил наследный принц из Саудовской Аравии. Тогда проект был оценен в 30 млн долларов и оказался неосуществим из-за технических сложностей. А сегодня о нем говорят как о перспективном бизнес-плане: миллионер из Объединенных Арабских Эмиратов Абдулла Альшехи планирует в ближайшем будущем осуществить тестовую буксировку огромного айсберга в Австралию или Южную Африку, чтобы затем привезти на родину и обеспечить население питьевой водой на пять лет.

Вмешательство ученых в жизнь ледника породило в прошлом году конфликт и в Перу. Международная экспедиция, в которой участвовали Владимир Михаленко и Станислав Кутузов, получала керны из ледника Уаскаран, который дает питьевую воду местному населению. В итоге сельчане начали проявлять агрессию, пытались заблокировать экспедиции дорогу и угрожали гляциологам. Экспедицию пришлось эвакуировать на вертолете.

— В итоге нам пришлось прервать работу почти на две недели,— рассказывает Станислав Кутузов.— И лишь после длительных переговоров с представителями местного населения удалось договориться о нормальном завершении экспедиции.

Сейчас почти 500 метров льда, полученных в Перу, находится в кернохранилище Центра полярных и климатических исследований Университета Огайо (США). Эти образцы позволяют восстановить климат тропиков в Южной Америке за последние 20 тысяч лет, а это шанс узнать историю пожаров в Амазонии и определить периодичность событий Эль-Ниньо (речь о «приходах» и «уходах» феномена, который влияет на климат Земли).

Лед отечества

Лед из глубины ледников содержит в себе многочисленные пузырьки древнего воздуха. На фото — гляциолог Станислав Кутузов

Фото: Sarah Del Ben

В России участники проекта IceMemory получали ледниковые керны на Алтае и на Эльбрусе.

— На Кавказе для бурения подходит западное плато Эльбруса, где полностью отсутствует таяние,— рассказывает Владимир Михаленко.— Это единственное подобное место в Европе, поэтому данные по Эльбрусу в этом отношении уникальны.Ученые пробурили керн на глубину 180 метров. Возраст льда в этой точке оценивается примерно в 500–600 лет. Но на Эльбрусе есть другое место, где, как ожидается, можно выйти на слои льда возрастом до 2 тысяч лет. Повторная экспедиция, которая попробует их найти, запланирована на август этого года в рамках гранта Российского научного фонда.

А уже полученные образцы с Эльбруса в особом рефрижераторе были доставлены в Москву и сейчас хранятся в холодильнике Института географии в Москве. К этому времени его уже должны были отправить на хранение в Антарктиду, но и тут пандемия смешала карты. Так что ученые круглосуточно следят за датчиками, чтобы заветная температура не поднялась выше минус 20 градусов.

— Если говорить о российских ледниках, то сегодня драматичнее всего обстоят дела в Арктике,— считает Станислав Кутузов.— Здесь температура воздуха меняется в 2 раза быстрее, чем в среднем по планете. В 2018-м, например, в Центральной Арктике было на 6 градусов теплее, чем обычно. А у нас остро не хватает данных по этому региону.

Последние масштабные исследования Институт географии РАН проводил на Земле Франца-Иосифа, на Северной Земле и на Шпицбергене в 1980–1990-е годы. Тогда были получены керны, которые позволили проследить климатические изменения за последние 900 лет. Но здесь, как предполагается, можно узнать информацию и о более раннем периоде — до 3 тысяч лет и даже больше. Проблема в том, что у России, увы, сейчас нет возможностей — ни технических, ни финансовых — для того, чтобы проводить работы в своей части Арктики своими силами, без международной поддержки. Это тем более обидно, что другие страны исследуют свои секторы чрезвычайно активно.

— Для этого нужно не только желание ученых, но и политическая воля, ведь работы приходится проводить в непосредственной близости от границ и военных объектов,— говорит Станислав Кутузов из Института географии РАН.— Нам необходимо продолжать свои национальные проекты — это ведь не только научный престиж страны, но и сохранение уникальной научной школы, связанной с бурением в сложных условиях, которая еще осталась в России. Если мы сейчас не привлечем молодых ученых, нам в скором времени придется полагаться лишь на опыт зарубежных коллег. Ну а самое главное — исследование Арктики — это всегда интересно и неожиданно. Просто потому, что там до сих пор остались белые пятна и есть шанс совершать открытия.