Вечная мерзлота

Во времена последнего ледникового периода, завершившегося примерно 11 тысяч лет назад, часть верхнего слоя земной коры основательно промерзла и превратилась в ледяной «бетон». Летом за Полярным кругом он оттаивает лишь частично — на глубину до одного метра.

ЦИФРЫ И ФАКТЫ О ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Горные породы называют вечной мерзлотой, если их температура отрицательна хотя бы 2-3 года. Многие участки остаются замерзшими сотни и даже тысячи лет.

Научное название не тающих толщ – многолетнемерзлые породы. Но в 1927 году основатель школы советских мерзлотоведов Михаил Сумгин впервые использовал термин «вечная мерзлота» в научной статье. Словосочетание прижилось – и произносить легче, и звучит красиво.

В России 65% территории — это вечная мерзлота. Ею охвачены регионы от Европейского Севера до Дальнего Востока. Почему же в Якутске растут высокие сосны с длинными корнями, а не мхи и карликовые березки, как в Арктике?

Типичная растительность территории с вечной мерзлотой.

Если эскимос и якутянин — каждый в своих регионах — одновременно и с равным усердием начнут копать в глубину до первого звонкого удара о ледяную почву, эскимос будет махать лопатой намного меньше, чем житель Якутска. За Полярным кругом верхняя граница вечной мерзлоты находится ближе к поверхности, а толщина ее гораздо больше, чем на юге.

Но самую мощную мерзлоту толщиной в 1,5 километра геологи раскопали в центральной части Среднесибирского плоскогорья, а не в Арктике. Дело в том, что у горных пород Среднесибирского плоскогорья низкая способность передавать тепло из глубин Земли. На каждые 100 метров высоты над уровнем моря температура воздуха понижается на 0,6 градуса, а плоскогорье возвышается над уровнем моря в среднем на полкилометра. По этой же причине даже в жаркой центральной Африке, на вершине Килиманджаро есть шапка вечного снега.

ЧТО МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ ИЗ-ЗА ОТТАИВАНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ?

Биологи обожают почвы, замерзшие тысячи лет назад, за найденных в них мамонтов, шерстистых носорогов и плейстоценовых лошадей, законсервированных в холодной бескислородной среде в том виде, в каком отошли в мир иной. Ископаемые животные сохраняются настолько хорошо, что порой становятся деликатесом для случайно раскопавших их песцов и собак.

Мамонт не является предком слона. На самом деле, это две параллельные ветки, идущие от общего предка. У шерстистого носорога был жировой горб, как у современных верблюдов. Фото: Istock

Крупные млекопитающие оказываются замурованными в вечной мерзлоте уже после гибели. Другое дело — микроорганизмы.

В обычной почве микробы поедают остатки погибших растений, перерабатывают их в удобрения для живых растений и выделяют углекислый газ и метан. Углекислый газ из почвы попадает в воздух, где его «вдыхают» листья растений.

В листьях углекислый газ встречается с водой, которую впитали корни растения, между ними случается химия, и они превращаются в глюкозу и кислород. Кислород возвращается в атмосферу, а углерод в составе глюкозы и более сложных органических веществ накапливается в частях растения, которым однажды предстоит стать кормом для почвенных микробов. Так замыкается круговорот углерода в природе.

В мерзлых породах микробы ведут себя, как некоторые жители больших городов на островах в Азии: замедляются и «чистят» организм, добровольно лишая себя на время калорийной еды.

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в замороженных запасах органики в мерзлоте — около 1600 миллиардов тонн углерода — больше, чем во всех тропических лесах и разведанных запасах нефти! При глобальном таянии мерзлоты миллионы отдохнувших и голодных бактерий одновременно набросятся на гигантское количество пищи.

Эмиссия углерода в атмосферу после такой трапезы может достичь порядка 10 миллиардов тонн в год — столько же сейчас выпускают все антропогенные источники планеты, а значит, мировые выбросы парниковых газов могут удвоиться.

ЧЕМ ЕЩЕ ГРОЗИТ ТАЯНИЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ?

• «Взрывы» природного газа. Под слоем замерзшего грунта, как под тяжелой крышкой пароварки, залегает природный газ под давлением. Если крышка из мерзлых пород истончится, газ мощной струей прорвется на поверхность, и безмятежные просторы тундры станут опасным для всего живого минным полем.

• Древние вирусы. Кладбище домашних животных — оленей, погибших от сибирской язвы и других заболеваний, содержит множество неизвестных для человека вирусов. Если консервирующая их мерзлота растает, возможно, коронавирус покажется не таким уж и страшным.

• Крах оленеводства. Сытные ягельные пастбища без вечной мерзлоты превратятся в топкие болота. Оленеводство серьезно пострадает, и жителям Крайнего Севера придется сменить традиционный промысел.

Жилище кочующих народов, занимающихся оленеводством.

ЕСТЬ ЛИ ПЛЮСЫ?

• Сельское хозяйство. В незамерзшей почве накапливается гумус – удобрение для растений. Чем его больше, тем почва чернее и плодороднее. Если вечная мерзлота продолжит таять, со временем в России появится больше земель, не испорченных химическими удобрениями и подходящих для выращивания пшеницы и других культур. Произойдет это, однако, нескоро.

• Новые «легкие» планеты. В социальных сетях будущего наши потомки, очень вероятно, будут выкладывать фотографии на фоне мощной стены из деревьев с геолокацией в тундре. Арктика может превратиться в тайгу через много лет после того, как исчезнет вечная мерзлота. Тогда на Земле появится больше источников кислорода.

НАСКОЛЬКО ВЕРОЯТНО МАСШТАБНОЕ ОТТАИВАНИЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ?

Специалисты Росгидромета отмечают: за последние 10 лет средняя температура воздуха на арктическом побережье выросла на 0,6 — 0,8 градусов по Цельсию. Для сравнения, в двадцатом веке атмосфера в северных регионах нагрелась на один градус за 100 лет.

Вместе с температурой растет и количество осадков. Снег — хороший теплоизолятор. Чем сугробы выше, тем меньше промерзает почва зимой и тем выше ее температура.

По данным Глобальной научной сети наблюдений за вечной мерзлотой (Global Terrestrial Network for Permafrost) и организации Greenpeace, с 1970-80-х годов температура верхнего слоя мерзлоты выросла в среднем на 1,5-3 градуса по Цельсию. Летом почва оттаивает сильнее, а зимой промерзает на меньшую глубину. В южных районах мерзлота и вовсе начинает исчезать.

КАК СОХРАНИТЬ ВЕЧНУЮ МЕРЗЛОТУ?

Человечество перестало игнорировать глобальное потепление, ускоряющее таяние вечной мерзлоты. Крупные государственные и частные компании получают ежегодные нормы по выбросам парниковых газов и платят миллионные штрафы за их нарушение.

Чистота репутации, а значит, и доходы предприятий теперь напрямую зависят от качества воздуха, воды и почв вокруг них. На экологическую повестку и природоохранные технологии уходит немалая часть бюджета компаний, желающих сохранить влияние на рынке экологичного будущего.

Мониторинг вечной мерзлоты на месторождении. Фото: «Газпром нефть»

Состояние самой мерзлоты оценивают постоянно: дистанционно — с помощью спутников и беспилотников-, а также напрямую измеряют ее температуру термокосами — «гирляндами» из датчиков, опускаемых в глубокие скважины. Если температура вечной мерзлоты начнет угрожающе расти, грунтовые основания сооружений можно подморозить с помощью трубок с хладагентом. Всю площадь Арктики ими не усеешь, однако своевременно сохранить дома и инженерные конструкции от разрушений из-за проседания грунта — вполне реально.

Есть и более простые, но оригинальные и действенные методы сохранения вечной мерзлоты. Один из них — расширить площадь северных зимних пастбищ.

Когда животные ищут пропитание, они топчутся по снегу, сокращая его толщину. Чем она меньше, тем лучше промерзает почва зимой. По расчетам ученых из Гамбургского университета и Плейстоценового парка (заказник для расселения животных в Якутии), арктические выпасы помогут сохранить до 80% мерзлоты в Северном полушарии.

Зимой олени в Арктике едят только ягель. Найти его непросто, а потому животные вытаптывают огромные площади, что положительно сказывается на состоянии вечной мерзлоты.

Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала Энергия+

Вместе с геологом и геофизиком выясняем, как огромный кусок современного севера перемещался по земному шару, когда на его территории росли тропические деревья, и к чему это в итоге привело.

Путешественник приезжает в тундру и надевает очки с технологией дополненной реальности. Он хочет увидеть, что было на территории Арктики во времена, когда на Земле еще не существовало людей, млекопитающих, динозавров и первых растений.

Возможно, наш путешественник испытает легкое головокружение и даже приступ морской болезни, ведь AR-очки покажут ему бескрайний океан вместо привычной ледяной тверди. «Где же суша?» — спросит он и удивится, услышав ответ: 750 миллионов лет назад половина Арктики — справа от острова Новая Земля — была частью Западной Сибири и располагалась ближе к умеренным широтам. Другая половина плавала в теплых водах океана очень далеко от севера.

ОТКУДА ВЗЯЛАСЬ АРКТИКА?

Переехав в другой регион, люди могут приспособиться к новому климату, перенять привычки местного населения и даже выучить диалекты. Но внезапно проскочивший в речи «поребрик» вместо «бордюра» тут же выдаст коренного петербуржца. Горные породы тоже могут проговориться о месте своего истинного рождения — их выдает меняющееся магнитное поле Земли.

Некоторые минералы, составляющие горные породы, содержат железо. Когда такие породы формируются, магнитное поле Земли влияет на них так же сильно, как руки скульптора на незастывшую глину.

Александр Буторин, геофизик, руководитель по развитию дисциплины «Сейсморазведка» в Научно-техническом центре «Газпром нефти» — знает, как провести «УЗИ» целой планете и, изучив горные породы, заглянуть в ее прошлое

«Отпечаток этого воздействия — остаточная намагниченность, которую можно измерить — не исчезает даже спустя сотни миллионов лет. Но кое-что за это время меняется и не раз — само магнитное поле Земли. Сопоставляя остаточную намагниченность ископаемого минерала с картами древних магнитных полей планеты, мы находим перемещения горных пород в далеком прошлом», — поясняет Александр.

Хитрость с магнитными полями помогла установить, что 750 миллионов лет назад восточная часть Арктики откололась от древнего суперконтинента Родиния, развалилась на фрагменты и начала дрейфовать вдоль экватора. Довольно долго обломки Родинии и куски древней Арктики отдалялись друг от друга, но 250 миллионов лет назад все же одумались и собрались в новый суперконтинент — Пангею. Фрагменты будущей Арктики сложились при этом в новой конфигурации.

Великое примирение континентов было на руку доминирующему в то время виду животных — динозаврам. Благодаря образованию Пангеи они расселились практически по всей суше, в том числе по территории современной Арктики.

ОТКУДА В АРКТИКЕ УГЛЕВОДОРОДЫ?

«Восточная» Арктика во время своего заплыва копила в толщах органику — сначала погибший планктон, затем останки ископаемых тропических растений и животных. Постепенно часть континентальных пластов начала превращаться в то, что геологи называют нефтематеринской породой.

Перегнившая органика покрывалась слоями осадочных пород и опускалась все ниже, достигая нужной для образования нефти и газа глубины — около полутора километров. Арктике не хватало лишь двух важных вещей, чтобы в будущем люди пришли туда за энергией, — коллектора и ловушки.

Кроме залежей органического вещества, в нефтеносных породах должны образоваться коллектор и ловушка.

Мария Кунцевич, геолог, эксперт в Научно-Техническом Центре «Газпром нефти», — смотрит на Землю как на торт «Наполеон» и знает все о ее слоях.

«Коллектор — это пористая порода для «хранения» жидких углеводородов, напоминающая губку. Ловушка — это пространство между непористыми твердыми пластами, не дающими нефти перемещаться по коллектору. Ловушки формируются во время глобальных горизонтальных скольжений тектонических плит и удерживают углеводороды в месторождении», — расшифровывает термины Мария.

Обстоятельства сложились удачно. Нефтематеринская порода и коллектор Арктики образовались и опустились на нужную глубину до того, как Пангея решила повторить судьбу Родинии и запустился глобальный процесс передвижения тектонических плит.

Арктика с запасом будущего топлива вышла из состава Пангеи, снова раскололась на части и прибыла на привычное нам место. Это случилось за 100 миллионов лет до того, как образовались нефтяные ловушки. Правда, перед тем как завернуться в привычную нам пушистую шубу из снега, Арктике пришлось попотеть.

ГОРЯЧО-ХОЛОДНО В ИСТОРИИ АРКТИКИ

Понять, какой климат был на планете сотни миллионов лет назад, помогает изучение минералов, наблюдение за современной фауной и изотопный анализ ископаемых материалов.

• Условия образования минералов одинаковы в любую эпоху — так же, как нерушимы законы физики. Если сегодня зеленая глина (глауконит) образуется в воде при температуре ниже плюс 15 градусов по Цельсию, то и миллионы лет назад она не могла появиться в тропиках. Поэтому зеленые вкрапления в ископаемых горных породах свидетельствуют об умеренном климате во времена их образования.

• Давно живущие на Земле виды животных, как и люди преклонного возраста, неохотно меняют свои привычки. Обитатели рифов предпочитают плавать в теплой и чистой воде. Напротив, креветки и толстостенные моллюски спокойно относятся к студеным морям. Достаточно определить возраст древних предков этих видов, чтобы понять, какая «погода» была в данном регионе во времена их жизни.

• Когда климат был суровым, водоемы покрывались ледяными корками, не пропускающими воздух в глубины. Живым организмам приходилось использовать кислород из молекул еще не замерзшей воды. В ней было больше тяжелых изотопов кислорода, так как вода с легкими изотопами замерзает первой — при более высокой температуре. Поэтому моллюски, жившие в холодные эпохи, накапливали в своих раковинах больше тяжелого изотопа кислорода.

Фото: pixabay.com

Совсем недавно по геологическим меркам — 50 миллионов лет назад — за полярным кругом росли пальмы и ореховые деревья, а в январе температура не опускалась ниже 8 градусов по Цельсию. Арктика в полном территориальном составе уже присутствовала на севере и здесь застала самые высокие температуры на Земле за последние полмиллиарда лет.

Аномальную жару ученые объясняют огромной концентрацией углекислого газа в атмосфере — следствием бурной вулканической активности тех времен. Когда вулканы перестали массово извергаться, уровень парниковых газов сократился в пять раз. Наступила и продолжается по сей день самая холодная эпоха за всю историю нашей планеты.

Сейчас Арктика кажется заснеженной пустыней. Но ее путешествия по экваториальным широтам, горячая молодость и тектонические скольжения плит не прошли бесследно. По данным Минприроды, российские арктические запасы нефти измеряются миллиардами тонн, а запасы газа — триллионами кубических метров, чего хватит на десятки и даже сотни лет.

Сейчас Арктика будто отдыхает под толстым пледом из вечной мерзлоты и снега, но мы-то знаем, что когда-то она была очень горячей и весьма активной.

Согласны с написанным? Или ваше мнение отличается от мнения редакции? Оставляйте свои комментарии - нам важно знать, что вы думаете.

Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала:
https://e-plus.media/

Семь вирусов из сибирской вечной мерзлоты были возрождены и воспроизвели себя в лаборатории, в том числе самый старый из возрожденных до сих пор.

Источник: https://www.newscientist.com/article/2347934-a-48500-year-ol...