О чем рассказывают льды. "В мире науки" №7, 2020

На Земле есть образования, которые буквально запечатывают информацию о прошлом нашей планеты и хранят ее долгие годы. Ледяной керн, добытый на Северном полюсе, может многое рассказать о составе атмосферы или температуре в тот или иной период. О работе гляциологов, экспедициях в суровых условиях и самых красивых объектах на Земле — наша беседа со Станиславом Сергеевичем Кутузовым, кандидатом географических наук, заведующим отделом гляциологии Института географии РАН, вице-президентом Международной ассоциации криосферных наук (International Association of Cryospheric Sciences, IACS).

— Станислав Сергеевич, чем занимается современная гляциология?

— Гляциология — это наука о природных льдах на поверхности Земли, в атмосфере и других оболочках. Это достаточно молодая наука, но при этом бурно развивающаяся. Как и многие другие науки, она претерпевает революцию методов, которая связана с массовым распространением данных дистанционного и спутникового зондирования.

Причиной бурного развития гляциологии стали климатические изменения. Здесь гляциология находится на передовой исследований, поскольку ледники, снежный покров и другие элементы криосферы меняются очень быстро. Наблюдение за ними крайне важно для понимания внутренних процессов. Это позволяет специалистам строить правильные модели происходящих изменений и влияния на другие оболочки планеты — например, на рост уровня Мирового океана или на речной сток. Любой ледник или снежный покров — это вода в замерзшем виде. Соответственно, от того, как быстро ледники или снежный покров будут таять, зависят благополучие и безопасность человечества.

— О чем могут рассказать специалисту- гляциологу те или иные виды льдов?

— В гляциологии существует целый ряд разных научных направлений. Кто-то занимается анализом процессов накопления или расхода вещества, то есть таяния льдов, а есть специалисты, которые применяют методы палеоклиматологии. Ледники 

ежегодно накапливают снег. Для гляциологов это ценная историческая информация. Путем бурения мы добываем эту информацию из недр ледника.

Ледяной керн может рассказать о составе атмосферы, а изотопный анализ снега — какая была температура в тот или иной период. По сути, анализ ледников позволяет, пусть и косвенно, реконструировать климат.

Кроме того, продолжаются исследования, связанные с течением ледников, со свойствами природных льдов. Сегодня специалисты пытаются понять, как функционируют эти объекты.

— В гляциологии есть классическое разделение на специалистов-теоретиков и специалистов-практиков?

— И да, и нет. Конечно, специалистов- гляциологов готовят в университетах. Однако зачастую в гляциологии применяется набор методов из других наук. Речь идет о методах химических исследований, физическом моделировании, структурной гляциологии, о массовом использовании геоинформационных технологий, данных дистанционного зондирования, картографии и многих других.

Безусловно, крайне важно знать свой объект исследования. Любые данные спутникового зондирования должны быть верифицированы наблюдением. Поэтому истинные гляциологи — это специалисты, работающие в поле, то есть непосредственно на ледниках, о характеристиках которых они знают все.

— Чем гляциологи занимаются во время экспедиций? Какое оборудование используют? Как собирают и обрабатывают данные?

— Наш отдел в Институте географии РАН, например, занимается изучением ледников. Их можно увидеть в горах и полярных районах. Это совершенно разного рода экспедиции, но так или иначе все они связаны с суровыми условиями.

Высокогорные экспедиции предполагают работу на большой высоте, сложный процесс поставки оборудования, установку различных приборов от метеостанции до техники для бурения и т.д.

В полярных районах работать еще сложнее, особенно с точки зрения логистики. Здесь требуется еще больше разного оборудования. К тому же необходимо поддерживать удаленные станции, такие как российская антарктическая станция «Восток», на которой постоянно работают люди.

Помимо льда большой интерес для гляциологов представляет снежный покров. Специалисты проводят снегомерные работы, исследуют лавины и наблюдают за покровом морского льда в Арктике. Каждая экспедиция по-своему уникальна с точки зрения задач.

Специалисты нашего отдела чаще работают именно в горах. Где-то удается использовать транспорт, вертолеты, а иногда грузы приходится доставлять с помощью мулов или носильщиков.

Чем выше нам удастся подняться, тем будет лучше лед для анализа. Талая вода вымывает важную информацию. Недавно мы побывали в Перу на высоте 6768 м. Настоящий альпинизм. При этом важно собрать нужные образцы в целости.

— Какова средняя продолжительность экспедиций?

Если говорить о тех экспедициях, в которых участвуем мы, то, как правило, они занимают от недели до трех месяцев. Непосредственная работа на леднике и бурение длятся около двух недель. Но до места нужно добраться, и это не всегда легко.

Если говорить о работах в Антарктиде, то летний сезон продолжается несколько месяцев. А зимовки — до полутора лет.

— Есть ли разница между льдами на Южном и Северном полюсах?

— Льды формируются по-разному. Это зависит от того, как замерзала вода. Ледники, например, образуются без участия талой воды. Такой лед называется рекристаллизационным. В суровых холодных условиях снег постепенно спрессовывается, превращаясь в фирн. Затем воздушные поры замыкаются и на глубине 70-80 м образуется уже классический для нас лед.

В умеренных широтах, где периодически случаются оттепели, снег сразу превращается в лед из-за таяния и последующего замерзания.

Кроме того, в зимнее время мы видим лед на поверхности водоемов — так называемый конжеляционный лед.

На Северном и Южном полюсах лед действительно различается. На Северном преобладает морской лед, а на Южном — классический рекристаллизационный.

— Много ли в мире специалистов-гляциологов?

— Ответ на этот вопрос во многом связан с тем, кто себя считает гляциологом, а кто химиком, исследующим ледники, или картографом, который в том числе занимается изучением ледяного покрова. В целом это сообщество достаточно большое — около 1 тыс. человек. В России таких специалистов больше 100. В конференциях, как правило, принимают участие около 200 человек. Конечно, по сравнению с другими научными сообществами из области физики или химии специалистов-гляциоло- гов не так много. Но исследования проводятся достаточно активно. Наш сотрудник А.Ф. Глазовский выпускает газету «Еженедельная гляциология», или Glaciology Weekly. Каждую неделю в ней публикуется около 20-30 новостей о новых исследованиях по нашей тематике.

— Над чем вы сейчас работаете? Какие задачи решает ваш отдел в Институте географии РАН?

— В первую очередь, отдел занимается изучением реакции ледников на изменения климата. Исследование ведется в нескольких направлениях. В частности, это традиционные прямые измерения баланса массы ледников, которые проводятся ежегодно. В прошлом году совместно с Томским государственным университетом нам удалось восстановить ряд важных наблюдений на леднике Левый Актру на Алтае, которые были приостановлены в 2012 г. Сегодня мы пытаемся привлечь к этой работе и студентов, чтобы создать новую школу гляциологии в ТГУ. Помимо этого мы проводим наблюдения на леднике Гарабаши на Кавказе. Некоторые изменения оцениваются дистанционными методами. Благодаря этой работе создаются новые каталоги ледников в нашей стране.

Я сам принимаю участие в исследовании ледниковых кернов. Это очень интересное направление, словно ты вовлечен в настоящее детективное расследование, пытаясь узнать, что же было раньше. Анализируя каждый слой, вы постепенно восстанавливаете историю этого места, того, как менялся климат, и т.д.

Моя тема исследования связана с переносом пыли. Оказалось, что на Кавказ пыль приходит из пустынь Ближнего Востока и Северной Африки. Исследуя лед Эльбруса на высоте 5 тыс. м, мы можем узнать, как менялись климат и природные условия Ближнего Востока и Африки.

Сегодня одно из важных направлений связано с геофизическими исследованиями. До сих пор не решен вопрос о том, сколько всего льда на нашей планете. А каков рельеф подледного ложа конкретных ледников? На эти вопросы мы пытаемся найти ответы с помощью радаров и уже измерили толщину льда в разных районах: на Кавказе, в Перу, в Тибете, Арктике и Антарктиде.

Активно развиваются направления математического моделирования и палеоклимата. Специалисты занимаются датировкой морен. Морены образуются в результате движения ледников. Это смесь обломочного материала — от гигантских глыб, имеющих до нескольких сотен метров в поперечнике, до глинистого материала, образованного в результате перетирания обломков при движении ледника. Датировка морен позволяет восстанавливать прошлое ледника.

— А что насчет будущего? Могут ли характеристики льда рассказать специалисту, что будет дальше?

Все палеоклиматические реконструкции нацелены на то, чтобы улучшить наши климатические модели. Сложность в том, что мы имеем дело с коротким периодом наблюдений — порядка 100 лет. При этом период спутниковых наблюдений еще меньше. Проводя аналогии, выделяя связи, мы восстанавливаем крупицы информации, которые потом используем в математических моделях. Затем модели проверяются с помощью анализа ледяных кернов.

— Существует несколько точек зрения на изменение климата. Кто-то считает, что имеет место естественный процесс, а кто-то уверен, что на климат влияет антропогенный фактор. Что могут сказать гляциологи?

Безусловно, именно мы первыми видим, как меняется климат. Каждый год, приезжая на объекты, мы сразу замечаем, насколько быстро, например, происходит деградация оледенения в горах Кавказа, Алтая и других местах.

Темпы изменения площади, объема, потери массы ледников сегодня самые быстрые за всю историю наблюдений. За некоторые колебания действительно ответственны природные циклы. Но в целом наблюдения указывают на то, что такие ускоренные темпы таяния не объясняются влиянием только природного фактора.

Между тем нельзя просто сопоставить графики температуры и таяния льдов. Формирование ледников — сложный процесс. Необходимо учитывать энергетический баланс, тепловой баланс, который зависит и от радиации, и от альбедо поверхности или отражающей способности. Здесь множество обратных связей и зависимостей.

Например, если снег тает быстрее из- за солнечной радиации, то открывается поверхность льда. Лед намного темнее, соответственно, таяние происходит еще интенсивнее. При изменении угла наклона лед начинает быстрее течь и т. д.

Разумеется, климатологи и гляциологи предпринимали попытки проанализировать процесс таяния ледников и оценить влияние человека. Модели показывают, что современное состояние ледников, которые тают повсеместно, нельзя объяснить естественными причинами. Непосредственное влияние человеческой деятельности вносит значительный вклад в этот процесс.

Однако связать таяние конкретного ледника с антропогенным фактором действительно сложно. Конечно, если речь не идет о добыче полезных ископаемых рядом с ледниками. Например, на высокогорном золоторудном месторождении Кумтор в Киргизии ледник был физически удален. На те ледники, которые не были затронуты механическими воздействием, влияние добычи полезных ископаемых незначительно или полностью отсутствует. При этом они все равно сокращаются.

Ледники — это продукт климата. Баланс массы ледника зависит от соотношения аккумуляции и таяния, то есть фактически от количества зимних осадков и температуры воздуха. Это те показатели, которые мы можем измерить. На репрезентативных ледниках измерения проводят очень тщательно. В большинстве горных районов осадки меняются слабо или не меняются вовсе. Но даже незначительный рост не может компенсировать усилившегося таяния ледников за счет повышения температуры.

В ряде районов существуют и свои дополнительные факторы, которые влияют на процесс таяния. Например, на Кавказе и в Альпах возрастает уровень приходящей солнечной радиации за счет сокращения облачности в летний период. А это еще сильнее усиливает таяние.

Полученные данные, в том числе собранные благодаря спутниковому зондированию, говорят о том, что во всех крупных  горных районах мира ледники теряют массу. Хотя и здесь есть некоторые аномалии. Известно, что ледники в горах Каракорума и Куньлуня не только не теряют массу, но даже постепенно увеличиваются в размерах. Считается, что «каракорумская аномалия» связана с изменением облачности и увеличением осадков. К тому же речь идет о достаточно больших высотах. Сейчас этот регион активно изучают. Однако даже в случае Каракорума прогнозы неутешительные: к концу века многие из ледников ждет полное исчезновение.

— Чем это чревато?

— Все мы знаем, что ледники — это источники воды. Основной вклад в прирост уровня океана происходит за счет таяния ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды. Все остальные ледники, включая небольшие горные, содержат чуть больше 30 см слоя воды. Может показаться, что это не так много, но уже сегодня горные ледники за счет быстрого таяния вносят ощутимый вклад в повышение уровня Мирового океана, сравнимый с Гренландией.

Для предгорных районов основные последствия также связаны с водой. Ледники представляют собой естественные водные резервуары. Они накапливают воду, задерживают ее и в течение теплого сухого периода отдают. Для регионов с сухим и жарким климатом (тропические Анды, Боливия, Перу, Средняя Азия и др.) ледники — это главный источник воды, в том числе для крупных городов.

На взгляд обывателя может показаться, что если ледники тают быстрее, то воды становится больше. Однако в какой-то момент площадь ледников уменьшится настолько, что ледниковый сток практически исчезнет. Речь идет о так называемом пике стока. И во многих горных районах он уже пройден.

Нельзя не упомянуть экономические последствия, особенно в сфере горнолыжного туризма. Уже сейчас в Приэльбрусье канатные дороги строят все выше, а трассы расширяются. За последние 20 лет объем ледников здесь сократился на 23%. Сокращение продолжительности горнолыжного сезона принесет серьезные убытки.

Глобальные проблемы связаны с таянием ледников Антарктиды, Гренландии. Как я уже сказал, это приведет к росту Мирового океана. Ранее считалось, что ледниковые шапки достаточно стабильны, а их таяние занимает сотни и тысяч лет даже при условии роста температуры. Однако последние исследования говорят о том, что эта стабильность серьезно нарушена. В отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) эта тематика рассматривается в качестве проблемы устойчивости западного арктического щита, который фактически представляет собой нематериковый щит. Ведь в данном случае большая часть континента находится под водой. При усиливающемся таянии и отколе больших айсбергов, то есть распаде шельфовых ледников, встает вопрос о стабильности. Если распад продолжится, то уровень океана будет расти быстрее. Согласно худшему сценарию, к концу XXI в. уровень Мирового океана вырастет на 80 см, а в течение ближайших столетий — до 2,5-5 м.

Консенсус по поводу причин резкого изменения климата достигнут. Однако остались вопросы о механизмах, обратных связях, внутренней изменчивости климатической системы. Мы еще многого не знаем о прошлых климатических изменениях, и пока данных недостаточно. Тем не менее математические модели указывают на то, что климатические изменения не могут быть объяснены естественными причинами. И процесс ускоряется.

— Анализируя ледниковые керны, замечаете ли вы последствия загрязнения атмосферы?

— Да, конечно. Например, керн с Эльбруса сильно отличается от керна, полученного в Альпах. Дело в том, что на Эльбрус попадает загрязнение не только из стран Западной Европы, но и со стороны Восточной Европы, Ближнего Востока и юга России. Особенности заметны сразу. В Альпах отчетливо видны изменения, связанные с тем, что в 80-х гг. ХХ в. в Европе были приняты законы по снижению выбросов сульфатов. Непосредственное изучение льда стало доказательством эффективности этих мер. На Эльбрусе же резкого снижения уровня загрязнения сульфатом не наблюдается, что связано с менее жесткими экологическими требованиями в странах-эмитентах.

Недавно совместно с итальянскими коллегами мы опубликовали статью о новых типах загрязнителей — полициклических ароматических углеводородах (ПАУ). В статье также была отражена история развития промышленности в советское и постсоветское время. Возможно, звучит удивительно, но на керне четко отражены периоды застоя, распада СССР и резкого роста содержания веществ после 2000-х гг. Ледники — это независимый архив информации. И если данные в национальных каталогах эмиссий можно подделать, в ледниках хранится достоверная информация не только об истории климата, но и о загрязнениях атмосферы.

— Как связана деградация вечной мерзлоты с таянием ледников?

— И вечная мерзлота, и ледники представляют собой элементы криосферы, которые реагируют на изменение климата. Многолетнемерзлые породы также реагируют на повышение температуры воздуха, происходит отепление толщи и увеличение слоя сезонного оттаивания. Для России деградация вечной мерзлоты связана с большими рисками. Известно, что гигантская территория нашей страны занята вечной мерзлотой. Инфраструктура на этих территориях построена по принципу сохранения мерзлоты и использования ее в качестве фундамента.

Многие бьют тревогу, считая, что города, построенные на вечной мерзлоте, буквально завтра начнут разрушаться. Это не совсем верно. Инфраструктура построена человеком, следовательно, существуют правила строительства и эксплуатации, процедуры по искусственному охлаждению свайных фундаментов, поддержке мостов и т.д. Конечно, эти процедуры требуют средств, проведения соответствующего мониторинга. Пусть этот процесс не мгновенный, но он уже запущен. Если ничего не делать, потом действительно будет поздно, а восстанавливать придется за еще бшьшие деньги.

— Какие меры нужно принять уже сегодня, чтобы замедлить процесс?

— Меры, предложенные научным сообществом, уже инициированы. Необходимо запустить два параллельных процесса — снижение выбросов и недопущение худшего сценария, а также создание механизмов адаптации к неизбежным изменениям.

Вот лишь несколько примеров возможных адаптационных мер. Необходимо разрабатывать новые правила строительства и мониторинга сооружений, построенных на вечной мерзлоте. В горах должна развиваться система раннего предупреждения опасных процессов. Нужна совместная работа ученых и муниципальных властей, которая позволит своевременно принять верные решения до трагедии, а не после нее. Остановить потепление с завтрашнего дня нам не под силу. Но есть целый ряд мер, которые позволят уменьшить негативные последствия. Однако решения, которые дадут возможность не допустить худшего сценария, должны принимать не ученые, а политики.

— Что нужно знать молодому человеку, который решит стать гляциологом?

— Я выбрал эту сферу, потому что объекты моих наблюдений безумно красивые. На мой взгляд, ледники — одни из самых живописных объектов на Земле. И если у вас есть жилка исследователя, тяга к знаниям и неизведанному, то гляциология — отличный выбор. Вас ждут не только работа в лаборатории и научная деятельность, но и интересные экспедиции, возможность посмотреть на ледники из космоса и многое другое.

Кстати, совсем недавно появилось новое направление — космическая гляциология. Ведь ледники есть не только на нашей планете. Я помню анекдотическую ситуацию, когда появилась фотография Марса со слоями марсианского льда. Коллеги из лаборатории по изучению кернов шутили: «Следующая точка бурения будет на Марсе».

Я уверен, что гляциология продолжит развиваться и дальше. В этой сфере можно построить отличную карьеру.

■

Беседовала Анастасия Пензина

Фото на превью: Лаврентьев И.И. (предоставлено С. Кутузовым)