В нынешнем сезоне на российскую научную станцию «Восток», расположенную на Белом континенте, отправится максимальное с советских времён число учёных – сразу 12 человек, семеро из которых представляют Санкт-Петербургский горный университет. «Форпост» попросил ректора вуза Владимира Литвиненко рассказать о том, какие задачи стоят перед полярниками, а также пояснить, действительно ли исследования, проводимые в самом холодном месте на Земле, могут помочь человечеству сократить углеродный след.
- Владимир Стефанович, сотрудники Горного университета вот уже более 50 лет ежегодно отправляются в Антарктиду. Зачем это нужно университету? Почему Вы уделяете этому столько внимания?
- Научная станция «Восток» была основана в 1957 году, во время второй советской антарктической экспедиции. Перед учёными тогда стояло сразу несколько задач - оценить резервы питьевой воды на материке, провести геофизические и гляциологические изыскания. Разработать технологии для бурения скважин во льдах, без которых это было бы невозможно, и создать на их основе эффективное оборудование, было поручено именно специалистам Горного университета.
Возглавил проект наш легендарный профессор Борис Кудряшов. Сегодня в его честь назван буровой комплекс на Востоке, причём это наименование нанесено на географические карты всех стран мира. Это говорит о международном признании его вклада в изучение Антарктиды, а также о признании лидерства России и, в частности, Горного университета в полярных исследованиях. Я не преувеличиваю, мы более полувека выполняли там научные изыскания на уровне лучших мировых практик. И добились впечатляющего результата.
Причём, следует понимать, что это не просто научный полигон, а максимально неблагоприятная для выживания человека среда. В таких суровых климатических условиях только нам, русским учёным удалось пробурить самую глубокую скважину в ледовом покрове. Это позволило дважды, в 2012-м и 2015-м годах проникнуть в самое крупное на континенте подледниковое озеро Восток, которое миллионы лет было изолировано от земной атмосферы, и взять пробы воды с его верхнего горизонта.
- У читателей тема исследований в Антарктиде вызывает неподдельный интерес, но, скорее, потому, что это похоже на большое приключение. А каково научное значение ваших экспедиций?
- Дело в том, что покров Антарктиды сложен из атмосферного льда. Он образовался из твёрдых осадков - кристаллов снега, на протяжении сотен тысяч лет падающих с неба. Они никогда не тают, поскольку даже летом, которое в южном полушарии, как всем известно, начинается в декабре, температура там, в лучшем случае «минус 20-25 градусов». То есть этот снег год за годом накапливается, уплотняется в фирн, а затем превращается в лёд, который постепенно растекается от центра материка к его краям. Тот, что лежит на поверхности, - современный, а чем он ниже, тем старше. На определённых глубинах его возраст превышает 400 тысяч лет. Если изучить его состав можно понять, какие события происходили в атмосфере в ту эпоху и к каким последствиям они привели.
Так вот, отобранные нами керны из скважины над озером Восток глубиной более 3700 метров позволили получить достоверные результаты по определению углеродного цикла и его влияния на климат Земли. Именно их исследования выявили тесную связь между глобальным изменением климата и концентрацией двуокиси углерода (СО2) и метана (СН4) в атмосфере. Причём, эта связь была впервые прослежена на протяжении четырех больших, 100-тысячелетних климатических циклов. Последнее стало неопровержимым экспериментальным доказательством роли парниковых газов как усилителей первоначально слабых климатических трансформаций. Тех, которые вызваны циклическими колебаниями орбитальных параметров планеты и связанными с ними изменениями количества солнечной энергии, поступающей на земную поверхность на разных широтах в разные сезоны года.
Эти закономерности были установлены нами совместно с учёными Арктического и Антарктического НИИ, но они фиксируют только фактическое состояние. То есть не отвечают на главный вопрос, стоящий перед человечеством: а что будет дальше? Сегодня наши специалисты выделили на междисциплинарном уровне несколько объектов исследования для получения новых знаний о влиянии углеродного цикла на климат Земли. Они позволят получить данные для построения максимально точных прогнозов.
Речь идёт, например, об изучении экосферы подлёдного озера и глубинных явлений, влияющих на магнитосферу Земли. То есть на геомагнитное поле, которое является сложной и чрезвычайно неоднородной плазменной системой, генерирующей и распространяющей разнообразные типы электромагнитных колебаний. Наука пока имеет лишь предварительные модели этих физических процессов. Пробурив скважину до коренных пород и произведя натурные исследования на забое, мы сумеем повысить качество измерений этих сложнейших физических процессов и получить научные результаты другого уровня достоверности.
- Вы сказали, что учёные Горного выявили тесную связь между глобальным изменением климата и концентрацией в атмосфере парниковых газов. В том числе, диоксида углерода. Это значит, что CO2 действительно наш враг, и мы обязаны сделать всё возможное для того, чтобы достичь углеродной нейтральности?
- Углерод – это основа жизни на Земле. Как всем нам известно ещё со школы, в процессе фотосинтеза деревья поглощают углекислый газ и выделяют кислород, которым мы дышим. От концентрации CO2 в атмосфере зависит урожайность, то есть его наличие в воздухе позволяет нам бороться с голодом и нищетой, что является одной из целей устойчивого развития ООН.
Вся наша цивилизация, вся наша экономика построены на углероде. Нам нужен углерод, без него мы не жильцы на этой планете. Парадокс заключается в том, что он – ещё и самая серьёзная проблема нашей цивилизации, поскольку действительно серьёзно влияет на климат.
Это четвёртый по распространённости химический элемент во Вселенной. В космосе он образуется, когда сильные солнечные ветра сдувают с поверхности красных гигантов, углеродных звезд, большие объёмы их вещества. На Земле большая его часть находится в горных породах – там сосредоточено огромное количество углерода. Остальная доля - в океане, атмосфере, растениях, почве и малая толика - в ископаемом углеводородном топливе.
- Если я правильно понял, Вы хотите сказать, что природные факторы, например, извержения вулканов влияют на концентрацию углекислого газа в атмосфере значительно сильнее, чем деятельность человека?
- По нашему мнению, в основе изменения климата действительно лежат, прежде всего, природные факторы. Что мы знаем о явлениях, происходящих в магнитосфере, о глубинных термодинамических процессах нашей Земли? Только одно: что знаем крайне мало. Движение тектонических плит, преобразование скорости просачивания углерода из недр могут не просто изменить температуру, но даже оказать катастрофическое влияние на планету.
Давайте вспомним, какие серьёзные климатические трансформации происходили в прошлом. Допустим, на протяжении от весьма тёплого мелового периода до ледникового плейстоцена. Это ведь научный факт. Но никаких электростанций или автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, как мы понимаем, тогда не существовало.
Земля дышит, выделяя CO2, водород, а также многие другие газы и является неким термостатом в медленном углеродном цикле. Широкомасштабные глубинные процессы с трапповыми подземными извержениями практически на всех материках оказывали огромное воздействие на глобальную температуру воздуха, и это наукой доказано. Серия химических реакций, а также тектонических изменений, свидетелями которых мы сейчас являемся, поскольку можем наблюдать явную активизацию вулканов, провоцируют выбросы углекислого газа из недр в атмосферу. Их объёмы в десятки раз больше, чем эмиссия человечества. Причём, это сложный и замкнутый процесс. Углерод возвращается затем обратно в литосферу, попадая туда различными путями, в том числе с дождевой водой.
Мне понятно беспокойство многих экспертов, политиков, активистов и рядовых граждан по поводу необходимости снижать антропогенное воздействие на природу. Я полностью с этим согласен. Конечно, мы должны внедрять технологии, позволяющие эффективно поглощать выбросы парниковых газов. Но мнение о том, что увеличение их концентрации в атмосфере происходит исключительно или в первую очередь из-за сжигания углеводородов на ТЭС крайне сомнительно.
Физика парникового эффекта утверждает, что если бы в воздухе не содержался CO2, глобальный климат был бы значительно прохладнее. Именно углеродный цикл в сочетании с озоновым слоем обеспечивает поддержание глобальных температур в определённых пределах. А основной фактор, лежащий в его основе, – термодинамические процессы, которые происходят внутри Земли. Именно поэтому нам необходимо получить новые фундаментальные знания о них и об их влиянии на изменение климата.
- Давайте ввернемся к задачам, стоящим перед учеными Санкт-Петербургского горного университета…
- Объектом наших исследований являются, прежде всего, геотермальные тепловые потоки под ледниковым щитом Восточной и Центральной Антарктиды. Антарктическая плита уникальна. Она граничит с шестью другими плитами и окружена в результате распада Гондваны (древний суперконтинент в южном полушарии, включавший современную Африку, Южную Америку, Антарктиду, Австралию и Новую Зеландию – ред) срединно-океаническими хребтами. Знания термической структуры земной коры и верхней мантии Антарктической плиты необходимы для понимания процессов распада Гондваны и движения плит с позднего мезозоя до сегодняшнего дня. В условиях мощного ледового чехла это сделать сложно. Геологию земной коры и реальный тепловой поток без нашей скважины не изучить.
Существующие оценки антарктического теплового потока делались на основании спутниковых магнитных данных. По мнению многих учёных, наблюдается повышенное пространственное изменение геотермального потока под ледниковым щитом Западной Антарктиды. Главная цель наших исследований – петрологическая и геодинамическая информация, в частности, о температуре и толщине литосферы хотя бы на основании данных о скорости сейсмических волн, полученных в скважине. Сегодня подобных возможностей нет ни у одной страны мира. Мы, российские учёные, пока единственные в мире, кто может бурить на такие глубины и в таких условиях.
Новые знания о субледниковом геотермальном поле под Антарктическим ледниковым щитом имеют общечеловеческое значение не только для понимания глубинных тектонических процессов, но и для понимания того, какую роль играет углерод Земли в эмиссии СО2. Это крайне важно для того, чтобы избежать ошибок в выборе стратегий социально-экономического развития.
Кроме того, наши изыскания позволят понять, возможно ли добывать водород как полезное ископаемое; способны ли водородные бактерии выступать в качестве органики в углеводородах; пролить свет на генезис нефти и газа, и даже оспорить утверждение об их исчерпаемости.
- Кто-то помогает вузу?
- Конечно, в одиночку подобного рода изыскания вести практически невозможно. Мы активно подключаем к нашей работе партнёров из-за рубежа. И я надеюсь, что через год организуем серьёзную экспедицию на станцию Восток с участием учёных из шести стран. Помимо самого Горного университета инициаторами научных исследований в Антарктиде выступают компании НОВАТЕК, ФосАгро, активно участвует Арктический и Антарктический НИИ.
Впервые поддержку локальным исследованиям оказывает Минобрнаки. До этого почти 20 лет оно было наблюдателем. В то же время базовое Министерство природных ресурсов и экологии не проявляет участия и только финансирует присутствие России в Антарктиде. Я верю в своих учёных, они настоящие горняки. Мы заинтересованы в сотрудничестве и приглашаем коллег из других стран присоединиться к этим уникальным изысканиям, рассчитанным на долгие годы вперёд. В этом сезоне, кстати, на станцию Восток прибудет специалист из Южной Кореи.
Исследования углеродного цикла на основе сведений, полученных двумя спутниками NASA, названы «чистой первичной продуктивностью». Их монополия на получение информации о влиянии углеродного следа на изменение климата не позволяет нам оценить достоверность выводов и качество измерений. Поэтому очень важно, что мы можем получать необходимые данные не из сторонних публикаций, а с помощью многочисленных российских спутников и собственных исследований кернов, проб воды и донных отложений озера Восток. Всё это обеспечит получение новых знаний в области влияния физических процессов Земли на углеродный цикл, и, как следствие, на изменение климата.
