In dieser Jahreszeit wird die russische Forschungsstation "Wostok" auf dem Weißen Kontinent die größte Anzahl von Wissenschaftlern seit der Sowjetära aufnehmen - 12 Personen, von denen sieben die Bergbauuniversität St. Petersburg vertreten. Die "Forpost" hat den Rektor der Universität, Wladimir Litwinenko, gebeten, über die Aufgaben der Polarforscher zu sprechen und zu erläutern, ob die Forschung am kältesten Ort der Erde der Menschheit wirklich helfen kann, ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern.
- Wladimir Stefanowitsch, die Mitarbeiter der Universität fahren seit über 50 Jahren jedes Jahr in die Antarktis. Wozu braucht die Universität das? Warum schenken Sie ihm so viel Aufmerksamkeit?
- Die wissenschaftliche Station Wostok wurde 1957 im Rahmen der zweiten sowjetischen Antarktisexpedition gegründet. Die Wissenschaftler standen vor mehreren Aufgaben: Sie sollten die Trinkwasserreserven des Kontinents abschätzen und geophysikalische und glaziologische Untersuchungen durchführen. Es waren die Spezialisten der Bergbauuniversität, die mit der Entwicklung von Technologien für das Bohren von Brunnen im Eis betraut wurden, ohne die dies nicht möglich gewesen wäre, und auf deren Grundlage effiziente Geräte entwickelt wurden.
Geleitet wurde das Projekt von unserem legendären Professor Boris Kudrjaschow. Heute ist ein Bohrkomplex im Osten nach ihm benannt, und sein Name taucht auf Landkarten in der ganzen Welt auf. Dies spricht für die internationale Anerkennung seines Beitrags zur Antarktisforschung sowie für die führende Rolle Russlands und insbesondere der Universität von Minen in der Polarforschung. Ich übertreibe nicht; wir betreiben dort seit mehr als einem halben Jahrhundert wissenschaftliche Forschung auf dem Niveau der weltweit besten Praktiken. Und wir haben beeindruckende Ergebnisse erzielt.
Und es sollte klar sein, dass dies nicht nur ein wissenschaftliches Testgelände ist, sondern die ungünstigste Umgebung für das menschliche Überleben. Nur wir, die russischen Wissenschaftler, waren in der Lage, unter solch schwierigen Klimabedingungen das tiefste Eisloch zu bohren. So konnten sie zweimal, 2012 und 2015, in den größten subglazialen See des Kontinents, den Wostok, eindringen, der seit Millionen von Jahren von der Erdatmosphäre isoliert ist, und Wasserproben aus seinem oberen Horizont entnehmen.
- Die Leser haben ein echtes Interesse an der Erforschung der Antarktis, aber vor allem, weil es sich wie ein großes Abenteuer anfühlt. Und was ist die wissenschaftliche Bedeutung Ihrer Expeditionen?
- Tatsache ist, dass die Eisdecke der Antarktis aus atmosphärischem Eis besteht. Er entsteht aus festen Niederschlägen - Schneekristallen, die seit Hunderttausenden von Jahren vom Himmel fallen. Sie schmelzen nie, denn selbst im Sommer, der auf der Südhalbkugel bekanntlich im Dezember beginnt, beträgt die Temperatur dort im besten Fall "minus 20-25 Grad". Das heißt, dieser Schnee sammelt sich Jahr für Jahr an, wird zu Firn verdichtet und verwandelt sich dann in Eis, das sich allmählich vom Zentrum des Kontinents bis zu seinen Rändern ausbreitet. Die oberste ist modern, und je niedriger sie ist, desto älter ist sie. In bestimmten Tiefen beträgt sein Alter mehr als 400 Tausend Jahre. Wenn man ihre Zusammensetzung studiert, kann man verstehen, welche Ereignisse sich damals in der Atmosphäre abspielten und zu welchen Folgen sie führten.
Die Bohrkerne, die wir aus einem Bohrloch oberhalb des Wostoksees in mehr als 3 700 Metern Tiefe entnommen haben, lieferten zuverlässige Ergebnisse über den Kohlenstoffkreislauf und seine Auswirkungen auf das Klima der Erde. Ihre Forschung hat den engen Zusammenhang zwischen dem globalen Klimawandel und der Konzentration von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) in der Atmosphäre aufgezeigt. Und zum ersten Mal konnte dieser Zusammenhang über vier große, 100-tausendjährige Klimazyklen zurückverfolgt werden. Letztere lieferten unwiderlegbare experimentelle Beweise für die Rolle der Treibhausgase als Verstärker der ursprünglich schwachen Klimaveränderungen. Diejenigen, die durch zyklische Schwankungen in den Orbitalparametern des Planeten und die damit verbundenen Veränderungen in der Menge an Sonnenenergie verursacht werden, die die Erdoberfläche in verschiedenen Breitengraden in verschiedenen Jahreszeiten erreicht.
Diese Gesetzmäßigkeiten wurden von uns gemeinsam mit Wissenschaftlern des Arktis- und Antarktis-Forschungsinstituts ermittelt, sie fixieren aber nur den Ist-Zustand. Das heißt, sie geben keine Antwort auf die wichtigste Frage, vor der die Menschheit steht: Wie wird es weitergehen? Heute haben unsere Experten mehrere Forschungsstandorte auf interdisziplinärer Ebene ermittelt, um neue Erkenntnisse über die Auswirkungen des Kohlenstoffkreislaufs auf das Erdklima zu gewinnen. Sie liefern die Daten, um möglichst genaue Vorhersagen treffen zu können.
Dies ist zum Beispiel die Untersuchung der Ökosphäre der subglazialen Seen und der zugrunde liegenden Phänomene, die die Magnetosphäre der Erde beeinflussen. Das Erdmagnetfeld ist ein komplexes und äußerst heterogenes Plasmasystem, das verschiedene Arten von elektromagnetischen Schwingungen erzeugt und ausbreitet. Die Wissenschaft verfügt bisher nur über vorläufige Modelle dieser physikalischen Prozesse. Durch die Bohrung bis zum Grundgestein und die Durchführung von In-situ-Untersuchungen im Bohrloch können wir die Qualität der Messungen dieser hochkomplexen physikalischen Prozesse verbessern und wissenschaftliche Ergebnisse mit einem anderen Maß an Zuverlässigkeit erhalten.
- Sie sagten, dass Wissenschaftler in der Bergbauuniversität einen engen Zusammenhang zwischen dem globalen Klimawandel und der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre festgestellt haben. Einschließlich Kohlendioxid. Bedeutet dies, dass CO2 wirklich unser Feind ist und wir verpflichtet sind, alles zu tun, um Kohlenstoffneutralität zu erreichen?
- Kohlenstoff ist die Grundlage des Lebens auf der Erde. Wie wir alle aus der Schule wissen, nehmen Bäume während der Photosynthese Kohlendioxid auf und geben den Sauerstoff ab, den wir einatmen. Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bestimmt die Ernteerträge, d. h. das Vorhandensein von CO2 in der Luft ermöglicht es uns, Hunger und Armut zu bekämpfen, was eines der Ziele der UN für nachhaltige Entwicklung ist.
Unsere gesamte Zivilisation, unsere gesamte Wirtschaft ist auf Kohlenstoff aufgebaut. Wir brauchen Kohlenstoff, ohne ihn sind wir keine Bewohner dieses Planeten. Das Paradoxe daran ist, dass es sich dabei auch um das größte Problem unserer Zivilisation handelt, weil es das Klima wirklich ernsthaft beeinträchtigt.
Es ist das am vierthäufigsten vorkommende chemische Element im Universum. Im Weltraum entsteht er, wenn starke Sonnenwinde große Mengen an Material von der Oberfläche Roter Riesen, also Kohlenstoffsternen, wegblasen. Auf der Erde befindet sich das meiste davon in Gesteinen - dort sind große Mengen an Kohlenstoff konzentriert. Der Rest befindet sich in den Ozeanen, in der Atmosphäre, in den Pflanzen, im Boden und nur sehr wenig in fossilen Brennstoffen.
- Wenn ich Sie richtig verstehe, wollen Sie damit sagen, dass natürliche Faktoren, wie z. B. Vulkanausbrüche, die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre viel stärker beeinflussen als menschliche Aktivitäten?
- Unserer Ansicht nach stimmt es, dass der Klimawandel in erster Linie auf natürliche Faktoren zurückzuführen ist. Was wissen wir über die Phänomene in der Magnetosphäre, über die zugrunde liegenden thermodynamischen Prozesse auf unserer Erde? Nur eines: dass wir sehr wenig wissen. Die Bewegung der tektonischen Platten, die Veränderung der Geschwindigkeit des Kohlenstoffaustritts aus dem Erdinneren kann nicht nur die Temperatur verändern, sondern sogar katastrophale Auswirkungen auf den Planeten haben.
Erinnern wir uns an die großen klimatischen Veränderungen, die in der Vergangenheit stattgefunden haben. Zum Beispiel von der sehr warmen Kreidezeit bis zum eiszeitlichen Pleistozän. Das ist eine wissenschaftliche Tatsache. Damals gab es aber weder Kraftwerke noch Autos mit Verbrennungsmotoren, wie wir sie heute kennen.
Die Erde atmet, gibt CO2, Wasserstoff und viele andere Gase ab und ist so etwas wie ein Thermostat im langsamen Kohlenstoffkreislauf. Weit verbreitete unterirdische Prozesse mit unterirdischen Eruptionen auf fast allen Kontinenten haben einen enormen Einfluss auf die globalen Lufttemperaturen, was wissenschaftlich nachgewiesen ist. Eine Reihe chemischer Reaktionen sowie tektonische Veränderungen, deren Zeuge wir heute sind, weil wir die offensichtliche Aktivierung von Vulkanen beobachten können, führen zu Kohlendioxidemissionen aus dem Untergrund in die Atmosphäre. Die Menge des ausgestoßenen Kohlendioxids ist um ein Vielfaches größer als die von der Menschheit ausgestoßene Menge. Dies ist ein komplexer und in sich geschlossener Prozess. Der Kohlenstoff fließt dann über verschiedene Wege, darunter auch Regenwasser, in die Lithosphäre zurück.
Ich verstehe die Besorgnis vieler Experten, Politiker, Aktivisten und einfacher Bürger über die Notwendigkeit, die Auswirkungen des Menschen auf die Natur zu verringern. Ich stimme völlig zu. Natürlich müssen wir Technologien einführen, die Treibhausgasemissionen wirksam absorbieren. Die Ansicht, dass der Anstieg ihrer Konzentration in der Atmosphäre ausschließlich oder hauptsächlich auf die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Wärmekraftwerken zurückzuführen ist, ist jedoch äußerst fragwürdig.
Die Physik des Treibhauseffekts besagt, dass das globale Klima viel kühler wäre, wenn es kein CO2 in der Luft gäbe. Es ist der Kohlenstoffkreislauf, der in Verbindung mit der Ozonschicht die globalen Temperaturen in bestimmten Grenzen hält. Und der Hauptfaktor, der dafür verantwortlich ist, sind die thermodynamischen Prozesse, die im Inneren der Erde ablaufen. Deshalb brauchen wir neue grundlegende Erkenntnisse über sie und ihren Einfluss auf den Klimawandel.
- Wenden wir uns den Herausforderungen zu, vor denen die Wissenschaftler der Bergbauuniversität St. Petersburg stehen...
- Gegenstand unserer Forschung sind in erster Linie die geothermischen Wärmeströme unter dem Eisschild der Ost- und Zentralantarktis. Die Antarktische Platte ist einzigartig. Er grenzt an sechs andere Platten und ist von mittelozeanischen Rücken umgeben, die durch das Auseinanderbrechen von Gondwana entstanden sind (ein alter Superkontinent auf der Südhalbkugel, zu dem das heutige Afrika, Südamerika, die Antarktis, Australien und Neuseeland gehörten - Anm. d. Red.) Die Kenntnis der thermischen Struktur der Erdkruste und des oberen Mantels der antarktischen Platte ist entscheidend für das Verständnis des Auseinanderbrechens von Gondwana und der Plattenbewegungen vom späten Mesozoikum bis heute. Dies ist bei einer dicken Eisdecke nur schwer möglich. Die Geologie der Erdkruste und der tatsächliche Wärmefluss können ohne unseren Brunnen nicht untersucht werden.
Bisherige Schätzungen des antarktischen Wärmestroms wurden auf der Grundlage von magnetischen Satellitendaten vorgenommen. Viele Wissenschaftler gehen davon aus, dass es unter dem Eisschild der Westantarktis vermehrt zu räumlichen Schwankungen des geothermischen Flusses kommt. Das Hauptziel unserer Forschung ist es, petrologische und geodynamische Informationen, insbesondere über die Temperatur und die Mächtigkeit der Lithosphäre, zumindest auf der Grundlage der im Bohrloch gewonnenen seismischen Wellengeschwindigkeitsdaten zu liefern. Kein anderes Land der Welt verfügt heute über solche Fähigkeiten. Wir, die russischen Wissenschaftler, sind bisher die einzigen auf der Welt, die in der Lage sind, in solchen Tiefen und unter solchen Bedingungen zu bohren.
Neue Erkenntnisse über das subglaziale geothermische Feld unter dem antarktischen Eisschild sind von universeller Bedeutung, nicht nur für das Verständnis tiefliegender tektonischer Prozesse, sondern auch für das Verständnis der Rolle des Erdkohlenstoffs bei den CO2-Emissionen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir vermeiden wollen, dass wir bei den sozioökonomischen Entwicklungsstrategien die falschen Entscheidungen treffen.
Darüber hinaus werden unsere Forschungsarbeiten Aufschluss darüber geben, ob Wasserstoff als Mineral gewonnen werden kann, ob Wasserstoffbakterien als organische Bestandteile von Kohlenwasserstoffen fungieren können, ob die Entstehung von Erdöl und Erdgas erforscht werden kann und sogar die Behauptung, dass diese erschöpfbar sind, in Frage gestellt werden kann.
- Hilft jemand der Universität?
- Natürlich ist es fast unmöglich, diese Art von Forschung allein durchzuführen. Wir beziehen ausländische Partner aktiv in unsere Arbeit ein. Und ich hoffe, dass wir in einem Jahr eine ernsthafte Expedition zur Wostok-Station organisieren werden, an der Wissenschaftler aus sechs Ländern teilnehmen. Initiatoren der wissenschaftlichen Forschung in der Antarktis sind neben der Bergbauuniversität die Unternehmen NOVATEK und PhosAgro, und auch das Institut für Arktis- und Antarktisforschung ist aktiv beteiligt.
Dies ist das erste Mal, dass das Ministerium für Bildung und Wissenschaft die lokale Forschung unterstützt. Davor war es fast 20 Jahre lang ein Beobachter. Gleichzeitig ist das Ministerium für Naturressourcen und Umwelt nicht beteiligt und finanziert lediglich die russische Präsenz in der Antarktis. Ich glaube an meine Wissenschaftler, sie sind echte Bergleute. Wir sind an einer Zusammenarbeit interessiert und laden Kollegen aus anderen Ländern ein, sich an dieser einzigartigen Forschung zu beteiligen, die noch viele Jahre andauern wird. In dieser Jahreszeit wird übrigens ein Spezialist aus Südkorea in der Wostok-Station eintreffen.
Die Untersuchungen des Kohlenstoffkreislaufs, die auf den Informationen der beiden NASA-Satelliten beruhen, werden als "Nettoprimärproduktivität" bezeichnet. Ihr Monopol auf die Beschaffung von Informationen über die Auswirkungen des CO2-Fußabdrucks auf den Klimawandel hindert uns daran, die Zuverlässigkeit der Ergebnisse und die Qualität der Messungen zu beurteilen. Daher ist es sehr wichtig, dass wir die erforderlichen Daten nicht aus Veröffentlichungen Dritter, sondern aus zahlreichen russischen Satelliten und unseren eigenen Untersuchungen von Bohrkernen, Wasserproben und Bodensedimenten des Wostoksees gewinnen können. All dies wird neue Erkenntnisse über den Einfluss der physikalischen Prozesse der Erde auf den Kohlenstoffkreislauf und damit auf den Klimawandel liefern.
