Это приводит к большому количеству неопределенностей в функционировании климатической системы нашей планеты и вызывает ряд значительных проблем, связанных с планированием энергетического будущего. Одной из наиболее значимых проблем современной биогеохимии и климатологии является вопрос об основных закономерностях миграции основных парниковых газов, двуокиси углерода (СО2) и метана (СН4), которые являются наиболее подвижными звеньями в углеродном цикле. Поэтому, оценка мощности антропогенных и природных источников и стоков СО2 и СН4 должна стать основой для изучения и количественной оценки изменений, происходящих в глобальном цикле углерода, которые определяют климатические изменения в настоящем и в ближайшем будущем.
Именно этой теме была посвящена специальная сессия (C05 Cryospheric biogeochemical cycles and environmental effects) на Объединенной Ассамблее Международной Ассоциации Криосферных наук ( International Association of Cryospheric Sciences (IACS)), совместно с Международной Ассоциацией Метеорологии и Атмосферных наук (International Association of Meteorology and Atmospheric Sciences (IAMAS)), и с Международной Ассоциацией Физических Наук Океанов (International Association for the Physical Sciences of the Oceans (IAPSO)).
The IAMAS-IACS-IAPSO Joint Assembly 2025 (BACO-25) состоялась в портовом городе Пусан (Ю.Корея) с 20 по 25 июля 2025. Организаторами этой сессии являются известные ученые -представители Китайской академии наук (проф. Шичанг Канг и проф. Юлань Жанг) и Российской академии наук (чл-корр РАН Игорь Семилетов). Впервые от Российской Федерации (РФ) на таком высоком международном уровне были были представлены 19 докладов, в основном – пленарные и устные доклады посвященные открытию климатической роли деградации подводной и наземной мерзлоты Сибири, которая занимает около 70% всей территории России. Это направление исследований в последние годы рассматривается мировым сообществом как приоритетное направление Наук о Земле, что обусловлено гигантскими запасами замороженного в мерзлоте органического углерода, которые включаются в современный цикл углерода при оттаивании (деградации).
Вклад антропогенных факторов в рост содержания парниковых газов документирован. Однако, напрямую эти явления не способны обеспечить наблюдаемые темпы потепления. Отметим, что ежегодный вклад антропогенного СО2 в природный цикл составляет менее 2 %. Есть мнение, что парниковый эффект играет роль триггера в малопонятном множестве прямых и обратных связей в климатической системе. К сожалению, сторонники антропогенной парадигмы, при создании в конце 1980-х годов Межправительственая группа экспертов по изменению кдимата (International Panel for Climate Change (IPCC), не включили в рассмотрение климатическую роль геологического фактора, который обусловлен изменением состояния наземной и подводной мерзлоты -крупнейшей на нашей планете “кладовой” замороженного органического вещества в различных формах.
В начале 1990х российскими учеными -участниками конференции, была предложена гипотеза о важной климатической роли цикличности состояния мерзлоты, содержащей гигантское количество органического вещества - субстрата для образования СО2 и СН4, и гидраты метана – обеспечивается климатической изменчивостью: 105-тысячелетними циклами потепления и похолодания. В наше время затянулась теплая фаза пика последнего теплого периода-Голоцена (антропоген играет какую-то роль только последние 100-150 лет), что уже привело к беспрецедентному за последние 800 тысяч лет продлению теплого периода примерно на 5-6 тысяч лет. Это уже привело к нагреву подводной мерзлоты до температуры фазового перехода, что проявляется в формировании глубоких и сквозных таликов -путей массированной разгрузки глубинного метана в водную толщу. Напомним, что интегральный углеродный (карбоновый) потенциал наземной и подводной мерзлоты составляет более 3500 млрд тонн (1 млр тонн=ГтС), что значительно превышает “основные” углеродные обменные резервуары нашей планеты: атмосферы, поверхностных вод океана и наземной растительности, которые близки по емкости и составляют примерно 700-800 Гт С. Это значит, что в условиях потепления и прогрессирующей деградации мерзлоты, выброс в атмосферу небольшой доли углеродного потенциала мерзлоты в форме СО2 и СН4 приведет к труднопредсказуемым климатическим последствиям.
Наибольшее беспокойство мирового сообщества вызывают результаты российских ученых опубликованные в журналах Science (2010), Nature Geosciences (2014), и Nature Communications (2017), которые вошли в 1% наиболее цитируемых статей в области Наук о Земле и стали основой для создания международных научных кластеров в области исследования климатической роли прогрессирующей деградации подводной мерзлоты и массированных выбросов метана из донных отложений в водную толщу-атмосферу. Учитывая, что на шельфе морей Восточной Арктики (МВА) содержится примерно 1750 Гт углерода (1Гт= 1 млрд тонн) в форме газовых гидратов (750 Гт), природного газа (500 Гт) и собственно органического углерода мерзлоты (500 Гт), а в современной атмосфере содержится примерно 750 Гт С-СО2 и всего 5 Гт С-СН4, становится очевидным что вовлечение в круговорот углерода из подводной мерзлоты, даже в малых долях процентов от общего объема углеродного резервуара мерзлоты, может привести к существенному увеличению общего содержания СН4 в атмосфере. Предполагая, что под сквозными таликами гидраты уже дестабилизированы, и полагая, что площадь сквозных таликов на шельфе МВА составляет 5–10%, потенциальная эмиссия СН4 в атмосферу может составить от 37,5 до 75 Гт, что при различных сценариях кинетики поступления в атмосферу может в ближайшем будущем вызвать потепление климата, по крайней мере сопоставимое с эффектом от предполагаемого удвоения содержания CO2 в атмосфере до конца 2100 г.
Российский научный десант был представлен межведомственной группой из ведущих экспертов (включая академика РАН Л.И. Лобковского и член-корреспондента РАН И.П. Семилетова, 5 докторов наук, 10 кандидатов наук, 2 аспиранта) в области биогеохимии, геологии, геофизике, которые представляют институты РАН и университеты Дальнего Востока (Владивосток, Сахалин), Сибири (Томск, Якутск), и Центра (Москва), которые начиная с 1990х создали научно-логистическую основу для выявления климатической роли массированных выбросов метана поступающих в атмосферу вследствие деградации и потери сплошности подводной мерзлоты, которая ранее считалась стабильной и представлялась в виде герметичной газонепроницаемой крышки препятствующей дестабилизации гидратов и образованию сквозных таликов- путей газовой разгрузки глубинного метана из осадков в водную толщу-атмосферу.
21 и 22 июля 2025года в Пусане впервые была убедительно продемонстрирована уникальность многоуровневого подхода российских ученых к выявлению и пониманию механизма фильтрации геофлюида из резервуаров (пулов) метана связанных не только с мелководными арктическими гидратами -ассоциированными с толщей подводной мерзлоты, но и с разгрузкой термогенного метана гигантских залежей метана нефтегазового комплекса (глубины 2-3 км). Впервые была выявлена связь между аномалией толщины земной коры и близостью вещества мантии к поверхности осадков, а также с сейсмотектогиической активностью в МВА с высоким геотермальным потоком, что критически важно для понимания механизма дестабилизации гидратов ассоциированных с деградацией нижних слоев подводной мерзлоты. Особое внимание было уделено разработке и валидации высокотехнологических методов наблюдений и моделей, которые позволили выявить роль сейсмотектонических процессов как триггеров дестабилизации шельфовых гидратов. Впервые в мировой практике для выявления генезиса метана - кроме тройных изотопов метана, были выполнены измерения изотопов благородных газов (гелия, неона), что показало глубинное происхождение основных метановых эманаций. Новые технологии позволили выполнить эти измерения для растворенного и пузырькового метана в водной толще МВА. Более того, для количественной оценки пузырьковых выбросов метана из донных отложений в водную толщу (основного механизма разгрузки), был впервые разработан и реализован акустический метод откалиброванный по заданным расходам пузырькового газа в натурных условиях, который был принят мировым научным сообществом после публикаций этого метода в мировых топ журналах (в юбилейном выпуске посвященном 300-летию Королевской академии наук Великобритании в Philosophical Transactions of the Royal Society, и одном из ведущих журналах посвященных проблемам криосферы -Cryosphere). Для оценки потоков метана из водной толщи всех арктических морей России в атмосферу было выполнено более 50 комплексных экспедиций, в которых были реализованы многоуровневые быстрые высокоточные измерения метана и двуокиси углерода в приводном слое атмосферы и в поверхностной воде, что позволило создать уникальные базы многолетних данных включающих десятки миллионов измерений оттестированных по международным стандартам, что на порядки превосходит все мировые базы данных по содержанию метана в системе океан-атмосфера. Кроме того, были представлены результаты авторских экспедиций направленных на изучение и количественную оценку “перекачки“ транспорта и трансформации наземного органического вещества в арктической системе суща -шельф с экспортом эрозионного углерода (эрозия берегового ледового комплекса) и со стоком Великих Сибирских рек, на примере реки Лены и реки Обь, что необходимо для выявления роли деградации наземной мерзлоты в эмиссию двуокиси углерода (СО2) в атмосферу. Впервые, на основе более 2 миллионов непрерывных измерений содержания СО2 в поверхностном слое воды на всей акватории Северного морского пути, которые были выполнены в осенне-зимний период 2024 года, было показано, что картина обмена СО2 в системе океан-атмосфера в условиях глубокого перемешивания и вентиляции вод может кардинально изменяться даже в районах которые на протяжении многих лет рассматривались как сток для атмосферного СО2. Это результат будет масштабирован в ближайшие годы, что приведет к пересмотру роли всего шельфа Северного Ледовитого океана в региональном балансе СО2.
В совместном докладе Фонда Мельниченко и конвинера сессии от России было показано, что консервативная оценка эмиссии метана из МВА в атмосферу соизмерима по радиационному (парниковому) эффекту с антропогенной эмиссией СО2 со всей территории РФ. Для уточнения этой оценки требуются ежегодные экспедиционные исследования на научно-исследовательских судах. Предполагается, что эта оценка будет в ближайшее время увеличена многократно, что объясняется быстрым переходом подводной мерзлоты из состояния фазового равновесия в талое состояние, что инициирует резкий рост зон сквозной разгрузки для пузырькового метана из осадков в водную толщу-атмосферу.
Геополитический аспект климатических и экологических последствий деградации подводной и наземной мерзлоты наиболее наглядно иллюстрируется экономическим негативный эффект, обусловленный выбросом в атмосферу незначительной доли(1–5%) от предполагаемого метанового гидратного потенциала (консервативная оценка) шельфа МВА, оценивается авторитетными международными организациями от US$80 млрд в год, начиная с 2030 г., c основным ущербом на территории Российской Федерации, и до US$60 трлн (экстремальный сценарий) – в случае выброса примерно 50 Гт метана в течение 10 лет,что приведет через 15–35 лет после такого массированного выброса к дополнительному потеплению климата примерно на 2 °С . Основной экономический ущерб связывается с усилением атмосферной циркуляции и циклогенеза, повышением уровня океана, наводнениями, разрушением портовой и прибрежной инфраструктуры, и потерей традиционных промыслов коренных народов Севера.
Проблема возможного быстрого дополнительного потепления за счет ранее неучтенного геологического фактора вызывает тревогу у международного научного сообщества. В рамках работы российских ученых на ВАСО-2025 поступил ряд предложений для расширения международной кооперации со странами ШОС, что требует поддержки на правительственном уровне. Усиление исследований механизма взаимодействия между современным потеплением – деградацией подводной и наземной мерзлоты – потоками основных парниковых газов (СО2 и СН4) на национальном уровне, позволит внести важный вклад РФ в развитие теории климата и предсказать наиболее реалистичные сценарии климатических последствий деградации мерзлоты. Это направление исследований критически важно для диагноза и прогноза состояния подводной мерзлоты и массированных выбросов - минимизации георисков и безопасного развития инфраструктуры не только на просторах Сибири, но и на акватории Северного морского пути, большая часть которой подстилается подводной мерзлотой. В этом аспекте крайне важно детализировать и масштабировать исследования основанные на авторских открытиях образования подводных бугров пучения (пинго-структуры), которые являются предшественниками образования кратеров на арктическом шельфе России- по аналогии с образованием кратеров на полуострове Ямал, которые превращаются в озера. Это явление относится к геоинженерным вызовам, которые могут быть включены Минстроем России для планирования инфраструктурных проектов на трассе Северного морского пути. Очевидно, что уникальный фоновый мониторинг процессов связанных с изменением состояния подводной мерзлоты, который был начат в 1990х, может стать важным дополнением к новой Программе геотехнического мониторинга мерзлоты в арктической системе суша-шельф.
Для сохранения и развития лидирующей роли ученых России в области количественной оценки и предсказания ускорения изменения климата, вследствие деградации мерзлоты и дестабилизации гидратов в арктической системе шельф-суша, требуется создание национальной программы, которая станет научно-технологической основой для развития масштабного международного сотрудничества.
Учитывая, что результаты представленные на конференции ВАСО основаны на 30-летних исследованиях мирового уровня, что подтверждается публикацией более 300 статей в мировых журналах топ-уровня, включая более 20 в Science, Nature, Nature Geoscience, Nature Communications, PNAS, Science Advances, представляется целесообразным безотлагательно в рамках существующей Программы Минобрнауки РФ создать проект “Арктический Карбоновый полигон в Восточной Арктике”, который существует де факто, но не финансируется из федеральных источников. Для масштабирования исследований на национальном уровне необходимо, начиная с 2026 года создать отдельное направление (Консорциум номер 7) в рамках Программы ВИП ГЗ, что могло бы стать локомотивом развития этого приоритетного направления исследований в области Науки о Земле. Это соответствует поручению Президента РФ В.В. Путина сделанного 4 декабря 2024 года во время встречи с молодыми учеными России.
Материал подготовлен по заказу Фонда Мельниченко член-корреспондентом РАН И.П. Семилетовым, заведующим Лаборатории арктических исследований ТОИ ДВО РАН и научным руководителем Института экологии ВШЭ - руководителем делегации РФ на специальной сессии посвященной изменением биогеохимических циклов и природных эффектов обусловленных деградацией криосферы (C05 Cryospheric biogeochemical cycles and environmental effects).
Деятельность российской группы ученных в рамках конференции финансировалась Фондом Андрея Мельниченко,
Детальная информация по всем 19 докладам представленным ведущими учеными российских университетов ( МГУ, ТГУ, ВШЭ) и институтов РАН (ТОИ ДВО РАН, ИО РАН, ИФЗ РАН, ФИЦ Биотехнологии-Институт микробиологии им. Виноградова РАН) будет доступна на сайте и телеграмм канале (ТК) Фонда Мельниченко.
– новый журнал для тех, кто развивает Россию.