Неучтенный метан арктического шельфа. Интервью с членом-корреспондентом РАН Игорем Семилетовым

Роль метана в повышении глобальной температуры недооценена, а ежегодные природные выбросы СН₄ в атмосферу могут значительно превышать указанные в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). К такому выводу пришли российские ученые, изучающие потоки парниковых газов, двуокиси углерода (CO₂) и метана (СН₄) в арктической системе «суша ― шельф ―атмосфера». Чтобы детально исследовать эмиссию метана на арктическом шельфе, необходим арктический карбоновый полигон ― лаборатория, которая позволит выполнять точные измерения и получать данные в реальном времени. На их основе будут созданы климатические модели нового поколения. О таких задачах порталу «Научная Россия» рассказал в интервью член-корреспондент РАН Игорь Петрович Семилетов.

Почему участие арктического шельфа в балансе парниковых газов оказалось недооцененным? Насколько велики запасы метана на арктическом шельфе и какое его количество может быть выброшено в атмосферу при деградации мерзлоты? Как климатические исследования могут отразиться на престиже российской науки в мире?

― Вы в выступлениях ранее заявляли, что оценка потоков парниковых газов в арктической системе «суша ― шельф ― атмосфера» ― это топ-1 исследований в науках о Земле. Не слишком ли категорично, учитывая, насколько это разносторонние науки?

― Прежде всего следует отметить: это определение принадлежит не мне лично, а значительной части мирового научного сообщества. Официально оно было закреплено в документах еще до начала известных конфликтов. Ведущие фондовые структуры мира, например Национальный научный фонд США, позиционировали тему климатических последствий деградации наземной и подводной мерзлоты как один из первых, если не самый первый приоритет в науках о Земле. В документах Европейского научного Фонда в начале 2020-х гг. эта тема также была названа первым приоритетом в науках о Земле.

Это связано с тем, что прогрессирующее таяние мерзлоты на суше и на шельфе способно привести к быстрым климатическим изменениям. Существует множество сценариев — от умеренных до экстремальных. В работе, опубликованной в 2013 г. в журнале Nature, был приведен расчет социально-экономических последствий при одном из экстремальных сценариев. По оценкам, массированные выбросы метана, обусловленные деградацией подводной мерзлоты и дестабилизацией гидратов, могут привести к многократному росту концентрации метана в атмосфере. Это, в свою очередь, вызовет быстрое глобальное потепление примерно на 2–2,5 ^oC, что сопоставимо с разницей температур между ледниковым и межледниковым периодами. По сути, это климатическая катастрофа, убытки от которой могут составить $65 трлн.

― Катастрофа не только для климата, но и для экономики…

― Это сравнимо с мировым бюджетом. Поэтому, опираясь на мнение научного сообщества и разделяя его, я беру на себя смелость раскрыть эту формулировку более подробно.

В атмосфере Земли содержится около 5 млрд т метана. По оценкам, принятым разными научными организациями, в том числе Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), одна молекула метана по эффективности вызываемого парникового эффекта эквивалентна 80 молекулам углекислого газа. Поэтому, несмотря на то что концентрация метана значительно ниже, его воздействие весьма существенно. Современные модели, в том числе принятые МГЭИК, сходятся на том, что сегодня на долю метана приходится около 30% общего парникового эффекта. Однако в случае развития катастрофического сценария именно рост концентрации метана может стать основным драйвером климатических изменений. Подобное уже случалось в истории нашей планеты.

По оценкам ЮНЕСКО и ЮНЕП (Программы ООН по окружающей среде), на шельфах Мирового океана в форме гидратов хранится 90% запасов метана, а наиболее значимая часть ― именно на арктическом шельфе. Сколько именно метана там сосредоточено, точно неизвестно, и оценки отличаются на три порядка. По самым минимальным подсчетам, это 30–50 млрд т. Максимальные же оценки доходят до тысяч миллиардов тонн. Все эти расчеты собраны на основе публикаций в топовых научных журналах.

― То есть деградация мерзлоты может привести к тому, что концентрация метана в атмосфере увеличится многократно в короткие сроки?  

― Многое зависит от скорости деградации подводной мерзлоты, которая определяет стабильность гидратов. Мы занимаемся этим вопросом практически 30 лет и сегодня, опираясь на результаты многочисленных комплексных экспедиций национального и международного уровня на российском арктическом шельфе, можем сделать определенные выводы.

Почему исследования проходили именно на нашем шельфе? Дело в том, что российская часть Арктики, в особенности Восточно-Сибирский шельф, включая море Лаптевых и Восточно-Сибирское море, представляет собой самый широкий и самый мелководный шельф Мирового океана.

Именно здесь гидраты сохранились и не были дестабилизированы в отличие от других регионов. На шельфе Аляски, например, мерзлота практически полностью деградировала. Это доказанный факт: гидраты там уже дестабилизировались, и метан вышел в атмосферу в геологическом прошлом.

В науке о климате прошлого долгое время было довольно сложно определить, что наступает раньше: повышение температуры или выброс газов. Однако сегодня уже есть ряд публикаций в ведущих журналах, в том числе подготовленных с нашим участием, которые показывают, что на отдельных этапах продолжительностью в сотни лет повышение концентрации метана предшествовало повышению температуры. Более того, есть основания полагать, что деградация шельфа, произошедшая в разных регионах в относительно недавнем прошлом, с большой вероятностью уже дала свой вклад в потепление. Например, в Баренцевом море подводная мерзлота практически отсутствует, в Карском море еще сохранилась, в Печорском — совсем немного. На шельфе Северной Америки мерзлота практически деградировала в Аляскинском секторе и находится в транзите в канадском секторе моря Бофорта. А гидраты, которые там были, высвободили метан и внесли свой вклад в глобальное потепление.

― Правильно ли я понимаю, что объемы метана, содержащегося на арктическом шельфе и потенциально способного попасть в атмосферу, значительно выше объема выбросов, спровоцированных человечеством?

― По оценкам МГЭИК, ежегодный антропогенный вклад в выбросы метана составляет от 50 до 150 млн т при общем содержании метана в атмосфере около 5 млрд т. Казалось бы, доля антропогенных выбросов относительно невелика. Но надо учитывать накопительный эффект. На чем вообще основана антропогенная теория изменения климата? Она не утверждает, что годовой выброс парниковых газов сам по себе запускает потепление. Смысл в том, что атмосфера накапливает эти выбросы на протяжении длительного времени. Начиная с индустриальной революции, то есть примерно последние 150 лет, документирован резкий рост концентрации метана. Следовательно, антропогенный фактор безусловно присутствует. Но в сопоставлении с природным он невелик.

Такая же ситуация складывается и в отношении CO₂, который рассматривают как основной драйвер потепления из-за его большого количества в атмосфере, хотя удельный радиационный эффект от него гораздо ниже, чем от метана. Концентрация CO₂ в атмосфере в результате антропогенной деятельности (примерно 8 млрд т С- CO₂) увеличивается только на 1% по сравнению с природным циклом (более 800 млрд т С- CO₂).

Долгое время в школе говорили, что сибирские леса и леса Амазонки ― это легкие планеты. До последнего времени и я так считал, но недавно обратил внимание на ряд статей в Nature. Действительно, в процессе фотосинтеза леса поглощают углерод, но раньше не учитывался обратный поток ― то, что мы называем дыханием почв: выделение углекислого газа из почвы в атмосферу, связанное с разложением органики, например листвы, корешков растений и т.д. Выяснилось, что раньше поглощение CO₂ лесами доминировало, но сегодня роль лесов в поглощении близка к нейтральной, так как дыхание почв компенсирует фотосинтез. Это касается лесов и Сибири, и Амазонки, и Африки.

Раньше считалось, что половина поглощения парниковых газов приходится на сушу, а половина ― на Мировой океан. Но роль лесов в этом процессе оказалась переоценена, поэтому, как я считаю, надо обращать больше внимания на поглотительную емкость Мирового океана. Я ни в коем случае не призываю отказаться от изучения лесов ― это важнейшая тема. Но в нынешних условиях необходимо корректировать стратегию исследований и смещать фокус в сторону арктических шельфов и дальневосточных морей.

Возвращаясь к проблеме метановых запасов. В 2008 г. перед крупнейшими государственными институтами и лабораториями США, а это организации фактически без лимита финансирования, была поставлена задача: определить «быстрые» факторы, которые могут изменить климат в течение короткого времени ― 20–50 лет. Тогда на первое место поставили именно дестабилизацию гидратов сибирского арктического шельфа. Потенциал его эмиссии парниковых газов просто колоссальный, поэтому так важно изучать масштабы и темпы деградации подводной мерзлоты.

― Вы не раз выступали с предложением о создании карбонового полигона на арктическом шельфе РФ. Он необходим для изучения таких процессов?

― Именно. Этой проблемой серьезно озадачено мировое сообщество, но ситуация осложняется тем, что у нас по известным причинам нет возможности работать сообща. Поэтому надо думать о том, как продолжить исследования на национальном уровне.

Именно российский арктический шельф, на котором сосредоточены основные запасы гидратов, подверженные дестабилизации, должен стать глобальной научной лабораторией. Мониторинг процессов деградации подводной мерзлоты позволит выяснить, в какие сроки и какие объемы метана попадут в атмосферу. Только получив эту информацию, можно будет объективно анализировать возможные последствия.

― С какими знаниями и предварительными исследованиями вы подходите к предложению о создании такой лаборатории?

― В первую очередь, мы уже документировали, что процесс выброса метана в атмосферу с арктического шельфа уже идет. Сегодня необходимо изучать масштабы этих выбросов и скорость деградации мерзлоты.

Наша научная группа уже опубликовала порядка 20 статей в журналах Science и Nature. Одна из первых работ, увидевшая свет в 2010 г., вызвала в мировом научном сообществе настоящий фурор: мы выяснили и доказали, что вода на шельфе морей восточной Арктики значительно перенасыщена метаном относительно атмосферы. По нашим оценкам, которые приняло и мировое сообщество, из акваторий Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых в атмосферу ежегодно поступает 8 млн т метана. При этом в трудах МГЭИК за 2010 г. указано, что годовая эмиссия метана всего Мирового океана ― 5 млн т. То есть мы доказали, что совсем небольшой участок шельфа выделяет почти в два раза больше метана, чем весь Мировой океан, согласно прошлым оценкам. Конечно, это вызвало серьезный резонанс.

В 2014 г. мы провели более детальные исследования вклада пузырькового метана ― основного источника эмиссии, который образуется в результате деградации мерзлоты и дестабилизации гидратов. А кроме того, мы открыли новый источник выбросов метана ― глубинные флюиды, которые могут быть ассоциированы с нефтегазовыми залежами на глубине 3–4 км и более. Все это говорит о том, что оценка гидратного метанового потенциала морей восточной Арктики существенно занижена. Это подтверждают и данные станций мониторинга, показывающие, что концентрация метана над Арктикой выше на 10%, чем на остальной планете, включая умеренные широты Северного полушария, где сосредоточена основная антропогенная деятельность.

За всеми процессами необходимо следить, но, к сожалению, в российской Арктике ― на побережье и в акватории Северного морского пути ― нет ни одной полноценной действующей станции атмосферного мониторинга. Это позор отечественной климатологии. При этом я не раз заявлял: наша научная группа способна запустить две подобных станции мониторинга со стандартами мирового уровня в течение трех месяцев. Но на это требуется финансирование, которого нам пока не выделяют.

― Допустим, такие лаборатории и станции мониторинга будут созданы. Но сможет ли человечество хоть что-то сделать, чтобы предотвратить эмиссию парниковых газов, с учетом того, что это исключительно природные процессы? Или нам остается только смотреть на это?

― Homo sapiens ― это человек разумный. А раз мы действительно разумны, то способны оценить масштабы и динамику проблемы, которая может привести к катастрофическим изменениям климата. Только после формирования таких оценок станет возможным прогнозировать последствия и объективно думать об адаптации.

Приведу пример: над Арктикой существует так называемый арктический тропосферный вихрь — замкнутая циркуляция воздушных масс. Ранее эта система была действительно замкнутой, и воздух, например, из Карского моря не доходил до Москвы. Сейчас же мы наблюдаем регулярные проникновения холодных масс. Это может быть одним из проявлений усиления парникового эффекта, в том числе связанным с неучтенными выбросами метана. Я не утверждаю это категорично, но такое предположение имеет право на существование.

Именно для изучения таких процессов и нужны лаборатории на шельфе. Причем лабораторией должен стать весь Восточно-Сибирский шельф. Мы понимаем, что это дорогостоящий и масштабный проект, поэтому придется начинать с небольшого участка — например, в море Лаптевых или в Восточно-Сибирском море, в районе Колымы. Но даже начав с малого, мы удержим лидерские позиции в этом направлении исследований.

Наша обязанность — продолжить мониторинг состояния и динамики подводной мерзлоты, особенно в районах, где мы уже зарегистрировали массированные выбросы метана — так называемые мегасипы. Это участки площадью более 1 тыс. м, где вода буквально бурлит, как в джакузи. Там, где поток особенно сильный, выбросы достигают сотен килограммов метана с 1 м² в сутки, а в год один мегасип выделяет до 1,5 млн т. И эти участки постоянно растут ― один из мегасипов за четыре года вырос в четыре с половиной раза, и примерно во столько же раз увеличился выброс метана.

― Но ведь мы не можем просто «заткнуть» эти мегасипы… Что нам дает мониторинг ситуации и к чему стоит готовиться?

― Прежде всего, чтобы человечество могло понять, к чему готовиться и как выстраивать стратегию, необходимо оценить реальные масштабы проблемы. Нам нужно выполнить более полную съемку, провести новые количественные оценки и восстановить сеть станций мониторинга. Крайне важно восстановить в 2026 г. мониторинг динамики роста наиболее крупных мегасипов, который был прерван в 2025 г. из-за отсутствия доступного научно-исследовательского судна.

И в России, и в других странах есть мощные вычислительные центры, которые готовы провести моделирование. Но они нуждаются в данных ― объективных количественных оценках. Первые оценки уже существуют, но они занижены, поскольку опирались на знания более чем десятилетней давности. А получив актуальную информацию, мы сможем построить модели, основанные на понимании механизмов выбросов, мощности и соотношении источников. Мы это умеем: в ходе мониторинга мы проводим изотопные и молекулярные анализы, которые дают информацию о возрасте метана и глубине его происхождения.

Крайне важны исследования возраста мегасипов. В этом направлении первые результаты были получены на основе экспедиционных исследований совместно с учеными Томского политехнического университета. Это продолжение исследований, проведенных в рамках мегагранта Правительства РФ 2014-2018 гг., которые были опубликованы в 2026 г. в журнале Marine Geoscience and Energy Resources. Важные научные результаты, направленные на выявление источников метана на арктическом шельфе РФ, были выполнены лабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН совместно с лабораторией комплексных исследований в арктической системе «суша — шельф», которая была создана в Томском государственном университете в 2020 г. при поддержке Минобрнауки. Удалось доказать, что в прибрежных районах основным источником служит древний биогенный углерод, так же как в термокарстовых северных озерах. Однако при движении к кромке шельфа возрастает роль термогенного метана, что свидетельствует о наличии разгрузки глубинного геофлюида. Эти результаты получены на основе исследований, выполненных в 2020 г. совместно со Шведской королевской академией наук (Стокгольмский университет). Это направление исследований развивается с помощью независимого параметра ― изотопного почерка благородных газов, что позволяет выявить связь с земной корой и мантией, верхняя граница которой залегает на глубине примерно 15 км на шельфе морей Восточной Арктики.

Поэтому крайне важно развивать совместные с группой академика Л.И. Лобковского (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН) сейсмотектонические исследования, которые успешно выполняются последние 15 лет. Отметим, что в распоряжении нашей команды имеется единственный в РФ работающий прибор для исследования изотопных отношений благородных газов, но нет финансирования, чтобы полноценно обеспечить эту работу.

Если исходить из вышеизложенного, становится очевидным, что геологический, климатический и экологический мониторинг акватории СМП необходимо развивать на основе комплексной системы наблюдений. Этот комплексный мониторинг проводится нашей междисциплинарной и межрегиональной группой исследователей с участием ученых с Дальнего Востока (ТОИ ДВО РАН, СахГУ), из Сибири (ТГУ, ТПУ, Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН) и Центральной России (ИО РАН, МГУ, ФИЦ Биотехнологии, СколТех, Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАН).

К сожалению, насчитывается не так много научных направлений, в которых Россия может уверенно лидировать на мировом уровне. В области климатологии мы первые: десятки институтов и университетов всего мира стоят в очереди, чтобы работать с нами. Наша страна просто обязана проводить такие исследования. Это касается безопасности всего человечества, и поэтому тему оценивают как ведущую в науках о Земле. Я считаю, что проблема планетарного характера может быть решена только на уровне Правительства РФ, на уровне главы государства. Кстати, на встрече с молодыми учеными 4 декабря 2024 г. президент РФ В.В. Путин дал устное поручение об оказании поддержки нашим исследованиям, направленным на выявление геологических, климатических, и экологических последствий деградации мерзлоты в арктической системе «суша ― шельф». Очень надеемся, что это поручение будет реализовано в ближайшее время.

― Почему именно российский шельф должен стать климатической национальной и мировой научной лабораторией? Ведь выход к Арктике есть и у других стран…

― Российские территории уникальны. Любая батиметрическая карта покажет, что Сибирский шельф — самый широкий и самый мелководный шельф не только Северного Ледовитого, но и всего Мирового океана. Его официальная площадь — около 3 млн км². Общая площадь шельфа Арктики — примерно 7 млн км². Нам принадлежит практически половина. Для сравнения: арктический сектор шельфа США (Аляска) составляет лишь малую долю от площади Сибирского шельфа. Причем подводная мерзлота на узком и крутом шельфе Аляски почти полностью деградировала, что обусловлено влиянием теплых промежуточных атлантических вод, которые практически не выходят на широкий и мелководный Сибирский арктический шельф.

Еще в 1970-е гг. ученые СССР и США, проводя совместные исследования, отметили: «Если где-то шельфовые гидраты и могут оказать влияние на климат, то только на шельфе морей восточной Арктики». Теперь результаты нашей работы это подтвердили и фактически изменили климатическую парадигму. А это очень не нравится консервативным кругам научного сообщества, которые просто перекрывают пути финансирования, что может привести к утрате не только научного лидерства российских ученых в этом приоритетном направлении наук о Земле, но и к потере новой генерации российских арктических ученых, которая сформировалась в рамках программы мегагрантов.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ