Ъ: Невечная мерзлота
Профессор РАН о сложности и необходимости освоения Арктики и Антарктики
Исследователи полярных территорий говорят о том, что климат стремительно меняется, льды тают практически на глазах. Однако проблема не только в том, что их становится все меньше, но и в том, что они меняют свой состав и структуру. Оказывается, «молодые льды» могут ускорить потепление климата. Получается замкнутый круг. Несмотря на все эти сложности и опасности, осваивать Арктику и Антарктику необходимо. Как это сделать в изменяющихся природных и географических условиях, чтобы не нанести вреда человеку и природе? Об этом — наш разговор c Александром Макаровым, директором Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ), доктором географических наук, профессором РАН.
— Александр, когда и с какими целями создавался ваш институт, какие задачи решал?
— Арктический и антарктический научно-исследовательский институт — преемник Северной научно-промысловой экспедиции при Высшем совете народного хозяйства. Ее создали 4 марта 1920 года для освоения Северного морского пути и прилегающих к нему районов. Помимо обеспечения запросов народного хозяйства российского Крайнего Севера, экспедиция вела геологические изыскания, координировала исследования, проводимые севернее 60-й параллели другими организациями. Начиная с 1920 года полярники на регулярной основе работали в Арктике.
В 1925 году экспедиция была преобразована в Научно-исследовательский институт по изучению Севера, который развивает океанографические, метеорологические, геофизические и географические исследования. В 1929 году на Земле Франца-Иосифа создана самая северная в мире геофизическая обсерватория. В 1930 году НИИ сменил название на Всесоюзный арктический институт и получил статус центрального и руководящего научно-исследовательского центра по всестороннему изучению полярных стран. В 1938 году изменилась структура института — выделены четыре ведущих отдела: ледовый, океанологии, метеорологии и геофизики. Приоритетной задачей стало гидрометеорологическое обслуживание мореплавания по Северному морскому пути. Снова изменилось название — Арктический научно-исследовательский институт.
— Интересно, сколько всего за эти годы прошло полярных экспедиций?
— Более чем за сто лет своей работы институт организовал свыше тысячи арктических экспедиций и 67 экспедиций в Антарктиду. В 1994 году он получил статус государственного научного центра Российской Федерации.
Экспедиции — это тяжелый, но очень важный с научной точки зрения труд. Например, в Антарктике в районе станции Восток сделано одно из важнейших открытий XXI века — в феврале 2012 года специалисты ААНИИ и Горного института пробурили скважину глубиной почти 3800 м и достигли подледникового озера. Получен уникальный керн льда из придонных слоев ледника и образцы замерзшей воды. В результате получены научные данные мирового значения.
Сегодня это ведущий мировой центр по исследованию полярных областей. Он проводит весь цикл работ в высоких широтах в интересах Российской Федерации и коммерческих компаний: от полевых исследований и обработки данных до составления карт и прогнозов. Более ста лет научные подразделения ААНИИ занимаются фундаментальными и прикладными исследованиями климата, процессов в атмосфере, ближнем космосе, морской среде и ледяном покрове. Также институт выступает государственным оператором для организации и осуществления деятельности в Антарктике.
— Какие новые вызовы встали перед институтом сейчас?
— Одна из основных задач нашего НИИ — обеспечение гидрометеорологической безопасности судоходства по Северному морскому пути. В ближайшее время институт должен обеспечить качественными и своевременными прогнозами круглогодичную навигацию не только с востока на запад, но и с запада на восток, чего ранее никогда не делалось.
Глобальное потепление климата приведет к увеличению опасных ледовых явлений на трассе Севморпути.
В этой связи институт проводит большую работу для повышения точности и оперативности предоставляемых прогнозов.
— Насколько серьезен этот процесс потепления? На сей счет до сих пор ведутся споры в ученом мире…
— Он более чем серьезен. За последние полвека произошли колоссальные изменения ледяного покрова, площадь которого каждое десятилетие уменьшается примерно на 13,5%. В летний период площадь льда сократилась на 2,7 млн кв. км, что сравнимо с Гренландией. Зимой эта цифра составила 800 тыс. кв. км. Все меньше так называемого древнего льда толщиной более 3 м — теперь в среднем толщина льда не превышает 2 м. Вместе с тем лед стал формироваться гораздо быстрее — всего за несколько недель. В результате количество опасных ледовых явлений год от года только увеличивается. Задача института — четко и оперативно прогнозировать эти изменения и предупреждать о возникновении опасных явлений на трассе Севморпути.
— Какие проекты и разработки помогают решать эти задачи?
— Ключевой проект в Антарктиде сегодня — это строительство нового комплекса на станции Восток. Она основана в 1957 году, и сейчас это единственная российская внутриконтинентальная антарктическая станция. Действующий зимовочный комплекс построен еще в 1970-х годах, и бытовые условия в нем весьма скромные.
Кроме того, постройки уже полностью занесены снегом, полярники живут и работают практически внутри антарктического ледника — им приходится прокапывать проходы в снегу между сооружениями.
Новый модульный зимовочный комплекс по размерам сопоставим с пятиэтажным домом на пять парадных…
— Сразу видно, что мы общаемся с петербуржцем…
— Это неистребимо. В пяти модулях предусмотрены служебные и жилые помещения, медицинский блок с операционной, стоматологическим и рентген-кабинетом, барокамерой, кают-компания с бильярдом и кинозалом, спортзал и сауна. Общая площадь помещений составит почти 2 тыс. кв. м. Станция размещена на 36 опорах высотой 3 м — это убережет ее от занесения снегом на многие годы.
Проектом предусмотрены самые современные технические решения, в том числе в части энергосбережения, а все системы будут иметь двойное или тройное резервирование. Запаса топлива и продуктов хватит на два года. На новой станции будут проживать и работать 15 человек во время зимовки и 35 человек в сезон.
В прошлом году началось активное строительство нового комплекса. Для этого ААНИИ в рамках 67-й Антарктической экспедиции провел беспрецедентную по масштабам и сложности операцию по доставке всего необходимого для стройки в центр Антарктиды. Сначала грузы судами доставляли на прибрежную станцию «Прогресс», а потом санно-гусеничными походами, которые проходили около 1500 км только в одну сторону, до станции Восток. За сезон выполнили 13 таких походов.
— Все-таки труд полярников — это что-то героическое!
— Вы правы! Но хотелось бы поменьше героизма. И новый комплекс позволит в безопасных и комфортных условиях продолжать работы и начинать новые исследования. Первые модули планируем запустить уже до конца этого года. Это позволит вести внутренние работы зимой, что ускорит строительство. В ближайшем сезоне продолжим завозить новые модули и начнем их сборку. Работы идут по графику, и ввод всей станции в эксплуатацию должен состояться в конце 2024 года.
— Знаю, в институте уже много лет ведется работа по изучению ледяных покровов…
— В том числе ледовых нагрузок на суда. Одна из первых успешных операций такого рода — в 1953 году, когда институт организовал экспедицию по спасению из ледового плена сотен судов на реке Лене. А в 1955 году в институте создан первый в мире ледовый опытовый бассейн, в котором исследуются ледовые нагрузки на сооружения и корпуса судов.
Кроме того, наш институт становится центром создания Национальной системы мониторинга многолетней мерзлоты.
Две трети территории РФ, а это более 11 млн кв. км, составляет многолетняя мерзлота. Это огромная площадь. Ученые немало знают о том, как протекают процессы в криолитозоне. Но с учетом климатических изменений этих данных уже недостаточно.
Многолетнемерзлые породы неоднородны и изменчивы, их состояние зависит от температуры, атмосферных осадков, растительности. Но при этом мерзлота влияет на береговую линию, рельеф, а также способна усугубить глобальное потепление.
— Каким образом?
— В таких грунтах содержится вдвое больше углерода, чем во всей атмосфере планеты, который высвободится при таянии вечной мерзлоты. Сегодня многолетнемерзлые грунты служат основанием для множества зданий и инфраструктурных сооружений, линейных объектов, таких как газо- и нефтепроводы. Все эти объекты могут пострадать при таянии мерзлоты, что может нанести значительный экономический и экологический ущерб, не говоря уж об опасности для жизни людей.
Наблюдения специалистов Арктического и антарктического НИИ доказали, что на бoльшей части арктической зоны РФ мерзлота разрушается, за 20–30 лет ее температура увеличилась на 0,5–2 °C. Во многих районах мерзлота протаивает все глубже, ее толщина сокращается, как и площадь распространения. А рост осадков из-за глобального потепления только ускорит этот процесс.
— А что будет представлять собой ваша система мониторинга и что она даст?
— Базовым элементом создаваемой системы станут 140 пунктов мониторинга, которые разместят на базе функционирующих гидрометеорологических станций и обсерваторий Росгидромета. На них будут обустроены скважины глубиной до 30 м для автоматических измерений температуры мерзлоты на разных горизонтах.
Также в институте появится и Центр мониторинга, который будет собирать, обрабатывать и анализировать данные. На их основании специалисты ААНИИ подготовят обзоры, а также оценят возможные последствия изменений в многолетнемерзлых породах для окружающей среды и социально-экономической сферы, которые предоставят в органы власти и заинтересованным организациям.
Наши сотрудники уже начали инспекцию первых арктических метеостанций, чтобы со следующего года приступить к созданию пунктов наблюдения.
В этом году мы сможем обследовать около 40 таких пунктов. Комплексная система наблюдений на всей территории России должна заработать в 2025 году.
Система позволит быстро получить важные данные о том, где изменения наиболее критичны, где необходимы более детальные исследования. Территории, вызывающие беспокойство, должны будут обследоваться более тщательно.
— А что такое система «Север»?
— Это автоматизированная ледово-информационная система, созданная ААНИИ в 1980-х годах для мониторинга гидрометеорологической и ледовой обстановки и обеспечения арктических морских перевозок. Она обеспечивает безопасность и эффективность морских операций в Арктике. Система основана на спутниковом мониторинге гидрометеорологической информации, обработкой которой занимается специальный информационно-аналитический центр ААНИИ.
Среди ее задач круглогодичный мониторинг ледовых и гидрометеорологических условий в Северном Ледовитом океане, в замерзающих морях умеренных широт и в Южном океане. А также обеспечение обработанными данными, экспертными оценками, расчетами и прогнозами, другой оперативной и прогностической информацией научно-исследовательских учреждений, министерств и ведомств, администрации Севморпути, пароходств, штабов морских операций, ледоколов и судов. На основе этих данных, например, готовят ледовые карты, прогнозы и навигационные рекомендации.
До конца 1990-х годов практически вся информация центра «Север» готовилась в бумажном виде, а данные получались преимущественно с помощью авиации. В 2004–2006 годах проведена глубокая модернизация, созданы основные аппаратно-программные средства. Авиаразведку заменили данные со спутников, хотя наблюдения с гидрометеорологических станций и судов используются как вспомогательные. Ключевым элементом системы стал программный комплекс «Автоматизированная система диспетчеризации и управления технологическими процессами». Он не только поддерживает связь между элементами системы, обеспечивает прием и обработку поступающих данных, но и оповещает внешних и внутренних пользователей о подготовленной для них информации.
Модернизация «Севера» должна увеличить точность метеорологических, ледовых и гидрологических прогнозов, а также повысить степень автоматизации. Старая система уже не способна обобщать быстро растущие объемы первичной информации и обрабатывать их в реальном времени.
— Слышала об уникальной ледостойкой платформе «Северный полюс», которая недавно вошла в состав вашего флота. Что это такое и чем отличается от традиционных станций и судов?
— Для первой полярной экспедиции норвежский исследователь Фритьоф Нансен в 1893 году построил специальное деревянное судно «Фрам» («Вперед»), которое дрейфовало вместе со льдами три года. Первой научно-исследовательской станцией, дрейфующей именно на льду, стала экспедиция Сторкера Сторкерсона, которая началась в апреле 1918 года и завершилась в октябре того же года.
Уже в начале прошлого века ученые поняли, что необходимо непрерывное детальное изучение Арктики и отдельные посещения полюса не могут обеспечить систематических наблюдений за льдами и погодой в высоких широтах, без которых было не обойтись ни тогда, ни сейчас. Проведение стационарных наблюдений с помощью дрейфующих станций советские ученые обсуждали уже в 1929 году.
А первая такая станция появилась в рамках Высокоширотной воздушной экспедиции, которая началась 21 мая 1937 года. Тогда на станции остались четверо полярников во главе с Иваном Папаниным. Станция просуществовала 274 дня, но из-за разрушения льдины потребовалась экстренная эвакуация полярников.
— Известная страница в нашей полярной истории…
— Именно так. С 1954 года и до 1991 года в Северном Ледовитом океане постоянно работали одна или несколько советских дрейфующих станций. Они могли существовать автономно около полугода, но потом требовалось снабжать их свежими продуктами, производить замену личного состава.
Кроме того, разрушения льдин, где находились станции, участились. По этой причине в 2013 году пришлось досрочно завершить работу дрейфующей станции «Северный полюс-40».
Динамические процессы в ледяном покрове стали гораздо более интенсивными, вероятность разломов льдин крайне увеличилась. С 2000-х годов не удалось организовать на льдах ни одной станции, которая бы проработала более года — с 2003 по 2010 год пришлось эвакуировать пять. А затем просто не получалось найти подходящую и прочную льдину. Даже сезонную дрейфующую станцию, которая проработала всего четыре месяца, в 2015 году пришлось досрочно свернуть. Эта обстановка стала одним из основных факторов в решении о постройке ледостойкой самодвижущейся платформы (ЛСП).
— Правильно ли я понимаю, что этой платформе ничего не страшно?
— Корпус судна может выдерживать довольно серьезные нагрузки на сжатие. Над этим долго трудились наши специалисты. Также платформа позволит существенно сократить расходы на организацию экспедиций, а жизнь и работа ученых станут гораздо комфортнее, не говоря уже о безопасности. При подготовке технического задания для строительства этого судна в Арктическом и антарктическом НИИ обобщили наш уникальный опыт проведения исследований и эвакуации дрейфующих полярных станций. Конструкция платформы оптимальна для долговременного базирования научно-исследовательских лабораторий и проведения очень широкого спектра работ при минимальной строительной и эксплуатационной стоимости.
Ледостойкая самодвижущаяся платформа «Северный полюс» позволит вести круглогодичные исследования в высоких широтах Северного Ледовитого океана. Она спроектирована так, чтобы совершать длительные дрейфы в ледяных массивах. Запасов продуктов хватит на год, а топлива на два.
При этом прибывать к месту дрейфа и возвращаться назад она будет своим ходом.
— А как она будет выглядеть?
— Судно имеет уникальную форму корпуса, выбранную после многочисленных испытаний в ледовом бассейне ААНИИ. Корпус устойчив к сжатию льдов, но при этом позволяет разместить максимум оборудования и припасов.
На платформе оборудуется 15 лабораторий, вертолетная площадка для тяжелых вертолетов типа Ми-8АМТ. На этом судне в безопасности и с комфортом будут работать и проживать 14 членов экипажа и 34 научных сотрудника. Также платформа позволяет организовать временные лаборатории и лагеря прямо на льду. Часть исследований можно начать проводить непосредственно в Арктике в научных лабораториях на борту судна. Но самое важное — ЛСП станет для полярников уютным и безопасным домом.
— Знаю, испытания платформы уже прошли в Финском заливе. Не было ли каких-то неожиданностей?
— Первые ходовые испытания прошли в мае, и они были успешными. В июне были контрольные ходовые испытания. Была протестирована работоспособность вертолетного комплекса, отработана посадка на борт. В свой первый рейс в Центральную Арктику судно отправится в середине сентября 2022 года. Экспедиция «Северный полюс-41» на борту нового научно-исследовательского судна «Северный полюс» продолжит легендарную программу отечественных дрейфующих полярных станций.
