Мерзлота как повод для выставки, страшилка для нефтяников и хранилище бактерий, сдерживающих потепление

Толща мерзлоты. Фото: Андриан Колотилин / GeoPhoto

Искусство и мерзлота

В мае-сентябре 2024 года в московском Доме культуры «ГЭС-2» запланирован групповой выставочный проект «Индекс подобия». Серия работ в формате science art, посвященных вечной мерзлоте, подготовлена в том числе Лабораторией комплексных геокультурных исследований Арктики, с 2014 года работающей в стенах якутского Арктического института культуры и искусств.

Лаборатория участвовала с подобным проектом, представляющим вечную мерзлоту не только как природное явление, но и как элемент культуры, в Биеннале и других художественных инициативах.

Понятие «Индекс подобия» ввели ученые для определения пригодности планет для жизни. Его цель – определить, насколько условия на планете схожи с земными. В выставочном проекте «Индекс подобия» это понятие используется в широком метафорическом и критическом значении. Художественная часть экспозиции состоит из трех частей – видеоработы, документальные и игровые фильмы, кураторские проекты-интервенции.

Один из проектов на тему «Вечная мерзлота». Ирина Филатова, «Подземный музей вечности», скриншот из трансляции. Фото: redmuseum.church/smirnov_eternal

Мерзлота как «Русский Сфинкс»

Основатель мерзлотоведения М. И. Сумгин называл вечную мерзлоту «русским Сфинксом», имея в виду массу загадок и тайн земных недр, которые она хранит. 

В онлайн-журнале «Энергия+» эксперт по геотехническому мониторингу «Газпром нефти» Анна Курчатова рассказала, что на пути к арктическим залежам углеводородов скважина проходит сквозь толщу вечной мерзлоты. Ледяные породы капризны: разрабатывать их нужно максимально бережно, чтобы они не оттаяли. Понимание характера вечной мерзлоты повышает вероятность успешной разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов – нефтяники могут лучше подготовиться к нефтедобыче: обеспечить на конкретном участке контроль температур, разместить необходимую инфраструктуру. Анна Курчатова добавила, что успешная разработка углеводородов во многом зависит от понимания характера вечной мерзлоты.  Однако все сюрпризы, которые может преподнести вечная мерзлота, определить достаточно сложно, и основной вызов нефтедобычи – это ее сохранение.

«Вечная мерзлота, как и персонаж древнегреческой и древнеегипетской мифологии, любит загадывать людям загадки, и самые сложные обычно достаются нефтяникам», – подтвердила эксперт метафору Сумгина.

Схема модели. Источник: Елена Савенкова Информация взята с портала «Научная Россия» / scientificrussia.ru

Мерзлота и разнообразие микроорганизмов

Ученые выяснили, что высокое разнообразие микроорганизмов, населяющих зону вечной мерзлоты, может значительно снизить скорость потепления атмосферы у поверхности Земли. По мере таяния многолетнемерзлых грунтов микробы начинают выделять метан и, если видов бактерий мало, в определенный момент произойдет массовый выброс этого парникового газа. Высокое же видовое богатство приведет к меньшему – в масштабе нескольких градусов – нагреву воздуха планеты, передает «Научная Россия» публикацию в журнале Chaos, Solitons & Fractals.

С 1750 по 2020 год средняя температура у поверхности Земли возросла примерно на 1 °C, однако в зонах вечной мерзлоты только за последние 70 лет территории в среднем прогрелись на целых 4 °C. Это объясняется тем, что, когда мерзлота тает, в почве создаются благоприятные условия для развития микробных сообществ, которые перерабатывают оттаивающий древний углерод в метан. Этот парниковый газ, в свою очередь, попадает в атмосферу и способствует дальнейшему потеплению. При этом метан опаснее углекислого газа с точки зрения потепления, поскольку для того, чтобы температура поднялась на 1 °C, его нужно в 17 раз меньше. Таким образом, микробная активность в зоне вечной мерзлоты может влиять на темпы потепления, однако она до сих пор не учитывается в существующих прогнозах.

Исследователи из ООО «Центр научных исследований и разработок» (Великий Новгород), Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (Санкт-Петербург), Института проблем машиноведения РАН (Санкт-Петербург) с коллегами из Калифорнийского университета (США) и Говардского университета (США) проанализировали, как число видов почвенных микроорганизмов влияет на скорость таяния вечной мерзлоты и темпы потепления. Авторы использовали математическую модель Гуди, имитирующую динамику атмосферы планеты. Согласно ей, атмосфера рассматривается как набор отдельных ячеек, в которых циркулирует воздух: внизу – у поверхности Земли – он нагревается, после чего поднимается вверх, далее охлаждается и вновь возвращается к Земле. Чтобы понять, как на эту систему влияет метан, выделяемый микроорганизмами вечной мерзлоты, авторы расширили модель Гуди, введя в нее математические функции, которые описывают поступление синтезированного бактериями парникового газа.

Ученые рассмотрели два случая: когда разнообразие микробов вечной мерзлоты низкое и, напротив, высокое. При этом авторы учитывали, что для каждого вида микроорганизмов характерна своя температура, оптимальная для жизнедеятельности. То есть, когда вечная мерзлота тает и температура грунта достигает оптимального значения, бактерии начинают активно расти и выделять большое количество метана. Расчеты показали, что, если разнообразие микроорганизмов не превышает трех видов – а это значит, что оптимальная для них температура примерно одна та же, – система оказывается очень неустойчивой. Именно в этом случае следует ожидать массового начала выброса метана в атмосферу и, следовательно, резкого потепления. Когда же видов бактерий много, оптимальные для них температуры различаются, и резкого выделения парникового газа не будет.

Кроме того, авторы отмечают, что при высоком микробном разнообразии рассматриваемая система оказывается стабильна еще и потому, что разные виды конкурируют между собой и частично подавляют рост друг друга. Это также препятствует интенсивному росту отдельных популяций и массовому выбросу метана.

«Нам удалось доказать, что момент, в который может произойти резкий скачок температуры у поверхности Земли, зависит от микробного разнообразия. Оно определяется влажностью, температурой, содержанием питательных веществ и кислотностью почвы. И, хотя на микробное разнообразие мы не можем повлиять, обнаруженную нами зависимость нужно учитывать при разработке прогнозов потепления. Существующие модели не учитывают деятельность микроорганизмов вечной мерзлоты, но, если включить в них этот фактор, то он может скорректировать прогнозируемые к 2100 году температуры на несколько градусов, что довольно значимо. В дальнейшем мы планируем учесть больше различий, существующих между разными видами микроорганизмов, чтобы можно было уже количественно оценить вклад, который вносит в потепление низкое и высокое микробное разнообразие», – рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Савенкова, старший научный сотрудник ООО «ЦНИР».