Как противодействовать таянию вечной мерзлоты? 

Ученые проводят измерения параметров, отражающих состояние слоя вечной мерзлоты на плато Штокхорн на высоте 3 400 метров над уровнем моря, недалеко от Церматта. Cécile Pellet

Неустойчивые склоны, селевые потоки и камнепады — постепенное истончение в результате таяния слоя вечной мерзлоты может стать источником серьезных проблем для горных регионов планеты, включая швейцарские Альпы. Ученые из Швейцарии активно участвуют в международных исследовательских проектах, целью которых является изучение этой проблемы и поиск возможных решений.

Таяние вечной мерзлоты становится одной из наиболее острых экологических проблем, оказывающих влияние на климат, природные экосистемы и инфраструктуру. Одним из главных последствий процесса является выброс в атмосферу огромного количества углерода, накопленного в вечной мерзлоте. Это приводит к усилению парникового эффекта и ускорению темпов глобального потепления. Помимо углерода, в атмосферу активно выделяется и метан — газ, значительно более мощный с точки зрения его воздействия на климат.

Этот процесс известен как «метановая бомба» и вызывает серьезные опасения среди ученых. Другим следствием таяния вечной мерзлоты становится активное образование термокарстовых озер и провалы грунта, приводящие к появлению кратеров. Наиболее известный пример — так называемый Батагайский кратер в Сибири, называемый «Вратами ада». Разрушение почвы влияет на инфраструктуру горных и северных регионов планеты: грунт, на котором построены здания и дороги, теряет устойчивость, что приводит к обрушению построек и повреждению коммуникаций. Еще одним последствием изменений является рост числа природных пожаров. Исчезновение вечной мерзлоты создают условия для частых возгораний, что усугубляет ситуацию и приводит к дополнительному выбросу углерода в атмосферу.

Замыкая порочный круг

Это замыкает порочный круг: таяние мерзлоты ускоряет изменения климата, а изменения климата способствуют дальнейшему разрушению мерзлотных слоев. В Швейцарии этот процесс представляет собой особую угрозу для горных турбаз, лавинозащитных сооружений и канатных дорог, опоры которых часто строятся с опорой на замерзший грунт. Исследование, проведенное Швейцарским альпийским клубом (Schweizer Alpen-Club, SAC) в 2024 году, показалоВнешняя ссылка, что риску разрушения из-за таяния вечной мерзлоты подвержены более трети из 152 его горных турбаз, еще 42 турбазы (а это порой очень сложные капитальные сооружения) находятся в зонах потенциальных лавин, селей и оползней.

Противодействие этим процессам требует значительных инвестиций, однако, как отмечают в SAC, средств финансового фонда, созданного Альпийским клубом для финансирования всех необходимых строительных работ, уже сейчас критически не хватает. По оценкам Федерального Ведомства по охране окружающей среды (Bundesamt für Umwelt, BAFU, подразделение Министерства экологии, транспорта, энергетики и коммуникаций UVEK), в результате таяния вечной мерзлоты от 6 до 8% территории Швейцарии относятся к зонам с высокой нестабильностью горных склонов. В ближайшие годы, отмечают чиновники, населенные пункты, расположенные ниже зон вечной мерзлоты, рискуют все чаще становиться жертвами оползней и селевых потоков.

▶ Читайте ниже репортаж из долины Кандерштег — популярного швейцарского горного курортного региона, жители которого живут под постоянной угрозой обрушения близлежащих склонов.

В декабре 2024 года Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) опубликовало доклад, согласно которому среднегодовая температура у поверхности Арктики в минувшем году в рейтинге самых высоких температур за весь период наблюдений с 1900 года заняла второе место. С одной стороны, более теплый климат стимулирует рост растительности, поглощающей CO₂ из атмосферы. С другой — повышенная температура приземного слоя воздуха вызывает активное таяние вечной мерзлоты. Углерод, запечатанный в замерзшей почве, при оттаивании подвергается микробному разложению, выделяя в атмосферу метан и углекислый газ — два мощных парниковых газа.

Дополнительным фактором стали лесные пожары в высоких широтах, которые охватывают всё большие территории, сжигая растительность и выбрасывая накопленный углерод в атмосферу. Эти процессы ускоряют процесс изменения климата, создавая эффект замкнутого круга: чем теплее становится, тем быстрее тает мерзлота, что приводит к еще большему потеплению. Недавние исследования выявили еще один малоизученный фактор: значительное количество парниковых газов высвобождается из донных отложений арктических озёр. Большинство климатических моделей ранее учитывали только таяние верхних трёх метров почвы, однако новые данные указывают, что реальный объем углерода, скрытого в вечной мерзлоте, может быть значительно выше. По данным NOAAВнешняя ссылка, в арктической мерзлоте хранится около 1,5 триллиона тонн углерода, в то время как ежегодные выбросы CO₂ в мире составляют около 40 миллиардов тонн. Этот скрытый резерв углерода может существенно ускорить глобальное потепление, особенно если процесс таяния продолжится в прежнем темпе.

Швейцария играет важную роль в изучении вечной мерзлоты. В 2000 году в стране была создана первая национальная сеть мониторинга (PERMOSВнешняя ссылка), а измерения на горе Пиц Корвач в восточной Швейцарии, начатые еще в 1987 году, являются самым продолжительным в мире непрерывным процессом мониторинга состояния вечной мерзлоты в горных регионах. В 2024 году швейцарские ученые достигли нового рубежа, разработав метод количественной оценки потерь почвенного льда, применимый не только в Альпах, но и в Арктике. Ученые из Швейцарии активно участвуют в международных исследовательских проектах, целью которых является изучение этой проблемы и поиск возможных решений.

В прошлом году исследователи из Швейцарского института исследований снега и лавин WSL в Давосе запустили четырехлетний проект в Бутане. В сотрудничестве с местными экспертами и специалистами швейцарские ученые изучают процессы таяния вечной мерзлоты и снежного покрова, разрабатывая меры по снижению климатических рисков в высокогорных регионах. Этот проект финансируется Швейцарским национальным научным фондом (программа SNF-SPIRIT) и является важным шагом на пути к пониманию механизмов, связанных с потеплением климата.

Почему именно Бутан?

Дело в том, что, в отличие от соседних стран, здесь практически не ведутся систематические наблюдения за изменением состояния снежного покрова и вечной мерзлоты. «А знать, что происходит на больших высотах, очень важно. Жители деревень в Бутане часто не имеют никакой информации о процессах, происходящих в горах. Важно хотя бы понимать потенциальные риски и иметь возможность устанавливать системы раннего оповещения о возможных селях и оползнях, как это уже делается в Швейцарии, Индии и Китае», — рассказала порталу SWI swissinfo.ch Надин Зальцманн, руководитель исследовательского отдела по изучению альпийской среды и природных опасностей в Швейцарском институте изучения снега и лавин (SLF).

На исследовательской площадке в Бутане, расположенной рядом с ледником Тана на высоте около 5 200 метров, ученые швейцарского НИИ SLF установили датчики для измерения температуры поверхности земли и оценки состояния вечной мерзлоты. Pema Eden / CNR-RUB

Швейцария и Бутан во многом схожи по размерам и топографии, а потому сталкиваются с похожими вызовами и угрозами, связанными с изменением климата. Так, например, швейцарская исследовательская группа специально совершила экспедицию в район Ледника Тана (Thana Glacier), расположенного на высоте около 5 200 метров над уровнем моря, установив там около двух десятков датчиков с целью измерения температуры поверхности земли. Такие устройства уже много лет используются в национальной системе мониторинга вечной мерзлоты PERMOS в Швейцарии. Кроме того, ученые установили на леднике автоматическую метеостанцию и датчик, который позволяет ежедневно измерять водный эквивалент снега — то есть количество воды, хранящейся в снежном покрове.

Тем самым ученые получат ценную информацию о распределении осадков и о динамике накопления снега на больших высотах. Они также произвели картографирование рельефа. «Наша цель — создать первую региональную карту потенциального залегания вечной мерзлоты в Бутане», — отмечает Надин Зальцманн. Еще одно направление работы связано с изучением социальной адаптации к изменениям окружающей среды. Проект швейцарских исследователей учитывает гендерные аспекты, изучая, например, как местные женщины, занятые преимущественно в сельском хозяйстве, справляются с такими природными угрозами, как оползни, изменения в водоснабжении и появление ледниковых озер. Ученые также исследуют, могут ли традиционные знания женщин, накопленные за поколения, способствовать совершенствованию систем раннего предупреждения.

Швейцарские исследователи надеются, что их проект не только повысит степень осведомленности населения о климатических рисках, но и откроет долгосрочные научные перспективы для студентов вузов Бутана, тем более что эта страна сталкивается с серьезной утечкой кадров: многие молодые специалисты предпочитают эмигрировать, в первую очередь в Австралию. В ходе дальнейшей работы швейцарская команда планирует расширить исследования в других частях Бутана и установить дополнительные приборы для более детального анализа. «Это действительно первые шаги к пониманию того, что происходит на больших высотах», — отмечает Надин Зальцманн.

Методы адаптации

А между тем и в других регионах, где вечная мерзлота уже тает, местные жители уже активно ищут способы адаптации к новым климатическим и топографическим условиям. В ряде районов инженеры, например, применяют методы пассивного охлаждения, с тем чтобы стабилизировать вечную мерзлоту. Один из таких методов заключается в использовании вентиляционных каналов, щебеночных насыпей и термосифонов — устройств, позволяющих отводить тепло от грунта и охлаждать его за счет естественной циркуляции воздуха. Исследования в этой области ведутся и в Швейцарских Альпах. Аспирантка Швейцарского федерального технологического института Лозанны (EPFL) и Института исследования снега и лавин (SLF) Елизавета Шараборова вместе с коллегами разрабатывает технологии стабилизации инфраструктуры, находящейся в зонах вечной мерзлоты.

Елизавета Шараборова и экспериментальная система стабилизации вечной мерзлоты, разработанная в рамках проекта SolarFrost. Фото: Елизавета Шараборова.

В рамках проекта SolarFrostВнешняя ссылка ученые создали экспериментальную систему, в которой неглубоко под землей прокладываются охлаждающие трубы, подключенные к тепловому насосу, работающему на солнечной энергии. Моделирование уже показало, что эта система усиливает естественное зимнее охлаждение почвы и предотвращает нагрев вечной мерзлоты летом. Создаваемый таким образом замороженный почвенный барьер защищает более глубокие слои грунта от оттаивания. «Цель заключается не в том, чтобы заморозить вечную мерзлоту повсеместно, а в том, чтобы сохранить устойчивость конкретных инфраструктурных объектов — например, канатных дорог и железнодорожных путей в горах», — поясняет Елизавета Шараборова.

Эта технология уже прошла успешные испытания, в настоящее время продолжаются её лабораторные исследования в Швейцарии. Тем временем на севере Сибири российские ученые разрабатывают иной подход к защите вечной мерзлоты. Они пытаются восстановить экосистему древних степей, заселяя тундру крупными травоядными животными, такими как лошади и бизоны. Исследователи предполагают, что возвращение пастбищного ландшафта поможет снизить объёмы выбросов парниковых газов. Однако для подтверждения эффективности этого метода потребуются дальнейшие глубокие исследования.

Русскоязычная оригинальная версия материала подготовлена, адаптирована для целевой аудитории, выверена и научно отредактирована русскоязычной редакцией SWI / ип / нк / ап.