Швейцарские ученые изучают вечную мерзлоту в горах

Швейцария — страна-лидер в области исследования вечной мерзлоты. Kevin Hadley

Группа ученых из Швейцарии впервые количественно описала процесс оттаивания альпийской вечной мерзлоты. Примененный ими новый метод позволяет оценить влияние изменения базовых климатических показателей на вечную мерзлоту, что дает возможность более точно прогнозировать оползни и камнепады.

Это произошло в 9:30 утра 23 августа 2017 года: огромный оползень сорвался со склона горы Пиццо Ченгало (Pizzo Cengalo) на швейцарско-итальянской границе. Более трех миллионов кубометров горной породы, перемешанных с водой, устремились в долину, буквально похоронив значительную часть территории швейцарской деревни Бондо в регионе долины Брегалья (Valle Bregaglia / Bergell). Погибли восемь человек. Эта катастрофа по праву была названа в Швейцарии «катастрофой века» (см. видео ниже).

Семь лет спустя суды все еще разбираются в том, кто виноват и какова возможная степень ответственности властей. Однако уже сейчас ясно одно: стремительное таяние швейцарских ледников, которые всего за два последних года потеряли 10% своего объема, — одно из самых очевидных проявлений изменения климата. Однако страдают не только ледники, но ещё и невидимая глазу вечная мерзлота. Недавняя жара в Швейцарии дополнительно ускорила процесс её оттаивания.

Самый продолжительный проект в мире

Вечная мерзлота присутствует в Альпах начиная с высоты от 2500 метров, она занимает около 5% территории Швейцарии, а во всём мире она покрывает почти четверть земной поверхности, будучи своеобразным «клеем», стабилизирующим горные склоны. Оттаивание вечной мерзлоты повышает риск природных катаклизмов, подобных катастрофе, обрушившейся на деревню Бондо. «Очень важно иметь возможность замерятьВнешняя ссылка вечную мерзлоту и следить за тем, что с ней происходит», — говорит Кристиан Хаук (Christian HauckВнешняя ссылка), профессор кафедры физической географии Фрибурского университета.

Швейцария — страна-лидер в области исследования вечной мерзлоты. В 2000 году здесь была создана первая национальная Сеть мониторинга состояния вечной мерзлоты (PERMOSВнешняя ссылка). Начатый в 1987 году на горе Пиц Корватч (Piz Corvatsch) на юго-востоке Швейцарии, что недалеко от курорта Санкт-Мориц, этот проект по исследованию вечной мерзлоты является самым продолжительнымВнешняя ссылка непрерывным проектом такого рода в мире. А недавно Кристиан Хаук и его исследовательская группа разработали новый метод измерения состояния вечной мерзлоты.

Эту методику можно будет использовать не только в Альпах, но и, например, в Арктике, где таяние вечной мерзлоты может привести к высвобождению огромным объемов парниковых газов, ускорив тем самым процесс изменения климата. В чем научная новизна этого метода? Обычно изучение вечной мерзлоты проводилось методом температурного мониторинга при помощи пробуренных на глубину до ста метров шурфов.

«В итоге мы получаем трехмерную модель — это как если бы мы сделали земле томографию»

Такой метод используется во всем мире, в Швейцарии данный мониторинг организован в более чем двадцати точках в Альпах, там, где вечная мерзлота в последнее время оттаивает со скоростью примерно на 1°C в десятилетие. Однако метод бурения сложен и дорог, особенно на больших высотах. Другая методика предполагает пропускание электрического тока между электродами, расположенными на разной глубине. Затем происходит измерение удельного электрического сопротивления: чем больше грунт содержит льда — который, как известно, проводит электричество иначе, чем вода — тем выше удельное сопротивление.

Однако ученые Фрибурского университета пошли еще дальше, объединив этот метод с потенциалом сейсмодатчиков, измеряющих индуцированные в почве акустические колебания. Как объясняет Кристиан Хаук, оба типа данных позволяют очень точно измерить и оценить состояние слоя вечной мерзлоты и рассчитать объем содержащегося в нем льда. «В итоге мы получаем трехмерную модель этого слоя — это как если бы мы сделали земле томографию», — говорит ученый. Измерения, проведенные на высоте 3410 метров на горе Штокхорн рядом с горой Маттерхорн в кантоне Вале, показали, что в период с 2015 по 2022 год альпийская вечная мерзлота потеряла около 15 процентов объема льда.

«Для необратимой потери достаточно одного жаркого лета»

«И так мы впервые количественно оценили процесс исчезновения вечной мерзлоты. Но сказать, много это или мало мы не можем», — объясняет Кристиан Хаук. В самом деле, в эту зиму в горах выпало рекордное количество снега, на этом фоне судьба оставшихся ледников и глетчеров не выглядит уже столь печально (подробнее в материале ниже). Однако периоды относительно высоких температур, даже при их кратковременности, увеличивают толщину так называемого «активного слоя», то есть это оттаявший слой вечной мерзлоты над слоем реликтового льда.

Он оттаивает летом и снова замерзает зимой, отсюда и термин «активный слой». Зона оттаивания распространяется все глубже и глубже. Согласно недавнему анализу данных, собранных по всей Европе, для того чтобы вызвать необратимую потерю вечной мерзлоты в горах, достаточно одного жаркого лета, такого как в 2022 году. Однако критического состояния вечная мерзлота достигает тогда, когда оттаивание летом уже не может быть компенсировано замерзанием зимой.

«Очень важно иметь возможность замерять вечную мерзлоту и следить за тем, что с ней происходит», — говорит Кристиан Хаук (Christian Hauck), профессор кафедры физической географии Фрибурского университета. Cryosphere and Geophysics Research Group, University of Fribourg

«Зимний холод уже не может проникать достаточно глубоко в грунт, лёд тает все быстрее и быстрее», — объясняет Кристиан Хаук. По его мнению, вечная мерзлота уже практически достигла точки невозврата или близка к этому во многих регионах Альп. А это значит, что в зависимости от геологических условий таяние вечной мерзлоты может вызвать увеличение риска возникновения катастрофических оползней и камнепадов в тех местах, где раньше они были невозможны.

Предвидеть момент наступления «точки невозврата»

Камнепады представляют собой серьезную угрозу для любителей горных пеших путешествий и для инфраструктуры, построенной на вечной мерзлоте, например горных турбаз, подъемников и противолавинных барьеров. По словам Кристиана Хаука, наличие новых, более совершенных методов мониторинга, позволяющих достоверно предвидеть момент наступления «точки невозврата», поможет усовершенствовать наши прогностические возможности. Методы, разработанные в Швейцарии, также напрямую применимы для изучения вечной мерзлоты в АрктикеВнешняя ссылка.

Периоды относительно высоких температур, даже при их кратковременности, увеличивают толщину так называемого «активного слоя». Зона оттаивания распространяется все глубже и глубже. SWI Kai Reusser

Это подтверждает и Ильва Сьёберг (Ylva SjöbergВнешняя ссылка), профессор кафедры экологии и природопользования Университета города Умео (Universität Umeå) в Швеции. По ее словам, написанным в электронном письме на адрес нашего портала, новые методы могут быть полезны для лучшего понимания причин внезапного проседания грунта или возникновения оползней, а это задачи, которые трудно решить традиционными способами.

Таяние вечной мерзлоты в Арктике может нанести ущербВнешняя ссылка электрической и дорожной сетям, а также нефте- и газопроводам, от чего могут пострадать миллионы людей от России до Канады. Кроме того, таяние вечной мерзлоты может вновь активизировать древние микроорганизмы, запечатанные сейчас во льду. А это может привести к выбросу в атмосферу большого количества парниковых газов, таких как метан, которые могут дополнительно ускорить процесс глобального потепления.

«Эта методика универсальна»

Кратеры, образовавшиеся в результате оттаивания вечной мерзлоты и проседания грунта, заполняются водой и могут стать идеальной средой обитания бактерий, производящих углекислоту CO2 и метан (CH4) — два основных парниковых газа. Как говорит эксперт в области физической географии и гидрологии Бернд Этцельмюллер (Bernd EtzelmüllerВнешняя ссылка) из Университета города Осло в Норвегии, новая методика, разработанная в Швейцарии, может выявить в вечной мерзлоте участки с повышенным содержанием льда, то есть локализовать места потенциального выделения особо значительных объемов парниковых газов.

Кратеры, образовавшиеся в результате оттаивания вечной мерзлоты и проседания грунта, заполняются водой и могут стать идеальной средой обитания для бактерий, разлагающих органические вещества, запечатанные в вечной мерзлоте, производящих углекислоту CO2 и метан (CH4) — два основных парниковых газа. CC 2.0 / Steve Jurvetson

«Данная методика универсальна, равно как и физические процессы, происходящие в вечной мерзлоте», — говорит учёный. Парадоксально, но до сих пор то, как вечная мерзлота взаимодействует с атмосферой, а также то, как её оттаивание влияет на климат, до сих пор никто толком не изучал. «Что произойдет, если исчезнет вся вечная мерзлота? Станет ли почва более влажной по причине повышения содержания в ней воды, или же, наоборот, более сухой, потому что оттаявшая вода в итоге испарится из-за глобального потепления? Мы пока точно не знаем», — говорит Кристиан Хаук.

Известно, что вечная мерзлота реагирует на изменение климата медленнее, чем глетчеры или ледники. «Возможно, она будет существовать ещё и через 150 или даже через 200 лет», — говорит Кристиан Хаук. Но при этом ясно, что её медленное таяние будет подвергать такие населённые пункты, как деревня Бондо, повышенному риску стать жертвой новых стихийных бедствий, что уже сейчас делает на ближайшие десятилетия мониторинг состояния вечной мерзлоты крайне важной и совершенно практической задачей.

Италоязычная оригинальная версия под ред. Вероники де Вор, русскоязычная оригинальная версия отредактирована и адаптирована русскоязычной редакцией SWI / ап.