Ландшафт меняется: тающая вечная мерзлота в тундре

Кратер Батагайка в Восточной Сибири растянулся почти на километр и до сих пор продолжает расти. Это самая крупная из множества котловин на территории Арктики. Таяние вечной мерзлоты вызывает провалы грунта, а это приводит к образованию кратеров или озер.

Вечная мерзлота в Арктике тает гораздо быстрее, чем можно было ожидать. Ландшафт меняется, а парниковые газы ускоряют глобальное потепление.

Сергей Зимов, профессиональный эколог, поднимает с земли кость шерстистого мамонта. Сергей стоит на берегу холодной реки Колымы. Лето наконец наступило и в Восточной Сибири, далеко за Полярным кругом. Снега не видно. У утеса Дуванный Яр река разъела и обнажила то, что скрывалось в земле: 50-метровый слой вечной мерзлоты. Остатки растений и животных ледникового периода – челюсти бизона, бедренные кости лошади, кости мамонта – все это оказалось на берегу, куда пришел Зимов.

На территории площадью 14 миллионов квадратных километров на самой вершине планеты климатические изменения пишут новую главу истории Земли. Арктическая вечная мерзлота тает не постепенно, как некогда предсказывали ученые: в масштабах геологического времени она тает почти мгновенно. Когда такие почвы, как в Дуванном Яре, размягчаются и оползают, они высвобождают следы древней жизни – и большие запасы углерода, – которые тысячелетиями покоились в вечной мерзлоте. Попадая в атмосферу в виде метана или углекислого газа, углерод грозит ускорить климатические изменения – в то самое время, когда человечество пытается их замедлить: сократить выбросы парниковых газов при сжигании ископаемого топлива.

Немного найдется людей, осознающих эту угрозу лучше Сергея Зимова. Он обосновался на видавшей виды научно-исследовательской станции в поселке Черский, примерно в трех часах езды на катере от Дуванного Яра. Не один десяток лет Зимов разгадывает тайны теплеющей Арктики. И уже помог опровергнуть некоторые общепринятые теории: например, раньше считалось, что в плейстоценовый ледниковый период Крайний север был однообразной ледяной пустыней.

Зимовы открыли нечто иное, что сулило беду уже не только Арктике: зимнее таяние мерзлоты.

На самом же деле, как подсказали Зимову многочисленные ископаемые остатки мамонтов и других крупных животных, Сибирь, Аляска и западная часть Канады были плодородными пастбищами, покрытыми сочными травами, и даже деревья тут были – ивы. Когда растения и животные отживали свое, холод замедлял их разложение. Со временем они оказывались погребенными глубоко под землей, скованные вечной мерзлотой. В результате арктическая мерзлота оказалась гораздо богаче углеродом, чем считали ученые: и это создает новые опасности для нашей планеты. Новые открытия предвещают: по мере повышения температуры на планете углерод будет высвобождаться все быстрее. Потепление в Арктике оказалось пугающе быстрым, да и пути распространения талой воды по полярным ландшафтам внушают тревогу.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) лишь недавно стала учитывать вечную мерзлоту в своих оценках и прогнозах. И если мы надеемся ограничить потепление двумя градусами по Цельсию – о чем договорились 195 стран на конференции в Париже в 2015 году, – то, согласно новым исследованиям и с учетом объемов прогнозируемого таяния, нам, возможно, придется сократить выбросы на восемь лет раньше, чем предписывают модели МГЭИК.

Сергей Зимов (справа) и его сын Никита возглавляют арктическую научно-исследовательскую станцию в поселке Черский на берегу Колымы. Зимов-старший первым понял, что в вечной мерзлоте таится гораздо больше углерода, чем предполагали ученые.

Сергей Зимов впервые оказался в поселке Черский еще студентом: в 1970-х участвовал в научной экспедиции, помогал составлять карты. Зимову пришелся по душе суровый пейзаж, а еще – уединение и удаленность от городов. Темные зимы давали массу времени для раздумий. Через несколько лет он вернулся в Черский, основал Северо-Восточную научную станцию под эгидой Российской академии наук. Сегодня у станции нет государственного финансирования, но это не мешает ей привлекать исследователей Арктики со всего света.

Летом 2018 года мы с Зимовым и фотографом Кэти Орлински сошли с потрепанного судна. Транспорт привез припасы на базу по контролю углерода в бухте Амбарчик – близ устья Колымы в Северном Ледовитом океане. Мы прошли к берегу по мосткам из старых батарей отопления. Сергей прощупывал почву металлическим щупом. Последнее время он часто делает так, чтобы проверить глубину талого слоя над вечной мерзлотой.

Древние почвы арктической вечной мерзлоты, запечатленные на стене термокарстового кратера Батагайка, сохранили органические остатки листьев, травы и животных, умерших тысячи лет назад, в ледниковый период. Все эти запасы углерода были надежно сокрыты льдом в недрах Земли – до недавних пор. Помощь при создании фотоснимка оказала Любовь Куприянова

Вечную мерзлоту – грунт, который остается замерзшим круглый год, – покрывает слой земли и растительного детрита мощностью от 30 сантиметров до полутора метров. Эта почва – так называемый активный слой – обычно оттаивает каждое лето и вновь замерзает зимой. Но весной 2018 года команда Зимова обнаружила, что во многих местах в регионе вокруг Черского оттаявшая летом земля так и не замерзла. Это было неслыханно: в январе в Сибири обычно стоят такие лютые морозы, что человеческое дыхание порой застывает со звенящим звуком, который коренные якуты называют «шепотом звезд».

«Тридцать лет назад среднегодовая температура почв над нашей мерзлотой была минус шесть-восемь градусов по Цельсию. Три года назад – минус три градуса, – рассказывает Сергей Зимов. – Потом стало минус два. Потом минус один. В этом году, например, температура была плюс два градуса».

Удивляться, впрочем, не приходится: с 2014 года на Земле отмечены пять самых теплых лет с конца XIX века. При этом Арктика теплеет более чем вдвое быстрее всей остальной планеты, теряя охлаждающий ее морской лед. В 2017 году в гренландской тундре вспыхнул самый страшный в истории острова пожар. За несколько дней до нашего приезда в Сибирь в норвежском поселке Лаксэльв, в 390 километрах за Полярным кругом, столбики термометров поднялись до 32ºС. Северные олени тогда прятались от жары в прохладных автомобильных тоннелях!

Температура земли над вечной мерзлотой на планете растет уже полвека. На Северном склоне Аляски за 30 лет она поднялась на 5,8ºС. В очагах таяния – особенно. Например, при строительстве и разработке месторождений полезных ископаемых повреждается поверхность земли, пропуская тепло, – разъедаются эрозией берега, разрушаются дороги и дома, лопаются трубопроводы и обваливаются ледяные погреба, где арктические охотники хранят мясо моржей и китов. Изменения климата начинают менять жизнь обитателей Арктики.

Но в 2018 году здесь можно было наблюдать нечто иное, что сулило беду уже не только Арктике, – зимняя оттепель. Как это ни парадоксально, ее виновником стал сильный снег. В течение нескольких зим на регион обрушивались обильные снегопады. Снег окутал землю, будто одеяло, не дав почве остыть после летнего тепла. На научно-исследовательской базе в 18 километрах от Черского сотрудник немецкого Института биогеохимии Общества Макса Планка Матиас Геккеде обнаружил, что за пять лет снег стал вдвое глубже. К апрелю 2018 года температура активного слоя мерзлоты выросла на 6ºС.

Это происходило не только в Сибири. Владимир Романовский – специалист по вечной мерзлоте из Аляскинского университета в Фэрбанксе – многие годы наблюдал, как на научно-исследовательских базах (которых на Аляске около 180) активный слой полностью застывал к середине января. Но, поскольку недавняя волна сильных снегопадов накрыла и эти территории, замерзание сместилось сперва на февраль, а потом и на март. Вышло так: в 2018 году восемь баз Романовского в окрестностях Фэрбанкса и еще с десяток на полуострове Сьюард на западе Аляски так полностью и не замерзли.

Всего в мире в вечной мерзлоте содержится до 1600 метрических гигатонн углерода – почти вдвое больше, чем в атмосфере. Никто не ожидал, что когда-нибудь растают все зоны вечной мерзлоты – или даже большинство из них. До недавних пор ученые полагали, что мерзлота лишится не больше десяти процентов своих запасов углерода. Считалось, что и этот процесс может растянуться на долгих 80 лет.

Но, когда активный слой перестает замерзать зимой, процесс идет быстрее. Тепло позволяет микробам поглощать органические вещества в почве – и выделять углекислый газ или метан – круглый год, а не только несколько летних месяцев.

«Многие наши предположения рушатся», – подытоживает Рошин Комман, специалист по атмосферной химии из Колумбийского университета. Каждый год она с самолета отслеживает выбросы углерода. Как обнаружила Рошин, количество углекислого газа, выделяемого над Северным склоном Аляски в начале зимы, с 1975 года выросло на 73 процента. «Мы пытались понять, что творится в Арктике, ориентируясь на лето, – говорит Комман. – Но самое главное, оказывается, начинается, когда садится солнце».

Несколько снежных зимних сезонов еще ни о чем не говорят. Минувшей зимой в Черском выпало меньше снега, и почва вновь сильно остыла. Но там, где талый слой превышал два метра, он весь не промерз. В Фэрбанксе зима тоже выдалась не снежной. И на некоторых базах Романовского на Аляске в активном слое скопилось достаточно тепла, чтобы этот слой не смог замерзнуть полностью.

«Это удивительно, – делится Макс Холмс, заместитель директора Научно-исследовательского центра в Вудс-Хол в штате Массачусетс, изучавший углеродный цикл и на Аляске, и в Черском. – В основном я представлял себе таяние вечной мерзлоты как медленный и равномерный процесс. Но что если все меняется куда быстрее?»

И что если перемены начинают идти по нарастающей – как это уже происходит с морским льдом в Арктике? Механизм работает так: лед отражает солнечные лучи, и океан под ним остается холодным. Но по мере таяния ледяного панциря темная пучина поглощает выделяемое тепло, которое растапливает еще больше льда.

В истории с вечной мерзлотой большая сложность еще и в том, что многие процессы нам попросту не видны. Мерзлота занимает площадь, более чем вдвое превосходящую территорию США, а жителей в районах вечной мерзлоты вполовину меньше, чем в Нью-Йорке. Таких труднодоступных уголков немного по всей планете: под непосредственным наблюдением ученых находится лишь малая часть. В основном ученые изучают одни небольшие участки, следят удаленно за другими и делают выводы про все остальные – это вам не арктический морской лед, который можно подробно измерить с помощью спутника. «Со льдом все просто: ты заходишь в Интернет и видишь, что сейчас происходит, – рассказывает специалист по вечной мерзлоте Тед Шур из Университета Северной Аризоны. – А мерзлоту не очень-то рассмотришь. У нас практически нет приборов, чтобы ее измерять».

Один из видов мерзлоты особенно тревожит ученых: это примерно 20 процентов от общего объема мерзлоты, в них содержатся огромные запасы цельного твердого льда. Некоторая его часть образовалась, когда вода проникала сквозь почвы и замерзала, достигнув вечной мерзлоты. Другая же – ковалась тысячи лет долгими арктическими зимами: земля сжималась и растрескивалась на многоугольные ломти, а с приходом весны щели заполняла талая вода, которая потом вновь застывала. Со временем погребенный в земных недрах лед разрастался в гигантские клиновидные ледяные жилы, окутанные вечномерзлой почвой (именно такая и сформировалась и в Дуванном Яре).

Подобные образования могут трансформироваться очень быстро. Когда вечная мерзлота разрушается, лед внутри нее тоже тает. Проходя сквозь почву, вода переносит тепло, распространяя таяние и оставляя после себя тоннели и воздушные карманы. Почва проседает, чтобы заполнить пустоты, образуя поверхностные впадины, которые занимают дождевая и талая вода. Лужи превращаются в пруды, а пруды – в озера. В итоге температура грунта продолжает расти, а лед – таять.

«Резкая оттепель», как называют этот процесс ученые, перекраивает весь ландшафт. Из-за нее случаются обвалы; установлено, что на острове Банкс в Канаде с 1984-го по 2013 год разрушительные оползни стали происходить в 60 раз чаще. «Оттепель» валит леса. Мерритт Турецки, эколог из Гуэлфского университета в Канаде, последние 15 лет наблюдает за этими процессами в еловом лесу неподалеку от Фэрбанкса. И обнаружила, что в затопленной поч-ве корни, а следом и все дерево теряют устойчивость. Турецки подозревает, что вскоре лес здесь просто падет и потонет в болотах. Она говорит: «Еще остались небольшие островки земли, но чтобы до них добраться, надо лезть по очень сырым участкам».

Таяние вечной мерзлоты приводит к выбросам парниковых газов. Впрочем, и стоячая вода усугубляет эту угрозу. Со дна прудов и озер, где слишком мало кислорода, поднимается не только углекислый газ, но и метан – парниковый газ, по мощности в 25 раз превосходящий СО2. Эколог Кэти Уолтер Энтони из Аляскинского университета в Фэрбанксе два десятка лет измеряет уровень метана, исходящего из арктических озер. Судя по последним подсчетам, опубликованным в 2018 году, новые озера, образованные в результате резкой оттепели, могут почти утроить ожидаемый объем выбросов парниковых газов из вечной мерзлоты.

Непонятно, насколько мир осознает эту угрозу. В октябре прошлого года МГЭИК обнародовала новый доклад об амбициозных целях. С XIX века наша планета уже потеплела на градус. Если бы нам удалось удержать глобальное потепление на отметке в полтора градуса по Цельсию вместо двух, число жителей планеты, страдающих от экстремально сильной жары, сократилось бы на 420 миллионов, отмечается в докладе. Растений и животных, которым грозит потеря среды обитания, стало бы в два раза меньше. К тому же это могло бы спасти некоторые коралловые рифы – и ни много ни мало 2 миллиона квадратных километров вечной мерзлоты. Но, как заявляют эксперты из МГЭИК, чтобы достичь этой цели, к 2030 году нам пришлось бы сократить выбросы парниковых газов на 45 процентов, а к 2050-му – полностью их аннулировать. Кроме того, необходимо разработать технологии, которые позволят откачивать из атмосферы огромные объемы уже выброшенных газов.

Не исключено, что нас ждет испытание куда серьезнее. В вышеупомянутом докладе МГЭИК впервые приняла в расчет выбросы из вечной мерзлоты – но не учла последствий резкой оттепели. Климатические модели, по которым рассчитываются эти данные, пока не настолько совершенны, чтобы улавливать подобные стремительные изменения ландшафта. Но по просьбе National Geographic Кэти Уолтер Энтони и Чарльз Ковен, специалист по моделированию из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, сделали приблизительные расчеты, которые подтверждают, что объем выбросов повышается за счет резкой оттепели. По их прогнозам, чтобы остановить рост температуры на отметке 1,5 градуса, нам пришлось бы свести к нулю выбросы газов при сжигании ископаемого топлива не позднее 2044 года, на шесть лет раньше срока, установленного МГЭИК. В таком случае у нас осталась лишь четверть века на то, чтобы трансформировать мировую энергетическую систему.

«Так вдруг случилось: мы все внезапно оказались на пороге непонятного будущего, не имея того набора инструментов, который мог бы помочь нам с этим будущим управляться. А помимо нашей неготовности есть еще множество опасных нюансов, которые могут все усугубить, – рассуждает Ковен. – Много неблагоприятных вариантов развития событий. К примеру, образование новых озер, от них тоже зависит будущее».

Через несколько недель после нашего отъезда из Сибири мы с Орлински проплыли на плоту по Национальному парку «Врата Арктики» на Аляске в компании эколога Кена Тейпа, коллеги Кэти Уолтер Энтони из Аляскинского университета. Поплавковый гидросамолет доставил нас вместе с проводником Майклом Уолдом на озеро Гедеке в центральной части хребта Брукс. Оттуда мы по реке Алатна и отправились на юг.

На воде плясало сентябрьское солнце. Не проплыв и двух километров, мы обнаружили вдоль берега множество обгрызенных палок, а через неделю после начала путешествия добрались до озера площадью 15 гектаров, которого здесь раньше не было: в центре возвышалась огромная бобровая хатка.

С помощью воздушной и спутниковой фотосъемки Тейп много лет наблюдает за тем, как меняются флора и фауна Аляски – и как это отражается на вечной мерзлоте. По мере таяния мерзлоты и удлинения вегетационного периода Арктика все больше зеленеет: к примеру, кустарников на речных равнинах Аляски стало чуть не вдвое больше. Да, для роста растительности потребуется больше углерода, но еще в 2016 году эксперты постановили, что озеленения Арк-тики окажется далеко не достаточно, чтобы компенсировать последствия таяния вечной мерзлоты. Между тем, растительность манит на север животных. Ивы уже так вытянулись, что торчат из-под снега, и американские беляки могут отыскать зимнее пропитание и укрытие на всем пространстве до Северного Ледовитого океана. Зайцы уже заселили Северный склон Аляски, за сотни километров от настоящего леса. Судя по всему, за ними пожаловали охотники – рыси. Вероятно, и те, и другие следуют по стопам лосей, которые тоже лакомятся ветками ив. Сегодня около 1600 лосей обитает вдоль реки Колвилл – раньше лосей тут не было вовсе.

Эти открытия навели Кена Тейпа на мысль: нужно поискать на фотографиях следы других пришельцев. «Вспомнив про бобров, я сразу ухватился за эту идею, – рассказывает Тейп. – Мало кто из животных оставляет такой заметный след, что его видно из космоса».

На снимках с 1999-го по 2014 год, запечатлевших лишь три водораздела, Тейп вдруг заметил 56 новых прудовых комплексов, возведенных бобрами, – в 1980-е их совершенно точно не было. По мнению Кена, на сегодня в арктической части Аляски бобры выстроили до восьми сотен прудовых комплексов, включая чрезвычайно эффектную «резиденцию» на Алатне с громадной хаткой. Тейп окрестил ее Лодж-Махал (от англ. lodge – «жилище бобра»): гора из веток и тонких стволов, примерно 2,5 метра в высоту и около 10,5 метра в ширину, скрепленная илом и мхом, возвышалась над неглубоким – от силы по пояс – озером, окруженным болотом. Впечатляющее зрелище, монументальное строение! Вода была отведена от реки с помощью череды плотин. «Вся эта топь вокруг Лодж-Махала появилась совсем недавно. 50 лет назад тут не было ни одного бобра!», – пояснил Тейп.

Кен не может доказать, что экспансия бобров вызвана исключительно климатическими изменениями: популяция этих животных растет с тех пор, как полтора века назад сошел на нет пушной промысел. Важнее, впрочем, другое: зубастые инженеры могут значительно перекроить ландшафты в зоне вечной мерзлоты. Несколько сотен бобров, конечно, не преобразят всю Арктику. Но не исключено, что эти животные держат путь на север и в Канаде, и в Сибири – а размножаются они быстро. Поучителен пример Аргентины: в 1946 году на юг переселили два десятка бобров, чтобы подстегнуть развитие пушного промысла. Сегодня бобров в этих местах около 100 тысяч.

По мнению Сергея Зимова, в прошлом и будущем арктической мерзлоты дикие животные тоже играют центральную роль – правда, речь идет о зверях крупнее бобров, чье воздействие на мерзлоту куда благоприятнее. Зимов не устает повторять: стада бизонов, мамонтов, лошадей и оленей, бродившие по степям плейстоцена, не просто поедали траву. Они за ней, можно сказать, ухаживали. «В этом суть пастбищных экосистем, – поясняет ученый. – Травоядных должно быть столько, чтобы за зиму съесть все, что выросло за лето. И тогда все питательные вещества вернутся в почву».

Со времен последнего ледникового периода на смену этим сухим, изобильным пастбищам на востоке Сибири пришла влажная тундра с преобладанием мхов на севере и лесов дальше к югу. По словам Зимова, одной из главных причин этой метаморфозы стали люди, начавшие охотиться на копытных и истребившие стада крупных пасущихся животных около 10 тысяч лет назад. Без копытных травоядных, удобрявших почву, погибли травы. Без трав, всасывавших воду, почва стала более влажной. Земля покрылась мхами и деревьями. Словом, если бы тысячи лет назад в переломный момент люди не толкнули экосистему на путь кардинальных перемен, в Сибири и сегодня паслись бы мамонты.

Без малого 25 лет назад в низинах неподалеку от Черского Сергей Зимов создал демонстрационный проект – Плейстоценовый парк площадью 144 квадратных километра. Идея заключалась в том, чтобы вернуть крупных пасущихся животных и посмотреть, вернут ли они пастбища. Сергей (со временем к проекту подключился и его сын, Никита) выпустил в огороженное пространство диких лошадей, а позже завезли яков и овец с Байкала. Минувшей весной Никита привез из Дании 12 бизонов, преодолев 14,6 тысячи километров по российским просторам на грузовике и барже. В 2018 году Зимовы объединили усилия с генетиком из Гарвардского университета Джорджем Черчем, который считает, что сможет клонировать мамонта. Международная команда надеется, что в один прекрасный день эти животные будут разгуливать по Плейстоценовому парку.

Парк – решающая проверка гипотезы Сергея Зимова и, как он сам надеется, защита от будущих климатических изменений. Покрытые снегом пастбища отражают больше солнечного света, чем темный лес. Пасущиеся животные за зиму несколько раз разгребают и утаптывают глубокий снег, позволяя почве отдавать тепло, накопленное летом. В итоге температура мерзлоты снижается. Если бы животным удалось восстановить пастбища, это замедлило бы таяние вечной мерзлоты. Чтобы добиться реальных перемен, потребовалось бы выпустить обитателей тысяч зоопарков на миллионы гектаров Арктики, – но и парк площадью 14,4 тысячи гектара обнадеживает Зимовых. Хотя в нем обитает лишь около сотни животных, пастбища парка значительно прохладнее, чем земля на окрестных территориях.

Спору нет, между замыслами Зимовых и реальностью лежит большая пропасть. Однажды ближе к вечеру, гуляя по парку, мы с Орлински шлепали по топкому лугу к болоту, чтобы посмотреть на лошадей. Вдалеке прятался одинокий бизон. Никита усадил нас в восьмиколесный вездеход и ринулся напролом через заросли ивняка. После крутого подъема мы проехали по худосочным лиственницам. Потому-то и нужны травоядные гиганты, говорит Никита: «Пока что у меня нет животных, которые могут справиться с этими деревьями».

Много времени уходит на сбор средств – недавно Зимов-младший попытал счастья в Калифорнии, где подружился с разными влиятельными людьми вроде бывшего губернатора Джерри Брауна: Зимовы очень хотят удержать свой проект на плаву.

Но не все разделяют их идеи. Некоторые ученые сомневаются в подсчетах относительно количества крупных животных, которые бродили по Сибири в эпоху плейстоцена. Другие утверждают, что зимовская теория экологических изменений – как прошлых, так и настоящих – слишком упрощенна. Чаще всего Зимовых критикуют за дерзость и самонадеянность. Впрочем, например, Макс Холмс из Вудс-Хола видит в их трудах проблеск гениальности. «Они где-то на грани, – говорит Холмс, – там, где зачастую и рождаются большие идеи, из-за которых случаются грандиозные перемены».

За пределами Плейстоценового парка современный мир отреагировал на потепление Арктики весьма самоуверенно. Десятки лет мы закрываем глаза на доказательства климатических изменений, надеясь, что все обойдется. Мы уповаем на технологический прогресс, который вот-вот даст нам спасительное средство. Хотя климатологи – особенно специалисты по вечной мерзлоте – предупреждают, что все признаки указывают на необходимость решительных действий.

Зимовы, отец и сын, всю жизнь стремятся добиться своего в этом суровом краю. Неужели, задаются вопросом они, пытаться спасти вечную мерзлоту, возрождая арктическую степь, и вправду намного безумнее, чем уповать на то, что человечество в сжатые сроки преобразит всю мировую энергетическую систему? Быть может, немного безумства нам все-таки не помешает? Никита Зимов уверен: борьба с климатическими изменениями требует решительных действий, и действовать нужно с самых разных сторон. Лишь объединившись все вместе, мы сможем предотвратить большую трагедию.