Новая Земля тает

Участники студенческого экспедиционного корпуса «Команда Арктики» и Русского географического общества добрались до труднодоступных уголков Северного острова Новой Земли, чтобы изучить состояние многолетней мерзлоты. Исследователи из РТУ МИРЭА впервые за несколько десятилетий провели замеры на морских террасах и выяснили: мерзлые грунты залегают значительно глубже, чем 40 лет назад, а в некоторых точках вовсе не обнаруживаются вблизи поверхности.

Команда исследователей из РТУ МИРЭА отвечала за мониторинг состояния многолетней мерзлоты. В шести точках исследователи вручную копали шурфы до метра глубиной, чтобы определить верхнюю границу мерзлоты — слой, ниже которого грунт сохраняет отрицательную температуру в течение многих лет. В двух точках — на мысе Выходной и в заливе Медвежий — мерзлый грунт обнаружили на глубине 59 и 28 см. А вот в заливе Благополучия, бухте Ледяная Гавань и губе Крестовая в пределах метра многолетняя мерзлота выявлена не была. Расчеты показали, что там она залегает на глубине от 1 до 1,6 м.

«Мы сравнивали свои данные с отчетами 1981–1986 годов. Тогда верхняя граница мерзлоты располагалась на глубинах от 20 см до 3 м. Наши замеры показывают, что в точках, где ранее мерзлый грунт находился почти у поверхности, сейчас его граница существенно опустилась, а в некоторых местах нам не удалось обнаружить его в пределах метра. Это свидетельствует о достаточно активной деградации многолетней мерзлоты»,— объясняет Андрей Рыбников, преподаватель кафедры инструментального и прикладного программного обеспечения РТУ МИРЭА, участник экспедиции.

«Такие экспедиции нужны не только для науки, но и для страны в целом. Арктика — огромная и малоизученная территория, и чтобы понимать происходящие там процессы, необходимо регулярно проводить полевые исследования, собирать образцы и выполнять измерения. Невозможно ограничиваться кабинетными моделями, основанными на устаревших данных: природная среда изменяется быстрее. Поэтому каждая такая экспедиция, особенно в труднодоступные районы вроде Новой Земли, дает важный материал, который затем ложится в основу прогнозов и инженерных решений»,— добавляет Игорь Тарасов, проректор РТУ МИРЭА.

Подобные работы на Новой Земле проводятся редко: большинство исследований последних десятилетий было сосредоточено на ледниках и шельфе, тогда как мерзлые грунты морских террас острова оставались недостаточно изученными. Полученные данные стали важным вкладом в базы наблюдений, используемые при построении климатических моделей.

Экспедиция проходила в июле—августе 2024 года на судне «Яуза» Северного флота. Маршрут охватил побережье Карского и Баренцева морей Северного острова.

Результаты исследований опубликованы в научных изданиях и представлены в отчете Русского географического общества.

— Полевые исследования проходили в максимально натурных арктических условиях, без стационарной инфраструктуры и при жестких ограничениях по времени высадки. На каждой точке сначала выполнялся поиск подходящей морской террасы, затем фиксировались координаты, расстояние от береговой линии, высота над уровнем моря, характер мохового покрова и грунта, после чего вручную закладывался шурф для измерения глубины сезонно-талого слоя и температуры грунта на разных горизонтах. В работе использовались прежде всего лом и лопата; один шурф в зависимости от плотности и влажности грунта мог занимать несколько часов, обычно его разрабатывали два-три человека. Такая логика полевых работ в целом соответствует программе измерений, изложенной в отчете: поиск морской террасы, описание условий участка, создание шурфа, фиксация координат, измерение температуры и отбор сопутствующих характеристик грунта.

Основные трудности были связаны не только с физической тяжестью самой копки, но и с сочетанием геологических, логистических и природных факторов. В одних точках грунт оказывался плотным и щебнисто-глинистым, в других шурф начинало быстро затапливать водой, как это произошло в заливе Благополучия: на глубине 70 см грунтовая влага заполняла выработку практически сразу, из-за чего пришлось закладывать второй шурф в стороне от первого. Это очень показательный пример того, что даже сравнительно простая на первый взгляд методика в Арктике требует постоянной адаптации на месте.

Отдельным фактором риска была сама обстановка работ. Любая высадка на Новой Земле связана с необходимостью постоянного контроля безопасности. В ряде случаев путь от места высадки до нужной морской террасы занимал еще несколько километров по пересеченной поверхности. Кроме того, работы велись в районе естественного обитания белого медведя, поэтому исследования требовали постоянного сопровождения и повышенного внимания. Иными словами, такие измерения — это не лабораторная процедура, а трудоемкая и во многом рискованная полевая работа, в которой каждая точка фактически добывается ценой значительных человеческих усилий.

— Главное отличие состоит в том, что в 2024 году были выполнены целенаправленные полевые измерения именно по программе мониторинга сезонно-талого слоя на конкретных участках морских террас с фиксацией глубины, температуры, координат и сопутствующих характеристик грунта. По результатам этих работ наличие многолетнемерзлых пород было непосредственно зафиксировано на глубинах 28 и 59 см в двух точках, а на ряде других участков многолетняя мерзлота в пределах пройденной глубины не была вскрыта; при этом расчетная глубина верхней границы многолетнемерзлых пород по температурной зависимости для отдельных точек составила до 160 см.

Историческое сравнение возможно, но его следует интерпретировать очень аккуратно. В геологическом отчете 1981–1986 годов верхняя граница многолетней мерзлоты для центральной части архипелага указывается в широком диапазоне — от 0,2 до 3 м в зависимости от состава пород и положения участка. Именно на этот массив данных и опирается современная статья. Однако это не специализированная серия наблюдений, полностью совпадающая с нынешними точками и идентичными геоморфологическими условиями. Поэтому было бы методологически неверно говорить о прямом лобовом сопоставлении «точка в точку».

Наиболее корректная формулировка здесь такова: полученные в 2024 году результаты указывают не просто на случайное колебание глубин, а на предварительные признаки деградации многолетней мерзлоты в исследованном районе. Такой вывод поддерживается и фактом значительной глубины сезонной оттайки в ряде точек, и тем, что температура на дне некоторых шурфов превышала 0 °C, что для верхней границы мерзлых пород является принципиально важным индикатором. Но для перехода от признаков к строго доказанному устойчивому тренду необходимы повторные измерения в тех же точках через несколько лет по той же методике. Это, по сути, и есть следующий обязательный шаг научного мониторинга.

— Такое различие объясняется не одним фактором, а сочетанием нескольких условий, определяющих локальный тепловой режим грунта. Для мерзлоты в арктической прибрежной зоне принципиальны состав и крупность материала, степень увлажнения, наличие мохово-растительного покрова, высота участка над уровнем моря, расстояние от береговой линии, а также дренированность поверхности. Собственно, сама программа наблюдений была выстроена так, чтобы фиксировать эти параметры одновременно с температурой и глубиной шурфа.

Почему были выбраны именно морские террасы? Потому что это удобные и геоморфологически информативные формы рельефа, в пределах которых можно сопоставлять участки, сформированные в сходной прибрежной обстановке, но находящиеся в разных локальных условиях. Морская терраса позволяет анализировать связь между положением участка в рельефе, удаленностью от моря, структурой рыхлых отложений и глубиной сезонной оттайки. Иначе говоря, это не случайный выбор площадок, а попытка работать в сопоставимой геоморфологической системе.

Если сравнивать конкретные точки, то на мысе Выходной многолетняя мерзлота была вскрыта уже на глубине 59 см, а температура грунта на дне шурфа составила –0,6 °C. В заливе Благополучия, напротив, на глубинах 60–70 см температура оставалась положительной, а сам шурф затапливался водой, что указывает на совершенно иной режим тепло- и влагообмена. Научно корректнее всего говорить, что в заливе более глубокое положение верхней границы мерзлоты, вероятно, связано с сочетанием дренажно-гидрологических условий, составом рыхлых отложений и локальным тепловым режимом участка. На мысе Выходной, напротив, условия способствовали сохранению мерзлых пород ближе к поверхности.

— Опускание верхней границы многолетней мерзлоты означает, что увеличивается мощность сезонно-талого слоя и, следовательно, возрастает объем грунта, который ежегодно переходит в более неустойчивое состояние. Для арктических береговых территорий это имеет сразу несколько последствий.

Во-первых, меняются механические свойства грунтов. Они могут становиться более водонасыщенными, менее устойчивыми к нагрузкам и более подверженными локальным просадкам, солифлюкционным смещениям, оползневым и эрозионным процессам. Даже если речь не идет о катастрофическом разрушении, постепенное изменение грунтовой основы уже само по себе существенно для любых сооружений, стоящих на прибрежных площадках,— от научных станций и маячной инфраструктуры до технических объектов временного размещения.

Во-вторых, это влияет на динамику береговой зоны и рельефа в целом. При деградации мерзлоты возрастает роль термоэрозионных процессов, усиливается переработка рыхлых отложений, изменяется дренаж. В некоторых районах Арктики это приводит к ускоренному переформированию берегов, появлению новых проток, отделению участков суши и формированию новых островных элементов. Разумеется, каждый такой случай требует отдельного геоморфологического анализа, но в общем смысле снижение устойчивости мерзлых грунтов — это один из факторов активизации ландшафтных изменений.

В-третьих, речь идет об экосистемных последствиях. Изменение влажности, температуры и структуры верхнего слоя грунта влияет на растительность, микрорельеф и сезонные гидрологические процессы. Поэтому мерзлота — это не узкогеологический параметр, а базовый регулятор устойчивости всей арктической природной системы.

— Сами по себе эти замеры еще не являются достаточным массивом данных для непосредственного пересчета климатических моделей. И в статье это прямо сформулировано: полученных материалов недостаточно для полноценного использования в моделях оценки последствий климатических изменений, а потому необходимы продолжение мониторинга и накопление сопоставимых рядов наблюдений.

Однако их научная ценность очень велика как раз потому, что они закрывают дефицит натурных данных по конкретному арктическому району. Новая Земля изучена крайне неравномерно: по ряду направлений, например по ледникам, сведений больше, а по мерзлоте морских террас массив наблюдений намного скромнее. В этом смысле новые измерения выполняют роль опорных точек для последующих исследований и позволяют сверять региональные наблюдения с общими представлениями о потеплении в Арктике. В итоговом материале экспедиции прямо отмечено, что в районе исследований наблюдаются деградация многолетнемерзлых пород и сокращение площади покровных ледников, но при этом метеорологических данных для задач климатического моделирования пока недостаточно.

Для инженерных решений главный вывод состоит в следующем: даже там, где нет непрерывной сети наблюдений, нельзя исходить из представления о «стабильной мерзлоте по умолчанию». Точечные полевые замеры показывают, что глубина сезонной оттайки и положение верхней границы мерзлоты могут заметно варьировать даже в пределах близких по положению участков. Это означает, что при проектировании и эксплуатации объектов в Арктике требуется более локальный и более осторожный подход, основанный на реальных полевых данных, а не только на обобщенных региональных схемах.

— Причин здесь несколько, и они действовали одновременно. Во-первых, Новая Земля длительное время была закрытым районом, в том числе в связи с функционированием советского ядерного полигона. Это объективно ограничивало как доступ исследовательских групп, так и развитие систематических наземных наблюдений в ряде районов архипелага.

Во-вторых, сама полевая логистика Новой Земли исключительно сложна. Даже при наличии экспедиционного судна и организованных высадок далеко не каждая точка доступна для полноценной наземной работы. Исследование мерзлоты морских террас требует не просто пройти маршрут, а добраться до конкретной площадки, вручную заложить шурф, выполнить серию измерений, задокументировать разрез и желательно повторить это в нескольких точках. Это гораздо более трудоемкий и ресурсоемкий формат, чем может показаться со стороны.

В-третьих, в научной повестке Новой Земли исторически действительно сильнее были представлены другие направления — прежде всего гляциология, морская геология и исследования шельфа. В вашей статье это также отмечено: по самому архипелагу больше внимания уделялось ледникам, тогда как по многолетней мерзлоте массив данных был ограничен, а часть сведений относилась уже к шельфовым областям, а не к наземным морским террасам.

Именно поэтому такие измерения важны. Морские террасы — это чувствительные прибрежные геосистемы, где изменения мерзлоты непосредственно связаны и с береговыми процессами, и с устойчивостью грунтов, и с общей перестройкой ландшафта.

— Научно наиболее правильный следующий шаг — это повторение измерений в тех же точках по той же методике через несколько лет. Только такой подход позволит перейти от разового среза к сопоставимому ряду наблюдений и уже более уверенно говорить о скорости и направленности изменений. Именно повторяемость полевой процедуры в идентичных или максимально близких условиях делает вывод о деградации мерзлоты действительно доказательным, а не только вероятностным.

Кроме того, перспективным направлением является расширение географии аналогичных измерений в других районах Арктики. Речь не идет о чрезмерно амбициозном проекте «тотального покрытия», но сама идея создания сети сопоставимых точечных наблюдений представляется очень важной. Чем больше будет таких стандартизованных замеров, тем надежнее можно будет оценивать пространственную неоднородность деградации мерзлоты.

Принципиально важно понимать, что подобные исследования трудно масштабировать исключительно приборным или дистанционным способом. Ручные шурфы остаются очень ценным методом именно потому, что дают прямое, натурное представление о реальном состоянии грунта. Их слабая сторона — высокая ресурсоемкость: нужно найти точку, добраться до нее, организовать безопасность, провести тяжелую физическую работу, выполнить измерения и повторить это многократно. В этом смысле студенческий экспедиционный корпус «Команда Арктики» действительно может стать значимым кадровым и организационным ресурсом для будущих исследований, если такие программы мониторинга будут развиваться.