Все авторы:

Браун М.

Компания Innovative Breakthrough Energy Technology («Инновационные передовые энергетические технологии»), Рабочая группа по изучению обратной связи между циклом углерода и многолетней мерзлотой, Институт Cascade («Каскад»), г. Колвуд, пров. Британская Колумбия, Канада

Кэри Дж.К.

Отделение математики и естественных наук, Колледж Бабсона, г. Уэллсли, штат Массачусетс, США

Эрнакович Дж.

Кафедра природных ресурсов и окружающей среды, Университет Нью-Гэмпшира, г. Дарем, штат Нью-Гэмпшир, США

Фредерик Дж.М.

Сандийские национальные лаборатории, г. Альбукерке, штат Нью-Мексико, США

Го Л.

Школа (факультет) гидрологии и экосистем пресных вод, Университет Висконсина в Милуоки, г. Милуоки, штат Висконсин, США

Хугелиус Г.

Центр климатических исследований Болина и кафедра физической географии, Стокгольмский университет, г. Стокгольм, Швеция

Ли Р.М.

Кафедра прикладной ботаники и наук о дикой природе, Университет Бригама Янга, г. Прово, штат Юта, США

Лоранти М.М.

Кафедра географии, Университет Колгейта, г. Гамильтон, штат Нью-Йорк, США

Макдональд Р.

Институт океанологии, г. Сидни, пров. Британская Колумбия, Канада

Манн П.Дж.

Факультет (школа) географии и наук об окружающей среде, Университет Нортумбрии, г. Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания

Натали С.М.

Центр климатических исследований Вудвелла, г. Фалмут, штат Массачусетс, США

Олефельдт Д.

Кафедра возобновляемых ресурсов, Университет Альберты, г. Эдмонтон, пров. Альберта, Канада

Пирсон П.

Международная инициатива (организация) по климату криосферы, г. Полет, штат Вермонт, Соединенные Штаты

Рек А.

Школа окружающей среды и природных ресурсов имени Рубенштейна, Вермонтский университет, г. Берлингтон, штат Вермонт, США

Робардс М.

Общество охраны дикой природы, программа «Арктическая Берингия», г. Фэрбенкс, штат Аляска, США

Сэлмон В.Г.

Отдел наук об окружающей среде и Институт изучения изменений климата, Окриджская национальная лаборатория, г. Ок-Ридж, штат Теннесси, США

Сайеди С.С.

Кафедра прикладной ботаники и наук о дикой природе, Университет Бригама Янга, г. Прово, штат Юта, США

Шедель К.

Университет Северной Аризоны, г. Флагстафф, штат Аризона, США

Шуур Э.А.Г.

Университет Северной Аризоны, г. Флагстафф, штат Аризона, США

Шакил С.

Кафедра биологии, Университет Альберты, г. Эдмонтон, пров. Альберта, Канада

Шогрен А.Дж.

Кафедра биологии, Университет Алабамы, г. Таскалуса, штат Алабама, США

Штраусс Й.

Отдел исследований многолетней мерзлоты, Центр полярных и морских исследований «Институт Альфреда Вегенера» имени Гельмгольца, г. Потсдам, Германия

Танк С.Э.

Кафедра биологии, Университет Альберты, г. Эдмонтон, пров. Альберта, Канада

Торнтон Б.Ф.

Кафедра геологии и Центр климатических исследований имени Болина, Стокгольмский университет, г. Стокгольм, Швеция

Трехарн Р.

Центр климатических исследований Вудвелла, г. Фалмут, штат Массачусетс, США

Турецки М.

Институт арктических и альпийских исследований, Колорадский университет в Боулдере, г. Боулдер, штат Колорадо, США

Фойгт К.

Отделение биологии и наук об окружающей среде, Университет Восточной Финляндии, г. Куопио, Финляндия

Райт Н.

Рабочая группа по изучению обратных связей в системе «углеродный цикл – многолетняя мерзлота», Институт «Каскад» (Cascade), г. Колвуд, пров. Британская Колумбия, Канада

Ян Ю.

Государственная ведущая лаборатория по изучению изменений окружающей среды и растительного покрова, Институт ботаники Академии наук Китая, Университет Академии наук Китая, г. Пекин, Китай

Зарнецке Дж.П.

Кафедра наук о Земле и окружающей среде, Университет штата Мичиган, г. Ист-Лансинг, штат Мичиган, США

Чжан Ц.

Кафедра прикладной ботаники и наук о дикой природе, Университет Бригама Янга, г. Прово, штат Юта, США

Золкос С.

Гарвардский университет, г. Кембридж, штат Массачусетс, США; Центр климатических исследований Вудвелла, г. Фалмут, штат Массачусетс, США

Введение

Хотя регионы распространения многолетней мерзлоты занимают лишь около 10% поверхности Земли, на них приходится более половины всей наземной и морской дикой природы [1], что делает их критически важными для поддержания целостности биосферы в условиях быстро меняющегося мира. В этих регионах, которые мы называем криолитозоной (см. рис.), содержится от 2,5 до 3 трлн тонн органического углерода – больше, чем во всех остальных грунтах, биоте и атмосфере Земли вместе взятых [2–7]. Криолитозона является домом для десятков миллионов людей, включая разнообразные сообщества коренных народов и пришлого населения, которые не только зависят от соответствующих экосистем глобальной значимости, но и поддерживают их [8–15]. Единство трех аспектов значимости криолитозоны – биоразнообразие, климат и население – означает, что правительства, корпорации и человеческие сообщества как внутри этих регионов, так и за их пределами должны взять на себя ответственность за предотвращение опасных изменений окружающей среды [16–22].

Криолитозона особенно уязвима к изменениям климата из-за ускоренного потепления на фоне широкого распространения льда. Температура воздуха в криолитозоне над сушей и морскими акваториями росла в 2–4 раза быстрее, чем в среднем по миру, что в значительной степени связано с таянием льда и снега, с изменениями в океанической и атмосферной циркуляции, а также с воздействиями озоноразрушающих газов [21–25]. Лед во всех его формах составляет фундамент и покров криолитозоны, и его потеря нарушает энергетический баланс, структуру экосистем и деятельность человека [26–31]. Поэтому изменения климата ведут к усилению динамики нарушений в криолитозоне и к перестройке социально-экологических процессов (отражающих взаимодействия между обществом и окружающей средой) в континентальном масштабе [32–35]. Во многих регионах эти изменения происходят на десятилетия быстрее, чем ожидалось [36–38], что, вероятно, предвещает к беспрецедентным биофизическим и социально-экологическим условиям в криолитозоне [39–42].

Широкие и взаимосвязанные изменения в криолитозоне вызывают сложные локальные биогеохимические реакции с глобальными последствиями. Продолжающееся выделение большого количества парниковых газов из многолетнемерзлых грунтов, донных отложений и водотоков обусловило существенный рост числа научных исследований и привлекло внимание общественности [35, 43–46]. Образование и выделение углекислого газа, метана и закиси азота происходит при сгорании или разложении органических веществ в наземных и водных экосистемах [47–50]. Кроме того, метан может высвобождаться из подводных или подземных скоплений ископаемых углеводородов или газогидратов, особенно при нарушениях, вызванных таянием многолетней мерзлоты или разведкой и добычей ископаемого топлива [4, 46, 51–53].

Выбросы парниковых газов, а также сокращение площади снежно-ледяного покрова в криолитозоне являются одними из самых мощных дестабилизирующих климатических обратных связей в глобальном масштабе [43, 54, 55]. Эти обратные связи, по всей вероятности, носят нелинейный характер: объем выделения парниковых газов и изменение альбедо часто находятся в экспоненциальной зависимости от температуры [3, 25, 29, 56]. Потенциальный масштаб и динамика проявления во времени таких усиливающих мерзлотно-климатических обратных связей (между многолетней мерзлотой и климатом) остаются крайне неопределенными, но они могут привести к тому, что за ближайшие 200 лет суммарные выбросы парниковых газов составят несколько сотен гигатонн в CO₂-эквиваленте [4, 7, 41, 43, 57, 58]. Эмиссия парниковых газов из криолитозоны уже стала сопоставимой с их ежегодными выбросами во всей Японии [55].

До недавнего времени выбросы парниковых газов в криолитозоне не принимались во внимание в моделях земных систем, используемых для прогнозирования траекторий изменений климата и обоснования целевых показателей международных климатических соглашений [19, 58]. В новых моделях земных систем ученые начали принимать в расчет обратные связи, связанные с выбросами соединений углерода из многолетней мерзлоты, однако эти оценки остаются предварительными и не учитывают ряд важных процессов [3, 19, 57, 59, 60].

Сочетание растущего внимания со стороны научного сообщества и сохраняющейся сложности социально-экологических процессов привело к формированию полярных и неполных представлений о многолетней мерзлоте в общественных и политических кругах (см. таблицу). В данной статье мы рассмотрим реакции криолитозоны на изменения климата с акцентом на меры по смягчению этих трансформаций. Далее будет показано, как изменения климата и другие антропогенные воздействия влияют на физическую, биологическую и социальную структуру криолитозоны. Примеры, которые будут приведены, не являются исчерпывающими. Мы напомним читателям, что регионы распространения многолетней мерзлоты включают разнообразные экосистемы и человеческие сообщества с уникальной историей и особыми природно-географическими условиями жизни [20, 29, 61–63].

Таблица. Распространенные ошибочные представления о взаимодействиях многолетней мерзлоты и климата и современное понимание этих процессов

Потеря устойчивости грунтовых оснований: деградация многолетней мерзлоты на суше

Многолетняя мерзлота, или постоянно замерзший грунт, сформировалась в холодных регионах преимущественно Северного полушария (см. рис.). Ее образование и деградация зависят от комплекса взаимодействий между локальным климатом и характеристиками экосистем, причем особенно большое влияние кроме климата оказывают растительный покров, гидрологические и гидрогеологические условия, история оледенения [64–66]. Из-за специфических процессов в грунтах криолитозоны в глобальных масштабах накопилось много пресной воды, соединений углерода, азота, фосфора, а также загрязняющих веществ, в том числе ртути, которая переносится атмосферой и реками из более низких широт [2, 49, 67–71]. Например, холодные и переувлажненные грунты замедляют микробное разложение, а перигляциальные процессы могут способствовать перемещению материалов, образовавшихся или отложившихся на поверхности, на гораздо большую глубину, чем в других регионах [65, 72, 73].

В криолитозоне по всему миру наблюдается потепление грунтов [74–77] из-за повышения температуры воздуха, смены растительного покрова, сокращения снежного и ледового покрова, нарушений земной поверхности и интенсификации круговорота воды [66, 78–82]. Более глубокое и продолжительное протаивание стимулирует микробное разложение – главный фактор выбросов парниковых газов в криолитозоне [35, 47, 49, 83, 84]. При потеплении грунтов также высвобождаются питательные вещества, микроэлементы и загрязняющие вещества, что влияет на рост растений, активность микроорганизмов и здоровье человека [85–92]. Хотя долгое время прогнозировалось, что повышение доступности питательных веществ и эффект «углеродного (CO₂) удобрения» увеличат поглощение атмосферного углекислого газа растениями, наблюдаемые тенденции их первичной продуктивности в криолитозоне остаются неоднозначными из-за засух, смены растительных покровов, и других нарушений [3, 57, 93–100].

В криолитозоне усиливаются нарушения геоэкосистем суши, в том числе из-за природных пожаров, просадок поверхности (термокарста) и прямых антропогенных воздействий, связанных с добычей ресурсов, выпасом скота и развитием инфраструктуры. Увеличение продолжительности засушливых периодов, числа ударов молний, трансформации растительного покрова ведут к росту количества лесных и тундровых пожаров, что сказывается на локальных условиях обитания живых организмов, качестве воздуха, а также на региональных круговоротах углерода и питательных веществ [39, 42, 98, 101–103]. При пожарах не только происходит непосредственное выделение углекислого газа и метана в результате горения, но из-за уничтожения теплоизолирующего растительного покрова и изменений альбедо поверхности продолжается прогрев грунтов в дальнейшем. Это может стимулировать разложение органики и вынос веществ потоками воды течение десятилетий после пожара [41, 88, 97, 103–105]. Зона пожаров в районах распространения многолетней мерзлоты расширяется на север, при этом фиксируются случаи даже зимнего горения [34, 106–109].

В районах с наличием подземного льда потепление грунтов часто вызывает резкие просадки поверхности, гравитационные склоновые процессы и береговую эрозию [37, 110–112]. Последствия таких термокарстовых процессов варьируют в широком диапазоне в зависимости от ландшафтных условий и характеристик грунтов [23, 29, 91]. Это в том числе могут быть: прогревание грунта, выброс или поглощение парниковых газов, вынос осадков и растворенных веществ в водные экосистемы [36, 91, 113–116]. Проседание поверхности может приводить к сложным изменениям во влажности грунта, влияя на типы и объемы образующихся парниковых газов, что дополнительно затрудняет оценку мерзлотно-климатических обратных связей [7, 117–119]. Примерно 20% северных территорий криолитозоны уязвимы в отношении термокарста, который может вызывать быстрое высвобождение парниковых газов и наносить ущерб созданной человеком инфраструктуре и среде обитания живых организмов [29, 32, 111, 120].

Несмотря на то что криолитозона в целом характеризуется низкой плотностью населения, прямое антропогенное воздействие на нее широко распространено и продолжает расти. Добыча ископаемого топлива, лесозаготовки, добыча торфа, а также строительство дорог, линий электропередачи и зданий могут приводить к прогреванию или просадкам грунтов вследствие нарушения растительного покрова и изменения поверхностных условий, в том числе влажности и альбедо [72, 121–125]. Некоторые виды деятельности человека, например выпас скота, могут приводить к охлаждению или нагреванию грунтов в зависимости от интенсивности нарушений и особенностей локальных геоэкосистем, в том числе структуры почв и подпочвенных грунтов и характера растительных сообществ [72, 81, 126].

Многие из крупномасштабных видов человеческой деятельности обусловлены спросом на энергоносители, древесное волокно и туризм за пределами криолитозоны, что добавляет еще один аспект к проблеме экологической несправедливости (неравенства) в условиях изменений климата [18, 127].

Проблемы с водными объектами: гидрохимические изменения от водотоков до морей

Хотя наземные, пресноводные и морские среды часто рассматриваются по отдельности, они тесно взаимосвязаны на климатическом, биогеохимическом и культурном уровнях [11, 80, 128–130]. Это особенно характерно для криолитозоны, где устойчивость грунтов часто обеспечивается замерзшей водой, обширные гидрографические сети делают границы весьма условными, а морской лед регулирует обмен энергией и веществами между сушей, морем и атмосферой [40, 131–133]. Более того, значительная часть морских мест обитания живых организмов в Северном Ледовитом океане до сих пор сохраняет термическое и биогеохимическое наследие того периода, когда во время последнего ледникового максимума эти участки были сушей (см. рис., а) [4, 134–136]. Следовательно, нарушения в наземных и морских геоэкосистемах сильно взаимосвязаны. Например, вынос осадков, органических и загрязняющих веществ при деградации многолетней мерзлоты может изменять водные пищевые цепи, влиять на миграцию морских животных и подвергать человеческие сообщества воздействию биоаккумулированных загрязнителей [89, 137]. Аналогично, исчезновение морского льда увеличивает содержание влаги в атмосфере и доступность энергии, что приводит к изменениям в наземной растительности и повышает вероятность экстремальных атмосферных осадков [80, 128].

Северный Ледовитый океан и окружающие его моря (мы все это вместе называем в статье Северным Ледовитым океаном) играют ключевую роль в формировании глобального климата, циркуляции вод Мирового океана, морского и наземного биоразнообразия, а также в международной политике и торговле [20, 33, 138, 139]. Как и в районах распространения многолетней мерзлоты на суше, в Северном Ледовитом океане многие изменения происходят на десятилетия быстрее, чем прогнозировалось ранее [38, 138, 140]. Площадь и толщина морского льда резко сократились, и ожидается, что к середине этого столетия исчезнет летний лед [40]. Из-за таяния ледников и ледяных щитов, а также вследствие увеличения речного стока вырос приток пресной воды [26, 141, 142]. В то же время деградация многолетней мерзлоты на суше и загрязнение криолитозоны извне существенно меняют поступление в океан углерода, питательных и взвешенных веществ, а также загрязнителей за счет разрушения берегов, речного стока, разгрузки подземных вод и атмосферного переноса [67, 116, 143–148].

Особенно быстро меняются береговая эрозия и вынос веществ реками [63, 145]. Разрушение берегов резко ускорилось под воздействием трех факторов: деградации многолетней мерзлоты, увеличения волновой активности из-за исчезновения морского льда, а также проникновения соленых вод [149–152]. В настоящее время скорость береговой эрозии в некоторых районах превышает 20 м/год, хотя различия в локальных условиях обуславливают высокую пространственную изменчивость [145, 150, 153]. Трансформации в переносе веществ реками вызваны усилением гидрологических процессов, увеличением мощности сезонно-талого слоя, широким развитием термокарста, а также изменениями в поглощении воды и питательных веществ растениями [63, 88, 144, 154–156]. Взаимодействующие нарушения, такие как природные пожары, термокарст и экстремальные гидрологические явления, могут приводить к массивным выбросам материала в речные сети и арктические эстуарии [102, 103, 157, 158]. Например, в западной части Канадской Арктики интенсивность гравитационных процессов в речных долинах с 1986 по 2018 год выросла на два порядка, что привело к образованию осадочных отложений, которые будут переноситься через реки и озера в Северный Ледовитый океан в течение десятилетий и даже тысячелетий [115].

Стоит отметить, что понимание и предотвращение изменений гидрохимических показателей и речного стока особенно важны для Тибетского нагорья, которое обеспечивает питьевой и поливной водой 1,4 млрд человек [90, 120, 158].

Речная и береговая эрозия также приводят к высвобождению микроэлементов и полулетучих загрязняющих веществ из многолетней мерзлоты и грунтов сезонно-талого слоя [70, 92, 158, 160, 161]. К ним относятся ртуть, хлорорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды и другие токсичные вещества, которые накапливаются естественным путем или в результате антропогенного загрязнения, например при сжигании угля и добыче полезных ископаемых [67, 25]. Водные экосистемы криолитозоны особенно уязвимы к этим глобальным загрязнителям – главным образом из-за эффективных путей их переноса, а также процессов биоаккумуляции и биомагнификациии [162]. Особую обеспокоенность вызывает ртуть, так как одна из ее нейротоксичных форм – метилртуть – накапливается в пищевых цепях и обнаруживается в повышенных концентрациях в живых организмах дикой природы и у населения по всему циркумполярному Северу [92, 163]. Кроме того, вследствие значительного влияния на окислительно-восстановительные условия и биодоступность металлов вынос органических веществ суши в водные экосистемы может способствовать образованию и переносу там метилртути [162, 164, 165].

Глобальное потепление не только приводит к изменениям в выносе веществ из геоэкосистем суши, но и оказывает прямое воздействие на Северный Ледовитый океан. Из-за своих особенностей он крайне уязвим в отношении закисления вод, что является другой проблемой, связанной с углекислым газом [137, 166, 167]. Повышение кислотности снижает доступность карбоната кальция, нарушая первичную и вторичную продуктивность морских экосистем [168, 169]. В биогеохимии этого океана доминирует сток с суши: он получает около 11% мирового речного стока, хотя сам составляет лишь 1% объема Мирового океана [170]. В результате холодные и малобуферные поверхностные воды Северного Ледовитого океана поглощают огромные количества углекислого газа [97, 166]. Разложение выносимых с суши органических веществ приводит к дополнительному выделению CO₂, что еще сильнее снижает pH [171–173]. Сильная вертикальная стратификация и морской лед препятствуют перемешиванию водной толщи и газообмену с атмосферой, что приводит к быстрому закислению в некоторых наиболее уязвимых частях океана [166, 168, 174, 175].

Совокупный эффект увеличения количества углекислого газа, роста притока талых вод и изменений в циркуляции может привести к тому, что к середине XXI века содержание карбоната кальция в поверхностных водах Северного Ледовитого океана опустится ниже критических пороговых значений [138, 169]. В сочетании с усиливающимся тепловым стрессом это может спровоцировать масштабные нарушения в планктонных и бентосных пищевых цепях [168, 169, 176]. Например, по оценкам, сочетание роста освещенности из-за исчезновения морского льда и изменений в поступлении воды и питательных веществ из наземных геоэкосистем за последние 20 лет привело к увеличению первичной продуктивности экосистем в Северном Ледовитом океане примерно на 60% [177, 178]. Такая смена условий может привести к утрате экологических ниш и снижению биоразнообразия в пищевых цепях этого океана.

Прогнозирование и формирование будущего многолетней мерзлоты

С учетом сложности криолитозоны и беспрецедентной скорости изменений климата, нам не известны точные сроки и степень серьезности нарушений, которые затронут ее население, биоразнообразие и биогеохимические процессы [13, 58, 97, 148, 179, 180]. Например, в рамках самого всеобъемлющего проекта по сравнению между собой моделей углеродного баланса многолетней мерзлоты (Model Intercomparison Project, MIP) диапазон оценок варьировал от выброса около 600 Гт углерода до его поглощения в объеме около 200 Гт к 2300 году [57]. Хотя расхождения в результатах моделирования, безусловно, являются проблемой, эталонным показателем для сравнений стало мультимодельное среднее, полученное в рамках указанного проекта [19, 29, 60]. Однако рассмотренные тогда модели были передовыми 7–10 лет назад, но с тех пор моделирование криолитозоны значительно продвинулось вперед [181–185]. Это подчеркивает более общую проблему – продолжающееся отсутствие учета многолетней мерзлоты в моделях земной системы. Этот фактор учитывался только в 4 из 11 моделей 6-го этапа Проекта взаимного сравнения объединенных моделей (CMIP6 – Coupled Model Intercomparison Project, Phase 6), использованных для подготовки 6-го оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) [40, 186]. И лишь 2 из 18 моделей в рамках Проекта взаимного сравнения моделей реакции климата на прекращение эмиссии парниковых газов (ZEC-MIP – Zero Emissions Commitment Model Intercomparison Project) учитывали инерционную динамику процессов в криолитозоне [187].

Поскольку последствия изменений окружающей среды в криолитозоне чрезвычайно значимы как для человеческих сообществ, так и для природных экосистем, необходимо использовать все доступные инструменты для мониторинга и прогнозирования. Например, признавая указанные выше недостатки моделей земной системы, первая рабочая группа 6-го оценочного доклада МГЭИК (IPCC AR6 WG1) оценивала мерзлотно-климатические обратные связи с помощью целого ряда различных методов, в том числе эмпирических исследований [58].

При исследованиях, управлении и принятии политических решений необходимо обеспечить комплексный учет традиционных экологических знаний, эмпирических и модельных данных, экспертных оценок и результатов палеоисследований, принимая во внимание весь спектр социально-экологических последствий [4, 18, 20, 188]. В частности, необходимо учитывать нарушения и факторы устойчивости, которые каскадно распространяются через границы экосистем (например, наземных, пресноводных, морских) и их различные составляющие (такие как благополучие человека, целостность биосферы, биогеохимические циклы).

Выявленные приоритеты в сферах исследований и управления выходят далеко за рамки вопросов углеродного баланса и включают: циркуляцию вод Северного Ледовитого океана, состояние морских и прибрежных сред обитания, дестабилизацию органических веществ и гидратов метана на континентальном шельфе, развитие термокарста, протаивание грунтов вследствие пожаров, взаимодействия питательных веществ, динамику торфяников, а также социально-экологическую адаптацию и устойчивость [15, 49, 72, 73, 177].

Что можно предпринять?

Сохраняющаяся неопределенность в отношении процессов, происходящих в многолетней мерзлоте, не ограничивает нашу способность действовать для защиты криолитозоны уже сейчас. В рамках традиционных, модельных и эмпирических подходов ученые приходят к общему мнению о том, что сроки и степень ущерба для криолитозоны напрямую связаны с масштабами антропогенного потепления [6, 58, 179, 189]. Поэтому вопрос заключается в том, как наиболее эффективно ограничить техногенное влияние на климат?

В самом общем виде можно выделить три взаимодополняющих подхода к сдерживанию изменений климата:

1. сокращение антропогенных выбросов парниковых газов;
2. охрана экосистем для сохранения природных поглотителей парниковых газов;
3. попытки управления энергетическим балансом Земли с помощью геоинженерии.

Первые два подхода реализуемы, экономически эффективны и имеют широкий спектр сопутствующих преимуществ [190–192]. Например, отказ от сжигания ископаемого топлива мог бы ежегодно предотвращать 10,2 млн преждевременных смертей и приносить 10 трлн долларов США в виде экономических выгод за счет улучшения качества воздуха [50, 193–196]. Кроме того, совместные усилия по расширению охраны ненарушенных экосистем способствуют сохранению целостности биосферы и могут помочь в восстановлении прав коренного и пришлого населения криолитозоны [1, 12, 192, 197, 198].

Третий подход (геоинженерный), к сожалению, менее проверен и в большей степени чреват непредвиденными последствиями [15, 180, 199, 200]. Для криолитозоны был предложен широкий спектр геоинженерных мер, в том числе управление солнечной радиацией, повышение альбедо (осветление) океана, искусственное создание морского льда, фертилизация («удобрение») океана, получение энергии из биомассы с улавливанием и хранением соединений углерода (биоэнергетика), а также биоманипуляции, например посадка деревьев и интродукция травоядных животных [15, 59, 126, 180, 200–204]. Хотя продолжение исследований некоторых из этих мер является оправданным, все они имеют серьезные побочные эффекты, а также известные этические и практические ограничения [15, 199, 205]. Например, управление солнечной радиацией теоретически могло бы снизить температуру настолько, чтобы защитить часть криолитозоны [59]. Однако это не решит проблему закисления Северного Ледовитого океана и с высокой вероятностью приведет к нарушениям в мировом сельском хозяйстве, одновременно усиливая разрушение озонового слоя над Арктикой [200, 206, 207]. Кроме того, использование частей бореальных лесов для реализации биоэнергетических технологий может привести к снижению запасов углерода в локальных экосистемах и вызвать загрязнение, вредное для здоровья населения, а также привести к существенному региональному потеплению из-за осаждения черного и бурого углерода [208–210]. К тому же многие из предложенных решений могут оказаться неэффективными или иметь обратный эффект в новых условиях, созданных антропогенным изменением климата. Например, на выживаемость крупных стад травоядных могут негативно повлиять перемены в кормовой базе и экстремальные погодные явления [80, 200], а эффект поглощения углерода в результате посадки деревьев может быть сведен на нет массовой гибелью лесов из-за повышения температуры и интенсификации лесных пожаров [110, 211]. Даже если бы эти вмешательства позволили достичь климатических целей, они поставили бы под угрозу более половины ненарушенных экосистем, оставшихся на планете [1, 12]. 

Таким образом, можно сделать вывод, что для сохранения экосистем криолитозоны необходимы быстрое сокращение выбросов парниковых газов из-за сжигания ископаемого топлива и расширение прав и возможностей местного населения. Хотя и остаются открытыми многие научные вопросы, касающиеся сложности взаимосвязей между многолетней мерзлотой и климатом, известно, что чем быстрее удастся снизить концентрацию парниковых газов в атмосфере, тем большую часть криолитозоны удастся сохранить [6, 50, 58].

Из-за колоссальных масштабов и инерционности процессов в криолитозоне [4, 43, 60, 65, 74] решения, которые будут приняты в отношении выбросов парниковых газов в ближайшее десятилетие, могут либо открыть пути восстановления и сохранения многолетней мерзлоты, либо закрепить сценарий утрат и деградации (см. рис.) [6, 50, 141, 212]. Следовательно, будущее криолитозоны зависит от выбора мер в сфере энергетики, предпринятых далеко за пределами регионов распространения многолетней мерзлоты.

К счастью, недавние прорывы в производстве, передаче и хранении возобновляемой энергии теперь позволяют осуществлять декарбонизацию гораздо быстрее, чем считалось возможным ранее [213–215]. С 2009 года стоимость солнечных фотоэлектрических систем и ветряных турбин упала на 91 и 71% соответственно, что сделало их источниками самой дешевой и чистой электроэнергии в истории человечества [6, 50, 191, 196]. Мировые рынки уже отреагировали на это: возобновляемые источники энергии составили 90% всех новых мощностей по производству электроэнергии, введенных в 2021 году [216], и, по прогнозам, обеспечат 95% всего прироста в период до конца 2025 года [217].

При периодах удвоения мощностей 3,7 года для ветроэнергетики и 1,9 года для солнечной энергетики возобновляемые источники способны удовлетворить мировой спрос на электроэнергию не позднее чем через 10 лет, а весь спрос на первичную энергию – не позднее чем через 25 лет [6, 50, 196, 213, 218, 219]. Отработанные и проверенные временем технологии таких типов уже сейчас позволяют электрифицировать почти всю экономику (транспорт, промышленность, сельское хозяйство и т.д.), а разрабатываемые методы открывают путь к ее полной декарбонизации до 2040 года [191, 215].

Если мировое сообщество продолжит поддерживать этот переход, то изобилие чистой и доступной энергии позволит также снизить стоимость одного из немногих методов геоинженерии, пригодных для масштабного применения и обеспечивающих устойчивый эффект в долгосрочной перспективе. Данный метод заключается в улавливании углерода непосредственно из атмосферного воздуха и его последующем хранении [220]. Сочетание очень быстрой глобальной декарбонизации и использования возобновляемой энергии для реализации указанного геоинженерного метода может позволить к концу этого века вернуться к климатическим условиям, похожим на голоценовые [6, 50, 191].

Теперь, когда уже есть технологические и экономические условия для ускоренной декарбонизации энергетики и снижения концентрации углекислого газа в атмосфере, выполнение нашего долга по восстановлению климата Земли стало возможным. Вместо того чтобы принимать в качестве целевого ориентира потепление климата только на 1,5–2 °C (уровне изменений, который все равно вызвал бы радикальные трансформации и широкомасштабные нарушения во всей криолитозоне [36, 142, 212]), мы должны стремиться к восстановлению климатических условий, близких к голоценовым. Этого можно достичь, если больше не сжигать ископаемое топливо при одновременной поддержке естественных поглотителей парниковых газов и развитии технологий с отрицательным балансом выбросов (технологий, при работе которых из атмосферы забирается больше соединений углерода, чем выделяется) [6, 50].

Предпринимая меры по ускоренному снижению концентрации парниковых газов в атмосфере в глобальном масштабе, необходимо поддерживать и расширять права и возможности населения криолитозоны, которое вынуждено адаптироваться к беспрецедентным экологическим и экономическим изменениям и чье участие имеет большое значение для устойчивого сохранения экосистем соответствующих регионов, а значит и глобального сохранения экосистем [12, 13, 15, 192]. По соображениям как практического, так и этического характера обязательно надо следовать рекомендациям коренных народов и других людей, проживающих в криолитозоне, интересы которых затронуты больше всего и которые обладают наиболее глубокими знаниями о сложных экологических последствиях на населенных ими территориях [13, 18, 188]. Достижению обозначенных целей могло бы поспособствовать повышение авторитета и усиление роли таких форумов, как «Арктический совет» (Arctic Council) и Приполярный совет инуитов (Inuit Circumpolar Council) [20, 127, 221–223].

У нас есть все инструменты, чтобы обратить изменение климата вспять и защитить незаменимую криолитозону. Мы призываем людей повсюду распространять и поддерживать эту обоснованную и вдохновляющую оценку.

—

Концепцию статьи разработали Бенджамин Эбботт и Лаодун Го. Совместное участие в подготовке и редактировании рукописи принимал весь коллектив авторов.

—

Мнения авторов, приведенные в публикации, не обязательно отражают официальную позицию Министерства энергетики США, Правительства Соединенных Штатов, организаций, аффилированных с авторским коллективом, издателя, редакторов или рецензентов.

—

Данная работа была выполнена при поддержке Национального научного фонда США (номера грантов: 1916565, 1916567, 1916576, 1906381, 1931333). Верити Сэлмон получила поддержку в рамках проекта NGEE Arctic (Next-Generation Ecosystem Experiments – Arctic, «Экосистемные эксперименты следующего поколения в Арктике»), реализуемого за счет средств, выделенных по Программе биологических и экологических исследований Министерства энергетики США (контракт ORNL № DE-AC05-00OR22725, заключенный с компанией UT-Battelle, LLC). Дженнифер Фредерик получила поддержку в рамках Программы внутренних научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок в Сандийских национальных лабораториях. Сандийские национальные лаборатории – это многоцелевая лаборатория, управление и эксплуатация которой осуществляются компанией National Technology and Engineering Solutions of Sandia LLC («Национальные технологические и инженерные решения Сандии»), которая является дочерним предприятием, полностью принадлежащим корпорации Honeywell International Inc. и работающим в интересах Национального управления по ядерной безопасности Министерства энергетики США в соответствии с контрактом DE-NA0003525. Графическое оформление рисунка было выполнено иллюстратором Бренной Килпатрик. Мы выражаем благодарность участникам форума «Диалоги по мерзлотно-климатическим обратным связям», в том числе Натану Обеду, Дане Тизья-Трамм и Элизабет Мэй, за их предложения и замечания.

—

Мы посвящаем эту работу памяти известного канадского специалиста по сохранению северных экосистем Роберта Маклеллана, его семье и друзьям [следует отметить, что на полях первой страницы источника для перевода допущена опечатка: трагическое примечание относится к Роберту Маклеллану, а не к Бенджамину Эбботту, который по сей день продолжает активно и успешно работать. – Ред.].