Северный вектор

За последние десятилетия верхняя граница леса в горах Субарктики поднялась на десятки метров, чужеродные растения продолжают распространяться на север, а генетические исследования позволяют восстанавливать историю арктической фауны со времен плейстоцена. Долгосрочный мониторинг арктической среды, сохранение биоразнообразия, изучение чужеродных видов растений, животных и микроорганизмов стали темами докладов ученых из Екатеринбурга, Архангельска, Сыктывкара и Лабытнанги на научном семинаре Объединенного ученого совета УрО РАН по биологическим наукам «Биологические исследования в Арктике: итоги и перспективы», который прошел 20 октября в президиуме УрО РАН.

Заведующий лабораторией геинформационных технологий Института экологии растений и животных УрО РАН доктор биологических наук Павел Моисеев представил результаты многолетних исследований верхней границы леса на Кольском полуострове, Полярном Урале, плато Путорана и Анабарском плато. Сравнение данных 1960-х и 2020-х годов показало, что во всех исследованных регионах граница леса сместилась вверх по склонам, на отдельных участках — на 40–55 метров. Вегетационный период стал на 8–10 дней длиннее и примерно на градус теплее. В переходной полосе между лесом и горной тундрой увеличилась сомкнутость древостоев, деревья стали заселять прежде безлесные участки. Ученые связывают эти изменения прежде всего с повышением температуры в начале лета, удлинением сезона роста и изменением количества зимних осадков.

Просторы тундры постепенно уступают место таежным ландшафтам — такую тенденцию фиксируют ученые ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Причиной масштабной трансформации экосистем стало не только глобальное потепление, но и деятельность человека, создавшая своеобразные «коридоры» для миграции южных видов.

— На Полярный Урал и в Заполярье проникает множество лесных видов, которые раньше встречались исключительно в таежной зоне, — рассказывает ведущий научный сотрудник отдела экологии животных Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, доктор биологических наук Андрей Татаринов.

Особую роль в этом процессе, по словам ученого, играют «квазиприродные коридоры» — железные и автомобильные дороги и газопроводы. Они стали настоящими магистралями распространения видов насекомых, характерных для южных регионов, сейчас постепенно осваивающих северные территории.

Климатические сдвиги — лишь часть испытаний для хрупких экосистем Севера. Исследователи выявили и другие угрозы: разрушение почвы и растительности под колесами техники, растущий поток туристов на маршрутах Полярного Урала, избыточный выпас северных оленей. Южные виды растений и животных продвигаются на север, в то время как арктические обитатели вынуждены отступать дальше в сторону полюса. Впрочем, как отмечает директор ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, член-корреспондент Светлана Дегтева, данный процесс требует продолжения полноценных исследований со стороны ученых разных специальностей.

Арктический морской лед является мощным концентратором растворенных и взвешенных  веществ. Поэтому он играет большую роль в их транспортировке и переотложении. Знание путей переноса осадочного материала дрейфующими льдами и айсбергами создает основу для палеоклиматических исследований, что имеет несомненную прогностическую важность, так как Арктика — «важный игрок» в глобальной климатической кухне нашей планеты. Льды стали важным объектом исследований, касающихся также переноса загрязняющих веществ в Арктике. Исследования осадочного материала дрейфующих льдов Арктики уже второй год ведутся совместно учеными Института геологии и геохимии УрО РАН и Института океанологии РАН в рамках Программы фундаментальных исследований Уральского отделения РАН. Предлагаем читателям краткую заметку о первых результатах этих работ.  

Исследование особенностей распределения осадочного материала (IRS — Ice Rafted Sediments) в Арктике, где транспортировка его дрейфующими льдами происходит под влиянием двух крупных систем течений — круговорота Бофорта и Трансполярного дрейфа, дает возможность лучше понять многие стороны современной арктической седиментации. Круговорот Бофорта в основном ограничен пределами одноименного моря. Трансполярный дрейф проходит от Чукотского и Восточно-Сибирского морей на востоке до пролива Фрама на западе. Движение льда у Аляски и в Чукотском море ориентировано примерно параллельно побережью, а в море Лаптевых — почти перпендикулярно. По этой причине море Лаптевых и часть Восточно-Сибирского моря являются, по образному выражению академика А.П. Лисицына, наиболее важными «фабриками льда» и соответственно, по-видимому, одними из основных источников транспортируемого льдами IRS.

Арктика считается наиболее чувствительной к глобальному потеплению. Уже сейчас ученые фиксируют заметное повышение температуры в регионе и сокращение площади полярных льдов. Этот процесс в дальнейшем может привести к серьезной перестройке пресноводных экосистем. Спрогнозировать эти изменения можно, наблюдая за геотермальными водоемами, где живые организмы давно живут в условиях высоких температур. Подробнее о своей работе в этом направлении корреспонденту «НУ» рассказал заместитель директора Института экологических проблем Севера УрО РАН по научным вопросам, доктор биологических наук Иван Николаевич Болотов.

— У писателя-фантаста Роберта Хайнлайна есть роман «Дверь в лето». Эта аллегория в названии хорошо применима к геотермальным экосистемам Арктики: в глубине застывшей зимней тундры, скованной массами льда и снега, можно найти теплые оазисы, где царит вечное лето. Как будто в стылом промерзшем воздухе открывается невидимая дверь в другое измерение. Там журчат горячие ручьи и речки, отблескивают зеркала теплых озер, окутанных туманом, темнеют участки талой почвы. В воде копошатся многочисленные моллюски, личинки насекомых, черви и прочая водная живность, плавают стайки мелких рыбок, зеленеют водоросли, мхи и даже высшие растения. Это буйство жизни процветает, даже когда столбик термометра падает ниже отметки –40°С.

Впервые закономерности функционирования гидротермальных экосистем при экстремально низких температурах воздуха были изучены коллективом ученых ИЭПС УрО РАН. Эти результаты нашли отражение в капитальной монографии, вышедшей в 2011 году. Теперь поддержанный президентским грантом проект по этой теме нацелен на дальнейшее развитие наших исследований. Геотермальные оазисы Камчатки, Полярного Предуралья и Исландии используются в качестве уникальных природных моделей, которые позволят выяснить, что может произойти с пресноводными экосистемами Арктики в случае резкого потепления климата.

О нефтегазоносном потенциале арктического шельфа России известно давно, но лишь в последние годы начат переход к полномасштабному освоению этих ресурсов. Активная разработка месторождений и строительство крупных промышленных объектов требуют проведения в регионе постоянного сейсмического мониторинга. Эту задачу успешно решает Архангельская сейсмическая сеть, созданная при Институте экологических проблем Севера УрО РАН. О результатах, недавно полученных с самой северной части суши России и всей Евразии, корреспонденту «НУ» рассказал старший научный сотрудник лаборатории сейсмологии ИЭПС кандидат технических наук Алексей Николаевич Морозов.

Суровые климатические условия на севере Баренцева моря затрудняют проведение в этом регтоне полномасштабного сейсмического мониторинга. Большинство островов расположенного там архипелага Земля Франца-Иосифа покрыто ледниками и непригодно для постоянного проживания людей. Установка на этой территории сейсмических станций — весьма трудоемкая задача. Недостаточно построить здание и поставить оборудование — любой научно-исследовательский комплекс, пусть и небольшой, необходимо обслуживать. А для этого в свою очередь нужны квалифицированный персонал и налаженная инфраструктура. Небольшое число станций было открыто в этом регионе еще в советские годы, но они работали на аналоговом оборудовании, не отличавшимся высокой чувствительностью. А к 1990-м годам все пункты сейсмического мониторинга на архипелаге и вовсе были ликвидированы. Таким образом, северная часть российской Арктики  для сейсмографов долгое время оставалась белым пятном.

В прошлом номере «НУ» опубликовала отчет о Днях уральской науки и инноваций, прошедших в Салехарде в середине октября. Продолжая тему, предлагаем обзор докладов на «круглых столах», состоявшихся в эти дни. Стоит подчеркнуть, что в них была представлена лишь часть достижений уральских ученых по северной тематике. Надо надеяться, что эта своеобразная копилка станет пополняться, а ее содержимое будет востребовано в реальной экономике.

Материаловеды — Северу

Северное материаловедение — особая отрасль знания. И металлы, и полимеры, и другие материалы при экстремально низких температурах ведут себя совсем не так, как в средних широтах — они гораздо больше подвержены разрушению.

На заседании круглого стола «Материалы и техника для Севера» зам. директора Института физики металлов УрО РАН доктор технических наук М.В. Дегтярев представил пять материаловедческих проектов ИФМ. Здесь разработаны высокопрочные и пластичные сплавы с эффектами памяти формы на основе никелида титана, которые способны работать в широком интервале температур, в том числе и при экстремально низких. Другой проект связан с созданием биметаллической оболочки нефтехимических реакторов для работы в условиях Крайнего Севера. В сотрудничестве со специалистами ОАО «Уралхиммаш» методом сварки взрывом ученые получили листовой двухслойный композит «хромистая сталь — низкоуглеродистая сталь», способный сохранять свои свойства при низких температурах и высоких напряжениях.

В начале октября в Салехарде, столице Ямало-Ненецкого автономного округа, высадился целый десант ученых Уральского отделения Российской академии наук. Ямальская торгово-промышленная палата, окружной департамент по науке и инновациям совместно с УрО РАН провели Дни уральской науки и инноваций в ЯНАО. В течение двух дней, с 10 по 11 октября, на площадке салехардского конгресс-центра проходила выставка научных и инновационных достижений, шли круглые столы, профессиональные дискуссии, презентации новых проектов.

Полуостров Ямал (название предположительно произошло от соединения ненецких слов «я» (земля) и «мал» (конец)» далеко неслучайно стал местом серьезного обсуждения научно-производственных и других важнейших проблем. Напомним, что этот до сих пор малонаселенный арктический «конец земли» — одно из самых продуктивных для исследователей мест планеты и еще —  богатейшая сокровищница полезных ископаемых. Достаточно сказать, что Ямал — в числе крупнейших в России, а в перспективе и в мире районов добычи природного газа. Неспроста именно здесь, в Салехарде, состоялся недавно  III международный арктический форум «Арктика — территория диалога», на котором президент РФ В.В. Путин констатировал: «В Арктике сконцентрированы большие интересы — и экономические, и политические, и гуманитарные. Крайне важно объединять усилия для эффективной работы в этом регионе мира…». Мало того. Как сказал, открывая пленарное заседание Дней уральской науки председатель УрО академик В.Н. Чарушин, «освоение Севера — это действительно очень масштабная задача, которая, вероятно, может претендовать на роль объединяющей всех нас национальной идеи».