Терра инкогнита: зачем России нужна единая база научных данных об Арктике

С научной точки зрения Арктика – один из самых интересных, но и малоисследованных регионов мира. В России, благодаря направленной поддержке со стороны государства и крупного бизнеса, число комплексных экспедиций в моря Северного Ледовитого океана за последние 20 лет существенно возросло. Однако у ученых еще нет ответов на все вопросы об Арктике: как в точности глобальное потепление влияет на таяние ледников? Какова в этом процессе роль человека? Что будет с регионом через 50 или 100 лет? Как считает доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН Александр Осадчиев, повысить достоверность прогнозов и использовать полученные знания на благо России позволит единая база научных данных об Арктике. 

– Александр, недавно вы стали лауреатом премии президента РФ для молодых ученых. Расскажите, пожалуйста, о своих исследованиях, в чем они заключаются и к каким результатам привели.

– Мои исследования направлены на экологические процессы в морях российской Арктики. Ни для кого не секрет, что Арктика стремительно меняется, в ней происходят климатические изменения, потепление воздуха, сокращение площади льда. Эти процессы связаны с циркуляцией вод в Северном Ледовитом океане, в морях российской Арктики.

Я изучаю, как распространяется речной сток в морях России. Большая часть всего стока в Арктику поступает с территории России из трех крупнейших рек – Оби, Енисея и Лены. Эти реки формируют области опреснения площадью в сотни тысяч квадратных километров в Арктике. То, как распространяются речные воды, как они перемешиваются, как трансформируются на шельфе, определяет структуру тонкого поверхностного слоя моря, формирует структуры, которые мы называем "речными плюмами". Толщина этих речных плюмов 10-20 метров, а площадь – 100-200, даже 500 тысяч квадратных километров. Этот супертонкий слой – самый важный, поскольку в нем происходят наиболее интенсивные процессы взаимодействия с атмосферой и процессы, имеющие ключевое значение для биологической продуктивности. Кроме того, речные плюмы располагаются в прибрежных и шельфовых зонах, где ведется активная хозяйственная деятельность, добываются углеводороды, строятся порты, проходит Северный морской путь. Соответственно, понимание того, как распространяются эти речные стоки, важно с точки зрения практических вопросов – как обеспечить безопасность мореплавания, как сделать прогноз на условия жизнедеятельности планктона или на распространение загрязнений. Но также этот речной слой влияет и на изменения ледовых условий, на климатические изменения в морях российской Арктики.

Кроме того, в последние годы я стал заниматься и поступлением теплых атлантических вод в Северный Ледовитый океан. Теплые атлантические воды – это один из двух основных крупномасштабных потоков тепла, которые связывают Северный Ледовитый океан с более южными широтами. Есть поток из Тихого океана через Берингов пролив, но он не очень большой из-за того, что Берингов пролив достаточно узкий – всего 50 км шириной. А есть огромный поток теплых атлантических вод из северной Атлантики в Арктику. Это фактически продолжение Гольфстрима – теплые воды, которые начинаются в тропических широтах, доходят до Европы, отепляют ее, доходят до Норвегии, и дальше они поступают в Северный Ледовитый океан. В какой-то момент – в Баренцевом море и к северу от него – они опускаются на промежуточные глубины и дальше текут в Северном Ледовитом океане, непосредственно не контактируя с поверхностью. Если бы эти воды температурой 1-2 градуса контактировали с поверхностью, весь лед в Арктике растаял бы. Сейчас многие ученые связывают потепление, которое происходит в Арктике, с усилением влияния этих атлантических вод на западную Арктику – Баренцево и Карское моря. Мы тоже стали изучать этот поток – в частности, в желобе Святой Анны сделали хорошую работу в прошлом году. Понимание того, как перестраивается циркуляция, как меняются свойства этих вод – это важно для крупномасштабных прогнозов климатических изменений, которые происходят сейчас в Арктике очень активно.

– Арктика требует прогноза, потому что она меняется. Этот прогноз в первую очередь основывается на численном моделировании, потому что в будущее мы можем заглянуть только с помощью численных моделей. Однако есть серьезная проблема: в Арктике проводится недостаточно измерений. Чтобы численная модель работала хорошо, нужно ее валидировать – сравнить с натурными измерениями, с реальным состоянием Северного Ледовитого океана в те или иные моменты времени. Большая часть Северного Ледовитого океана покрыта льдом, причем половина – круглый год. Соответственно, измерения там очень эпизодические и очень дорогостоящие. Понятно, что прибрежные зоны или незамерзающее Баренцево море охвачены измерениями лучше, но большая часть Северного Ледовитого океана имеет откровенный недостаток измерений. Это сказывается на валидировании численных моделей, так как если численная модель не воспроизводит какие-то процессы, то неучет данных накопится на временном промежутке, и прогноз будет недостоверен. Вот очень хороший пример. Резкая перестройка ледовых условий в Арктике произошла с 2000 по 2010-2015 годы. Льда стало резко меньше. В 2007 году был минимум льда, следующий минимум был в 2012 году – еще значительнее. И ученые, которые создают численные модели, стали прогнозировать, что дальше все будет еще больше сокращаться, а в 2020-2030-м Арктика будет вообще безледной. Но этого не произошло, ледовые условия стабилизировались. То есть прогноз о том, что будет драматическое сокращение площади льда в ближайшие десять лет, не подтвердился, мы уже можем это сказать. И это показало определенную степень несостоятельности численных моделей.

– Мы никуда не можем деться от численных моделей, мы обязаны их использовать, потому что это мощный и очень полезный инструмент. Но мы должны бороться за то, чтобы они были более качественные, достоверные и правильные. Аккумуляция большого числа натурных измерений в море и их усвоение моделью, а также глобальное понимание, где не хватает измерений, принципиально для России, для которой арктические и ледовые условия очень важны, и для всего мира, потому что Арктика – это "кухня погоды" в северном полушарии как минимум. Изменения в Арктике, сокращение льда сразу через атмосферу передают сигнал в умеренные широты северного полушария, погода в Москве, Петербурге, Тюмени, Якутске напрямую зависит от климатических процессов в Северном Ледовитом океане.

– На мой взгляд, в научном сообществе создался некий консенсус в пользу того, что влияние человека на происходящие климатические изменения есть. Данные, которые получают из ледниковых кернов, из колец деревьев и других источников о температуре и характеристиках атмосферы в прошлом, показывают, что есть статистически значимая связь между выбросами углерода, человеческой деятельностью и происходящим климатическим потеплением, в том числе в Арктике. Тем не менее, эти связи недостаточно изучены, просто наличие статистической связи – это лишь первый шаг в понимании того, что происходит. Очень важно понять, как именно реализуются эти зависимости, какие есть обратные связи и перспективы дальнейшего развития. Нас же интересует прогноз, и если мы наблюдаем какую-то линейную зависимость – не факт, что она будет продолжаться.

Безусловная сложность заключается в том, что хорошо температуру Земли измеряют достаточно недолго: порядка ста лет на отдельных метеостанциях, несколько десятков лет ведутся космические исследования, которые позволяют весь земной шар охватить и измерить его температуру. Это очень немного по сравнению с тем масштабом времени, про который мы говорим, а это сотни, тысячи лет. Таких хороших данных не хватает. Вполне возможно, что могут включиться какие-то более сложные обратные связи, в том числе связанные с океаном, и потепление, которое прогнозируют, будет идти не так быстро.

– В Арктике ведется огромное количество исследований разных стран, разных организаций, но эти исследования в достаточной степени разрознены. Если говорить про Россию, то в России есть крупные игроки, которые занимаются измерениями в Арктике: это Росгидромет, Росрыболовство, научно-исследовательские институты и ресурсные компании – "Роснефть", "Газпром" и другие, которые занимаются измерениями в рамках экологического мониторинга. Но все это делается для локальных задач. Скажем, мне надо изучить течения желоба Святой Анны, у меня на это грант Российского научного фонда. Я иду в желоб Святой Анны, провожу свои измерения. Измерения очень дорогостоящие – полтора миллиона рублей в день стоит эксплуатация корабля, на котором мы идем. За месяц работы мы тратим 45 миллионов рублей. Нам выделили эти деньги, мы сделали свои измерения, получили свой результат, но дальше эти данные у нас и осели. Нет общей системы, через которую мы можем предоставить доступ к ним другим пользователям.

Или ресурсная компания провела экологический мониторинг, собрала данные, свои вопросы решила, и данные в этой компании остались. Деньги, заплаченные за эти данные, огромные, ресурсы, потраченные на их получение, огромные, а ресурсы, которые стоит затратить, чтобы их просто послать в некую единую систему, в единый центр – это на несколько порядков меньше усилий, чем уже приложено. А выход от этих данных будет гораздо больше, потому что все участники этого процесса смогут, пользуясь единой базой данных, решать свои задачи. Консолидация данных позволит всем агентам улучшить свою работу, экспертную оценку и исследования конкретных процессов, которые их интересуют в морях российской Арктики. Дальше эту базу данных можно расширять: собирать биологические данные, данные по геологии, данные о загрязнениях, минералогические данные, данные о морских млекопитающих, о птицах, о состоянии морских берегов – о чем угодно. Для любого типа данных создание этой базы будет полезным.