«На остров Самойловский приходит лето — и начинается мой дозор». Эти слова можно отнести ко всем исследователям, которые каждый год приезжают в дельту реки Лены, чтобы больше узнать об одном из самых удивительных и малоизученных регионов планеты — северо-восточной Арктике.
Недавно завершилась юбилейная, двадцатая по счету международная российско-германская экспедиция «Лена—2017», работавшая в течение июня-августа на современной, хорошо оборудованной научно-исследовательской станции «Остров Самойловский». За два месяца там побывало 16 сотрудников Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН и студентов Новосибирского государственного университета и, как отмечает начальник полевого отряда, научный сотрудник ИНГГ СО РАН Алексей Николаевич Фаге, это был самый многочисленный отряд за последние четыре года. Новосибирские геофизики, геологи, почвоведы, палеонтологи и ботаники стали частью международного проекта «Лена-дельта», который реализуется по межправительственному соглашению между Россией и Германией.
Больше всего загадок задает исследователям вечная мерзлота. Если, допустим, основание полуострова Ямал находится уже практически на переднем крае «войны льда и огня» — то есть глобального потепления, заставляющего мерзлоту деградировать на полярном круге — то на 72 широте, там, где располагается остров Самойловский, территория еще практически не тронута этими процессами. «Здесь “боевые действия” только готовятся, — говорит директор ИНГГ СО РАН доктор технических наук Игорь Николаевич Ельцов. — И наша задача — посмотреть, как себя ведет мерзлота в различных условиях на различных участках».
В рамках нынешней экспедиции был установлен двухчастотный геодезический приёмник, позволяющий отслеживать «дыхание тундры» — подвижки многолетнемерзлых пород в течение года.
Одним из объектов исследования геофизиков стало термокарстовое озеро на севере острова Самойловский. «Мы выполнили, я думаю, уникальные работы, потому что, судя по тем материалам, которые я видел в зарубежных публикациях, похожие объекты изучались, но очень поверхностно и с помощью единичных профилей электротомографии, что не дает объективной картины, — комментирует Алексей Фаге. — Мы же сделали серию параллельных профилей: примерно 115 метров по суше, потом озеро — 70—80 метров, и снова 100 метров по земле. Такая конфигурация профиля позволяет очень четко определить конфигурацию «мерзлота— талик (участок незамерзающей породы, идущий вглубь) подозерный—мерзлота». Выяснилось, что под озером имеется зона оттайки, которая превосходит границы зеркала воды по горизонтали, причем она проявляется (пусть и совсем чуть-чуть) даже на глубине 16 метров, а на отметке в 8 метров как раз располагается талик».
Как говорит Игорь Ельцов, подобные озёра или же сама река Лена серьезно влияют на мерзлоту. «За несколько сотен лет своего существования озеро может «протаять» тундру на глубину до 50 метров, это означает, что большое количество органического вещества, которое было захоронено в мерзлоте, снова активизируется и при помощи микроорганизмов начинает перерабатываться, выделяя большие объемы парниковых газов», — дополняет Алексей Фаге. «Детальная электротомография позволила заглянуть под озеро, нарисовать границы мерзлоты, — объясняет директор ИНГГ, — анализируя геоэлектрические и магнитные свойства, мы можем понять эволюцию водоема, узнать, какая часть почвы под ним находится в замерзшем состоянии, а какая — в виде талика».
Геофизики ИНГГ СО РАН, как всегда, использовали в работе аппарат численного трехмерного моделирования — в этом им помогает уникальный программный инструментарий, кстати, работающий непосредственно в поле. Этот софт распараллелен на графических процессорах, что позволяет прямо в экспедиции на обычном ноутбуке сделать расчеты, какие были возможны ранее только на серьезных вычислительных мощностях.
Еще одно природное явление, которое было пристально изучено специалистами ИНГГ СО РАН — эрозионный овраг на острове Курунгнах. Исследователи провели магнитную съемку в верховьях оврага — в зоне, еще не затронутой разрушением, но уже непосредственно примыкающей к нему. «Мы выделили высокольдистые жилы на различных уровнях и различного размера, — рассказывает Алексей Фаге, — и сделали предположение, что по наиболее мощным из них овраг будет развиваться дальше». Иными словами, геофизические методы показали: даже когда на поверхности нет еще никаких признаков (в том числе и биологических, связанных со специфической флорой), внутри уже зреют предпосылки дальнейшего продвижения эрозии. «Это, по сути, диагностика, и ее можно экстраполировать на любой другой овраг, связанный с мерзлотой», — отмечает Игорь Ельцов. По словам Алексея Фаге, такие прогнозы помогут и на этапах планирования строительства инженерных сооружений и инфраструктуры, ведь в тех широтах именно эрозионные овраги представляют собой большую опасность.
Также геофизики получили уникальные материалы по электротомографии на зоне «суша—море». На полуострове Быковский, омываемом морем Лаптевых, исследователи совместно с немецкими коллегами развернули профили на берегу, а также на воде и на дне. «Интересно было узнать, как ведет себя мерзлота, которая когда-то (и мы знаем, сколько лет назад это было) возвышалась над уровнем воды, а теперь скрыта морем, которое, по нашим данным, за последние 60 лет продвинулось на 40 метров», — объясняет Алексей Фаге. Электротомография — метод с высокой разрешающей способностью, и когда есть хороший контраст электропроводности между замерзшей и незамерзшей породами, удается очень хорошо увидеть конфигурацию вечномерзлого слоя, погруженного в море. «Такие работы были проведены впервые, — подчеркивает Игорь Ельцов. — Смысл в том, чтобы прояснить процессы деградации мерзлоты в результате наступления моря, ведь потепление климата — это факт, и в результате таяния льдов вода на северных побережьях прибывает».
Расположить плавучие элементы для электротомографии на воде во время даже легкого волнения и обеспечить стабильность всей системы очень сложно. Специалисты ИНГГ СО РАН опустили электроды на дно и таким образом избежали проблем с волнением моря: измерения при корректной математической обработке, которая учитывает слой соленой проводящей воды, обеспечивают достоверную интерпретацию.
Пока геофизики занимались исследованиями вечной мерзлоты, палеонтологи ИНГГ СО РАН изучали биостратиграфию пород и практически подошли к открытию. Дело в том, что в геологическую эпоху, которая носит название «верхний девон», произошло одно из шести великих вымираний фауны в истории Земли. Впервые это событие было установлено в середине 1980-х годов в Германии и датировано временем чуть ниже нижней границы фоменского яруса — тогда геологи установили проявление черносланцевых толщ и обнаружили, что как раз выше этой границы очень большая группа фауны исчезает. Такие проявления до нынешнего лета встречались лишь в двух странах (Германия и Марокко) — и вот на острове Столб, расположенном недалеко от Самойловского, палеонтологи нашли выход черных сланцев, по предварительным данным, тоже относящийся к периоду того самого вымирания. «В этих породах также есть резкая граница, где образуется перерыв в последовательности живых организмов, населявших Землю, — говорит Игорь Ельцов. — Получается, у нас, на территории России, есть одно из немногих мест в мире, где это можно зафиксировать и описать. Пока со стопроцентной уверенностью об открытии говорить рано: палеонтологи хотят себя еще раз проверить и перепроверить. Однако если все подтвердится, то это открывает страницу в геологической истории не только региона, но и Земли в целом, так как говорит о более глобальном проявлении события. Не исключено, что наш арктический объект поможет в уточнении датировок, хронологии, возможно, удастся понять причины, которые привели к такой катастрофе. Это, конечно, очень яркая находка — вклад в копилку мировой науки».
Что касается других исследователей, то в ходе экспедиции 2017 года на НИС «Остров Самойловской» работы хватало всем: геологи получили данные, с помощью которых можно будет более точно восстановить траекторию движения континентальных плит в далёком геологическом прошлом и установить возраст горных пород. Почвоведы отобрали десятки образцов арктических почв в более чем 60 точках на островах Самойловский и Курунгнах — это даст новую информацию о процессах, происходящих в многолетнемерзлых породах. Главный научный сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН доктор биологических наук Николай Николаевич Лащинский провел ботаническое картирование (уточнив карты, составленные немецкими коллегами), а также увез с собой уникальные коллекции растений — их изучение позволит лучше описывать процессы, связанные с циклами выделения и поглощения парниковых газов. Он отметил, что вопреки нашим представлениям о тундре, в районе острова Самойловский она включает в себя большое разнообразие растений, в том числе — редкие виды орхидей.
По словам Игоря Ельцова, лучшие традиции междисциплинарного сотрудничества помогли коллективу исследователей из различных институтов СО РАН победить в конкурсе интеграционных проектов Сибирского отделения. «Мы предложили развивать комплексный геолого-геофизический, ботанический, почвоведческий подход, скрепленный идеей дистанционного зондирования этих территорий, которое осуществляется Институтом физики им. Л. В. Киренского ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН», — подчеркнул директор ИНГГ.
