Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лаверовский центр) развивает сотрудничество с Международным агентством по атомной энергии. Причем работа связана не с ядерными исследованиями, а с мониторингом глобальных изменений климата.
В МАГАТЭ озабочены этой экологической проблемой. Ее последствия – повышение уровня моря, нарушение гидрологического цикла, частые экстремальные погодные явления – человечество наблюдает не первый год.
О взаимодействии с Агентством по атомной энергии редакции нашей газеты рассказал директор Института геодинамики и геологии ФИЦКИА УрО РАН Александр Малов.
– Александр Иванович, когда началось сотрудничество вашего института с МАГАТЭ?
– В 2014 году. МАГАТЭ руководствуется принципами объединения усилий ученых разных стран и создания совместных программ. С 2014 по 2018 год мы работали в рамках большого исследовательского контракта, участвовали в создании глобальной сети изотопных данных. Ученые со всех континентов мира постоянно наблюдают за изотопным составом в атмосферных осадках, в водах крупных рек и подземных водах. Информация концентрируется МАГАТЭ в виде баз данных, к которым имеет доступ абсолютно любой человек. Эти базы нужны для того, чтобы следить за климатическими изменениями.
– А как изотопный состав воды связан с климатом?
– Кроме радиоактивных изотопов, которые у всех на слуху, есть стабильные. У представляющих опасность для людей радионуклидов ядра нестабильны, они испытывают радиоактивный распад. Стабильные изотопы – совсем другая область. Их изучение связано, как правило, с научными целями. По изотопным датировкам определяют возраст горных пород, заглядывая в прошлое планеты на миллиарды лет назад.
Стабильными изотопами воды ученые начали заниматься в середине прошлого века. По стабильным изотопам воды – дейтерий, водород, кислород-16, кислород-18 – можно исследовать климатические изменения.
В молекуле воды естественным образом присутствует химический элемент водород. Он состоит из различных по массе разновидностей (изотопов); разная масса объясняется разным количеством нейтронов в атомах. В частности, в составе водорода присутствует стабильный изотоп дейтерий – так называемый тяжелый водород. Природный кислород также состоит из стабильных изотопов (кислород-16, -17 и -18).
Наиболее распространен кислород-16, кислород-18 относят к тяжелым. Грубо говоря, 6⋅1023 атомов кислорода-18 весят на два грамма больше, чем такое же количество атомов кислорода-16. Присутствие изотопов в разных пропорциях характеризует все типы природных вод на Земле. По содержанию изотопов можно определить и условия образования вод, и период их образования.
– То есть молекула воды, как образовалась в древности, так и осталась неизменной?
– В общем, отдельная молекула может менять свой изотопный состав при взаимодействии с газами и породами, то есть обмениваться с ними легкими или тяжелыми изотопами. Но для различных типов вод: морских, ледниковых, атмосферных, рассолов характерны определенные изотопные характеристики, коррелирующие с различными температурными и физико-географическими условиями, имевшими место в период их образования.
Если эти воды движутся и взаимодействуют с водами другого происхождения, то их изотопный состав изменяется, но мы можем его расшифровать, используя модели смешивания вод разного состава.
Благодаря стабильным изотопам мы можем проводить палеореконструкции и приблизиться к пониманию, как менялся климат в предыдущие эпохи.
– Получается, в разных условиях природной среды стабильные изотопы начинают вести себя как-то по-особому?
– Конечно. Например, в зависимости от географической широты и температуры воздуха в атмосферных осадках меняется содержание стабильных изотопов кислорода.
Как выражаются ученые, в холодных широтах кислород облегчается относительно стандарта океанической воды, то есть количество тяжелого изотопа (кислород-18) понижается. А в жарких климатических зонах, например в районе экватора, кислород утяжеляется, то есть повышается количество кислорода-18.
Что касается подземных вод, то там эти показатели могут колебаться в зависимости от генезиса вод: в водах, которые образовывались в периоды затопления суши морем, они наиболее тяжелые, а в водах, которые образовывались при таянии глобальных материковых ледников, – наиболее легкие. А в атмосферных осадках показатели стабильных изотопов колеблются и в зависимости от видов осадков (дождь, снег), и от климатических условий.
В связи с изменениями климата эти вариации меняются, что позволяет определять тенденции. Созданная МАГАТЭ сеть позволяет наблюдать подробно за процессом.
– За какими водами вы наблюдаете в рамках контракта с МАГАТЭ?
– За атмосферными осадками, поверхностными водами (река Северная Двина) и подземными водами. Потепление вызывает таяние мерзлоты, талая вода поступает в реки. В реках происходят аномальные случаи облегчения кислорода в воде. И этот процесс протекает в последние годы достаточно быстро и заметно.
Константин СВЕТЛОВ
