Новосибирские ученые реализуют проект по моделированию процессов потепления в Арктике

В течение двух лет продолжается сотрудничество Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН и Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН в рамках проекта «Разработка системы моделирования для анализа современного состояния и оценки тенденций будущих изменений природной среды сибирских шельфовых морей», поддержанного Российским научным фондом. 

 «Метод математического моделирования в дополнение к анализу данных наблюдений в настоящее время признается одним из наиболее важных инструментов изучения климата Земли, позволяющим исследовать причинно-следственные связи между его компонентами: атмосферой, океаном, криосферой, биосферой, — рассказывает руководитель проекта ведущий научный сотрудник ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук Елена Николаевна Голубева. — В нашем институте в течение многих лет разрабатываются и совершенствуются методы численного моделирования природных процессов. Созданная в институте трехмерная численная модель океана и морского льда описывает изменения температуры, солености, скорости течений океана, процессы формирования и таяния льда, его дрейф, изменение температуры осадочного слоя, происходящие как реакция на атмосферное воздействие».

По словам Елены Голубевой, физические механизмы, которые управляют изменчивостью Северного Ледовитого океана, сложны и неоднозначны, а потому моделировать океан и лед очень непросто. В данный момент это работа очень важна для исследования процессов в Северном Ледовитом океане и его шельфовых морях в связи с происходящими климатическими изменениями. Повышение температуры атмосферы, наиболее быстро происходящее в северных полярных широтах, получившее название «полярное усиление», и усиление ветровой активности приводят к тому, что шельфовые моря раньше освобождаются ото льда и позже становятся под лед. Увеличение продолжительности безледного периода сопровождается повышением температуры моря, что, в свою очередь, влияет на условия существования биологических сообществ, способствуя процветанию одних видов и гибели других.

В донных отложениях шельфа сибирских арктических морей в ледниковый период в результате снижения уровня моря сформировались многомерзлые породы, где возможно образование газогидратных залежей. Как показывает численная модель осадочного слоя, после затопления шельфа вплоть до настоящего времени происходит постепенное таяние субаквальной мерзлоты и нарушаются условия устойчивости газовых гидратов. Происходящее потепление в придонном слое воды может ускорить этот процесс и привести к усилению эмиссии метана в водную толщу с последующим его выходом в атмосферу.

«Проблема, которой мы занимаемся, связана с тем, что в донных отложениях арктических морей могут быть сосредоточены довольно существенные объемы газогидратов, — отмечает заведующий лабораторией многоволновых сейсмических исследований ИНГГ СО РАН доктор физико-математических наук Владимир Альбертович Чеверда. — При потеплении эти газогидраты тают и в атмосферу в больших объемах выходит метан. Образуется замкнутая цепочка: потепление приводит к выделению метана — повышается парниковый эффект — потепление усиливается — и еще больше усиливается выделение метана. При этом скопления газа могут выходить на поверхность в районах с оживленным судоходством и другой активной деятельностью человека, в частности связанной с разработкой залежей углеводородов».

Исследования, проводимые на основе численных моделей в ИВМиМГ, позволяют выявить основные физические механизмы, определяющие современную климатическую изменчивость природной среды арктических шельфовых морей. Поставив сценарные численные эксперименты, включающие возможные вариации состояния атмосферы, ученые могут промоделировать последующие изменения в морях арктического шельфа, в том числе изменения в состоянии субаквальной мерзлоты. В рамках этого проекта РНФ в ИНГГ СО РАН прорабатывается методика, позволяющая не только отделять скопления газогидратов от других геологических объектов, но и оценивать их состояние, в частности диагностировать начало растепления. В итоге проекта ученые представят модель таяния газогидратов и примерно опишут, когда и в каких объемах оно будет происходить при сохраняющейся тенденции потепления.

В дальнейшем этот проект можно будет перенести на другие регионы, не только на шельфовые районы арктических морей. Грант РНФ заканчивается в этом году, и его авторы намерены подать заявку на продолжение проекта еще на два года. В случае успеха, в ИНГГ СО РАН и ИВМиМГ СО РАН будет разработана методика и создано специализированное программное обеспечение, ориентированное на использование современных вычислительных систем с параллельной архитектурой для контроля и анализа ситуации с таянием газогидратов, вызванным глобальным потеплением.

Пресс-служба ИНГГ СО РАН