Исследования таяния мерзлоты специалистов Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (ФИЦКИА, Архангельск) и Санкт-Петербургского государственного университета помогут в поиске пресной воды в Предволжье. Как рассказали в пресс-службе ФИЦКИА, здесь удалось выявить связь между соотношением изотопов урана в воде и ее соленостью.
"Анализ изотопного состава покажет, какие источники участвуют в формировании подземных вод и в каком направлении нужно двигаться, чтобы в дальнейшем вести разведку запасов воды. Далее уже можно будет целенаправленно проводить промышленные изыскания", - сказали в пресс-службе.
Ученые ФИЦКИА с 2020 года работают над проектом по изучению таяния многолетней мерзлоты в Арктической зоне РФ. Они исследуют изотопный состав воды в регионах, где есть мерзлые грунты, например, в Республике Коми и Ненецком автономном округе. Радиологи смотрят содержание дейтерия и кислорода-18 - это изотопы, которые входят в состав молекулы воды, и соотношение урана-234 к урану-238. "Проект поддержан Российским научным фондом, участники предполагают в его рамках развивать новые подходы, в частности, разработать методику применения изотопов природного урана - урана-234 и урана-238. Их соотношение, согласно предлагаемой нами интерпретации, маркирует "возрожденные" воды, сформировавшиеся при таянии подземных льдов", - рассказал ТАСС заведующий лабораторией экологической радиологии ФИЦКИА Евгений Яковлев.
Для сравнения нужны были данные с территории, где мерзлота когда-то была, но уже растаяла. Было выбрано Предволжье, где многолетняя мерзлота существовала десятки тысяч лет. При исследованиях ученые выявили, что изотопы урана находятся в равновесии в "современной" воде, она при этом пресная и годится для питья. А вот соленые воды характеризуются значительным превышением количества урана-234 над ураном-238. Эти данные можно использовать для поиска пресных вод, чтобы зря не бурить скважину.
Соленые "следы" мерзлоты
Предволжье - это регион правобережья Волги в районе Куйбышевского водохранилища: юг Чувашии, юго-запад Татарстана и север Ульяновской области. На этой территории очень большие проблемы с обеспечением пресной водой. Только один город Тетюши имеет централизованное водоснабжение из Волги. В основном используются подземные воды, которые очень засолены. До последнего времени запасы разведанных подземных вод в Предволжье, которые можно использовать для централизованного питьевого водоснабжения, были незначительными.
Даже на сравнительно небольших глубинах 50-70 м вода соленая. А "виновата" в этом растаявшая мерзлота. Климат в Предволжье 12-100 тыс. лет назад был очень суровым. Пик похолодания пришелся на период примерно 18 тыс. лет назад. Тогда в Предволжье жили мамонты, которые ходили по сухой арктической степи. Температура воздуха были сопоставима с нынешней в районе примерно Лабытанги, но осадков было значительно меньше.
Ледника в Предволжье не было, а вот многолетняя мерзлота из-за сильных холодов в течение всего года достигала глубин 200-300 м. 10 тыс. лет назад она начала таять, а в воде растворяться соли. "Соли, образующиеся при растворении гипса, имеют аномально высокую растворимость при околонулевой температуре. Поэтому в Предволжье и зона бывшей мерзлоты, и зона остаточных растворов содержит воды с повышенной соленостью", - пояснил Яковлев.
В той воде, которая образуется после таяния мерзлоты, урана-234 намного больше, чем урана-238. В периоды похолоданий уран-234 накапливается в породах. "При таянии мерзлоты он вымывается быстрее, чем уран-238, как более водорастворимый и мобильный", - добавил собеседник агентства.
При этом грунты здесь содержали и содержат много глины, поэтому эта соленая вода оставалась близко к поверхности. Участники проекта считают, что ниже могут располагаться участки, содержащие воду с небольшой соленостью и пресную воду. При проведении исследований были найдены как соленые, так и пресные воды.
О необходимости изучения мерзлоты
Как отметил собеседник агентства, исследования состояния многолетней мерзлоты очень важны для Арктической зоны РФ. Изменения климата и потепление Арктики ведет к тому, что практически во всех регионах слой, оттаивающий летом, становится все больше. При этом непонятно, что происходит внутри мерзлых грунтов, тем более на большой глубине. "Проявляются эти изменения в разрушении морских берегов, выбросах метана - Ямальская воронка, потере прочности грунтов под жилыми зданиями и промышленными сооружениями и прочих подобных негативных явлениях", - пояснил Яковлев.
При этом хозяйственная деятельность человека в Арктике становится все интенсивнее, что ведет к риску аварий, в том числе и из-за деградации многолетней мерзлоты. Кроме того, в зоне мерзлоты захоронено почти вдвое больше углерода, чем содержится в атмосфере. И ее таяние может привести приведет к выделению такого количества метана и углекислого газа, которое может вызвать дальнейшее потепление климата. При оттаивании мерзлоты также меняется химический состав воды, увеличивается содержание тяжелых металлов и органических соединений, поскольку они высвобождаются при таянии.
Чтобы исследовать, что находится в глубине, нужно бурить скважины. "Изучение участков мерзлоты, которые залегают глубоко, требует больших материальных и финансовых затрат. Поэтому логичным является поиск таких природных меток, которые могли бы раскрыть историю изменения климата в прошлом и быть полезными для изучения современных природных процессов", - сказал исследователь. По словам ученого, исследования "следов" растаявшей мерзлоты могут помочь в изучении состояния современной в Арктической зоне РФ. Изотопные методы гораздо менее затратные, чем бурение, и они позволяют оценивать состояние мерзлых грунтов на значительной площади. Сейчас ученые отрабатывают методику в лабораторных условиях и собирают новые данные, в частности, в Баренцевом море.
ФИЦКИА ведет исследования по изучению деградации мерзлоты совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом. Проект поддержан Российским научным фондом.
Источник: ТАСС