Что несёт ветром на Русский Север и почему океанологи изучают атмосферу, рассказывает Екатерина Котова, кандидат географических наук, директор Северо-Западного отделения Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН.

— Екатерина, расскажите, в чём суть вашей научной работы?

Екатерина Котова, кандидат географических наук, директор Северо-Западного отделения Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН. Фото Андрея Афанасьева.

— В том, чтобы оценить потоки вещества из атмосферы на арктические территории, оценивать их вклад в формирование как геологической морской среды, так и геохимических характеристик территории суши. Мы хотим понять, какое количество вещества, какого состава и откуда поступает в Арктику, как затем вовлекается в геохимические процессы и циклы.

— Обычно океанологи изучают водные потоки – открывают подводные течения, целые реки, существующие в океанах. Почему вы занялись исследованиями воздушного океана?

— Долгое время роль атмосферных процессов недооценивались, основное внимание уделялось, да и сейчас уделяется именно водным потокам. Но наш наставник академик Александр Петрович Лисицын подчёркивал важность детальной оценки атмосферного вклада не только в количественном, но и в качественном выражении. Вклад материала, переносимого эоловым путём, сопоставим с тем, что приносит речной сток, и его необходимо учитывать как в модельных геохимических процессах, так и в процессах формирования геологической среды морей и океанов, ведь атмосферные потоки участвуют формировании осадочного слоя на морском дне.

Мы сейчас в процессе исследования этих процессов, проводим модельные расчеты и натурные наблюдения. Для изучения вертикального потока и скорости осаждения частиц в морской воде ставим седиминтационные ловушки.

— Что это такое?

— Седиментационная ловушка — это специальное устройство, которое океанографы используют для изучения того, какие вещества оседают в море на разных глубинах. Попросту говоря, это воронка, которая собирает все частицы, падающие сверху. Она фиксируется на разной глубине моря. Так мы можем определить состав и количество нерастворимого вещества, которое в этих ловушках сохраняется, и посчитать горизонтальные потоки вещества при их формировании. Можно понять, сколько поступило с верхних слоев моря, а какие с течением перенесло, что именно и в каком количестве осаждается в данной точке.

— Такие ловушки – это ваш главный источник информации?

— Для Института океанологии при изучении вертикального потока и скорости осаждения взвешенных частиц в морской среде – да. А атмосферный поток мы оцениваем по составу снежного покрова.   Если вы заглянете в лабораторию, то увидите множество специальных емкостей, вёдер для отбора проб, а также фильтрационную аппаратуру, с помощью которой можно определить состав снега. В некоторых случаях берём и пробы льда рек, оцениваем соотношения взвешенных веществ во льду и снеге и получаем очень интересные результаты.

Фото Андрея Афанасьева.

— Какие, например?

—В течение трёх лет, с 2023 по 2025 год мы ездили от Мурманска на Кольском полуострове и до Амдермы на побережье Карского моря, отбирали пробы снежного покрова, оценивали состав взвешенного вещества, его потоки на поверхности не только льда рек и озер, но и суши. Наиболее изученным можно назвать нашу реку Северную Двину: этот объект ближе, поэтому у нас имеются данные и по составу снега, и по составу воды. Мы изучили соотношение нерастворимых веществ в снеге и в реке, и оказалось, что для некоторых тяжёлых металлов содержание в снеге является основным источником при поступлении его в речную среду. Например, концентрации меди, цинка, кадмия и свинца в снеге не уступают, а иногда и превосходят их содержание в речной воде. Это указывает на то, что зимние атмосферные осадки способны существенно влиять на геохимию речного потока по этим элементам.

— Откуда там тяжёлые металлы?

— В основном они антропогенного происхождения, поскольку природный источник в зимний период исключается. Ещё и поэтому для исследований атмосферных потоков мы используем именно зимний период, так мы исключаем почвенный источник. Всё, что накопилось в снежном покрове зимой, либо принесено откуда-то издалека, либо это местный антропогенный источник.

— Как вы их друг от друга отличаете?

— Стараемся смотреть на соотношения элементов, рассчитываем коэффициенты. Были у нас уникальные случаи. Например, когда мы в 2024 году отбирали пробы снега, увидели в снежной толще окрашенную в кирпичный цвет прослойку. Когда мы провели анализ пробы под микроскопом, обнаружили в ней остатки растительных организмов, цветов. У нас в это время ничего не цветёт, откуда же цветочки? Оказалось, их принесло с Прикаспия. Мы провели анализ движения воздушных масс совместно с Институтом физика атмосферы РАН, с которым давно сотрудничаем, и пришли к таким выводам. Случаи атмосферного переноса в Арктику с южных территорий в зимний период не единичные. Когда я только начинала свои научные исследования, видела здесь жёлтый снег. Это была пыль территорий Северо-Западного Казахстана, Волгоградской и Астраханской областей, Калмыкии, не покрытых снегом.

Фото Андрея Афанасьева.

— А когда прилетели прикаспийские цветы?

— В декабре. Откуда они, мы поняли по обратным траекториям, по высоте окрашенной прослойки в снеге. Оказалось, что в Москве в этот период была большая запыленность, и все думали, что это «местная», московская пыль. Но сотрудники Института физики атмосферы проводят круглогодичное исследование пыли Москвы, и они сказали, что её принесло с Каспия. В то время в дельте Волги, в Прикаспии были пыльные бури, и воздушными массами всё это донесло и до Москвы, и даже до нас. Более тяжёлые, песчаные, частицы выпали в Москве, а до нас донесло легкий биогенный материал в таком количестве, что окрасился снег.

— Неожиданно! А антропогенную пыль к вам приносит?

— Мы регулярно прослеживаем на территории Архангельской области влияние «Норникеля». Оттуда доносится взвешенное вещество, тонкая дисперсная пыль, которая содержит в себе загрязняющие вещества, тяжёлые металлы. В определённых количествах они у нас осаждаются, и мы это видим. Получается, что нас тут накрывает с двух стороны: со стороны Норильска на востоке, и со стороны Мончегорска, с Кольского полуострова.

— Насколько вредны такие осадки?

— Нельзя сказать, что Арктика – это экологически чистые территории. Это давно уже не так. Есть воздействие на окружающую среду, изменяется геохимическая среда. Но и нельзя сказать, что мы фиксируем такие уровни загрязнения, что это негативно сказывается на нашем здоровье.

— Почему? Потому что нет таких исследований?

— Уровень загрязнения не тот, чтобы бить тревогу, как, например, в Мончегорске. К тому же влияние наших местных антропогенных источников выше этого фона, но на него накладывается. Кроме того, уровень загрязнений неоднороден, год от года меняется. Мы видим явные пространственные увеличения потоков тяжёлых металлов от Мончегорска и Норильска. В районе Апатитов увеличивается содержание в снеге редкоземельных металлов. В то же время год от года их количество может меняться в зависимости от того, как работают предприятия, от синоптических условий, которые на нашей территории сложно назвать стабильными. Этот год, например, очень интересный – у нас ледоход прошёл 8 апреля. Это очень рано для наших краев. До этого самая ранняя дата была отмечена 17 апреля.

— С чем вы это связываете?

— Пока сложно сказать. Снега было очень много, но он быстро растаял. Казалось, мы все будем в реках талого снега купаться, но вышло по-другому. Я думаю, что идёт какая-то перестройка синоптической ситуации, перемещения воздушных масс. В Арктике это более чувствительно из-за её ключевой роли в формировании климатических процессов, которые влияют не только на Северное полушарие, но и на глобальный климат, ведь здесь формируются циклоны и антициклоны.

— Говорят, идёт глобальное потепление. Может, в этом всё дело?

— Возможно, но есть и другие циклы. В своих исследованиях мы рассчитываем в том числе модельные потоки вещества из атмосферы. Для этого необходимо оценить продолжительность снежного покрова, чтобы понять, за какой период накапливаются эти вещества. По многолетним данным мы провели анализ изменения продолжительности залегания снега и видим по территории Арктики разные тенденции. Где-то раньше стала заканчиваться осень и позже приходит весенний период. Где-то наоборот: весна стала более ранняя.

— Но как же тающие арктические ледники, про которые все говорят? Вот директор Института физики атмосферы говорит, что на планете точно теплеет, и человек в этом виноват.

— Я бы с такой уверенностью не говорила. Это настолько сложный процесс, что делать однозначные выводы неправильно. Моделировать процессы, чтобы понять, как будет через 20 или 50 лет, невероятно трудно. Особенно, когда мы видим, что один год может отличаться от следующего. Мы аккуратно говорим, что климат у нас меняется. Но как и в какую сторону – сказать однозначно не могу.

— Что вы делаете с информацией об атмосферных потоках пыли и вредных веществ? Доносите ли вы её, например, до тех предприятий, где случаются вредные выбросы?

— К сожалению, наша законодательная система устроена так, что даже если мы их известим, они не могут у себя ничего сделать. Конечно, если сравнивать с 1990 годами, то ситуация изменилась к лучшему. Но наше законодательство далеко от совершенства. У нас есть предельно допустимая концентрация веществ для воздуха, и рядом с источником загрязнения мы можем определить влияние на окружающую среду при сравнении с предельно допустимой концентрацией. А отдаленное влияние очень сложно доказать. Да, мы его видим, но нет предельно допустимых концентраций для снежного покрова. Хотя методики оценки загрязнения снежного покрова позволяет более точно определить техногенное влияние, чем в атмосферном воздухе. Это связано с тем, что снег накапливает вещества, и концентрации в нём выше, поэтому даже не нужны приборы, которые определяют низкие значения. Уверена, что у этой методики большое будущее, если ёе развивать. В отдельных регионах учёные уже договорились с местной администрацией, и у них включают в систему мониторинга предприятий нефтегазовой отрасли оценку загрязнения снежного покрова. У нас, к сожалению, это на уровне разговоров.

Фото Андрея Афанасьева.

— Интересно, а в Москве такое есть?

— Не слышала. Чтобы определить предельно допустимые концентрации, нужен целый ряд наблюдений, в которых заинтересованы местные власти. Есть отдельные научные работы по определению токсичности талой воды, но системно это пока не внедряется. Сегодня нередко можно слышать, что у нас нет связи науки и бизнеса. Это приводит к тому, что наука проводит исследования, а выйти в бизнес не получается. В своё время были работы, показывающие, при каких метеоусловиях можно делать такие выбросы, а при каких нельзя, и это позволяет более экологично рассеивать токсичные вещества, но предприятия пока не очень нацелены на внедрение таких разработок для регулирования технологических процессов.

— Интересно получается: с одной стороны – Каспийский регион, порядка 3-3.5 тысяч километров на юг. С другой стороны – Норильск, ещё дальше, почти четыре тысячи километров на восток. А приносит в одно и то же место. Это какие-то стабильные атмосферные течения типа океанского Гольфстрима?

— Нет, это происходит не одновременно и не каждый год. С Каспия, например, до нас доносит не так часто. Воздушные массы с юга приходят, но чтобы можно было «поймать» такие цветочки – такое может быть раз в пять-семь лет. А вот со стороны Норильска и Кольского полуострова – это более стабильные атмосферные потоки.

— А лучше бы наоборот…

— Да, хотелось бы, чтобы к нам прилетали только цветочки.

— Значит, в атмосфере нет постоянных течений типа Гольфстрима?

— В отличие от океанских течений, атмосферные потоки более изменчивы и зависят от множества факторов. Они не постоянно направленные и циркулируют в летний период – одни, в зимний – другие.

— Вы сказали, что у вас здесь зарождаются циклоны и антициклоны. Это не означает, что вы можете точно прогнозировать атмосферные явления?

— К сожалению, нет. Весь этот процесс происходит довольно быстро, и циклон может существовать от нескольких дней до двух недель. Именно поэтому метеорологи не могут точно предсказать его поведение заранее — он слишком быстро меняется и развивается. Так что все относительно точные прогнозы возможны, как известно, не более чем на три дня. Циклон – это такой «водоворот», когда встречаются холодные и теплые воздушные массы и начинают формировать некий поток – воронку. Мы можем зафиксировать момент зарождения циклона или антициклона, но он может вести себя по-разному. Через Архангельскую область может проходить до пяти-семи циклонов в год, ведь рядом Баренцево море.

— Почему именно в Арктике?

— Потому что тут наблюдаются перепады температур между разными поверхностями: суша-море. Баренцево море, которое не замерзает, играет тут значимую роль. В Арктике часто встречаются тёплые морские воздушные массы и холодный воздух с суши. Из-за перепадов температур воздух начинает циркулировать, формируется мощный воздушный поток, который начинает быстро передвигаться. Получается циклон, который приносит дождливую, ненастную погоду.

— А антициклон?

— Это когда холодная воздушная масса «подныривает» под тёплую. Он более устойчивый, приносит ясную погоду. В результате ясной погоды зимой при антициклоне холоднее, а летом – теплее. Антициклон – это когда нет облаков. А циклон – облака, осадки, непогода. Они закручены в разные стороны: воздух движется в разном направлении, отсюда и названия. В циклоне воздух поднимается вверх и закручивается к центру против часовой стрелки, а в антициклоне опускается вниз и расходится от центра по часовой стрелке. Наши исследования показывают, что роль атмосферных процессов, происходящих в Арктике, нельзя недооценивать. Поэтому мы продолжаем работать в этом направлении.

Материал подготовлен в рамках пресс-тура в Архангельскую область, организованного АНО «Национальные приоритеты» и проектным офисом «Десятилетие науки и технологий».