Около 15% территории Северного полушария в настоящее время покрыто многолетнемёрзлыми почвами, известными как permafrost. Но так было не всегда. В прошлом, когда глобальные температуры колебались, участки этой замёрзшей почвы периодически оттаивали и снова замерзали.
«Permafrost — это огромный резервуар CO₂, и его таяние имеет серьёзные последствия, поскольку способствует дальнейшему потеплению», — говорит соавтор исследования Себастьян Брайтенбах, палеоклиматолог из Университета Нортумбрии.
Недавние исследования
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что 8,7 миллиона лет назад, когда средняя глобальная температура была на 4,5 °C выше, чем сегодня, Арктика была в основном свободна от permafrost.
«Permafrost — это огромный резервуар CO₂, и его таяние имеет огромные последствия, поскольку способствует дальнейшему потеплению», — подчеркнул Брайтенбах. В настоящее время в арктической permafrost хранится в два раза больше углерода, чем во всей атмосфере, и поскольку регион нагревается быстрее, чем в среднем по планете, эти почвы подвержены таянию.
В поисках климатических архивов
Брайтенбах и его коллеги изучили минеральные отложения в пещерах северной Сибири, которая в настоящее время покрыта permafrost.
Сталагмиты и сталактиты образуются, когда богатая минералами вода просачивается сквозь землю и капает в отверстия пещер, медленно оставляя после себя карбонат кальция, который выпадает из воды. Они не могут расти, когда земля над пещерой промёрзшая, потому что вода не может просочиться через почву. Любые сталактиты и сталагмиты в этом регионе должны были сформироваться, когда земля была оттаявшей.
Десятилетия исследований
Исследование заняло десятилетия. В начале 2000-х Брайтенбах и его международная группа коллег изучали пещеры в частично замёрзшем регионе южной Сибири. В то же время они искали места со сталактитами и сталагмитами в центре покрытых permafrost регионов севернее, обращаясь за информацией к местным сообществам о пещерах в отдалённых районах.
«Мы начали спрашивать охотников, учителей, политиков, водителей автобусов — всех, кто бывал в глубинке», — сказал Брайтенбах. Часто команда посещала перспективный район только для того, чтобы обнаружить, что там нет пещер или, когда пещеры были, в них не было полезных сталактитов и сталагмитов.
«Большая часть нашей информации о миоцене получена из морских отложений, поэтому найти хорошие наземные архивы для этого периода — это фантастика», — сказал Доминик Флейтманн, геолог и палеоклиматолог из Базельского университета, который не участвовал в исследовании.
Находки
После многих лет поисков, наконец, в 2014 году команда обнаружила золото на скалах Таба-Баастах вдоль реки Лены недалеко от Северного Ледовитого океана. Команда собрала 14 сталактитов и сталагмитов из разрушенных пещер высоко на скалах и вдоль пляжа внизу.
Используя предсказуемую скорость распада урана в свинец и количество каждого из этих изотопов в образцах, авторы исследования установили, что пещерные отложения образовались 8,7 миллиона лет назад, в конце миоценового периода.
Значение исследования
Способность учёных точно датировать сталактиты и сталагмиты делает их невероятно полезными в качестве климатических летописей, сказал Никита Кашлал, геолог из Американского музея естественной истории, который не участвовал в исследовании.
Изучая физические и химические свойства сталактитов и сталагмитов, учёные могут реконструировать условия, в которых они формировались, такие как растительный покров, изменения атмосферной циркуляции, локальные осадки, засухи и температура.
Используя пропорции связей между определёнными изотопами, на которые влияют атмосферные условия, присутствовавшие, когда текла богатая минералами вода, авторы исследования установили, что средние температуры в регионе составляли от 6,6 °C до 11,1 °C, когда формировались сталактиты и сталагмиты. Это примерно на 19–23 °C теплее, чем сегодня.
Другие исследования того же периода показали, что глобальные температуры были на 4,5 °C выше, чем сегодня.
«Мы знаем из метеорологических данных, что Арктика нагревается примерно в четыре раза быстрее, чем в среднем по планете», — сказал Брайтенбах. «Основные причины этого до конца не ясны». Это явление, называемое арктическим усилением, вероятно, связано со сложным взаимодействием различных факторов, включая потерю морского льда, инверсию температуры воздуха и перенос тепла океаном.
Уязвимый углеродный пул
По мере таяния permafrost органическое вещество в почве начинает разлагаться, выделяя углекислый газ и метан в атмосферу. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) оценивает, что при таянии permafrost может быть выброшено от 14 до 175 миллиардов тонн CO₂ в атмосферу на каждый 1 °C глобального потепления.
Этот процесс уже идёт. По словам учёных, верхние слои permafrost начали таять в нескольких районах на Шпицбергене, архипелаге в Северном Ледовитом океане, в феврале 2025 года в результате исключительно высоких температур.
На таяние permafrost влияют не только температура, но и другие факторы, сказал Брайтенбах. «Наиболее важными из них являются растительность, снежный покров и активность лесных пожаров».
Даже используя консервативные оценки, авторы исследования подсчитали, что полная потеря permafrost в арктическом регионе может привести к выбросу в атмосферу 130 миллиардов тонн CO₂ — и это с учётом только краткосрочных выбросов из верхних 3 метров оттаявшей почвы.
«Я был очень напуган, когда увидел эти цифры», — сказал Брайтенбах. «Потепление на 4,5 °C находится на крайнем конце климатических моделей. Оно не ожидается завтра или в ближайшие десятилетия. Но даже половина этого всё равно будет значительной».
— Кая Шеруга, научный писатель
Ссылка: Шеруга, К. (2025), Пещеры раскрывают секрет бесперmafrostной Арктики, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250285. Опубликовано 4 августа 2025 года.
Текст © 2025. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0.
Кроме случаев, отмеченных особо, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.