«невечная» мерзлота. как менялся ямальский климат последние 7 тысяч лет?

Деградация многолетней мерзлоты

В последнее десятилетие многолетняя мерзлота тает быстрее, чем когда-либо. Это связано с потеплением климата и техногенными нарушениями мерзлого слоя: строительство, вырубки и другие воздействия нарушают тепловой и водный режим почв. Деградация многолетней мерзлоты во многом связана с освоением Севера.

В криолитозоне ведущими факторами рельефообразования являются те, что связаны с мерзлотой: это криогенные и термокарстовые процессы. Криогенные процессы связаны с изменением объема горных пород из-за изменения температур; термокарстовые – с таянием самой мерзлоты. Образуются полигональные грунты, бугры пучения, озерные котловины, формируются просадки грунта. Дополнительно рельеф изменяют солифлюкционные, абразионные, эрозионные, склоновые процессы.

Таяние многолетней мерзлоты приводит к деформации построек, высвобождению парниковых газов и исчезновению местообитаний животных.

Инженерная защита строений в криолитозоне

Чтобы снизить риск нарушения многолетней мерзлоты, строительство в криолитозоне ведется с применением специальных технологий ее защиты, которые позволяют сохранить температурный, водный и воздушный режимы:

• строительство на сваях
• сооружение насыпей
• устройство вентиляционных труб

Мужская беременность

В американском малобюджетном космическом вестерне «Стингрей Сэм» рассказывается о целой планете, перешедшей от традиционного размножения к мужской беременности. Так ли далека эта фантастика от реальных возможностей науки?

На самом деле в природе мужская беременность встречается, но это либо гермафродитизм, либо ложная беременность — вынашивание зародышей в специальном кармане (как у морских коньков). С другой стороны, карман морских коньков по структуре очень похож на матку: он снабжает икринки питательными веществами, защищает их, обеспечивает кислородом и выводит продукты метаболизма. Это натолкнуло некоторых ученых на мысль, что теоретически мужским особям можно искусственно вживить такой «карман» и, обрабатывая его специфическим гормональным коктейлем, добиться имплантации эмбриона и здоровой беременности. Опустим морально-этические вопросы и вопрос «зачем?» и сосредоточимся на тех экспериментах, которые уже проведены в этой области.

Первыми эксперименты начали китайские ученые. Комиссия по биоэтике до сих пор спорит об этичности этого эксперимента, однако его результаты интригуют (чувствительных и беременных просим не читать следующий абзац!).

На первом этапе эксперимента самца крысы искусственно срастили с самкой, объединив их кровотоки, — такой единый организм называют парабионтом. Общий кровоток нужен для одинакового снабжения организмов гормонами. Затем, после стабилизации парабионта, самцу пересадили матку от другой крысы. Наконец, обоим участникам парабионта, самцу и самке, подсадили эмбрионы. У 9,5% самцов эмбрионы прижились и стали нормально развиваться, при этом беременность самки-парабионта была необходимой для развития беременности самца.

Тундра с комарами или саванна с мамонтами?

— Мне пришла в голову идея восстановить саванную экосистему после того, как я понял, что она не зависит от климата. Как вы думаете, что лучше — моховая тундра с комарами или саванна с оленями, лошадьми и бизонами? Климат для мамонтовой саванны подходит. Правда, в тундре много озер и болот, потому что там травы нет. Ведь мох ничего не испаряет, у него даже корней нет. И лишайники особо почву не могут высушить. Поэтому почвы переувлажнены. Но хорошие травы испаряют излишки влаги за считаные недели.

Нет больше тех животных? Но потеряли-то мы не очень много — только мамонтов и носорогов. Бизоны есть, якутская лошадь, овцебыки, снежные бараны, росомахи, олени, маралы, волки… Со львами напряженка, но даже их можно заменить тиграми, они заходят в Якутию. Для крупного хищника мороз не играет никакой роли, была бы еда. А если ее будет, как раньше, десять тонн на квадратный километр?

Теоретически даже мамонта возродить возможно, если подготовить для него экосистему. Наука быстро развивается — возможно, удастся, например, осуществить проект генетиков по воссозданию мамонта из слона путем замены некоторых генов у слона на те, что были у мамонта. Нам ведь не обязательно нужны чистокровные мамонты, достаточно слону пару генов заменить — шерсть немного отрастить, жировой горб нарастить. Но охотники за сенсациями идею загубили, слишком много появилось спекуляций вокруг этого. Вон, ходит по тундре экспедиция из трех десятков японцев, ищут мамонта, который упал и заморозил яйца, чтобы добыть его сперматозоид. Они не понимают, что слон — единственное животное, у которого гениталии внутри тела, и быстро их заморозить нет никакого шанса.

Идею дискредитировали, теперь научное финансирование под мамонта не получить. В общем, конечно, с мамонтами было бы лучше, но мы и без них справимся. Даже если их удастся возродить, это будет проблема наших детей и внуков, ведь слон долго растет, у него в лучшем случае в двенадцать лет половая зрелость наступает. Но моя задача — начать, убедить, что попробовать стоит. На мой взгляд, все эти генетические эксперименты надо делать не в Кембридже и не в Корее. Россия — родина слонов! Наша земля, наши корма, и слоны должны быть наши. Тем более законодательство наше в этом плане довольно гибкое, исполняемость законов невысокая, поэтому между охраной природы, ветеринарией и прочим можно найти возможности для экспериментов. А потом — победителей не судят.

В Якутии и сейчас можно найти великолепные, уже готовые ландшафты саванны. Там не надо мох вытаптывать — трава бывает такая, что скрывает всадника, два с половиной метра высотой. А там, где начала таять мерзлота, все течет, зато появляются плодородные почвы мамонтовой степи, и как только стихают грязевые потоки, все моментально зарастает травами. Микробы есть, почва готова, семена готовы — пастбища появляются сами собой. Остается только привести скотину, чтобы эту траву кто-то превращал в удобрение и вытаптывал снег.

Восстановить северные экосистемы можно и даже несложно! И это позволит удержать в мерзлоте до тысячи гигатонн углерода. Почему же мы до сих пор этого не сделали? Потому что это технически легко, а ментально очень трудно.

Детеныш из стволовых клеток

Необычная беременность — с использованием ЭКО или сурматеринства — достаточно распространенная практика. Но что, если пойти еще дальше и научиться создавать яйцеклетки и сперматозоиды? Есть разработки, которые позволяют сделать их из обычных (соматических) клеток тела.

И яйцеклетки, и сперматозоиды образуются из гоноцитов, клеток-предшественников. Их развитие и превращение в половые клетки называется гаметогенезом, причем первую половину этого пути клетки проходят похожим образом, перестраиваясь в ооциты или сперматозоиды на самых последних стадиях. Еще в 2016 году китайские ученые смогли вырастить полноценные мышиные сперматозоиды из гоноцитов, «заставив» их пройти весь путь гаметогенеза в пробирке. Такие сперматозоиды даже смогли оплодотворить нормальную мышиную яйцеклетку, и в результате родились здоровые детеныши.

Долгое время человеческий гаметогенез в пробирке реализовать не удавалось (он отличается от мышиного и длительностью, и некоторыми другими особенностями), но от идеи никто не отказывался, и недавно группа ученых из Института Гурдона (Кембридж) сообщила о новом удачном эксперименте. Ученые смогли вырастить незрелые клетки, прошедшие неполный путь развития на уровне четырех недель, когда ооциты и сперматозоиды еще похожи. Это удалось сделать, создав своеобразные искусственные семенники: в специальном геле из стволовых клеток выращивали гонадные клетки разных типов, соответствующих типам, которые есть в реальных тестикулах. Они, выделяя различные молекулы, создавали почти естественную среду для развития сперматозоида.

Не менее любопытные эксперименты проводятся и с ооцитами. Еще в 2016 году удалось добиться рождения здоровых детенышей, которые развились из оплодотворенных искусственных яйцеклеток. Ученые смогли осуществить гаметогенез и получили мышиные яйцеклетки из эмбриональных стволовых клеток. Полученные ооциты несколько отличались от «нормальных» (в частности, была обнаружена разница в экспрессии более 400 генов), но в целом функционировали абсолютно нормально. Яйцеклетки доросли до зрелых клеток, а потом их оплодотворили обычными сперматозоидами. В результате получились сотни эмбрионов, которые имплантировали мышам-самкам.

Не так давно получить сперматозоиды из эмбриональных стволовых клеток макак-резусов. И это хорошая новость, ведь процесс гаметогенеза у человека гораздо больше похож на аналогичный процесс у макак-резусов, чем у мышей.

Новые кадры

yle=»text-align:» class=»Typography_text__WDByQ Typography_size__15__DJDOw Typography_none__FajqV Typography_primary__29LdH «>Научные коллективы страны всё пристальнее изучают геокриологию, готовят профильных специалистов. ТюмГУ совместно с СПбПУ и МГУ в 2023 году запустит на базе Передовой инженерной школы магистерскую программу «Геотехника в криолитозоне», которая будет готовить мультидисциплинарных инженеров по направлениям проектирования, строительства и эксплуатации зданий в условиях вечной мерзлоты.

Учёные из Тюмени предложили создать лабораторию экспериментальной геокриологии, с помощью которой можно будет строить прогнозы устойчивости предлагаемых технологических решений в сфере строительства.

Текст: Наталья Горбунова,

Журнал «Ямальский меридиан», №11, 2022 г.

ЦИФРЫ И ФАКТЫ О ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Горные породы называют вечной мерзлотой, если их температура отрицательна хотя бы 2-3 года. Многие участки остаются замерзшими сотни и даже тысячи лет.

Около 65% территории России занимает вечная мерзлота. Ею охвачены регионы от Европейского Севера до Дальнего Востока. Почему же в Якутске растут высокие сосны с длинными корнями, а не мхи и карликовые березки, как в Арктике?

Типичная растительность территории с вечной мерзлотой. Фото «Газпром нефть»

Если эскимос и якутянин — каждый в своих регионах — одновременно и с равным усердием начнут копать в глубину до первого звонкого удара о ледяную почву, эскимос будет махать лопатой намного меньше, чем житель Якутска. За Полярным кругом верхняя граница вечной мерзлоты находится ближе к поверхности, а толщина ее гораздо больше, чем на юге.

Но самую мощную мерзлоту толщиной в 1,5 километра геологи раскопали в центральной части Среднесибирского плоскогорья, а не в Арктике. Дело в том, что у горных пород Среднесибирского плоскогорья низкая способность передавать тепло из глубин Земли. На каждые 100 метров высоты над уровнем моря температура воздуха понижается на 0,6 градуса, а плоскогорье возвышается над уровнем моря в среднем на полкилометра. По этой же причине даже в жаркой центральной Африке, на вершине Килиманджаро есть шапка вечного снега.

Как проявляется вечная мерзлота?

В северных районах, где грунт скован вечной мерзлотой, даже летом оттаивает только тонкий слой, не более 5-10 сантиметров. Вода, которая образуется после таяния зимних снегов, не может полностью впитаться в почву, поэтому верхний слой летом представляет собой полужидкую грязь.
Если оттаявшая почва расположена на склоне, то грязевой «язык» под действием силы тяжести нередко сползает по нему в низину. Рельеф тундры во многих местах изобилует такими следами грязевых оползней.

С окончанием лета ландшафт может измениться до неузнаваемости. Талая вода, заполнявшая трещины в скальных породах, замерзает (при этом ее объем увеличивается примерно на 10%) и разрывает породу. Это вызывает либо вспучивание, либо сдвиг грунта. Внешне такое место выглядит как холм в форме купола высотой около 30-50 метров, вершина которого расколота на несколько частей либо раскрошена.

Местные жители называют эти холмы словом «пинго». Их можно встретить не только в Сибири, но и в Канаде и Гренландии. На вершинах пинго нередко образуются небольшие кратеры, которые летом превращаются в неглубокие озерца.

Методы искусственного оплодотворения

Прежде, чем анализировать морально-этические вопросы репродуктивных технологий, стоит прояснить, что они из себя представляют, и посредством каких методов воплощаются в жизнь.

Новые репродуктивные технологии включают несколько видов искусственного осеменения. Самое широкое распространение получили: искусственная инсеминация и экстрокорпоральное оплодотворение.

Методика инсеминации предполагает введение в матку семени супруга либо донора с тем, чтобы помочь преодолеть разрушительные для него преграды.

Искусственная инсеминация клетками мужа

При воплощении метода интракорпорального оплодотворения в полость матки вводится порция сперматозоидов с тем, чтобы они оплодотворили самую созревшую к этому времени яйцеклетку. Уже оплодотворенная яйцеклетка приживляется с тем, чтобы продолжить свое развитие.

Этот метод хорош тем, что при его воплощении нет необходимости сознательно уничтожать «лишние» эмбрионы. Он представляет собой лишь вспомогательную медицинскую процедуру, при которой акт деторождения остается целостным во всех его составляющих: духовном, психическом, физическом. Поэтому для семейного союза не возникает сложностей морального порядка.

Лояльно к искусственной инсеминации относится и Православная Церковь. Она считает этот метод одним из допустимых средств зачатия, поскольку он не разрушает духовность и неразрывность семейного союза.

Инсеминация с задействованием донорских половых клеток

Нравственность донорского искусственного осеменения не только в православной, но в других религиях подвергается сомнению, а в некоторых случаях и вовсе истолковывается как проявление неверности и супружеской измены. Это обусловлено тем, что в результате технических манипуляций происходит вмешательство некоего третьего лица. Такой ход нарушает исключительность и неделимость брачных отношений.

Согласно основам концепции Православной Церкви «если супруги не способны к зачатию, то по их обоюдному согласию стоит прибегнуть к внутрителесному (интракорпоральному) оплодотворению клетками мужа либо же усыновить ребенка».

Экстракорпоральное оплодотворение

Не так радужно в этическом плане отношение к более прогрессивной новой репродуктивной технологии – экстрокорпоральному оплодотворению.

Получивший широкое распространение ввиду высокой эффективности метод ЭКО предполагает гиперстимуляцию яичников с последующим изъятием яйцеклеток лапароскопическим способом с тем, чтобы оплодотворить их сперматозоидами в специальном инкубаторе. Оплодотворенные яйцеклетки анализируют, определяя самые жизнеспособные диплоидные клетки. Они и выступают основой для выращивания эмбрионов в условиях пробирки с последующей пересадкой их в женский организм. Не использованные эмбрионы замораживают посредством криоконсервации с тем, чтобы иметь возможность использовать для других целей в будущем.

В матку подсаживают до трех эмбрионов, из которых всего 1 или 2 в течение первых 6-и суток с момента зачатия фиксируются к слизистой оболочке.

При всей эффективности «зачатия в пробирке», показатели которого достигают 85-90%, главным его недостатком является вопрос дальнейшей судьбы «неиспользованных» жизнеспособных зародышей. Их:

• уничтожают;
• замораживают с тем, чтобы имплантировать другим женщинам;
• задействуют в биопроизводстве и проведении экспериментов.

Для сравнения: если во время аборта уничтожается жизнь одного «нежеланного» ребенка, то при реализации ЭКО жертвой для возможности появления на свет одного малыша является необходимость уничтожить порядка 7-9 эмбрионов

Оправданы ли эти жертвы? Неудивительно, что многие ученые и активисты религиозных конфессий призывают акцентировать внимание будущих родителей на этической проблеме новой репродуктивной технологии, поскольку ЭКО в самом корне несет в себе абортивную идеологию

Парниковые газы

Одним из следствий изменения климата на Земле является таяние вечной мерзлоты, и это создает человечеству в целом и жителям районов вечной мерзлоты серьезные проблемы.

Дело в том, что скованные льдом на протяжении тысячелетий почвы содержат в себе много углерода в форме органических остатков — частей растений и животных, замороженных тысячи лет назад, — а также микроорганизмов, питавшихся ими. Последние, как мы показали выше, при размораживании оживают и принимаются питаться недоеденной когда-то органикой.

В результате к разогреву почвы из-за повышения температуры воздуха прибавляется биологический разогрев, и в атмосферу попадает углекислый газ и метан — парниковые газы, из которых последний обладает в 20 раз большим парниковым эффектов, чем диоксид углерода. Причем эти процессы не останавливаются даже зимой и идут как в почве, так и в водоемах под коркой льда.

Много ли углерода связано в вечной мерзлоте? О да: по оценке российского эколога Сергея Зимова, если вся промышленность ответственна за выбросы в атмосферу 8 млрд тонн углерода в год, а всего его в атмосфере 200 млрд тонн, то в вечной мерзлоте запасено еще 1670 млрд тонн. И не менее чем треть этого объема может высвободиться в течение следующих двух-трех десятков лет. Что может привести к подъему температуры на планете на 10 °С, полагает Сергей Зимов.

Напомним, что в рамках Парижского соглашения государства договорились о действиях, которые позволили бы удерживать ежегодное повышение температуры в пределах 1,5–2,0 °С, и соглашение это реализуется с большим трудом.

Но и это еще не все проблемы! Почва, скованная льдом, при его таянии распадается, образуя воронки, провалы и целые кратеры. Пример: кратер Батагайка в Якутии, образовавшийся из-за таяния вечной мерзлоты в 1960-е (его появление спровоцировала вырубка леса) и увеличившийся с тех пор до километровый длины и 100-метровой глубины.

К счастью, поселений и сооружений в этом районе нет, а из людей встречаются почти исключительно редкие ученые. Но что, если такой провал образуется в городе, под полотном железной дороги или трубопроводом? Разрушения, экономический и экологический ущерб будут очень и очень велики.

Где можно встретить многолетнюю мерзлоту?

Вечная мерзлота – явление, характерное для полярных и приполярных районов, которое наблюдается на территории, прилегающей к обоим полюсам – и Северному, и Южному. Помимо того, мерзлота встречается и в других регионах планеты, в том числе в экваториальных, но только в высокогорных районах, на вершинах, увенчанных снеговыми шапками.

Единственным материком, где вечной мерзлоты нет, является Австралия, которая достаточно удалена от Южного полюса и не обладает высокими горными массивами. Сплошные массивы вечной мерзлоты располагаются в северной части Евразийского континента, на территории севера Канады, Аляски, не менее чем на половине площади Гренландии, а также на всей территории Антарктиды.
Толщина промерзшего слоя колеблется от 30 сантиметров до более чем километра. Наибольшая зафиксированная глубина многолетней мерзлоты обнаружена в верховьях сибирской реки Вилюй, протекающей на территории Якутии, и составляет 1370 метров. В России вечная мерзлота занимает почти две трети общей территории (65%), или 11 миллионов квадратных километров.

Многие территории заняты сплошной мерзлотой, которая носит многолетний характер – это северо-восток Сибири, острова Арктики, Новая Земля и т.д. Территории, расположенные немного южнее, характеризуются так называемой островной мерзлотой, где промерзший слой невелик и может залегать не сплошным слоем, а отдельными пятнами, а температура толщи грунта колеблется от –6 градусов до нуля.

Искусственная матка

«Венцом» технологической беременности в фантастическом будущем является искусственная матка, идеи создания которой появились задолго до каких-либо возможностей сделать прототип.

Процесс вынашивания плода вне матки называется эктогенезом. Исследования самой возможности эктогенеза начались достаточно давно (едва ли не с конца 1950-х), и уже в 2016 году группа ученых из Кембриджского университета смогла продемонстрировать жизнеспособность человеческого эмбриона в чашке Петри — они выдерживали его в течение 13 дней (максимальный срок, до которого можно «довести» человеческий эмбрион, — 14 дней, далее эксперименты прекращаются по соображениям этики).

Это будет громадная установка с искусственными легкими и почками, качающая материнскую кровь и гормоны

Может показаться, что в первую очередь это изобретение будет направлено на то, чтобы род человеческий мог отказаться от беременности и родов, но на самом деле одно из самых важных применений, на которое, вероятно, и будут обращать внимание, — это донашивание уже родившихся, но недоношенных детей. Современная медицина позволяет выхаживать детей с 22-й недели, однако шансы на это невысоки: всего 15–20% при рождении на 23-й неделе и около 80% на 25-й

И даже те, кто выживают, крайне слабы: у них сильно повышен риск развития различных заболеваний, отеков, детского церебрального паралича и других тяжелых состояний. Искусственная матка, когда она будет создана, позволит таким детям увеличить шансы на здоровое будущее — по крайне мере эксперименты по донашиванию на животных крайне успешны.

В 2017 году ученые из Детской больницы Филадельфии изучили возможность эктогенеза зародышей овцы: эмбрионы четыре недели содержались в специальных биомешках (Biobag), наполненных стерильной питательной жидкостью. На сроке беременности, эквивалентном 23–24 неделям у человека, их достали путем кесарева сечения и поместили в биомешки. К мешкам подсоединили специально разработанный оксигенатор: он настолько чувствителен, что работает просто от биения сердца плода и не нуждается в дополнительном насосе.

Экология в каменном веке

— В фильмах часто бедные охотники каменного века ищут, кого бы поймать и съесть. Не надо было ничего искать. Проблемой было, как сохранить задницу… Человек ведь может убежать разве что от ежика. Волчья семья, в которой сразу рождается по десять волчат, может себе позволить риски в сто раз больше, чем человек. И если вдруг охотник начнет постоянно рисковать, через несколько лет он погибнет, и его детей некому будет кормить. Поэтому не было никакого героизма. А что тогда человек ел?

Знаете, какой самый сладкий фрукт на планете? Это лук, если его поджарить на огне, — он на двадцать процентов будет состоять из сахара. Я видел луга, заросшие луком, стеной лук стоит. Ни коровы, ни лошади на дух его не переносят, а кто-то ведь должен расчищать от него пастбища — это входило в обязанности людей. А еще можно кости подбирать, после львов и волков. Гиены и росомахи кости вскрывают, но их надо целый день грызть. А человек камнем такую кость с одного удара раскалывает без проблем. Кость мамонта — это как консервная банка с самым калорийным жиром. Ее никто не отнимет — можно спокойно, без суеты и риска, разогреть на костре с лучком и хреном. Наши предки были не гордыми львами и орлами, а падальщиками и чистильщиками, зато полезными.

Бесконечные тысячи лет человек прозябал в этой роли, даже когда объем мозга был уже не меньше, чем сегодня. Но в конце концов научились и на мамонтов руку поднимать. А тут еще и климат потеплел. Поперли на север, а там скотина вообще непуганая, пищи сколько угодно, и у человека не сформировалось чувство бережливого хозяина, как у других хищников. Стали закалывать самых красивых и жирных, съедать только самые лакомые куски. И крупные животные вид за видом стали исчезать, пока не истребили их всех. Повсюду: в Южной Америке из крупных животных остались только лама и тапир, в Австралии — только кенгуру и крокодил.

Научное определение

Под вечной мерзлотой принято считать криолитозону с температурным режимом от 0°C  и ниже и соответственно наличием в ней подземных льдов. По Сумгину это почвенная мерзлота с возрастом от 2 лет и выше, максимальные величины накопления измеряются тысячелетиями.

Какое-то время существовала определенная сумятица в терминологии. Значение слова «мерзлота» не имело четкого определения, что приводило к разночтениям. Такое положение подвергалось справедливой критике и поэтому предлагались другие названия. Были попытки широко распространить наименования «многолетнемёрзлые горные породы», «многолетняя криолитозона». Но в результате прижился термин Сумгина.

Срок, в течение которого образовывается мерзлое состояние пород, подразделяет их на три вида:

• Кратковременно-мёрзлые породы (за часы и сутки),
• Сезонно-мёрзлые породы (за месяцы),
• Многолетние мёрзлые породы (за годы)

К отдельной категории относятся промежуточные или переходящие формы мерзлых пород. Их называют перелетками. Примером может послужить случай, когда сезонно-мерзлая порода не успевает протаять за летний период и сохраняется в течение нескольких лет.

Большая доля современной вечной мерзлоты возникла в результате воздействий последнего ледникового периода. Объемы льда в промерзлых породах могут составлять до 90 процентов. В наши дни наблюдается процесс их медленного таяния.

Заключение

Российская Федерация в настоящее время переживает демографический кризис. Развитие и применение вспомогательных репродуктивных технологий может рассматриваться как один из способов преодоления этого кризиса. Вслед за развитием технологий, следует ожидать и развития нормативного регулирования применения ВРТ.

В настоящее время к правовому регулированию ВРТ в России имеются замечания. В частности, представляется недостаточным регулирование применения ВРТ посредством одного ведомственного акта. Кроме того, связь ВРТ с этическими вопросами требует от законодателя выработки фундаментальных правовых оснований применения ВРТ. Отдельные исследователи считают, что это необходимо сделать на уровне специального федерального закона.

Тем не менее, при всех существующих дефектах правового регулирования, ВРТ активно применяются на территории России и являются необходимой медицинской помощью для пар, испытывающих проблемы с зачатием.