День российской науки: что изучают в экспедициях томские ученые

8 февраля отмечается День российской науки. Работа ученого - узнавать новое, исследовать мир, изучать различные явления. Сделать это, в том числе, помогают экспедиции. Они позволяют и проверить на практике теоретические знания, и получить новые данные в результате измерений на месте.

Например, ученые участвуют в морских экспедициях, занимаются изучением взаимодействия воды и атмосферы на озере Байкал и других водоемах Сибири и России. По словам научного сотрудника Института оптики атмосферы СО РАН Дмитрия Пестунова, водная поверхность играет не последнюю роль в воздействии на атмосферу и те процессы, которые могут оказывать влияние на изменение климата.

 Лаборатория на берегу "Жемчужины мира"

Байкал, рассказывает Дмитрий Пестунов, это своего рода природная "лаборатория". Проводить измерения, делать заборы проб там легче, чем в океане, где вода соленая и много других факторов, которые затрудняют работу. Нередко озеро Байкал в уменьшенном масштабе отражает процессы, происходящие глобально. Некоторые из них видны невооруженным глазом. Например, если еще пару десятилетий назад, жители прибрежного поселка Листвянка во время крещенских купаний окунались в прорубь, то сейчас могут искупаться прямо с берега.

Исследования на Байкале томские ученые проводят совместно с коллегами из Лимнологического института СО РАН, который расположен в Иркутске. Области исследований в чем-то соприкасаются, а в чем-то различаются. Иркутяне, в основном, изучают то, что скрыто в толще воды, происходящие в ней гидрологические, химические, биологические процессы, изучают байкальскую флору и фауну. А томским ученым интересна атмосфера, особенно в том месте, где она соприкасается с водой.

«Мы смотрим, как чувствует себя Байкал на фоне глобальных изменений климата. То, что эти изменения есть в атмосфере, это понятно – станции мониторинга по всей планете четко показывают, что идет рост концентрации углекислого газа в атмосфере. Вода хорошо растворяет в себе углекислый газ, особенно если она холодная. Пока на Байкале мы не можем различить заметного прироста растворенного углекислого газа в воде. Но говорить, что так будет всегда, я бы поостерегся. На протяжении многих сотен-тысяч лет у Байкала, впрочем, как и у любой экосистемы на Земле, выработался определенный "аппетит". И как он отреагирует на возрастающую на него углеродную нагрузку со стороны атмосферы – вопрос, на который мы ищем ответ. И даже, если на первый взгляд озеро чувствует себя «хорошо», то надолго ли это? И что будет, если нагрузка увеличится? А она неуклонно возрастает»,

– рассказывает Дмитрий Пестунов.

Лаборатория на Байкале (фото Дмитрия Пестунова)

Экспедиции на Байкал организуются 3-4 раза в год, в разные сезоны. Длятся они обычно 2-3 недели. И все сезоны, рассказывает ученый, чем-то интересны. Основные наблюдения ведутся в Байкальской атмосферно-лимнологической обсерватории на базе полевой станции Лимнологического института неподалеку от Листвянки.

«Байкал очень изменчив как во времени, так и в пространстве. В той точке, где мы проводим измерения, могут происходить одни процессы, а неподалеку - уже другие. Многолетние измерения на станции позволили нам проследить временную изменчивость газообменных процессов. Для того чтобы распространить наши знания на остальной Байкал, мы участвуем в кругобайкальских экспедициях, которые проводит Лимнологический институт, организуем самостоятельные походы в наиболее интересные нам локации. Наши данные позволяют существенно дополнить те результаты, которые получают коллеги и наоборот»,

– говорит Дмитрий Пестунов.

На время экспедиции на месте разворачивается лаборатория, часть оборудования размещается на берегу, часть на воде. Некоторые приборы, с помощью которых ведутся исследования, созданы с учетом условий работы именно на Байкале. Длительность каждого измерительного цикла подбирается так, чтобы захватить разные погодные условия – при ветре, осадках, в ясную погоду и так далее.

«Работать на Байкале не так-то просто, но очень приятно, там невероятно красиво. И Байкал каждый раз разный, в один и тот же месяц в разные годы он может выглядеть по-другому. Но он, вероятно, не очень «любит», когда мы подолгу его «беспокоим», Нужен глаз да глаз за приборами. На время измерений мы отдаем свои приборы стихии, а спокойная вода на Байкале, скажу, бывает нечасто. Обычно к концу измерений Байкал дает нам понять, что пора сворачиваться. Мы с первых экспедиций обратили внимание, что самые фатальные поломки оборудования от штормов или обледенения происходили в последний плановый день измерений. А оборудование у нас недешевое»,

– рассказывает Дмитрий Пестунов.

Исследования на берегу Байкала (фото Дмитрия Пестунова)

Тайны океана

В двух морских экспедициях побывал младший научный сотрудник Института оптики атмосферы Антон Почуфаров. Он рассказывает, что именно возможностью участвовать в масштабных экспедициях его привлекла работа в науке.

В 2019 году на судне "Профессор Мультановский" молодой ученый стал участником четвертого этапа экспедиции Росгидромета "Трансарктика". Судно отправилось в научный рейс из Владивостока по Северному морскому пути. Продолжалась эта морская экспедиция 42 дня. 

Во вторую морскую экспедицию молодой ученый поехал в 2020 году на судне "Академик Мстислав Келдыш". Эта экспедиция была организована совместно с Институтом океанологии и проходила в Норвежском и Баренцевом морях, она длилась чуть меньше месяца.

«Мы измеряем оптические свойства аэрозоля, это мельчайшие частицы, которые  относятся к климато-образующим фактором. Как исследователей, нас особенно интересует сажа, так как она поглощает больше излучения, чем другие составляющие аэрозоля. При оседании сажи уменьшается отражательная способность льдов и снега и, соответственно, они быстрее тают. В экспедициях видно, что идет вынос воздушных масс вместе с аэрозолем и другими элементами с территории России и других стран в Арктику. Чем ближе к континенту, тем больше загрязнение. Чем дальше, тем чище воздух»,

– рассказывает Антон Почуфаров. 

Во время морской экспедиции (фото предоставлено Антоном Почуфаровым)

По словам молодого ученого, во время экспедиций берутся пробы, которые потом изучаются на суше - часть в Институте оптики атмосферы в Томске, часть в других научных учреждениях. Приборы на борту судна располагаются разные, например, есть аэталометр, его еще называют сажемер. С его помощью измеряются оптические свойства сажи, то, как она отражает и поглощает свет.

Работа на борту суда (фото предоставлено Антоном Почуфаровым)

Участвовать в экспедициях, говорит молодой ученый, хоть и привлекательно, но не всегда легко.

«Первые две недели обычно ощущаешь некую эйфорию от моря. Но со временем становится немного скучно. Картинка одна и та же каждый день. Еще не все готовы долгое время находиться без связи, без интернета»,

– рассказывает Антон Почуфаров

Модель Земли: как экспедиции помогают узнать про климат

Данные, полученные учеными в экспедициях, помогают построить климатическую модель Земли, позволяют сделать некоторые прогнозы, как будет развиваться ситуация.

«Наша задача - узнать, что мешает проникновению солнечных лучей на поверхность Земли, и что задерживает тепло. Сейчас видно, что идет значительный и достаточно быстрый разогрев атмосферы. Второй Земли у нас нет, так что опыты проводить нельзя, можно только строить модель. Но чтобы эта модель была максимально правдоподобной, как раз и нужны измерения, которые помогают получить фактические данные»,

– рассказывает главный научный сотрудник Института оптики атмосферы, доктор физико-математических наук Михаил Панченко.

По словам ученого, сегодня важно понять, из-за чего тают льды в Арктике. Происходит ли это из-за общего потепления, или причина в том, что в ту зону увеличилось количество промышленных выбросов.

Исследования в области изучения процессов, влияющих на климат, проводят ученые разных институтов и вузов Томска. Ведется обмен данными и с зарубежными коллегами.

«Невозможно поставить везде приборы и сидя в кабинете получать сигналы. С помощью спутников тоже невозможно получить большую часть необходимых данных, потому что 2/3 поверхности планеты скрывают облака. Поэтому без экспедиций нам не обойтись»,

– говорит Михаил Панченко.

Берег Байкала (фото Дмитрия Пестунова)