Актуальность
В настоящее время ученые-климатологи всего мира обеспокоены тенденциями к глобальному потеплению и связывают это явление с повышением концентрации парниковых газов в атмосфере, которое, в свою очередь, вызвано постиндустриальным сжиганием ископаемого топлива и производимой биомассой энергией. В этой связи, в настоящее время получили большое развитие различные программы, направленные на мероприятия, связанные либо с адаптацией к изменению климата, либо с сокращением выбросов парниковых газов. В рамках адаптации к изменениям климата, во всем мире активно изучаются проблемы, направленные на оценку уязвимости экономики и населения при изменении климата. При этом исследуются и разрабатываются различные сценарии последствий изменения климата и то, какими способами к ним адаптироваться.
Наиболее мощным инструментом исследования климатических изменений и реакции окружающей среды на них являются природные изотопы, распределение которых в различных природных соединениях определяется условиями внешней среды.
Одно из важных направлений – изучение влияния изменения климата на запасы водных ресурсов посредством методов изотопной гидрологии. Изменение климата влияет на источники и распределение осадков по всему миру, что приводит к изменениям в поверхностных водах и в пополнении подземных вод. Чтобы понять, как пополняются подземные водоносные горизонты и насколько они могут быть уязвимы к изменению климата, применяется метод измерения соотношении стабильных изотопов воды (1Н/2Н; 16О/18О).
Почвенный покров планеты, «геодерма», выполняет множественные экологические функции в биосфере. Роль почвы в углеродном цикле биологической цепи является определяющей, так как в ней формируется основная часть потока углерода в окружающую среду. Один из наиболее достоверных методов оценки климатических изменений с течением времени – метод датирования, основанный на применении радиоактивного и стабильных изотопов углерода.
Дыхание почвы, неотъемлемую часть которого составляет почвенный СО2-газообмен, является важнейшим компонентом углеродного баланса экосистемы и мощным, постоянно действующим фактором почвообразования. Потепление ускоряет разложение органического вещества почв, и с ростом температур выделяется все больше СО2, который относится к парниковым газам и, соответственно, вносит вклад в климатические изменения.
Рост температуры, также, приводит к ускорению таяния ледников, что в свою очередь приводит к изменению расхода рек, имеющих ледниковое питание. Так же, повышение температуры в целом по планете приводит к ухудшению стабильности верхнего полярного вихря, смена направления которого приводит к аномально холодным зимам.
В рамках данного Проекта планируется применить ядерные, сейсмические и инфразвуковые методы для оценки климатических изменений и выработки рекомендаций по смягчению последствий изменения климата: с помощью метода изотопной гидрологии будут оценены запасы водных ресурсов; с помощью метода углеродного датирования будет определен возраст ненарушенных почв лесных экосистем Казахстана, и проведен анализ климатических изменений, произошедших за период их существования; будет дана оценка эмиссии СО2 фоновыми региональными почвами и определено влияние климатических изменений на нее; на основе сейсмических и инфразвуковых данных будет определена частота и пространственное распределение ледниковых землетрясений, изменение их количества во времени, свидетельствующих об изменении климата за предыдущие десятилетия.
Данные исследования позволят получить информацию о климатических изменениях применительно к территории Республики Казахстан, об их влиянии на окружающую природную среду, а также выработать рекомендации по смягчению последствий изменения климата.
Цель Программы – Создание и внедрение комплекса технологий и методов оценки климатических изменений, и смягчения последствий изменения климата.
Ожидаемые результаты
Прямые результаты:
Конечный результат:
Ожидаемый социальный и экономический эффект
Изучение регионального климата и постоянный мониторинг его изменения является одной из приоритетных задач климатической политики Казахстана. Принимая во внимание географическое положение Казахстана и его обширную территорию, наблюдаемые изменения климатических условий в различных регионах Республики могут оказать как негативное, так и позитивное воздействие на экономическую деятельность и социальную сферу. Научно-методические подходы станут основой для анализа уязвимости экономики и населения Республики Казахстан при изменении климата, разработки различных сценариев потенциальных рисков и угроз, связанных с изменением климата и принятия своевременных и адекватных мер, включая разработку и распространение методов устойчивого землепользования и управления секторами экономики.
Полученные результаты дадут представление о современном состоянии проблемы климатических изменений, а также внесут существенный вклад в общенаучное понимание процессов изменения климата и их влияния на экономику Республики Казахстан.
Ожидаемый экологической эффект
Результаты исследований позволят улучшить понимание процессов изменения климата и факторов, обуславливающих развитие этих процессов и лягут в основу рекомендаций по смягчению последствий изменения климата.
В результатах программы могут быть заинтересованы Министерство энергетики РК, экологии, геологии и природных ресурсов РК, Комитет Государственного санитарно-эпидемиологического надзора Министерства здравоохранения Республики Казахстан. В глобальном масштабе потенциальными потребителями являются страны, поддерживающие политику борьбы с изменением климата.
В результате реализации программы будут обеспечены:
1) Публикация 5 (пяти) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению Программы, входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе данных Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50 (пятидесяти).
2) Публикация 7 (семи) статей в журналах, рекомендованных КОКНВО.
3) Публикация 1 (одной) монографии или учебного пособия в зарубежных и (или) казахстанских издательствах;
4) Получение не менее 1 (одного) патента в зарубежных патентных бюро (европейском, американском, японском) или не менее 1 (одного) зарубежного или международного патента, включенного в базу данных Derwent Innovations Index (Web of Science, Clarivate Analytics) либо не менее 3 (трех) объектов интеллектуальной собственности, зарегистрированных в Национальном Институте интеллектуальной собственности Республики Казахстан.
5) Получение не менее 1 (одного) зарубежного или международного патента, включенного в базу данных Derwent Innovation – Clarivate Analytics.
Основные результаты НИР
По результатам проведенных исследований по 4 задачам в 2023 году получены следующие результаты:
Задача: «Оценка влияния атмосферных осадков на качество водных ресурсов, имеющих важное стратегическое значение, на основе анализа изотопных соотношений в поверхностных и подземных водах».
На основании проведенного обзора водных объектов Восточного региона Казахстана установлено, что главными водными артериями региона, имеющими важное стратегическое значение, являются река Иртыш и ее крупные притоки – реки Уба, Ульба, Бухтарма, Курчум, Чар, Кызылсу, а также Усть-Каменогорское (1952 г.) и Бухтарминское (1960 г.) водохранилища, и наиболее крупные по площади озера - Маркаколь, Зайсан, Сибинские, Маралье, Рахмановское, Бухтарминское, Ульмес, Караколь, Турангаколь, Дубыгалинское, Кемерколь. Для проведения детальных исследований выбрана территория п. Бескарагай, Бескарагайского района, в области которого залегают подземные воды Ишим-Иртышского района, который на территории Восточного региона Казахстана представляет собой часть крупного краевого артезианского бассейна, приуроченного к узкому прогибу палеозойского складчатого фундамента. Для получения исходных данных о распределении стабильных изотопов в атмосферных осадках, определения содержания 2Н и 18О в поверхностных и подземных водах и сравнительного анализа выполнен отбор проб поверхностных и подземных вод, а также атмосферных осадков за прошедший период.
Задача: «Изучение климатических изменений с использованием метода датирования по радиоуглероду».
С целью изучения климатических изменений с использованием метода датирования по радиоуглероду на основе анализа данных касательно лесного фонда Республики Казахстан определены участки исследования для отбора проб почвы с учетом климатических, ландшафтных и иных природных особенностей. В качестве исследовательских участков выбраны лесные экосистемы Бескарагайского района Абайской области и Бурабайского района Акмолинской области. Отбор проб почвы на выбранных площадках лесных экосистема произведен послойно с поверхности почвенного профиля с интервалом в 10 см до глубины 50 см. Определены уровни содержания изотопов углерода, значения которого составили <4 Бк/кг как в верхних слоях, так и в более глубоких слоях почвы, а также органического вещества почвы, структуры и других физико-химических свойств. Установлено, что сумма обменных оснований кальция и магния распределяется равномерно по почвенному профилю и изменяется в пределах 3,6-4,8 мг-экв. на 100 г почвы. Почвы данного контура малогумусные и не засоленные. Содержание гумуса изменяется в пределах от 0,3 до 6,8 %. Сумма солей в водной вытяжке не превышает 0,06%. Профиль промыт от легкорастворимых и карбонатных солей, вскипание от соляной кислоты верхних горизонтах почвы не отмечено.
Задача: «Количественная оценка углеродного потока с поверхности региональных типов почв в результате СО2-газообмена».
В рамках предстоящей количественной оценки углеродного потока с поверхности региональных почв в результате СО2-газообмена проведенных рекогносцировочные исследования, которые показали, что СО2-газообмен или «почвенное дыхание» определяется сезонными погодно-климатическими условиями местности и особенностями гидротермического режима каждого конкретного периода вегетационного сезона. Проведенные исследования СО2-газообмена фоновой темно-каштановой почвы также выявили выраженную сезонную динамику. Среди сезонных лимитирующих экологических факторов, определяющих СО2-газообмен, достоверная корреляционная зависимость установлена для температуры верхнего слоя почвы.
Задача: «Оценка влияния климатических изменений на режим проявления льдотрясений, отражающий процесс таяния масштабных ледников Тянь-Шаня по сейсмическим и инфразвуковым данным, детектирование явления внезапного стратосферного потепления».
Изучены мировые и отечественные источники по изменению ледников под влиянием глобального потепления. Подчеркивается, что в последнем периоде исследований (с начала 21 века) особое внимание уделяется геофизическим методам изучения процессов в ледниках, в частности, развитию нового направления – криосейсмологии. Для горных ледников пока очень мало экспериментальных работ по сейсмологическим исследованиям. Нигде в мире не описан дистанционный метод контроля процессов деструкции ледников, который развивается в нашем исследовании. Проведены впервые кратковременные полевые исследования с использованием сейсмической и инфразвуковой станцией непосредственно в районе ледника Энгилчек. В трех местах проводилась рекогносцировочная регистрация. Результаты показали, что на всех точках получены записи ледовых событий. Источники локализованы, они находятся на территории ледника. Подготовлены волновые формы по сейсмическим группам Маканчи и Каратау, а также по инфразвуковой группе Маканчи за весь период наблюдений в соответствующих форматах. Данные собраны в одном месте на сервере в Центре данных. Описана и освоена программа РМСС, которая будет использована для их обработки. Проведен визуальный анализ волновых форм. Записи ледниковых событий выделены на станциях Маканчи, Каратау, а также на трехкомпонентной станции Подгорное.