Байкал: капсула времени человечества

Байкал — древнее озеро в Сибири, расположенное к северу от границы с Монголией. Озеру более 25 млн лет, однако его изучение началось только в середине XIX века, и до сих пор Байкал остается смыслом жизни и труда тысяч ученых. Кроме того, Байкал — одна из ключевых туристических точек России, а значит, нуждается не только в изучении, но и в охране.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Исследование Байкала имеет критическое значение для мировой науки — прежде всего, из-за его уникальной экосистемы. Она, вне всякого сомнения, может рассматриваться как модель эволюции. При этом до сегодняшнего дня Байкал сохранил более 800 эндемичных видов, включая байкальскую нерпу и рачков эпишура, что позволяет изучать механизмы адаптации организмов к экстремальным условиям: низким температурам, высокой кислородной насыщенности и минимальной минерализации воды. Эти процессы год от года дают ученым ключи от загадок устойчивости жизни на Земле и угроз ее биоразнообразию.

Байкал образовался в результате тектонических процессов и находится на территории рифтовой зоны, которая продолжает развиваться и расширяться. Соответственно, геологическая динамика Байкала способна предоставить науке уникальные данные о тектонических процессах и эволюции континентов. Кроме того, озеро выступает «капсулой времени»: его донные отложения хранят информацию о климатических изменениях за миллионы лет.

Наконец, Байкал — ключевой индикатор глобального климата. Изменения в его экосистеме, такие как сокращение ледового периода и трансформация планктона, напрямую отражают планетарные климатические сдвиги. Мониторинг этих процессов позволяет прогнозировать последствия потепления для пресноводных экосистем и биосферы в целом. Утрата стабильности Байкала станет не только региональной катастрофой, но и сигналом необратимых изменений для всей Земли.

«Озеро Байкал — это не только величественный памятник природы, но и мировой запас чистой пресной воды, а также лаборатория для научных открытый,— подчеркнула в беседе с “Ъ-Наукой” руководитель фонда “Озеро Байкал” Анастасия Цветкова.— Байкал — неисчерпаемый источник знаний для прикладных исследований, помогающий понять глобальные экологические и климатические процессы, которые прямо сейчас происходят на планете. Учитывая эти факторы, мы приходим к выводу, что озеро требует не только изучения, но и охраны на законодательном уровне, а также исполнения правоприменительных практик по его защите. Поэтому мы рассматриваем Байкал комплексно: во-первых, как уникальную экосистему со всеми прилегающими территориями, а во-вторых — как возможность объединить усилия ученых, НКО, государства и местных жителей, чтобы сохранить этот уникальный объект природы».

Зачем Байкалу ИИ?

Здоровье байкальской экосистемы и чистота воды напрямую определяются активностью планктонных организмов, а регулярные наблюдения позволяют контролировать эти взаимосвязи. Проект по сохранению долговременного мониторинга Байкала назван «Точка №1» и реализуется НИИ биологии Иркутского государственного университета уже 80 лет, за что внесен в Книгу рекордов России как самая длительная программа регулярного экологического мониторинга в истории науки. С 2016 года проект финансируется фондом «Озеро Байкал», а в процессы мониторинга зоопланктона был внедрен искусственный интеллект. Это стало возможным после того, как к проекту присоединились партнеры: фонд «Мир вокруг тебя» компании Siberian Wellness, компании Yandex.Cloud и Maritime AI.

Так, в алгоритмы автоматической обработки данных было передано свыше 221 тыс. снимков зоопланктона, полученных из 604 проб за период с 2013 по 2024 год. IT-партнеры проекта при этом не только предоставляют ученым вычислительные мощности и экспертизу в области машинного обучения, но и формируют открытую технологическую платформу. По задумке участников проекта, в перспективе это позволит значительно сократить трудозатраты исследователей. Ранее, напомним, в интервью «Ъ-Науке» Анастасия Цветкова подчеркивала, что ключевым условием успеха проекта стало тесное взаимодействие IT-специалистов с биологами — носителями уникальных знаний о морфологических особенностях фито- и зоопланктона.

Отметим, что высокотехнологичные методы изучения экосистемы Байкала распределены по трем крупным направлениям. К первому относится мониторинг биоразнообразия. Так, ученые используют неинвазивное спутниковое мечение (способ индивидуализации и идентификации животного) — наблюдение и изучение особей, например байкальской нерпы, проходит без вмешательства в жизнь популяции. Кроме того, ученые анализируют космоснимки с целью выявления мест концентрации северного оленя. Таким образом, экспедиции фонда «Озеро Байкал» проводятся с соблюдением принципа минимального вмешательства в природную среду, а в арсенале исследователей имеются квадрокоптеры для аэрофотосъемки труднодоступных зон, фотоловушки для оценки популяций и геологическое картирование.

Второе направление, в которое внедрены технологии,— изучение водных ресурсов. Над этим работают, в частности, ученые Лимнологического института СО РАН, НИИ биологии ИГУ, Байкальского музея, в том числе при поддержке фонда. Для исследования состояния озера регулярно отбираются пробы воды и биоматериалов. Уникальным направлением стала переработка органических отходов с помощью личинок промышленных насекомых, которые не только утилизируют отходы, но и производят зоогумус, а также белковый корм для сельского хозяйства. Генетические исследования вирусных сообществ Байкала дополняются мониторингом водных потоков с использованием сенсоров, фиксирующих температуру, уровень растворенных веществ и другие параметры. Комплексный подход позволяет фонду формировать точную картину экологического состояния уникального озера.

К третьему направлению изучения Байкала привлечены институты географии, земной коры и геохимии. Ученые применяют сейсмическую томографию для анализа подводных структур и оценки тектонической активности, а также устанавливают датчики для прогнозирования землетрясений. Геологическая съемка позволяет детально картировать минералогический состав и стратиграфию территорий, дополняя данные спектрометрическим анализом пород и донных отложений. Отдельное внимание исследователей уделено экологическим рискам: создана карта ртутного загрязнения акватории Ангары и Братского водохранилища. При этом параллельно разрабатывается система ландшафтного планирования, необходимого для снижения антропогенного воздействия. Как правило, именно этот пласт работы ученых регулярно становится основой для обоснования схем землепользования и экологического зонирования берегов Байкала.

Баланс человека и природы

Как уже было сказано выше, изучение Байкала — обширный комплекс работы не только с точки зрения исследования экосистемы, но и с позиции объединения усилий людей из разных секторов. В непрерывном мониторинге жизни озера задействованы тысячи исследователей, ученых и общественников, и эта работа не может не впечатлять.

Так, среди ключевых «игроков» можно выделить НИИ биологии ИГУ, который курирует проект «Точка №1», отслеживающий изменения фито- и зоопланктона. Еженедельные пробы воды дополняются летними экспедициями, охватывающими 69 станций по всему озеру. ИПЭЭ РАН, в свою очередь, изучает байкальскую нерпу: спутниковые передатчики фиксируют поведение животных, а фотоловушки и ручной подсчет помогают оценить численность популяции. Институт также участвует в заборах воды на разных глубинах, проводит подводную съемку и анализ рачков-эндемиков. ЛИН СО РАН использует сеть датчиков для мониторинга уровня воды, толщины льда и химического состава Байкала. Экспедиции на научных судах изучают донные отложения, влияние колебаний уровня озера на экосистему. Отдельные проекты института включают гидроакустический учет омуля, ДНК-анализ биоорганизмов и исследование «пятна БЦБК» (участка байкальского дна, на котором осаждались различные вещества из сбрасываемых в озеро стоков Байкальского целлюлозно-бумажного комбината). Данные в реальном времени поступают с буйковых станций и проходят анализ ученых.

Росгидромет отвечает не только за воздух на Байкале, но также за осадки, грунтовые воды и донные отложения. Система мониторинга Иркутского УГМС опирается на комплексную структуру методов мониторинга, которая включает спутниковое наблюдение, замеры концентраций нефтепродуктов, биогенных веществ, а также анализ бентоса с помощью оптического оборудования. В свою очередь, Байкальский музей исследует эволюцию экосистемы озера через подводные съемки с аппаратов «Пайсис-11» и «Мир-2», аквалангистские погружения и круглосуточные видеокамеры. В музее, помимо прочего, находится уникальная аквариумная установка, которая состоит из демонстрационной, карантинной и экспериментальной частей. Система водообмена в аквариумах музея является частью природного водоема и использует байкальскую воду без очистки, что позволяет анализировать данные и проводить опыты в природных условиях, но на территории музея.

Отдельного внимания заслуживают особо охраняемые природные территории Байкала — «Заповедное Подлеморье», «Заповедное Прибайкалье» и Байкальский заповедник. Эти организации патрулируют территории, тушат пожары и ведут «Летопись природы» — старейший экологический архив России. Научная работа включает изучение соболя, черношапочного сурка, инвентаризацию флоры и фауны. Для туристов обустраиваются экомаршруты, внедряется раздельный сбор мусора. Мониторинг животных ведется с помощью фотоловушек, квадрокоптеров и ГИС-технологий, что, разумеется, облегчает работу ученых и обеспечивает минимальное вмешательство в экосистему.

К примеру, такой подход к изучению природы станет основой двух экспедиций 2025 года, посвященных изучению дикого северного оленя. О старте проекта фонд «Озеро Байкал» вместе с фондом «Мир вокруг тебя» компании Siberian Wellness объявили в феврале. Объектом изучения станет подвид оленя, популяция которого обитает в центральной части хребта Хамар-Дабан на территории Байкальского государственного природного биосферного заповедника. Данный подвид оленя — важнейшее звено экосистемы хребта Хамар-Дабан, поэтому главной целью проекта ученые называют сохранение популяции. Но, чтобы сохранить, сначала нужно внимательно изучить. Поэтому исследователи намерены провести авиаучет популяции и впервые организовать полевые исследования для определения мест зимовки животных в горной тундре, установить спутниковые ошейники на оленей и отследить маршруты их миграции, зоны концентрации и уточнить границы ареала. Полученный в экспедиции биологический материал оленей позволит провести генетический анализ животных, в том числе определить наличие или отсутствие инбридинга, то есть скрещивания родственных особей.

По итогам работ Байкальский заповедник вместе с фондом разработают рекомендации по сохранению северного оленя, выпустят научно-популярное издание и проведут ряд просветительских мероприятий. Кроме того, итогом проекта должна стать детальная карта распространения вида на территории заповедника с указанием точек визуальных наблюдений, данных с фотоловушек и следов жизнедеятельности оленей.

На чем сосредоточены ученые и зачем

Перспективы каждого проекта, который поддерживает фонд «Озеро Байкал», рассчитываются и уточняются регулярно: на этапе старта проекта (или старта сотрудничества проекта с фондом), затем ежеквартально и ежегодно. Этот мониторинг перспектив необходим как ученым, так и фонду — прежде всего, чтобы определять точки развития, основные направления, регулировать динамику работы с профильными ведомствами и учитывать вносимый вклад работы в картину мировой науки.

Другой крупный проект фонда — исследование байкальской нерпы, которая, напомним, является индикатором экосистемы Байкала,— реализуется фондом с 2019 года. За пять лет ученым удалось разработать программу исследований, провести токсикологические и генетические анализы особей байкальского тюленя, организовать экспедиции по мечению и учету численности популяции. Так, во время экспедиции 2024 года удалось установить, что на популяцию нерпы влияют климатические факторы и антропогенная нагрузка: например, шум туристов снижает количество нерп на залежках. Результаты наблюдений через 12 фотоловушек и 90 часов съемок легли в основу первого в России научно-популярного фильма о нерпе. И сам фильм, и результаты масштабной программы по изучению нерпы уже стали комплексом энциклопедических знаний об эндемике, которые ранее не систематизировались в одном источнике. В будущем эта работа станет основой для изучения эндемика Байкала, доступного ученым по всему миру.

Кроме того, с 2022 года фонд финансирует изучение эндемиков и исчезающих видов. Сумев поддержать более десятка проектов — от учета дрофы до расшифровки ДНК байкальских водорослей,— к 2024 году фонд совместно с учеными Байкальского музея СО РАН открыл новый вид водоросли draparnaldioides. Он является индикатором чистой воды Байкала и уже пополнил международные базы данных. Другой редкий вид — черепоплодник почтишерстистый — также изучался в ходе экспедиций 2024 года. Благодаря этой работе была создана геопространственная база, которая поможет обновить Красную книгу Бурятии.

«Гармония человека и природы невозможна без объединения усилий, только так можно обеспечить баланс между антропогенным влиянием и сохранением экосистемы Байкала,— считает Анастасия Цветкова.— Мы верим, что решения должны приниматься совместно и опираться на экспертизу, критическое мышление и данные ученых. Да, мы ставим в приоритет долгосрочные проекты, но ориентируемся всегда на запрос ученых с байкальских территорий. Многие из проектов, с которыми мы работаем, до начала сотрудничества либо не финансировались вовсе, либо получали средства, но в критически малых количествах, недостаточных для полноценной научной деятельности. Байкал — это настоящий Клондайк потенциальных научных открытий, и, конечно, мы стремимся поддерживать всех, кто заинтересован в изучении и сохранении озера и его территорий».

Ольга Грибова