Какова роль метана в потеплении Арктики?

Наука и жизньНаука

Поток метана от арктических морей: Взгляд из космоса

Леонид Юрганов, Университет Мэриленда, Балтимор (США)

Моря российской Арктики летом почти полностью освобождаются ото льда. Фото сделано в районе жёлоба Св. Анны (81о с. ш., 77о в. д.) 24 августа 2013 года. Экспедиция АВЛАП—НАБОС—2013.

Арктика теплеет в два раза быстрее, чем Земля в целом; российская Арктика (если говорить о последних 10 годах) — даже в четыре раза быстрее. Хорошо это или плохо? Какова роль метана в этом потеплении? Богатые возможности наблюдения за составом атмосферы в Арктике на протяжении десятилетий открывают спутники. Спутниковые приборы — спектрометры измеряют либо излучение Солнца, отражённого от поверхности Земли, либо собственное излучение Земли. В Арктике приборы первого типа неэффективны, особенно в период полярной ночи. Для приборов второго типа не требуется солнечный свет. Об арктическом метане и спутниковых измерениях рассказывалось в статьях, опубликованных в «Науке и жизни» в № 8, 2016 г. и в № 11, 2017 г. За истекшие три-четыре года добавились новые данные, которые позволили ответить на ряд поставленных тогда вопросов. В частности, исключительно быстрый рост аномалии метана от года к году над Баренцевым и Карским морями вызывал удивление и сомнение в достоверности данных. Также не до конца было понятно отсутствие аномалий метана летом и, напротив, значительные аномалии в конце осени и зимой. Семнадцатилетний ряд измерений метана с помощью AIRS (Atmospheric InfraRed Sounder — атмосферный инфракрасный зондировщик) в сочетании с наблюдениями ледового покрова и моделью циркуляции океана существенно прояснил природу изменения потоков метана в атмосферу.

Источники и стоки метана

Основные источники метана, поступающего в атмосферу из шельфовых морей Арктики, находятся на морском дне и под ним (рис. 1). Считается, что метан по своему происхождению может быть двух типов: биологический и геологический. Биологический метан образуется в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий (точнее, архей) в верхней части слоя осадочных пород, соприкасающихся с водой. Осадочные породы содержат огромные количества органических веществ, образовавшихся в палеозое и мезозое (540—65 млн лет назад). Вследствие оледенения, произошедшего 18—20 тысяч лет назад, уровень океана опустился на 100—140 м, и весь этот слой превратился в вечную мерзлоту. Ледник растаял, и 9—6 тысяч лет назад уровень океана повысился примерно до современного. Часть вечной мерзлоты ушла под воду, но большая часть осталась на суше. Нижние слои подводных осадков постоянно находятся в замороженном состоянии, однако верхняя их часть соприкасается с морской водой, они тают, и создаются благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Таким образом, в случае потепления океана поток биологического метана может расти.

Рис. 1. Источники метана и процесс его переноса в атмосферу для континентального шельфа. Коричневым цветом показаны органические осадки (подводная вечная мерзлота) — источник биологического метана. Геологический метан (показан жёлтым цветом) просачивается из резервуаров природного газа на глубине до 1,5—2 км. Оба вида метана при некоторых необходимых условиях частично превращаются в гидрат метана (белый цвет). На мелководье природный газ в настоящее время добывается с помощью буровых платформ. Метан в виде пузырьков растворяется в воде по мере их подъёма и поглощается бактериями. Диффузия растворённого метана ограничена как пикноклином (слой, показанный голубым цветом), так и ледовым покровом. Рисунок Леонида Юрганова.

Геологический метан просачивается из более глубоких, вплоть до 1,5 км, слоёв осадков, где находятся месторождения природного газа, который на 90% состоит из метана, остальное — другие углеводороды. Эти запасы в арктическом шельфе также огромны. В тех случаях, когда температура воды достаточно низкая, а давление вышележащего столба воды достаточно высокое, обычный лёд и метан (как биологический, так и геологический) образуют твёрдое вещество — гидрат (клатрат) метана, способный разлагаться и выделять газообразный метан при повышении температуры. Пузырьки метана быстро поднимаются вверх и по пути растворяются в воде. Концентрация растворённого метана в водной толще растёт, метанопоглощающие (метанотрофные) бактерии размножаются, поглощают растворённый метан, и устанавливается некоторое равновесие между источником и бактериальным стоком.

Летом и вплоть до октября арктические воды не перемешиваются благодаря тёплому и опреснённому из-за таяния континентальных ледников поверхностному слою, а также из-за пикноклина — резкого скачка плотности воды на глубине ниже перемешанного слоя.

Прямые измерения с помощью глубоководных зондов, проведённые в Институте имени Альфреда Вегенера (Германия) в августе—сентябре 2015 года (рис. 2), показали исключительно высокие равновесные концентрации метана около дна и выше, вплоть до глубин 30—40 м. При приближении к поверхности воды, однако, концентрации резко падают, вследствие чего поток метана в атмосферу пренебрежимо мал. С другой стороны, высокие концентрации в основной толще воды и наличие растворённого кислорода благоприятствуют размножению бактерий, поглощающих метан. Отсутствие перемешивания позволяет бактериям удалять практически весь метан, поступающий со дна. Однако, что происходит после ноября, до появления спутниковых данных было неизвестно.

Рис. 2. Концентрации растворённого в воде метана вдоль разреза, показанного на карте слева (от Шпицбергена до острова Медвежий), в августе—сентябре 2015 года. Максимальные концентрации достигают 100 нмоль. Ледовый покров в данном месте отсутствует, и естественным барьером для диффузии метана служит только пикноклин.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
«Заключить в ИТЛ на три года» «Заключить в ИТЛ на три года»

Ближайшие родственники Бориса Ельцина были осуждены за антисоветскую пропаганду

Дилетант
Тайна форсажного пламени Тайна форсажного пламени

Что такое форсаж?

Популярная механика
Кузена T. rex с длинной шеей обнаружили в Австралии Кузена T. rex с длинной шеей обнаружили в Австралии

У существа могла быть необычная диета и отсутствовали зубы

National Geographic
Чёрная смерть Чёрная смерть

До XX века эпидемия чумы превосходила самые кровопролитные конфликты

Дилетант
Пилот разбившегося “Суперджета” обвинил самолет в катастрофе Пилот разбившегося “Суперджета” обвинил самолет в катастрофе

Пилот трагично известного "Суперджета" рассказал подробности произошедшего

Популярная механика
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Города героев Города героев

Города, которые за отвагу и мужество удостоились почетных званий

Лиза
Российские слоны и тигры Российские слоны и тигры

Что изобрели в СССР, история Чернобыльской катастрофы и как воруют в России

Forbes
Почему изоляция влияет на твое либидо: 7 советов, как его вернуть Почему изоляция влияет на твое либидо: 7 советов, как его вернуть

Разбираемся, как именно пандемия влияет на либидо, и что с этим делать

Playboy
Война, родившая джип Война, родившая джип

Наибольшее число типов армейского автотранспорта породила Вторая мировая война

Популярная механика
Квантовое расширение черной дыры Крускала оказалось асимптотически корректным Квантовое расширение черной дыры Крускала оказалось асимптотически корректным

Квантовая теория является асимптотически корректной

N+1
Предприниматель Тимур Жаббаров: Как сахарный диабет сделал меня лучше Предприниматель Тимур Жаббаров: Как сахарный диабет сделал меня лучше

Тимур Жаббаров уже много лет живет с диабетом первого типа

Reminder
Тонкий момент: 5 причин не покупать ультрабук Тонкий момент: 5 причин не покупать ультрабук

Несколько существенных недостатков модных ультрабуков

CHIP
10 лучших фильмов — обладателей «Золотой пальмовой ветви» 10 лучших фильмов — обладателей «Золотой пальмовой ветви»

Субъективный список победителей Канн за всю историю кинофестиваля

Esquire
Ученые разошлись с политиками в прогнозах повышения уровня моря Ученые разошлись с политиками в прогнозах повышения уровня моря

Климатологи считают, что уровень моря повысится на 0,63-1,32 метра к 2100 году

N+1
«Матрешка» — это современный «День сурка». Рассказываем, чем хорош сериал «Матрешка» — это современный «День сурка». Рассказываем, чем хорош сериал

«Матрешка» рассказывает о 36-летней Наде, раз за разом переживающей свою смерть

Esquire
10 самых идиотских налогов в истории 10 самых идиотских налогов в истории

По сравнению с этими налогами современные покажутся тебе триумфом логики

Maxim
«Чтобы подготовиться к будущему, надо расслабиться и прислушаться к себе» «Чтобы подготовиться к будущему, надо расслабиться и прислушаться к себе»

Практический гид для тех, кого пугает неизвестность

Reminder
Придумали будущее и не завоевали рынок: история General Magic и её идеи «смартфона», который появился в 90-х Придумали будущее и не завоевали рынок: история General Magic и её идеи «смартфона», который появился в 90-х

Компания увлеклась разработкой и не заметила, как интернет обошёл их

VC.RU
Биохакинг без фанатизма: способы развивать осознанность от предпринимателя Ильи Мутовина Биохакинг без фанатизма: способы развивать осознанность от предпринимателя Ильи Мутовина

Как основатель Zoon развивал способность находиться «здесь и сейчас»

Reminder
Ревнует девушка? 4 способа исправить ситуацию и зажить в гармонии Ревнует девушка? 4 способа исправить ситуацию и зажить в гармонии

Что делать, если твоя девушка постоянно ревнует тебя?

Playboy
«Маячки», по которым манипуляторы вычисляют жертв «Маячки», по которым манипуляторы вычисляют жертв

Чем опасны личностные проблемы и как не дать манипулятору ими воспользоваться?

Psychologies
Болит ли у собак голова? Болит ли у собак голова?

Что объясняет сгрызенный кроссовок и полтора часа воя на дверь шкафа?

Maxim
«Да пребудет со мной сила!»: практики самоподдержки «Да пребудет со мной сила!»: практики самоподдержки

Для движения вперед нужен навык, который даст импульс для новых свершений

Psychologies
Как настроить здоровый сон: подробный путеводитель Как настроить здоровый сон: подробный путеводитель

33 совета по улучшению ночного отдыха, главные научные факты и мнения экспертов

Reminder
Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты

Фотограф Хольгер Кайфель в течение восьми лет снимал лучших боксеров планеты

Esquire
Жирные молочные продукты связали с отсутствием метаболического синдрома Жирные молочные продукты связали с отсутствием метаболического синдрома

У любителей молочной продукции реже диагностируют метаболический синдром

N+1
Утечка гостайны: как СССР шпионил за США Утечка гостайны: как СССР шпионил за США

История разведопераций XX века содержит немало парадоксальных сюжетов

Популярная механика
«Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа «Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа

Владелец сети детских клубов: как отказаться от корпорации ради своего дела

Forbes
Открыть в приложении