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

Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Комплекс упражнений для мам с малышом до 3-х лет в домашних условиях Комплекс упражнений для мам с малышом до 3-х лет в домашних условиях

Оптимальные упражнения для совместных фитнес-тренировок с маленьким ребенком

Мама и малыш
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
Хатуля Авсаджанишвили Хатуля Авсаджанишвили

Прогноз фэшн-директора Хатули: кризис научит нас разговаривать друг с другом

Собака.ru
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
Одна вокруг света на карантине: перестрелка, конвой и пакистанская свадьба Одна вокруг света на карантине: перестрелка, конвой и пакистанская свадьба

71-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
Бабушки и дочери: что меняется с появлением внуков? Бабушки и дочери: что меняется с появлением внуков?

Как бабушкам найти баланс между собственными интересами и помощью детям и внукам

Psychologies
Арктика гипотеза «метановой катастрофы» Арктика гипотеза «метановой катастрофы»

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
Как поддержать организм: 8 главных вопросов про иммунитет Как поддержать организм: 8 главных вопросов про иммунитет

FAQ по иммунной системе организма

Cosmopolitan
Новый взгляд на свёклу и мангольд Новый взгляд на свёклу и мангольд

Столовая свёкла признана одной из самых полезных овощных культур

Наука и жизнь
Война без особых причин Война без особых причин

Киберспорт гораздо раньше, чем ожидалось, становится главным в нашем мире

GQ
Царь-Фараон Царь-Фараон

История наград Жана-Батиста-Луи барона де Кроссара

Дилетант
Маски-шоу: как начался самый первый карантин в истории Маски-шоу: как начался самый первый карантин в истории

Как Венеция боролась с «Черной чумой» и почему карантин продолжался 40 дней

Популярная механика
Наполеон III: тень дяди-корсиканца Наполеон III: тень дяди-корсиканца

Племянник Наполеона I отчаянно пытался обрести славу великого полководца

Дилетант
Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм

Как прицельная стимуляция повлияла на способ видеть цвета

N+1
Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены

Можно ли стать миллионером, следуя советам Роберта Кийосаки

Forbes
Россияне подготовились к худшему: клиенты банков досрочно погасили кредиты Россияне подготовились к худшему: клиенты банков досрочно погасили кредиты

Несколько крупных банков зафиксировали рост досрочных погашений кредитов

Forbes
10 необычных психических расстройств 10 необычных психических расстройств

За странностями в поведении может скрываться вполне реальный диагноз

Популярная механика
Доигрались: актёры, которых ненавидят за их роли, – от Хопкинса до Панина Доигрались: актёры, которых ненавидят за их роли, – от Хопкинса до Панина

Какие актеры столкнулись с ненавистью поклонников в реальной жизни

Cosmopolitan
Как разминируют минные поля: работа сапера Как разминируют минные поля: работа сапера

Как проходят тренировки одного из самых боеспособных соединений Российской армии

Популярная механика
Органическое окрашивание Органическое окрашивание

Почему бы не перейти от химических красителей к растительным?

Здоровье
Ученые уверены: ты не имеешь никакого отношения к решениям, которые принимаешь Ученые уверены: ты не имеешь никакого отношения к решениям, которые принимаешь

Оказывается, человек почти не пользуется логикой и способностью к анализу

Maxim
Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам

Не было в мире более яркого геополитического эксперимента, чем разделение Кореи

Maxim
Сверхтяжёлый трофей: танк, ни разу не вступивший в бой Сверхтяжёлый трофей: танк, ни разу не вступивший в бой

Немецкий танк Pz.Kpfw. Maus оставил заметный след в истории танкостроения

Популярная механика
Застрявшие на островах: что делать с сотрудниками, которые не могут вернуться в Россию Застрявшие на островах: что делать с сотрудниками, которые не могут вернуться в Россию

Что делать работодателям, лишившимся сотрудников и вынужденных платить зарплату

Forbes
На пределе: путешествия на грани возможного На пределе: путешествия на грани возможного

Ведущий проекта «Роб Риггл исследует мир» отправляется разгадать тайны планеты

Популярная механика
Ты в ритме танца! Live-сериал о самоизоляции Ты в ритме танца! Live-сериал о самоизоляции

Юлиана Бухольц заряжает свои ответы на сжигание лишних калорий

Cosmopolitan
Россия на экспорт Россия на экспорт

На фестивале Care’s итальянка из мишленовского ресторана готовила борщ

Bones
Монстры из прошлого: драма большой поршневой авиации Монстры из прошлого: драма большой поршневой авиации

На годы Второй мировой пришлась лебединая песня поршневых двигателей в авиации

Популярная механика
Открыть в приложении