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

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

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
Как программист из Ульяновска построил бизнес на $100 млн, привлек инвестиции в США и стал героем фильма Дудя о Долине Как программист из Ульяновска построил бизнес на $100 млн, привлек инвестиции в США и стал героем фильма Дудя о Долине

Руслан Фазлыев к 40 годам создал два глобальных IT-бизнеса

Forbes
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
Как покраситься дома: 7 правил от профессиональных стилистов Как покраситься дома: 7 правил от профессиональных стилистов

Покрасить волосы дома не так сложно, как тебе кажется

Cosmopolitan
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Ничего, кроме правды Ничего, кроме правды

Начало лета – самое время еще раз напомнить тебе об опасности УФ-излучения

Cosmopolitan
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

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

Maxim
Как порно влияет на мозг Как порно влияет на мозг

О чем думает убийца и отличается ли его мозг от мозга нормального человека

СНОБ
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Как раскрутить Instagram-аккаунт: 7 советов экспертов Как раскрутить Instagram-аккаунт: 7 советов экспертов

Собрали основные советы из книги «Миллион подписчиков»

РБК
Здоровый настрой: 7 надежных клиник Здоровый настрой: 7 надежных клиник

Есть заведения, в которых лечиться не опасно

Вокруг света
Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии

Что происходит с рекламным рынком во время каратина и экономического спада?

Forbes
«Мальчик по вызову» «Мальчик по вызову»

Как живут мужчины, торгующие своей любовью за деньги

Cosmopolitan
Известный дегустатор вина — о запахах: почему след знакомого аромата способен перенести нас в прошлое Известный дегустатор вина — о запахах: почему след знакомого аромата способен перенести нас в прошлое

Колман Эндрюс о вине, бассейнах, хлорке и… брюнетках

Playboy
Быт военного времени Быт военного времени

Первая часть ответов на вопросы о повседневной жизни в условиях военного времени

Дилетант
Вывод АЭС из эксплуатации привел к исчезновению тропических рыб у берегов Японии Вывод АЭС из эксплуатации привел к исчезновению тропических рыб у берегов Японии

Без сброса теплой воды тропические виды заменились умеренными

N+1
Чёрная смерть Чёрная смерть

До XX века эпидемия чумы превосходила самые кровопролитные конфликты

Дилетант
Руководитель Aviasales Макс Крайнов: После многомесячного заточения люди будут готовы тратить деньги на путешествия Руководитель Aviasales Макс Крайнов: После многомесячного заточения люди будут готовы тратить деньги на путешествия

Как будет восстанавливаться рынок авиаперевозок

СНОБ
Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи

К сожалению, некоторые доктора частенько демонстрируют невежество

Популярная механика
История рубашки поло: от спортивной формы до универсальной классики мужского гардероба История рубашки поло: от спортивной формы до универсальной классики мужского гардероба

Рубашка поло: рассматриваем в деталях

Esquire
Ольга Хейфиц: Камера смысла Ольга Хейфиц: Камера смысла

Отрывок из нового романа Ольги Хейфиц

СНОБ
Яблоко раздора, или Почему растет живот Яблоко раздора, или Почему растет живот

Как все-таки избавиться от лишних килограммов в области талии?

Psychologies
Экономия без боли: на чём сэкономить при покупке смартфона Экономия без боли: на чём сэкономить при покупке смартфона

Эти советы помогут выбрать новый смартфон без лишних трат

Популярная механика
Стимуляция зрительной коры заставила слепых видеть буквы Стимуляция зрительной коры заставила слепых видеть буквы

Ученые добились появления зрительных образов через стимуляцию зрительной коры

N+1
Микрочип: схема, изменившая мир Микрочип: схема, изменившая мир

Изобретения, которые значительно увеличили скорость технологического прогресса

Популярная механика
Пленка или стекло на экран: есть ли разница и что лучше купить Пленка или стекло на экран: есть ли разница и что лучше купить

Поцарапали или разбили дисплей смартфона и хотите впредь этого избежать?

CHIP
Революция уже в пути. Или нет, возможно Революция уже в пути. Или нет, возможно

Отношение к покупкам в интернете останется непредсказуемым

VC.RU
Создан алгоритм, предсказывающий поведение кубитов под влиянием шума Создан алгоритм, предсказывающий поведение кубитов под влиянием шума

Как эффективно управлять динамикой квантовых битов при наличии внешних шумов?

Популярная механика
Кто боится Элизабет Мосс Кто боится Элизабет Мосс

Василий Корецкий о писательском хорроре «Ширли»

Weekend
Голосовой чат за $100 млн: проект Clubhouse привлёк миллионы и вызвал споры среди инвесторов в США ещё до запуска Голосовой чат за $100 млн: проект Clubhouse привлёк миллионы и вызвал споры среди инвесторов в США ещё до запуска

Приложение может стать конкурентом гигантам соцсетей, если доживет до конца года

VC.RU
Открыть в приложении