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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
«Пересекая границы: модерность, идеология и культура в России и Советском Союзе» «Пересекая границы: модерность, идеология и культура в России и Советском Союзе»

Отрывок из книги «Пересекая границы» Майкла Дэвида-Фокса

N+1
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
8 лучших приложений для начинающих гитаристов 8 лучших приложений для начинающих гитаристов

Пора показать этой лопатообразной бренчалке кто здесь хозяин!

Maxim
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Запретный маникюр: хозяйки салонов красоты об убытках из-за простоя, подпольной работе и ценах после пандемии Запретный маникюр: хозяйки салонов красоты об убытках из-за простоя, подпольной работе и ценах после пандемии

Основательницы салонов красоты рассказали, как они зарабатывают в изоляции

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

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
Как принять свои страх и злость: шпаргалка для родителей Как принять свои страх и злость: шпаргалка для родителей

Как научиться принимать свои чувства и сопереживать себе

Psychologies
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Вокруг Москвы за один день: 5 идеальных маршрутов для короткого путешествия за город Вокруг Москвы за один день: 5 идеальных маршрутов для короткого путешествия за город

Неожиданные маршруты для короткой однодневной вылазки за свежим воздухом

Forbes
Дитя цветов Дитя цветов

Все люди делятся на тех, кто знает, и тех, кто не знает Лизу Шатилову

Maxim
10 сериалов, навсегда изменивших телевидение 10 сериалов, навсегда изменивших телевидение

Десяток классических сериалов, не будь которых, тебе бы пришлось смотреть ерунду

Maxim
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
Быстрый радиовсплеск объяснили падением астероида на пульсар Быстрый радиовсплеск объяснили падением астероида на пульсар

Модель позволяет объяснить наблюдаемые необычные сигналы в космосе

N+1
Соль земли Соль земли

Полезные ископаемые, в которых отразилась история планеты

Вокруг света
Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы

С какой стати фильм «Государственные похороны» стал одним из хитов интернета

СНОБ
Тартар из тунца с карри и овощами Тартар из тунца с карри и овощами

Еда с Еленой Чекаловой

Weekend
15 самых причудливых космических кораблей в кино 15 самых причудливых космических кораблей в кино

Cамые затейливые космолёты, которые напоминают кофеварку или воспаленные гланды

Maxim
«Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд «Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд

Звезды, которые нашли в себе силы выйти из абьюзивных отношений

Cosmopolitan
«Лимассолград»: FT рассказала, почему ЕС начал беспокоиться из-за русских на Кипре «Лимассолград»: FT рассказала, почему ЕС начал беспокоиться из-за русских на Кипре

Как выходцы из СССР повлияли на Кипр, почему это заставляет Брюссель волноваться

Forbes
Исследование: 72% россиян считают, что главное предназначение женщины — быть матерью и хозяйкой. 40% уверены, что построить карьеру проще мужчинам Исследование: 72% россиян считают, что главное предназначение женщины — быть матерью и хозяйкой. 40% уверены, что построить карьеру проще мужчинам

Женщины в России зарабатывают на 28% меньше, чем мужчины на той же должности

Esquire
Рассказ «Коконопряды» Теннесси Уильямса, который был опубликован в Esquire и лег в основу его последней пьесы Рассказ «Коконопряды» Теннесси Уильямса, который был опубликован в Esquire и лег в основу его последней пьесы

Рассказ «Коконопряды» Теннесси Уильямс написал в середине сороковых

Esquire
Колоссальная неопределенность: от чего зависит курс рубля и что с ним будет к концу года Колоссальная неопределенность: от чего зависит курс рубля и что с ним будет к концу года

От чего зависят валютные курсы, надолго ли доллар останется главной валютой мира

Forbes
Ядерный реактор, напечатанный на 3D-принтере. Возможно ли это? Ядерный реактор, напечатанный на 3D-принтере. Возможно ли это?

Можно ли упростить производство ядерных реакторов с помощью 3D-печати?

Популярная механика
Пещерные львы навсегда расстались со своими собратьями полмиллиона лет назад Пещерные львы навсегда расстались со своими собратьями полмиллиона лет назад

Что показало масштабное исследование эволюции современных и вымерших львов

N+1
История освобождения танкера «Московский университет» от сомалийских пиратов, рассказанная участниками событий История освобождения танкера «Московский университет» от сомалийских пиратов, рассказанная участниками событий

Самая успешная операция в истории борьбы с сомалийским пиратством

Maxim
Как на карантине не превратиться в родителей-монстров? Как на карантине не превратиться в родителей-монстров?

Как удерживаться в рамках «праведного гнева» и не скатываться в ярость

Psychologies
Клинт Иствуд: «Возьмитесь наконец за дело! Надерите кое-кому задницу» Клинт Иствуд: «Возьмитесь наконец за дело! Надерите кое-кому задницу»

Клинт Иствуд о правилах воспитания и ссыкливом поколении

Esquire
«Мы сняли поезд с рельсов и отправили его в тупик»: о чем Баффет рассказал акционерам «Мы сняли поезд с рельсов и отправили его в тупик»: о чем Баффет рассказал акционерам

Инвестор Уоррен Баффет впервые провел онлайн собрание акционеров

Forbes
Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру

Астрономы обнаружили самого близкого кандидата в черные дыры звездных масс

N+1
Открыть в приложении