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

Русские в Берлине весной 1945 г. Русские в Берлине весной 1945 г.

События Великой Отечественной войны в воспоминаниях и рассказах участников боёв

Наука и жизнь
В прилежащем ядре мозга моногамных полевок нашли нейроны приближения к партнеру В прилежащем ядре мозга моногамных полевок нашли нейроны приближения к партнеру

Они могут помочь уточнить то, как формируются прочные моногамные связи

N+1
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Lexus покоряет Байкал: лед, вода и медные трубы Lexus покоряет Байкал: лед, вода и медные трубы

Тест-драйв Lexus в экстремальных условиях

Maxim
Новая «Арктика» Новая «Арктика»

Атомоходы ЛК-60Я заменят ледоколы прошлых поколений

Популярная механика
10 фильмов об отношениях, в которых женщина старше 10 фильмов об отношениях, в которых женщина старше

Фильмы, повлиявшие на восприятие союза взрослой женщины с молодым мужчиной

Esquire
«Лебедь» возвращается «Лебедь» возвращается

Ту-160 сегодня готовится ко второй жизни

Популярная механика
Вся чешусь и падаю без сил: как твое тело реагирует на токсичные отношения Вся чешусь и падаю без сил: как твое тело реагирует на токсичные отношения

Токсичные отношения действуют не только на психику, но и на тело тоже

Cosmopolitan
Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
Ёлка, Юлия Хлынина, Владимир Яглыч, Алёна Бабенко и другие артисты прочитали рассказы Михаила Зощенко Ёлка, Юлия Хлынина, Владимир Яглыч, Алёна Бабенко и другие артисты прочитали рассказы Михаила Зощенко

Рассказ Михаила Зощенко в онлайн-проекте «Читай дома»

OK!
Секреты «Белого лебедя» Секреты «Белого лебедя»

В России возобновлено производство одного из мощнейших бомбардировщиков мира

Популярная механика
МинФин МинФин

Как живет самая молодая в мире женщина-премьер

Tatler
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Зачем «Яндексу» мессенджер: глава сервиса рассказал о конкуренции, удержании аудитории, монетизации и будущем Зачем «Яндексу» мессенджер: глава сервиса рассказал о конкуренции, удержании аудитории, монетизации и будущем

Интервью с руководителем «Яндекс.Мессенджера» Виктором Тарнавским

VC.RU
Переходный период Переходный период

Философ Александр Нечаев: как получилось, что миропорядок пришел в беспорядок

Esquire
«Полнейшее отчаяние. Неужели так в каждой квартире?» «Полнейшее отчаяние. Неужели так в каждой квартире?»

Кафка, Буковски, Гоголь и другие о том, как достали соседи

Weekend
Покажите язык: Максим Кронгауз — о проблемах русского языка, сленге и странных неологизмах Покажите язык: Максим Кронгауз — о проблемах русского языка, сленге и странных неологизмах

Максим Кронгауз о "мире люстр" и других прекрасных неологизмах

Esquire
5 ошибок в макияже нависшего века, которые все допускают — исправляет блогер 5 ошибок в макияже нависшего века, которые все допускают — исправляет блогер

Самые частые ошибки в макияже нависшего века, которые пора перестать допускать

Cosmopolitan
15 самых причудливых космических кораблей в кино 15 самых причудливых космических кораблей в кино

Cамые затейливые космолёты, которые напоминают кофеварку или воспаленные гланды

Maxim
Сюжетные дыры и вопиющие ляпы всех-всех фильмов Marvel Сюжетные дыры и вопиющие ляпы всех-всех фильмов Marvel

Ошибки в фильмах дают повод пересмотреть их еще раз

Maxim
Россия, которую мы приобрели Россия, которую мы приобрели

Можно ли на Алтае найти инстапойнты красивее, чем в Альпах

Tatler
Британец воссоздал в виртуальной реальности любимый бар. Он изучил основы 3D с нуля Британец воссоздал в виртуальной реальности любимый бар. Он изучил основы 3D с нуля

Тристан Кросс воссоздал в виртуальной реальности свой любимый паб

Esquire
Иван Ворошилов ака НЕДРЫ Иван Ворошилов ака НЕДРЫ

«Рэп-Пушкин» выпустил альбом, написанный собственной нейросетью

Собака.ru
Розовый Бейкера-Миллера: можно ли нейтрализовать агрессию с помощью успокаивающего цвета? Розовый Бейкера-Миллера: можно ли нейтрализовать агрессию с помощью успокаивающего цвета?

Может ли цвет влиять на состояние организма человека?

Esquire
Тюрьма как доходное место Тюрьма как доходное место

Тюрьма, по образцу которой впоследствии создавались тюрьмы по всему миру

Дилетант
Роман Кумар Виас: Как пандемия изменит наши привычки Роман Кумар Виас: Как пандемия изменит наши привычки

Насколько сильно поменяется наша жизнь после карантина?

СНОБ
Как сказать «нет» и не испортить отношения Как сказать «нет» и не испортить отношения

Как мягко, но эффективно защитить свои интересы?

Psychologies
Самые известные психонавты Самые известные психонавты

Семь знаменитых первооткрывателей, практиковавших психонавтику

Популярная механика
Renault обновила кроссовер Kaptur — немного ярче, немного удобнее, немного дороже Renault обновила кроссовер Kaptur — немного ярче, немного удобнее, немного дороже

Обновленный Ranault Kaptur выглядит сочнее и стоит дороже миллиона

Maxim
10 лучших боевиков за всю историю 10 лучших боевиков за всю историю

Самые шумные, влиятельные и сумасшедшие фильмы

Esquire
Открыть в приложении