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

Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Ты сможешь! Как вера в ребенка помогает вырастить его счастливым Ты сможешь! Как вера в ребенка помогает вырастить его счастливым

Отрывок из книги Дмитрия Чернышева: какие методики воспитания существовали

Forbes
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
10 лауреатов Пулитцера, которых вам давно пора прочитать 10 лауреатов Пулитцера, которых вам давно пора прочитать

Призеры Пулитцеровской премии, которых должен прочитать каждый

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

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
Как выбрать брюки: несколько правил идеальной посадки Как выбрать брюки: несколько правил идеальной посадки

Памятка о том, на что стоит обратить внимание, выбирая брюки

Esquire
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
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
«Скелеты в шкафах» союзников «Скелеты в шкафах» союзников

Негласный запрет на темы, которые могли «всплыть» в ходе суда над нацистами

Дилетант
Боевой раскрас? Как выглядят участницы реалити «Солдатки» на шоу и в жизни Боевой раскрас? Как выглядят участницы реалити «Солдатки» на шоу и в жизни

Героини реалити «Солдатки» рискнули всем, чтобы перевернуть свою жизнь

Cosmopolitan
Повелители рек Повелители рек

Плотины кардинально меняют окружающий ландшафт и экосистему

Вокруг света
«Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП «Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП

Минюсту предложили добавить в КоАП штрафы за превышение средней скорости

РБК
Побег с аэродрома Побег с аэродрома

Циклолеты – «летающие комбайны» – становятся экономичнее квадрокоптеров

Популярная механика
ЗОЖ: новая реальность ЗОЖ: новая реальность

Адепты правильного питания — полноправная целевая аудитория ресторанного бизнеса

Bones
Борьба с «врагами народа» Борьба с «врагами народа»

От древнеримских проскрипций до наших дней

Наука и жизнь
Как отличить кэгэбешную «Волгу» от обычной Как отличить кэгэбешную «Волгу» от обычной

Пособие для иностранного шпиона в четырех шагах

Maxim
Надежный кроссовер до миллиона. 40 вариантов покупки Надежный кроссовер до миллиона. 40 вариантов покупки

Подбираем кроссовер до миллиона на вторичке

РБК
Александр Дворкин: Унесенный Эрманом. Какая книга заставила священника Усатова отречься от веры Александр Дворкин: Унесенный Эрманом. Какая книга заставила священника Усатова отречься от веры

Монолог бывшего священника, в котором он объясняет мотивы своего отказа от сана

СНОБ
Она была студенткой, а он ее... учил? Она была студенткой, а он ее... учил?

Романы между студентами и преподавателями — очень плохая идея

Psychologies
10 сериалов для тех, кто устал от классических сериалов 10 сериалов для тех, кто устал от классических сериалов

Десяток сериалов, которые изменят ваше отношение к привычным форматам

Esquire
Курица мисо Курица мисо

Еда с Еленой Чекаловой

Weekend
Мама сказала Мама сказала

Как взрослой дочери наконец-то стать независимой

Cosmopolitan
На перепутье: как безболезненно сменить профессию На перепутье: как безболезненно сменить профессию

Переход из одной специальности в другую затрагивает многие аспекты жизни

Psychologies
Сильный и мертвый: какова связь между обязанностью мужчины быть сильным и количеством самоубийств Сильный и мертвый: какова связь между обязанностью мужчины быть сильным и количеством самоубийств

Общество должно разрешить мужчинам быть слабыми

Esquire
10 причин не любить Джима Джармуша 10 причин не любить Джима Джармуша

Следуя заповеди «Не сотвори себе кумира», узнаем Джима Джармуша поближе

Esquire
Свободный художник Свободный художник

Актриса Дарья Руденок о своем ярком образе в сериале «257 причин, чтобы жить»

OK!
«Влиять на цену акций могло все что угодно»: что говорят финансисты о рекордном иске «Роснефти» к РБК «Влиять на цену акций могло все что угодно»: что говорят финансисты о рекордном иске «Роснефти» к РБК

«Роснефти», подавшей иск к РБК на 43 млрд рублей, будет трудно доказать убытки

Forbes
Новый Renault Kaptur для России. Что изменилось? Новый Renault Kaptur для России. Что изменилось?

Обновления медиасистемы по воздуху, более удобная посадка и другие нововведения

РБК
Новые простые Новые простые

Ксения Рождественская об американских демократах в фильме «Снести Большой дом»

Weekend
Раскрыта загадка таинственных средневековых безлунных полнолуний Раскрыта загадка таинственных средневековых безлунных полнолуний

Загадочные восходы полной Луны над горизонтом с последующим ее исчезновением

Популярная механика
Открыть в приложении