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

Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф

Очерк четвёртый: «Стремление к истине ценнее обладания ею»

Наука и жизнь
Астрономы зафиксировали возможный быстрый радиовсплеск от магнитара в Млечном Пути Астрономы зафиксировали возможный быстрый радиовсплеск от магнитара в Млечном Пути

Магнитар может стать самым близким к Земле источником быстрых радиовсплесков

N+1
Эоловы замки Тянь-Шаня Эоловы замки Тянь-Шаня

Путешествие в удивительные горы Тянь-Шаня

Наука и жизнь
Принцы и будущие президенты: горячие сыновья политиков – что мы о них знаем Принцы и будущие президенты: горячие сыновья политиков – что мы о них знаем

Самые завидные холостяки мира

Cosmopolitan
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
Игра на плоскости Игра на плоскости

Интерьер московской квартиры по дизайну Максима Новинькова

SALON-Interior
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Как выглядит математика: реальные воплощения абстрактных формул Как выглядит математика: реальные воплощения абстрактных формул

Художник, который превращает математические концепции в физические объекты

Популярная механика
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Древнейшая мелодия в мире: как звучит Хурритский гимн №6 Древнейшая мелодия в мире: как звучит Хурритский гимн №6

Хурритские песни – старейшие «нотные записи»

Популярная механика
Царь-Фараон Царь-Фараон

История наград Жана-Батиста-Луи барона де Кроссара

Дилетант
9 самых злых роботов кинематографа 9 самых злых роботов кинематографа

Роботы в кино — это настоящее воплощение зла

Популярная механика
Гладиатор из Освенцима Гладиатор из Освенцима

Саламо Арух — двухсоткратный чемпион Освенцима по боксу

Maxim
«Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов «Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов

Евгений Чичваркин сделал неутешительные прогнозы на будущее

Forbes
Какая-то трава вместо чая Какая-то трава вместо чая

Каркаде и ройбуш — конкуренты традиционного чая

Наука и жизнь
«Запертые в невидимом футляре»: как вернуться к нормальной жизни «Запертые в невидимом футляре»: как вернуться к нормальной жизни

Чему нас может научить эта внезапная пандемия

Psychologies
В России создали гнущийся при низких температурах органический кристалл В России создали гнущийся при низких температурах органический кристалл

Ученые получили органический кристалл, сохраняющий пластичность

Популярная механика
Как я провел это Как я провел это

Ксения Рождественская о фильме «Хорошего трипа»

Weekend
«Дуров бросил их с криком «Спасайся, кто может»: история краха TON глазами инвестора «Дуров бросил их с криком «Спасайся, кто может»: история краха TON глазами инвестора

Что пошло не так с блокчейн-платформой TON

Forbes
Ольга Хейфиц: Камера смысла Ольга Хейфиц: Камера смысла

Отрывок из нового романа Ольги Хейфиц

СНОБ
На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина

Что мы будем делать, когда вырвемся на свободу

Cosmopolitan
Напечатанная микроракета промчалась по кровеносному сосуду Напечатанная микроракета промчалась по кровеносному сосуду

Среди микророботов был установлен рекорд скорости в 2,8 миллиметра в секунду

N+1
Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете

Все, что каждый обладатель глаз должен знать о ярких красках нашей жизни!

Maxim
Музыка тёмной материи: можно ли услышать “песню” невидимой Вселенной Музыка тёмной материи: можно ли услышать “песню” невидимой Вселенной

Что особенного в темной материи?

Популярная механика
Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой

Стереотипы, связанные с преобладанием левого или правого полушария, сохраняются

Популярная механика
Квантовый метаматериал сможет измерить микроволновой фотон без разрушения Квантовый метаматериал сможет измерить микроволновой фотон без разрушения

Физики разработали концепцию однофотонного детектора

N+1
Как делают стволы для снайперских винтовок: отвечает Влад Лобаев Как делают стволы для снайперских винтовок: отвечает Влад Лобаев

Как делают стволы для снайперских винтовок и как технологии влияют на точность?

Популярная механика
5 отличных свежих сериалов, на которые стоит потрать время 5 отличных свежих сериалов, на которые стоит потрать время

Подборка из достойных сериалов, вышедших за последние три месяца

Esquire
Сил моих больше нет! Сил моих больше нет!

Что делать, если дети доводят тебя до белого каления

Лиза
Годичные кольца рассказали о засухах в бассейне Миссури Годичные кольца рассказали о засухах в бассейне Миссури

Засухи на рубеже XXI века оказались самыми экстремальными за последние 1200 лет

N+1
Открыть в приложении