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

Карина-вирус! Карина-вирус!

В это тревожное время героиней обложки стала главная медсестра страны

Maxim
В бой идут одни сопляки: чем Пентагону интересны игроки в Starcraft? В бой идут одни сопляки: чем Пентагону интересны игроки в Starcraft?

Интересно жить, зная, что твой город может стереть с лица Земли толстый школьник

Maxim
О чём пишут научно-популярные журналы мира О чём пишут научно-популярные журналы мира

Интересные исследования и новости научного мира

Наука и жизнь
«Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума? «Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума?

Чем же так хорош нахальный режиссер Йоргос Лантимос и откуда он взялся

Esquire
Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
5 простых способов прокачать свой кофе витаминами и антиоксидантами (и это будет вкусно) 5 простых способов прокачать свой кофе витаминами и антиоксидантами (и это будет вкусно)

Как получить от кофе не только энергию, но и массу пользы

Playboy
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
Мультиплан: безумный самолет с 1000 крыльев Мультиплан: безумный самолет с 1000 крыльев

Некоторые изобретатели верили, что чем больше крыльев в самолете, тем лучше

Популярная механика
«Скелеты в шкафах» союзников «Скелеты в шкафах» союзников

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

Дилетант
«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
Край света Край света

Самая северная точка Европы для искателей приключений

Вокруг света
Как за нами следят через наши гаджеты Как за нами следят через наши гаджеты

Добро пожаловать в мир, где все, что вы купите, будет использовано против вас

GQ
Васаби, японский хрен или китайская зелёная горчица Васаби, японский хрен или китайская зелёная горчица

Приправа, о которой многие слышали, но мало кто знает, что это такое

Наука и жизнь
Гантимуровы Гантимуровы

Род Гантимуровых резко выделяется на фоне других княжеских фамилий России

Дилетант
Как люди заселяли Америку? Как люди заселяли Америку?

Из всех обжитых человеком частей света Америка была заселена в последнюю очередь

Наука и жизнь
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
Игры разума: лучшие трюки, которые поставят ваш мозг в тупик Игры разума: лучшие трюки, которые поставят ваш мозг в тупик

Оказывается, сложный человеческий мозг чертовски просто обмануть

Популярная механика
Главные коллекции XXI века Главные коллекции XXI века

Коллекции, которые могли бы войти в учебник истории моды XXI века

Weekend
Дневник бортинженера Международной космической станции Дневник бортинженера Международной космической станции

Почему липучка — главный друг астронавта, а тортилья — главная еда?

Esquire
Прости, Грета: почему глобальный локдаун не поможет экологии Прости, Грета: почему глобальный локдаун не поможет экологии

Выбросы углекислого газа во время глобального локдауна сокращаются незначительно

Популярная механика
Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста

Кто же такой этот Дональд Гловер?

Esquire
От лошадей до Aurus: на чем принимали Парады Победы От лошадей до Aurus: на чем принимали Парады Победы

Вспоминаем историю торжественных автомобилей СССР и России

РБК
Лучшие романтические комедии мирового кинематографа — от «Дня сурка» до «Реальной любви» Лучшие романтические комедии мирового кинематографа — от «Дня сурка» до «Реальной любви»

Спорим, эти фильмы тебе понравятся?

Playboy
Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна

В умелых руках и мусор может стать объектом коллекционирования

РБК
Игра Streets of Rage 4 могла стать чудовищным провалом Игра Streets of Rage 4 могла стать чудовищным провалом

Streets of Rage 4 – культурный феноменом и достижение индустрии видеоигр

GQ
Лесли Нильсен: «Оскар» за лучшую жизнь Лесли Нильсен: «Оскар» за лучшую жизнь

История одного из самых великих комиков мира

Maxim
Покажите это школьникам! 6 самых необычных экранизаций классики Покажите это школьникам! 6 самых необычных экранизаций классики

Подборка фильмов по классике, которые не дадут вам заскучать

Cosmopolitan
Анатомия оргазма: каков механизм удовольствия и зачем он нам Анатомия оргазма: каков механизм удовольствия и зачем он нам

Что общего у оргазма с чиханием?

Популярная механика
Виктимология: существует ли наука, которая учит нас не быть жертвами? Виктимология: существует ли наука, которая учит нас не быть жертвами?

Что такое виктимология и поможет ли её изучение женщине не стать жертвой насилия

Cosmopolitan
10 лучших боевиков за всю историю 10 лучших боевиков за всю историю

Самые шумные, влиятельные и сумасшедшие фильмы

Esquire
Открыть в приложении