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

Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
10 привычек для тех, кто хочет жить долго 10 привычек для тех, кто хочет жить долго

Долголетие - это просто!

Cosmopolitan
Единитная, удивная, разъятная… Единитная, удивная, разъятная…

Кто придумал знаки препинания и зачем они нужны

Наука и жизнь
«Катюша»: оружие победителей «Катюша»: оружие победителей

Реактивные системы залпового огня БМ-8 и БМ-13 — символ победы СССР

Популярная механика
Кто является автором термина «Великая Отечественная война»? Кто является автором термина «Великая Отечественная война»?

Кем впервые было произнесено название войны, которую предстояло пройти СССР

Дилетант
Дмитрий Степаненко: Дудь, ты не прав. Почему Москва не хуже Кремниевой долины Дмитрий Степаненко: Дудь, ты не прав. Почему Москва не хуже Кремниевой долины

Как обстоят дела с развитием IT-стартапов в России?

СНОБ
«Скелеты в шкафах» союзников «Скелеты в шкафах» союзников

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

Дилетант
Осиновый кол при низкой температуре Осиновый кол при низкой температуре

Роторный испаритель, который пришел на кухню из научных лабораторий

Bones
Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
Тосканский ордер Тосканский ордер

Архитектура виллы в Тоскане подсказала, каким должно быть внутреннее убранство

AD
Великие земляки Великие земляки

Борьба с «низкопоклонством перед Западом»

Дилетант
Как в России планировали бороться с пьянством, но вместо этого боролись с трезвостью Как в России планировали бороться с пьянством, но вместо этого боролись с трезвостью

Краткая история отношений государства с водкой

Weekend
Рыжиковое масло Рыжиковое масло

О масле из семян рыжика посевного

Наука и жизнь
«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
От бумеров до альфа От бумеров до альфа

Теория поколений распространилась в виде мемов и героев. Кто из них вы?

Популярная механика
9 отличных триллеров для домашнего просмотра 9 отличных триллеров для домашнего просмотра

9 лучших картин в жанре триллер за последние 70 лет

Esquire
Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии

Что происходит с рекламным рынком во время каратина и экономического спада?

Forbes
Побеждённая зараза Побеждённая зараза

Натуральная оспа — первая и единственная болезнь, которую удалось ликвидировать

Дилетант
Борис Зарьков: «Креативить могут только свободные люди» Борис Зарьков: «Креативить могут только свободные люди»

Как превратить шефа в звезду мирового уровня?

Bones
Программа на восстановление Программа на восстановление

Как восстановить потерянный бьюти-баланс?

Здоровье
«Я заперлась в туалете, и тут раздался звук топора» «Я заперлась в туалете, и тут раздался звук топора»

Боитесь подать на развод, потому что уверены — вы не заслуживаете ничего лучше?

Psychologies
Чувство прекрасного Чувство прекрасного

Новый проект Анны Сахаровой и Алисы Лобановой

SALON-Interior
«Застенчивая невеста»: она отвергла 65 предложений руки и сердца «Застенчивая невеста»: она отвергла 65 предложений руки и сердца

Героиня нашего материала предпочла остаться в одиночестве

Cosmopolitan
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
Третье поколение алгоритма OpenAI научилось выполнять текстовые задания по нескольким примерам Третье поколение алгоритма OpenAI научилось выполнять текстовые задания по нескольким примерам

Третье поколение алгоритма OpenAI может разгадывать анаграммы и даже переводить

N+1
Где рождаются нейтрино: новое исследование Где рождаются нейтрино: новое исследование

Ученым удалось найти связь между космическими нейтрино и вспышками галактик

Популярная механика
Сонька Золотая Ручка: 10 фактов из биографии знаменитой мошенницы Сонька Золотая Ручка: 10 фактов из биографии знаменитой мошенницы

Разбираемся в биографии королевы преступного мира

Cosmopolitan
Заслуженные изгои Заслуженные изгои

Как андерграунд становится мейнстримом

Weekend
«А нам все равно!»: кто рад карантину «А нам все равно!»: кто рад карантину

Кто-то на карантине сходит с ума, а кому-то хорошо и взаперт

Psychologies
Как устроен Chery Tiggo и китайский автопром Как устроен Chery Tiggo и китайский автопром

Компания Chery в последние годы вышла на совершенно новый уровень

4x4 Club
Открыть в приложении