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

Память — главная функция мозга Память — главная функция мозга

Отвечает директор Научного центра неврологии РАН академик Михаил Пирадов

Наука и жизнь
Алексей Ретинский Алексей Ретинский

Алексей Ретинский — мультимедиа-художник нового времени

Собака.ru
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Предупрежденные об опасности синицы увидели в деревянной палке змею Предупрежденные об опасности синицы увидели в деревянной палке змею

Синицы искали предметы, похожие на зрительный образ хищника

N+1
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Остаться в стороне? Остаться в стороне?

Как быть, если муж твоей подруги абьюзер?

Лиза
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Пусть цветут все цветы Пусть цветут все цветы

Зачем мать пятерых детей стала президентом Специальной Олимпиады России

Tatler
Арктика гипотеза «метановой катастрофы» Арктика гипотеза «метановой катастрофы»

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
«Вы находитесь здесь»: почему первый пилотируемый запуск SpaceX важен для Илона Маска и что он будет делать дальше «Вы находитесь здесь»: почему первый пилотируемый запуск SpaceX важен для Илона Маска и что он будет делать дальше

Илон Маск может стать первым «космическим предпринимателем»

VC.RU
Александр: из эллина в азиата Александр: из эллина в азиата

Выдающийся полководец превратился из «первого среди равных» в азиатского деспота

Дилетант
Четыре комнаты Четыре комнаты

Анна Толстова об опытах радикальной самоизоляции в искусстве

Weekend
Летящая на волне Летящая на волне

История о том, как летал один из самых необычных сверхзвуковых самолетов

Популярная механика
День рождения: 10 интересных фактов об этом празднике День рождения: 10 интересных фактов об этом празднике

Загадки и тайны дня рождения

Psychologies
«Чего не сделали готы, то сделали скόты» «Чего не сделали готы, то сделали скόты»

Мраморы Элджина — жемчужина коллекции Британского музея

Дилетант
Попасть в историю: 6 новых исторических романов, которые стоит прочитать Попасть в историю: 6 новых исторических романов, которые стоит прочитать

Несколько отличных исторических романов

Esquire
Почему нам так трудно вычислять лжецов Почему нам так трудно вычислять лжецов

Многие думают, что вполне способны отличить правду от лжи

Psychologies
Двое в комнате Двое в комнате

Дарья Василькова спроектировала квартиру для друзей-рестораторов

AD
Пора освободить шкаф: как правильно убрать на хранение зимние вещи Пора освободить шкаф: как правильно убрать на хранение зимние вещи

Краткая памятка по правильной ревизии гардероба на предмет сезонной одежды

Esquire
Иммунитет — это инстинкт хищника Иммунитет — это инстинкт хищника

Cпособ включить гормоны победителя и перестать играть в жертву

Tatler
Потепление позволит зеленым водорослям продвинуться вглубь Антарктиды Потепление позволит зеленым водорослям продвинуться вглубь Антарктиды

На Антарктическом полуострове водоросли занимают почти два квадратных километра

N+1
Доктор едет, едет Доктор едет, едет

Два врача и программист построили цифровую платформу для ДМС

Forbes
Фогель: «Я не из тех артистов, кто готов хайпить на теме изоляции» Фогель: «Я не из тех артистов, кто готов хайпить на теме изоляции»

Интервью с новичком в рэп-игре Фогелем

Cosmopolitan

Армия Кравченко должна была стать главной ударной силой в наступлении на Вену

Популярная механика
Бритни – в 14, Лима – в 27: во сколько лет лишились невинности звезды и с кем Бритни – в 14, Лима – в 27: во сколько лет лишились невинности звезды и с кем

Эти звезды описали, во сколько лет и с кем они лишились девственности

Cosmopolitan
Чтение выходного дня: новый роман лауреата Букера Джулиана Барнса о жизни Самуэля Поцци — гениального гинеколога и невыносимого бабника Чтение выходного дня: новый роман лауреата Букера Джулиана Барнса о жизни Самуэля Поцци — гениального гинеколога и невыносимого бабника

Фрагмент романа Джулиана Барнса «Портрет мужчины в красном»

Esquire

Мифы о китайских фабриках развеяла дизайнер Екатерина

Esquire
«Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой «Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой

Почему фигурное катание обходится так дорого

Forbes
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
7 самых классных и самых безумных образов Сальвадора Дали 7 самых классных и самых безумных образов Сальвадора Дали

Готовы подкручивать усики?

GQ
Открыть в приложении