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

Достопримечательность города Достопримечательность города

Бордели с человекоподобными куклами – новый тренд или это уже слишком?

Playboy
5 дизайнерских отелей, в которых хочется побывать после карантина 5 дизайнерских отелей, в которых хочется побывать после карантина

Пять отелей, где настроение определяет дизайн пространства

РБК
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
«Ему всю жизнь была нужна борьба»: как разбогател миллиардер Дмитрий Босов и что говорят друзья о его смерти «Ему всю жизнь была нужна борьба»: как разбогател миллиардер Дмитрий Босов и что говорят друзья о его смерти

Миллиардер Дмитрий Босов создал крупнейшего в России производителя антрацита

Forbes
Переступить порог рейхстага Переступить порог рейхстага

История главного исторического здания Берлина

Наука и жизнь
Уровень сознания пациентов определили по ЭЭГ при восприятии речи Уровень сознания пациентов определили по ЭЭГ при восприятии речи

У пациентов с нарушениями сознания нашли следы восприятия слов

N+1
Единитная, удивная, разъятная… Единитная, удивная, разъятная…

Кто придумал знаки препинания и зачем они нужны

Наука и жизнь
Нательный датчик научили определять уровень витамина C через пот Нательный датчик научили определять уровень витамина C через пот

Это позволяет отслеживать уровень витамина после приема лекарств или еды

N+1
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Топ-5 комичных ситуаций, произошедших на хоккейных матчах Топ-5 комичных ситуаций, произошедших на хоккейных матчах

Надевай шлем, коньки и наслаждайся невероятными историями с видеоповторами

Maxim
Африканский след в истории обуви Африканский след в истории обуви

Сколько лет обуви?

Наука и жизнь
Опус магнум Опус магнум

Выставка «Иной взгляд: Портрет страны в объективе агентства Magnum»

Vogue
Число круче, чем π Число круче, чем π

На сегодняшний день нет области знаний, где бы число е не использовалось

Наука и жизнь
Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко

Сериал «Сквозь снег» — 10-серийный ремейк одноименного триллера Пона Джун Хо

Esquire
Окислительная вечеринка Окислительная вечеринка

«Кислородная катастрофа» или Великое кислородное событие

Наука и жизнь
Говорите мне «ты», мне всего пятьдесят!: колонка о том, станем ли мы бессмертными (в будущем) Говорите мне «ты», мне всего пятьдесят!: колонка о том, станем ли мы бессмертными (в будущем)

Размышления о том, каким будет будущее людей

Esquire
Рынoк на $9 млрд: почему люди вкладывают деньги в дома престарелых Рынoк на $9 млрд: почему люди вкладывают деньги в дома престарелых

Инвестиции в недвижимость для пожилых людей в Европе можно назвать удачными

Forbes
Как помочь партнеру с социофобией? Как помочь партнеру с социофобией?

Социофобия — не просто застенчивость, а настоящее психическое расстройство

Psychologies
6 правил воспитания «трудных» подростков 6 правил воспитания «трудных» подростков

Как общаться с подростками, чтобы заглянуть им в душу и не потерять их уважение?

Psychologies
«Мне хочется узнать себя» «Мне хочется узнать себя»

Зоя Бербер — о борьбе со стереотипами и новых проектах

OK!
Кровавые распри, интриги, секс: 10 исторических костюмных сериалов на любой вкус Кровавые распри, интриги, секс: 10 исторических костюмных сериалов на любой вкус

Десять костюмных сериалов на любой вкус: из разных эпох и в разных жанрах

Esquire
Кровь стынет в жилах! 7 сериалов для тех, кому понравился «Колл-центр» Кровь стынет в жилах! 7 сериалов для тех, кому понравился «Колл-центр»

Что еще делать на карантине, как не смотреть сериалы

Cosmopolitan
Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты

Фотограф Хольгер Кайфель в течение восьми лет снимал лучших боксеров планеты

Esquire
Обычные отношения. Как сериал «Нормальные люди» стал манифестом любви миллениалов и поколения Z Обычные отношения. Как сериал «Нормальные люди» стал манифестом любви миллениалов и поколения Z

Сериал «Нормальные люди» стал хитом: его уже посмотрело 16 млн человек

Forbes
Как отметить годовщину на карантине? 11 романтичных идей Как отметить годовщину на карантине? 11 романтичных идей

Сделайте свою годовщину незабываемой!

Playboy
Нервы на пределе: почему российские власти рассердились на заметку о рейтинге Путина Нервы на пределе: почему российские власти рассердились на заметку о рейтинге Путина

Связан ли всплеск эмоций посольства с голосованием о поправках в Конституцию?

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
Рыбий жир: доказанная польза для мужчин и рекомендации по употреблению Рыбий жир: доказанная польза для мужчин и рекомендации по употреблению

Пора «подсесть» на рыбий жир?

Playboy
Вы уволены. Как сохранить силу духа и почему аргумент «просто нет работы» не принимается Вы уволены. Как сохранить силу духа и почему аргумент «просто нет работы» не принимается

Какие ошибки не стоит совершать при поиске новой работы

Forbes
Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи

К сожалению, некоторые доктора частенько демонстрируют невежество

Популярная механика
Открыть в приложении