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

С места наверх С места наверх

Настоящая история человека, который первым на Земле просто взял и полетел

Популярная механика
Она была студенткой, а он ее... учил? Она была студенткой, а он ее... учил?

Романы между студентами и преподавателями — очень плохая идея

Psychologies
Одомашнивание: новый цикл Одомашнивание: новый цикл

До конца нынешнего десятилетия произойдет очередная революция

Популярная механика
Человеческий фактор Человеческий фактор

Большие модные Дома все чаще поддерживают камерные мастерские

Vogue
Арктика гипотеза «метановой катастрофы» Арктика гипотеза «метановой катастрофы»

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
«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
Биоразлагаемая смазка для Севера Биоразлагаемая смазка для Севера

Создание биоразлагаемых материалов — важный шаг для экологии

Наука и жизнь
Мы совершенно случайно обнаружили очень страшный фильм ужасов на Netflix Мы совершенно случайно обнаружили очень страшный фильм ужасов на Netflix

Если вы любите хорроры, срочно отправляйтесь смотреть «Элай»

GQ
Что влияет на погоду? Что влияет на погоду?

Какова зависимость погодных условий от космических объектов?

Наука и жизнь
Пища богов Пища богов

В Греции есть всё. Во всяком случае, всё, что нужно для хорошего застолья точно!

Лиза
Надышаться ветром Надышаться ветром

Мозаичное панно из рассказов жителей Хабаровска о приметах разных времен

Вокруг света
«Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП «Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП

Минюсту предложили добавить в КоАП штрафы за превышение средней скорости

РБК
Неискусственная ценность Неискусственная ценность

Чтобы добыть крупный алмаз, нужен не только титанический труд, но и везение

Наука и жизнь
Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру

Астрономы обнаружили самого близкого кандидата в черные дыры звездных масс

N+1
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Как поменять установки в свой адрес и повысить самооценку Как поменять установки в свой адрес и повысить самооценку

Почему нужно поменять внутреннего критика на внутреннего друга

РБК
Из первых рук: какие подарки Россия в разные годы дарила США Из первых рук: какие подарки Россия в разные годы дарила США

Динамику отношений России и США можно проследить по подаркам лидеров стран

Esquire
«Муж изводил Полину»: подруга Гагариной рассекретила причину ее развода «Муж изводил Полину»: подруга Гагариной рассекретила причину ее развода

Знакомые Полины Гагариной заявили о давнем разладе в семье певицы

Cosmopolitan
Встречайте топ-10 отраслей, в которых заняты наиболее успешные люди Встречайте топ-10 отраслей, в которых заняты наиболее успешные люди

Можешь выбирать любую из этих отраслей — успех тебе почти обеспечен

Playboy
Как англичане зарыли гениальное русское изобретение: история гирокара Шиловского Как англичане зарыли гениальное русское изобретение: история гирокара Шиловского

Взлеты и мытарства графа Петра Шиловского и его двухколесного гирокара

Maxim
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
Курит, пьет и скрывается: неожиданные факты о Леонардо ДиКаприо Курит, пьет и скрывается: неожиданные факты о Леонардо ДиКаприо

Несколько малоизвестных фактов о Леонардо ДиКаприо

Cosmopolitan
11 полезных применений пищевой соды в быту, о которых ты вряд ли догадывался 11 полезных применений пищевой соды в быту, о которых ты вряд ли догадывался

Порция простых лайфхаков с пищевой содой

Playboy
Пара нормальных Пара нормальных

Татьяна Алешичева об экранизации романа Салли Руни

Weekend
Почему нельзя пользоваться «бомбочками» для ванны и чистить уши палочками? Почему нельзя пользоваться «бомбочками» для ванны и чистить уши палочками?

«Безобидные» гигиенических привычки, которые нам вредят

Cosmopolitan
«Слухи, образы, эмоции. Массовые настроения россиян в годы войны и революции» «Слухи, образы, эмоции. Массовые настроения россиян в годы войны и революции»

Отрывок из книги В. Аксенова: о крестьянах и их отношении к Первой мировой войне

N+1
Fiat 124 vs ВАЗ-2101: копия лучше оригинала Fiat 124 vs ВАЗ-2101: копия лучше оригинала

Многие называли “Жигули” копией Fiat 124

Популярная механика
Графеновый солнечный парус взлетел при помощи лазера Графеновый солнечный парус взлетел при помощи лазера

Графен может рассматриваться как материал для космических аппаратов

N+1
Правила жизни Джима Джармуша Правила жизни Джима Джармуша

Правила жизни кинорежиссера Джима Джармуша

Esquire
Как ведут себя мужчины у косметолога и на маникюре Как ведут себя мужчины у косметолога и на маникюре

Среди клиентов косметологов прибавилось представителей противоположного пола

Psychologies
Открыть в приложении