25.10.2019

Выброс метана в водах Восточной Арктики — признак таяния вечной мерзлоты и потепления климата

Газовые фонтаны обнаружили российские учёные во время экспедиции в Восточно-Сибирском море. Из-за таяния слоя подводной вечной мерзлоты фонтаны выбрасывают на поверхность моря метан в аномально высоких концентрациях.

Необычайно тёплое лето и осень этого года вызвали наблюдаемые последствия в экосистеме арктической вечной мерзлоты. Исследователи из Томского политехнического университета вместе со своими коллегами из других научных центров в эти дни находятся в экспедиции в Восточной Арктике на судне «Академик Мстислав Келдыш». Всего в составе экспедиции около 70 специалистов в разных областях из нескольких стран. Целью экспедиции является исследование последствий таяния вечной мерзлоты в связи с глобальными тенденциями потепления климата на Земле.

В Томском политехе базируется крупный научный проект «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий».

На одном из участков Восточно-Сибирского моря вблизи острова Беннета из группы островов Де-Лонга при помощи комплекса геофизических методов обнаружены газовые фонтаны («сипы»), выбрасывающие на поверхность моря метан. Такие фонтаны являются следствием разрушения слоя вечной мерзлоты с высвобождением метана и других парниковых газов, удерживаемых до этого в толще мёрзлой почвы или дна океана. Этот участок стал полигоном для полевых исследований экспедиции с отбором проб воздуха, морской воды на разных глубинах, а также донных отложений. На местах, указанных ранее по результатам сейсмоакустической съёмки, обнаружили один за другим сразу два мощных сипа площадью по несколько квадратных метров, фонтанирующих со дна сквозь всю толщу воды. Концентрация метана в воздухе в районе фонтанов превышает общепланетарные значения примерно в десять раз. Места фонтанов чётко выделяются по сравнению с соседними участками моря специфическим изумрудным цветом воды и пузырьковыми ниточками поднимающихся на поверхность газов. Такие метановые фонтаны — не редкость не только в Арктике, и речь идёт не столько об обнаружении очередного газового фонтана, сколько об исследовании возможных последствий климатических изменений, и высвобождение метана тающей вечной мерзлотой — только один из компонент «чёрного ящика».

Арктический ландшафт — сложная экосистема, в которой вечная мерзлота (пермафрост) служит буфером, удерживающим парниковые газы, в частности, углекислый газ CO₂ и метан CH₄ вместе с его высокомолекулярными гомологами (этан, пропан и т. д., оборот которых на порядки меньше). Метан вместе с углекислым газом образуется при разложении органического вещества, например, отмершей растительности, и на равных основаниях с ним участвует в природном кругообороте. Он является почти в 30 раз более сильным парниковым газом, чем CO₂.

Концентрация выделяемого углекислого газа и метана в арктических широтах совершает чёткие сезонные колебания, причём размах этих колебаний тем выше, чем севернее мы находимся. Общая закономерность состоит в том, что летом происходит в основном связывание этих газов из-за фотосинтеза растений, поглощения метана микроорганизмами и в результате других процессов и концентрация их в воздухе резко падает. Зимой происходит скачок концентрации с выделением связанных газов в атмосферу.

При этом наблюдается баланс множества сложных процессов, связанных как с поглощением, так и одновременно с выделением этих двух парниковых газов. Интенсивность и относительный вклад каждого из этих процессов в общий баланс изменяются:

— в зависимости от сезона;

— в зависимости от наличия снежного и ледяного покрова и его альбедо (отражающей способности снега, то есть его степени «белизны»);

— от количества растительности, в частности,

— её доли, расположенной поверх снегового покрова,

— соотношения сухих и обводнённых участков — например, болотца, реки и озера, просто увлажнённые участки почвы…

Это только некоторые факторы, лежащие на поверхности.

Многочисленные факторы и механизмы обеспечивают природный баланс системы. Угроза для глобальной экосистемы тут состоит в том, что в оборот вбрасывается метан и углекислота, выработанные в предыдущие геологические эпохи и связанные слоем пермафроста или полярными льдами. Здесь ситуация напоминает нарушение установившегося баланса по углекислому газу при очень сильном извержении вулкана, например, сопоставимом с извержением Кракатау 1883 года. Высвобождается вещество, связанное в горных породах и накапливаемое на протяжении миллионов и десятков миллионов лет. Как в случае с извержением вулкана, так и с балансом углерода при изменениях в арктической экосистеме, происходит освобождение и внедрение в систему неучтённой массы вещества, и последствия такого управляющего воздействия — предмет серьёзных исследований биологов, экологов и специалистов по анализу сложных систем.

В большинстве случаев мы не знаем всех факторов воздействия, и только приблизительно, по общему количеству вбрасываемых веществ, можем судить о том, насколько оно серьёзно и разрушается ли при этом гомеостаз. К сожалению, мы в точности не знаем, как в каждом случае ударит по планете такое мгновенное высвобождение компонентов, накапливаемых на протяжении целых геологических эпох.

Сергей Шапиро

Источники:

1. XX2 век