Почему метан скапливается над Арктикой и чем это нам грозит
Парижское соглашение по климату призвано сдержать повышение годовой температуры в пределах 1,5 °С до конца текущего столетия. Для этого мировое сообщество стремится выйти на нулевой уровень антропогенных выбросов CO₂. Но двуокись углерода не единственный парниковый газ. Огромные залежи гораздо более активного метана (CH4) хранятся в стремительно таящей мерзлоте арктического шельфа. Высвобождение даже малой части этих запасов в атмосферу грозит катаклизмами планетарного масштаба.
Больше 80 % всей подводной мерзлоты нашей планеты сосредоточено на российском шельфе в морях Восточной Арктики. Его особенность в залегании на небольшой глубине — обычно не более 100 метров. Именно там хранится львиная доля мировых залежей гидрата метана — соединения этого газа с водой, которое стабильно при высоких давлениях на больших глубинах или при низких температурах на небольших.
Невечная мерзлота
Российские ученые начали исследовать отечественный шельф еще в 1990-х и с тех пор совершили больше полусотни экспедиций в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское.
Долгое время считалось, что подводная мерзлота стабильна, но в 2000-х мы доказали, что она деградирует. Проще говоря, тает
Игорь Семилетов, доктор географических наук, член-корреспондент РАН
«В ней образуются мегасипы. Это, по сути, дырки в вечной мерзлоте, из которых фонтанирует метан. Поскольку шельф залегает на небольшой глубине, сквозь водную толщу до атмосферы напрямую доходит 60–70 % этого газа», — объясняет Игорь Семилетов, возглавляющий лабораторию арктических исследований в Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного отделения РАН.
Парниковые свойства метана в десятки раз превосходят двуокись углерода. В подводных условиях многолетней мерзлоты создаются термобарические условия для образования газовых гидратов. Эти соединения относятся к клатратам. Это означает, что каждая молекула метана находится внутри кристаллической решетки воды в ее твердом агрегатном состоянии. Глобальное потепление приводит к тому, что мерзлота тает, температура повышается, а давление снижается. В результате CH4 вырывается из заточения и фонтаном устремляется к поверхности, а потом — в атмосферу.
Таяние льдов на фоне глобального потепления серьезно осложняет жизнь белым медведям Фото: © Lasse Johansson / Shutterstock / FOTODOM
Как рассказал «Сириус(Журналу» Игорь Семилетов, сейчас в атмосфере Земли находится 6 млрд тонн метана, а в мерзлоте арктического шельфа его на два или даже три порядка больше — от 800 до 1 200 млрд тонн, по консервативным оценкам.
«Расчеты показывают: если 5 % этих предполагаемых запасов метана попадут в атмосферу в течение 10 лет (именно столько живет молекула этого газа в атмосфере), это приведет к потеплению на 2,5–3 °С. Подчеркиваю, не к концу века, а через десятилетие. Но это, конечно, экстремальный сценарий», — продолжает Игорь Семилетов.
В начале этого года стало известно, что годовая средняя температура на Земле выросла примерно на 1,7 °С от доиндустриального уровня — +14 °С. Это означает, что отметка в 1,5 °С, установленная в Парижском соглашении, была пройдена еще в 2010–2012 годах. К такому выводу пришла группа австралийских и американских океанологов, изучившая содержание стронция в известковых оболочках долгоживущих губок вида Ceratoporella nicholsoni. Объем указанного элемента критически зависит от того, при каких температурах росли эти морские животные.
Для атмосферы метан гораздо вреднее двуокиси углерода
Фото: © leeborn / Shutterstock / FOTODOM
Консервативная оценка российских ученых, опубликованная в журнале Nature Geoscience еще в 2014 году, показывает, что с шельфа морей Восточной Арктики в атмосферу уходит в несколько раз больше CH4, чем с акватории всего Мирового океана. В ближайшее время на основе комплексных исследований, выполненных за последние 10 лет, предполагается переоценка регионального бюджета CH4 в сторону значительного увеличения.
«Есть научные основания говорить о том, что шельф морей Восточной Арктики — это основной природный источник выброса CH4 в атмосферу. Именно он ответственен за формирование планетарного максимума метана над Арктикой, а не над умеренными широтами Северного полушария, где сконцентрирована основная антропогенная деятельность. Ускорение потепления над Арктикой происходит в четыре раза быстрее, чем над остальным миром. Дополнительным источником метана здесь становятся термокарстовые северные озера, которые, на наш взгляд, являются вторым по значимости природным источником выброса CH4 в атмосферу исследуемого региона», — отмечает Игорь Семилетов.
Экономическая угроза и ураганы
В 2013 году, взяв за основу собранные российскими учеными данные, их коллеги из Университета имени Эразма Роттердамского в Нидерландах и английского Кембриджа подсчитали, как пострадает мировая экономика, если события пойдут по худшему сценарию.
«По нашим расчетам, расходы, связанные с таянием Арктики, будут огромными, поскольку этот регион играет ключевую роль в функционировании таких систем Земли, как океаны и климат в целом. Один только выброс метана из тающей вечной мерзлоты под Восточно-Сибирским морем на севере России при отсутствии мер по смягчению последствий обойдется примерно в 60 трлн долларов — цифра, сопоставимая с размером мировой экономики в 2012 году (около 70 трлн долларов). Общая стоимость арктических изменений будет гораздо выше», — сообщили авторы исследования.
В ценах 2024 года последствия таяния Арктики обойдутся мировой экономике уже в без малого 80 трлн долларов
Фото: © Tony Stock / Shutterstock / FOTODOM
Все дело в том, что метан накачивает атмосферу дополнительной энергией. Она высвобождается в виде учащающихся и усиливающихся ураганов и циклонов, которые к тому же меняют привычные маршруты. К примеру, в прошлом году российский Дальний Восток пережил рекордное количество дошедших до побережья и вглубь региона тайфунов. В ближайшем будущем они будут сдвигаться и дальше на север.
Для парникового эффекта метан гораздо опаснее двуокиси углерода, поскольку радиационная активность одной молекулы CH4 примерно в 25–35 раз выше, чем у CO₂. Более того, ежегодный прирост содержания атмосферного метана происходит намного быстрее, чем углекислого газа.
Климатическая модель нидерландско-британской группы ученых показывает, что при таком развитии событий хуже всего придется бедным экономикам Африки, Азии и Южной Америки. Ведь изменения климата также приведут к наводнениям, засухам, экстремальной жаре и другим стихийным бедствиям — вплоть до масштабных нашествий саранчи.
Шпицберген стал домом для около 90 видов птиц
Фото: © ginger_polina_bublik / Shutterstock / FOTODOM
При этом нужно учитывать, что российские моря Восточной Арктики — основной климатически значимый природный источник выброса метана в атмосферу. Все дело в гигантском метановом потенциале и малой глубине шельфа, что позволяет всплывающим пузырям метана достигать атмосферы.
Выбросы пузырькового CH4 зарегистрированы во многих районах Мирового океана, включая море Ботфорта, Охотское и Черное, район Шпицбергена, гидротермальные системы Тихого и Атлантического океанов. Однако во всех этих районах разгрузка метана происходит на больших глубинах, что приводит к практически полному его растворению в водной толще.
Ученые России, Швеции, Канады, США, Норвегии и других стран пока не могут оценить реальные масштабы проблемы. Выше шла речь об экстремальных сценариях, а как обстоят дела на самом деле, пока до конца не ясно. Однако в любом случае, по словам ведущего автора исследования об экономических последствиях выхода метана в Восточной Арктике профессора Гейл Вайсман, глобальные последствия потепления всего региона — это «экономическая бомба замедленного действия». Для того чтобы понять, насколько замедленного, необходимо создать крупный международного проект под эгидой России, убежден Семилетов.
Сейчас российские ученые занимают лидирующие позиции в изучении выхода метана в морях Восточной Арктики. Образовался целый консорциум, объединяющий специалистов ведущих вузов страны. К его работе подключился и Международный научный центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус».
Кроме того, в середине февраля корпорация Google и Фонд защиты окружающей среды запустили в космос спутник для поиска утечек метана на Земле. Аппарат измеряет данные в крупных нефтегазовых регионах, а их анализом занимается специально разработанная для этих целей модель искусственного интеллекта. Данные будут публиковаться в открытом доступе на сайте проекта.
Дистанционное зондирование земли с орбиты помогает изучать Арктику, но достоверно оценить объемы выхода метана в регионе из космоса вряд ли получится
Фото: © Artsiom P / Shutterstock / FOTODOM
«За последние 20 лет было много заявлений об эффективном спутниковом мониторинге источников атмосферного метана начиная с систем AIRS. К сожалению, до настоящего времени нет ни одной работы по арктическому региону по картированию содержания метана с калибровкой по прямым измерениям. На разных сайтах можно найти много карт распределения концентраций метана, но ни одной публикации в серьезном журнале нет», — объясняет Игорь Семилетов.
По словам ученого, главными методами оценки потоков CH4 остаются акустические, результаты которых верифицируются прямыми измерениями концентрации метана со дна, а также обратными расчетами, то есть мониторингом объема атмосферного метана участниками морских экспедиций и сотрудниками профильных станций, которые сопровождаются детальными изтопными исследованиями. Это необходимо для выявления генезиса метана.
«К сожалению, в акватории Северного морского пути, а это около 3 млн кв. км, существует только одна станция атмосферного мониторинга — в Тикси, чего совершенно недостаточно. При этом в мировую базу данных NOAA засчитываются только данные измерений в отобранных герметичных сосудах, что совершенно недостаточно для тестирования инверсионных атмосферных моделей переноса метана и выявления мощности источников в Арктике. Поэтому альтернативы исследованиям с научных судов пока не просматривается. Опять же как выявить источники пузырькового метана без отбора газа и изотопного анализа без проведения морских экспедиций?» — рассуждает океанолог.
Замерзшие пузыри метана на озере Байкал
Фото: © muratart / Shutterstock / FOTODOM
Ученый считает, что при наличии федерального финансирования на основе 25-летнего исследования потоков парниковых газов в арктической сибирской системе «суша — шельф» его группа могла бы в кратчайшие сроки модифицировать и масштабировать климатический мониторинг акватории Северного морского пути на мировом уровне, что подтверждается более чем 300 статей, опубликованных в журналах первого квартиля, включая около 20 статей в топ-журналах Science, Nature.
Выход гидратов в атмосферу может стать проблемой мирового масштаба. Но для того чтобы досконально изучить угрозу и оценить ее уровень, необходимы дополнительные исследования. Сейчас почти все внимание мирового сообщества приковано к влиянию антропогенных выбросов, которое, безусловно, тоже нельзя сбрасывать со счетов. Но может оказаться, что главная опасность кроется в арктическом шельфе, а не в трубах заводов. Ведь планетарный максимум атмосферного метана сформировался именно над Арктикой, а не над умеренными широтами Северного полушария, где сконцентрирована основная антропогенная деятельность на Земле.
