Арктическая вечная мерзлота начинает таять и освобождает богатые запасы органического углерода ледникового периода.
В 2007, ученые, занимающиеся исследованием ледяных вод Северного Ледовитого океана начали замечать некоторые тревожные признаки. Приблизительно в половине образцов морской воды, концентрация свободного метана была в два - десять раз выше чем в образцах, взятых в течение предыдущих лет от тех же самых местах. Тогда, прошлым летом, они наблюдали большие кольца газа — иногда шириной до 30 сантиметров в диаметре — пойманный в ловушку во льду, так же как перьях метана, пузырящихся к поверхности более чем сотни квадратных километров мелких вод по сибирской Полке.
Команда, из России и других стран, представила их результаты на конференции Американского Геофизического Союза в декабре, где ученые осторожно высказали их озабоченность, в том, что большие количества метана становятся дестабилизированными, поскольку планета — и океан — нагреваются. Исследователи долго размышляли, что нагревание могло открыть обширные хранилища парникового газа в местах, где он находится в замороженном виде под морским дном и запертый в арктических почвах. Если бы эти хранилища оттаяли, то это почти наверняка вызвало бы резкое изменение климата. Метан нагревает атмосферу в 25 раз более эффективно, чем углекислый газ, и его выпуск мог дать движение положительной ветви обратной связи, который нагревая метан предыдущих выпусков, вызывая далее нагревание, которое освобождает еще больше газа. Случалось ли это уже или нет?. Ученые торопятся , чтобы понять, что арктический выброс метана является аномальным или это часть долговременной тенденции. Наталия Шахова, биохимик в Университете Аляски, Фэрбенкс, и один из лидеров исследования Сибирского шельфа, говорит, "Два года ничтожный срок геологических часах времени." Джеймс Кеннетт, геолог в Университете Калифорнии, Санта-Барбары, согласен и счиатет, что очень возможно, что арктические выбросы метана "только просто не были исследованы прежде."
Но полученные данные являются частью растущей тенденции, в которой ученые видят угрозу большую. чем в углекислом газе. Хотя человеческая деятельность повысила атмосферные концентрации метана на 150 процентов, начиная с промышленой революции — главным образом через сельское хозяйство. Это закапывания мусора, горение биомассы и использования ископаемого топлива — это не ничто по сравнению с количествами, которые могли быть выпущены из замороженных хранилищ. "Эти хранилища конкурируют с ископаемым топливом по их размеру. Это как дополнительная поставка угля, нефти и природного газа там, что мы не можем управлять," говорит Джеймс Вайт, геохимик из Университета Колорадо.
Некоторые из этих хранилищ принимают форму газа, пойманного в ловушку в ледяных решеток водородных соединений, известных как гидраты или клатраты, которые находятся в порах под морским дном. В мелких морских отложениях, например на Сибирском шельфе, гидраты покрыты слоем замороженной почвы, названной вечной мерзлотой, это защищает их от таяния. И здесь и на земле, вечная мерзлота хранит обширные количества углерода, который может быть преобразован в метану. Богатая органическим материалом от мертвых растений и трупов животных,тающая вечная мерзлота становится изобилующей производящими метан микробами, которые выпускают газ в атмосфере. Некоторые сравнили это с разморозкой гигантского морозильника: Нагревание температур могло освободить древний углерод, это было благополучно убрано в течение многих тысяч лет. "Мы поместили углерод в этот банк в течение 10 000 лет," говорит Вайт. " Это так холодно, что это не распадается далеко. Но поскольку климат нагревается, Вы начинаете вынимать это из банка. "
"Размеры этих хранилищ сопоставимы с размером месторождений топлива. Это больше походит на наличие дополнительной поставки угля, нефти и природного газа там, где мы не можем управлять."
Джеймс Вайт
Хотя быстрый выпуск метана может походить на научную фантастику, это не является вымыслом: метан подозревается в участии практически во всех драматических периодах потепления в истории Земли. Так, что есть повод тревожится об этом газе и его потенциальном ответе на потепление. "Пугает то,что мы не можем, даже сказать, какая причина этого явления," говорит Мартин Кеннедай, геолог Университета Калифорнии."Единственное, что мы знаем, что положение серьезно уже сейчас."
Ослабление крышки
Сибирский шельф хранит приблизительно 1 400 миллиардов тонн метана в газовых гидратах, и содержит вдвое больше углерода , чем содержится во всех деревьях, травах и цветах на планете. Если бы только один процент из этого хранилища уйдет в атмосферу в течение нескольких десятилетий, то этого будет достаточно, чтобы вызвать резкое изменение климата, говорит Шахова. "Когда гидраты дестабилизированы, газ выпускается под очень высоким давлением," говорит она. "Таким образом эмиссия может быть массивной и спонтанной." Шахова и ее коллега Игорь Семилетов Университета Аляски, Фэрбенкс, уверены, что выбросы метана, которые они наблюдали, подтверждают предыдущие сообщения, что вечная мерзлота начинает дестабилизироваться, позволяя метану уходить из замороженных гидратов. " Вечная мерзлота под морем походит на скалу," объясняет Семилетов. "Это работает как крышка, чтобы предотвратить выброс любого газа. Мы полагаем, что вечная мерзлота под морем не в состоянии запечатать древнее углеродные соединения ." Но Кэролин Раппель, геофизик в Американском геологическом обзоре пишет,что не готова приписать выбросы метана к дестабилизации в гидратах метана в вечной мерзлоте под морем. "Мы имеем доказательства исследований, которые были выполнены в последние несколько лет и что есть много метана на морском мелководье недалеко от берега в Арктике," говорит Раппель. "Но мы можем доказать, что метан прибывает от гидратов метана? Это - сложный вопрос."
Хотя гидраты метана - возможно самый неизученный элемент экосистемы, ученые - одинаково, если не больше, заинтересованный получить информацию о тающей вечной мерзлоте в Арктике, где изменения являются уже стремительными. Вечная мерзлота в Северном полушарии, как считают, содержит приблизительно 950 миллиардов тонн углерода; немного меньше чем половина из этого сохраняется в очень богатой органикой вечной мерзлоте, большая часть которого была заморожена с Плейстоцена, 10 000 лет назад. Вечная мерзлота занимает приблизительно один миллион квадратных километров земли, главным образом в Сибири, где Катей Уолтер, эколог от Университета Аляски, Фэрбенкс, исследует реки и озера, замороженную почву и даже выдающиеся гигантские кости, чтобы изучить метан, происходящий от таяния вечной мерзлоты. "Мы нашли, что намного больше метана просачивается, где есть размораживание вечной мерзлоты," говорит Уолтер.
Между 1974 и 2000, эмиссия метана увеличилась на 58 процентов в северной Сибири, где команда Уолтера сосредоточила их исследование. В отчете, опубликованном Nature , они приписали это увеличение к тающей вечной мерзлоте, которая формирует водоемы и озера на поверхности земли. К тому же, они нашли, что положительная обратная связь прекратилась: углерод плейстоцена выпускал метан, который вызывал потерю еще более древнего углерода в вечной мерзлоте. Уолтер и ее коллеги рассчитывают, что древний углерод, сохраненный здесь повысил бы текущие уровни атмосферного десятикратного метана, если бы это был выброс. В целом, Уолтер и коллеги предупреждают, все-еще-замороженная Сибирь, ледяной углерод эры возраста мог быть 'бомбой замедленного действия метана'. Ученые колеблются размышлять на том, ли и когда эта бомба замедленного действия будет взорвана. Но, говорит Уолтер, "Вечная мерзлота нагревается и тает теперь. Ускорение должно произойти в течение следующего столетия."
Признак, что это ускорение, возможно, уже началось, поступает от ученых, которые контролируют концентрации газа в атмосфере. Оставшись устойчивым в течение десятилетия, атмосферные уровни метана, внезапно выросли в 2007 (рис. 1). Еще не ясно, откуда дополнительная эмиссия прибыла и почему уровни метана увеличились однородно поперек земного шара. Но может быть объяснение повышения эмиссии в Северном полушарии, по крайней мере. Говорит Мэтью Ригбай, доктор, исследователь в Массачусетского технологического в Кембридже и ведущем авторе недавнего исследования, анализируя тенденцию, ", Если я должен был поместить мои деньги в это, я поместил это в увеличивающуюся эмиссию от северных заболоченных мест." Это, однако, приглашает вопрос, почему северные заболоченные места выпускают больше метана? "Некоторые волнуются, что это может быть начало таяния вечной мерзлоты," говорит Ригбай. "Мы не можем исключить это."
Эд Длагокенкай, атмосферный химик из американской Национальной Океанографической и Атмосферной Администрацией в Валуне, Колорадо, кто наблюдает за их программой измерения атмосферного метана, говорит, что признаки - то, что глобальные уровни метана оставались высокими в 2008, но он ожидает видеть возвращение к предыдущим уровням в долгосрочном периоде. "Если я должен был сделать предсказание о том, что собирается случиться в будущем, основанном на прошлых трех десятилетиях наблюдений, я сказал бы, что если концентрация метана не будет увеличиваться или даже будет падать, прежде, чем мы видим эффекты потеплевшего климата от метана," говорит Длагокенкай. Вайт соглашается и говорит, что слишком рано говорить, является ли это простой вспышкой или истинным сигналом, что изменение проявится далее . "Я думаю, что нам нужно два - три года или больше на исследования, что бы увидеть , что будет происходить с увеличенной концентрацией метана, чтобы сделать сильное утверждение, что начинается,деградация вечной мерзлоты, которая приводит к увеличению метана," говорит Вайт.
Но что является очевидным это то, что, если эмиссия метана начнется, небольшие запасы под арктической тундрой и теми, которые находятся по краям континентального шельфа — вероятно будут первыми, чтобы дать температурное повышение на 1 °C., при этом на морском дне небольшие мелкие клатраты будут разрушаться, согласно недавнему исследованию Мэтью Ригана и Джорджа Моридиса Лоренса, Беркелевская национальная Лаборатория в Беркли, Калифорния. Глубоководные океанские гидраты, с другой стороны, более вероятно, останутся неповрежденными при повышение температур, по крайней мере при умеренном уровне нагревания. Дэвид Аркэр, океанограф от Университета Чикаго, и его коллеги нашли, что, если температуры в глубоком океане повысятся примерно до 3 °C, почти триллион тонн углерода может быть выпущен от океанских клатратов. Аркэр указывает, что температурные изменения в тех океанских глубинах являются небольшими пока, но говорит, что "причиной, этого кажется, страшно большое количество метана."
"Между нынешним годом и 2100, я волновался бы больше о мелководье и вечной мерзлоте, являющихся источниками метана, которые тают, чем о глубоководных," говорит Жан-Франко Ламаржье, Американский национальный центр атмосферных исследований. В недавнем исследовании, Ламаржье рассмотрел удвоение атмосферных концентраций CO2 могло бы затронуть подморские гидраты. Он заключил, что нагревание океанского дна в течение наступившего столетия вряд ли вызовет метановый выпуск в глубоком океане, сопоставимый с "атмосферными значениями".
Исследование Дианы Фроез,Университета Альберты и коллег предлагает, что это может также быть верно для метана, похороненного глубоко под землей. Они обнаружили вечную мерзлоту на несколько метров ниже поверхности в северо-западной Канаде, которая датировалась больше чем 700 000 лет, предлагая, что это пережило климаты, более теплые, чем сегодняшний. Фроез говорит, что, в то время как их полученные данные предлагают, глубокая вечная мерзлота устойчива, исследование не имеет никакого опирания на более мелкие участки. "Есть реальная потребность в беспокойстве о нагревании будущего и мелкой неустойчивости вечной мерзлоты," говорит Фроез.
Если бы такие проблемы подтверждены, изменение не было бы беспрецедентно. В течение Плейстоцена, который длился приблизительно от 1.8 миллиона лет назад до 10 000 лет назад, ледяные пласты скрыли большую часть Северной Америки и Евразии, и животных, типа мамонтов и мастодонтов, загромождаемых вокруг на замороженной, ледяной тундре. Эта эра была принесена к резкому концу быстрым периодом потепления, который вызвал широко распространенное ледниковое таяние, подъем морских уровней на больше чем сто метров и вызвал массовое исчезновение животных. Согласно исследованию Катей Уолтер и ее коллеги, метан, поднимающийся от дна арктических озер объясняли между 30 и 87 процентов повышения атмосферного метана, который помог положить конец Плейстоцену. Эти озера теперь составляют шесть процентов глобальной эмиссии метана. "Таким образом мы знаем, что они имеют потенциал, чтобы стать еще большим источником в будущем," говорит Уолтер.
Позже, Мартин Кеннедай и коллеги сообщили в Nature, что массовый выпуск метана приблизительно 635 миллионов лет назад, возможно, положил конец прошлому 'периоду' Земли , когда ледяные пласты простирались до экватора. Согласно их анализу, это было периодом резкого ледникового таяния и дестабилизации гидратов метана. Хотя нет широко распространенного соглашения о том, что метан роли играл в периоды резкого изменения климата в истории Земли, ", Когда мы смотрим на геологический отчет, в критических порогах, метан вовлечен в почти все те возникновения," говорит Кеннедай.
Кроме надевания лучшей ручки, как метан мог бы затронуть наше будущее, также рассматривают ученые, как мы могли предотвратить его выпуск. Один инновационный подход - научный запас в северо-восточной Сибири, известной как Парк Плейстоцена, созданный Сергеем Зимовым, директором Северо-восточной Станции Науки, России. В предложении держать замороженную вечную мерзлоту, Зимов работает, чтобы найти животных, которые напоминают мегафауну Плейстоцена и восстановить древнюю экосистему поля и степи. Растительность степи отражает больше солнечного света чем теперь-доминирующие леса и заболоченные места, уменьшают летнюю высокую температуру. Кроме того, животные растаптывают внизу снег, когда они ищут фураж, и получается более плотный снежный покров, обеспечивающий большую изоляцию, позволяя основанию ниже этого уровня промерзнуть намного глубже зимой, объясняет Зимов. " Все, что мы должны сделать, чтобы превратить текущие экосистемы низкой производительности в степь высокой производительности, должно ввести достаточно высокоудельный вес животных и затем позволить им преобразовывать экосистему самостоятельно," он говорит. Северные сибирские равнины содержит приблизительно 500 миллиардов тонн углерода, сохраненного вечной мерзлотой, так, если бы они должны были таять, говорит Зимов, "весь этот углерод был бы быстро преобразован в парниковый газ." Пока, Зимов и его коллеги вводят лошадей, северного оленя и американского лося, в ближайшем будущем они надеются ввести овцебыков, козлов горы и бизона.
В нескольких других местах в мире, включая Нидерланды, просачивается газ метана, избегающий естественно из, захватывается и используется как источник энергии. Уолтер говорит, что есть потенциал, чтобы применить это в местном масштабе в местах, типа аляскинских деревень, таким образом используя природный газ и уменьшая потребность отправить дизельные топлива к отдаленным местоположениям.
Но в то время как такие усилия при обуздывании марша метана вперед, разведчики энергии исследуют, как они могли бы быть в состоянии выявить обширные склады газа на морском полу — практике, которая могла потенциально ввести изолированные газы в окружающую среду. Вместо того, чтобы использовать газы, которые уже убегают, это вовлекло бы добывающие газовые бассейны гидрата для энергии. Один такой проект между американским правительством и гигантом энергии БАЗОВАЯ ТОЧКА начал моделировать газовые гидраты, чтобы определить, жизнеспособен ли процесс коммерчески. Другие страны, включая Японию, Южную Корею, Китай и Индию, инвестируют существенные количества в подобное исследование. Соединенные Штаты, как полагают, держат приблизительно 5 700 триллионов кубических метров газовых гидратов — это - почти 9 000 раз текущее ежегодное потребление природного газа страны, делая потенциально очень прибыльные ресурсы. Но для их части, некоторые исследователи климата надеются, что клатраты метана останутся правильными, где они - в течение очень долгого времени. "Это кажется ко мне технологически очень трудным, если не опасный," говорит Белый. "Это - гигант сна, который нужно оставить спящий."
Пока, ученые работают быстро, чтобы ответить на нажим, все же основные вопросы, типа того, сколько метана могло быть выпущено в результате нагревания, и когда. "Мы сначала должны казаться наукой, чтобы использовать как основание для того, чтобы понять то, чем является эмиссия метана и как они могут изменяться прямо сейчас," говорит Раппэль. Тем временем, насколько заинтересованный мы должны быть о возможности катастрофы климата, следующей из метана? "Вероятно безопасно сказать, что мы не знаем," говорит Вайт. "Но если есть бомба пометки в комнате, Вы хотели бы знать возможность об этом уход. Факт, что это является там вообще, расстраивает."
