Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


А. Огнёв
Откуда жизнь? Еще теплее!


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир


У. Айзексон
«Инноваторы». Глава из книги


Н. Резник
Жираф большой, ему видней, и сам он хорошо заметен


М. Софер
Куда уходит лето?


С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Колебания метана в атмосфере: человек или природа — кто кого


Мощнейшее извержение филиппинского вулкана Пинатубо в июне 1991 года, с одной стороны, ослабило поток ультрафиолетового излучения, чем способствовало накоплению метана. С другой — повлекло заметное похолодание в Северном полушарии, способствовавшее ослаблению эмиссии метана из болот. В сумме с третьим фактором — сокращением антропогенной эмиссии метана из-за резкого спада в экономике бывшего СССР — это привело к существенному уменьшению поступления метана в атмосферу в тот период. Фото с сайта gelz.net
Мощнейшее извержение филиппинского вулкана Пинатубо в июне 1991 года, с одной стороны, ослабило поток ультрафиолетового излучения, чем способствовало накоплению метана. С другой — повлекло заметное похолодание в Северном полушарии, способствовавшее ослаблению эмиссии метана из болот. В сумме с третьим фактором — сокращением антропогенной эмиссии метана из-за резкого спада в экономике бывшего СССР — это привело к существенному уменьшению поступления метана в атмосферу в тот период. Фото с сайта gelz.net

Содержание в атмосфере метана — одного из важнейших парниковых газов — росло очень быстро на протяжении последних двух столетий, однако в конце ХХ века этот рост почему-то замедлился. Есть ли повод для успокоения? Нет, поскольку это временное явление, результат случайного стечения обстоятельств. К такому выводу пришла недавно большая группа специалистов разных стран, опубликовавшая результаты своего исследования в одном из последних номеров журнала Nature.

Среднее содержание метана CH4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO2), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО2. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. (Без парниковых газов — СO2, паров воды, метана и некоторых других примесей — средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C).

Судя по анализу пузырьков воздуха, запечатанных во льдах Антарктиды, содержание метана за последние 400 тысяч лет демонстрировало колебания, практически совпадающие с колебаниями содержания углекислого газа (СО2) и изменениями температуры, хотя механизмы образования этих газов, так же как механизмы изъятия их из атмосферы, совершенно разные. Метан образуется прежде всего в результате деятельности бактерий-метаногенов, в ходе реакций, необходимых им для получения энергии. Метаногены, представители древней группы архебактерий, почти всегда участвуют в разложении органического вещества, если оно происходит в анаэробных условиях (то есть в отсутствие кислорода). Поэтому основные места образования метана — это болота, мусорные свалки, рисовые поля, кишечник жвачных животных и кишечник термитов.

Кроме того, метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены (см. Александр Марков, Растения выделяют метан. Биохимики и климатологи в ужасе; А. М. Гиляров, Загадочное образование метана растениями).

Изменения содержания СО2 (самый верхний график), метана (третий сверху график) и температуры (второй сверху график) за 420 тысяч лет (по данным анализа пузырьков воздуха во льду Антарктиды). Ледовый керн получен на российской станции «Восток». Годы отложены по оси абсцисс. Видно, что в масштабах десятков и сотен тысяч лет содержание углекислого газа и метана меняется сходным образом. Совершенно так же меняется и температура. Рис. из статьи Petit J.R. et al. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica // Nature. 1999. V.399. P.429-436
Изменения содержания СО2 (самый верхний график), метана (третий сверху график) и температуры (второй сверху график) за 420 тысяч лет (по данным анализа пузырьков воздуха во льду Антарктиды). Ледовый керн получен на российской станции «Восток». Годы отложены по оси абсцисс. Видно, что в масштабах десятков и сотен тысяч лет содержание углекислого газа и метана меняется сходным образом. Совершенно так же меняется и температура. Рис. из статьи Petit J.R. et al. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica // Nature. 1999. V.399. P.429-436

Основной механизм изъятия метана из атмосферы — окисление его в верхних слоях атмосферы гидроксильным радикалом OH, который образуется под действием солнечного света из озона и паров воды. В свободном состоянии гидроксильный радикал пребывает очень недолго — около секунды, поскольку вступает в реакцию с другими веществами.

Если проследить за сезонными и межгодовыми изменениями концентрации метана в атмосфере на разных широтах, по меридиональному разрезу от Северного полюса до Южного (см. рис.), то получится трехмерный график («одеяло со складками»), очень напоминающий аналогичный график для СО2. В атмосфере над Северным полушарием метана больше, чем над южным. Это неудивительно — ведь основные источники метана находятся на суше, а Северное полушарие (в отличие от Южного, океанического) — континентальное. В этом легко убедиться, если посмотреть на глобус со стороны северного и южного полюсов.

Сезонные изменения содержания метана в атмосфере с 1996-го по 2005 г., прослеженные по меридиональному разрезу от Северного полюса до Южного. В Северном (континентальном) полушарии концентрация метана существенно выше, а сезонные колебания выражены сильнее, чем в Южном (океаническом). Рис. из статьи Jos Lelieveld. Climate change: A nasty surprise in the greenhouse // Nature. 2006. V.443. P.405-406. Figure courtesy: Dlugokencky E.J. et al. Atmospheric methane levels off: Temporary pause or a new steady-state? // Geophys. Res. Lett. 2003. V.30. P.1992
Сезонные изменения содержания метана в атмосфере с 1996-го по 2005 г., прослеженные по меридиональному разрезу от Северного полюса до Южного. В Северном (континентальном) полушарии концентрация метана существенно выше, а сезонные колебания выражены сильнее, чем в Южном (океаническом). Рис. из статьи Jos Lelieveld. Climate change: A nasty surprise in the greenhouse // Nature. 2006. V.443. P.405-406. Figure courtesy: Dlugokencky E.J. et al. Atmospheric methane levels off: Temporary pause or a new steady-state? // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. P. 1992

Сезонные изменения содержания СН4 в атмосфере определяются меняющимся соотношением интенсивности процессов его образования и разрушения. Например, снижение концентрации метана за летний период объясняется тем, что именно в это время, в условиях более яркого солнечного излучения, с максимальной активностью происходит окисления его гидроксильным радикалом. Если не знать об этом механизме изъятия метана из атмосферы, то летнее снижение его содержания в атмосфере может показаться странным, так как активность бактерий-метаногенов, продуцирующих метан, в это время как раз максимальная.

Рост концентрации метана в атмосфере вызывает немалое беспокойство. За последние два столетия она возросла в два раза, в то время как углекислого газа — только на четверть (см. рисунок с данными по ледовым кернам за последнюю тысячу лет). В 1970-80-е годы рост метана был особенно заметен, но в последнее десятилетие ХХ века он, по не очень понятным причинам, резко замедлился.

Изменения содержания метана в атмосфере с 900-го до 2000 г. нашей эры (по данным анализа пузырьков воздуха, запечатанного во льду Антарктиды и Гренландии). Синяя линия в правой, самой верхней части графика соответствует измерениям в атмосфере на Северном полюсе. Значения концентрации метана по оси Y — в миллионных частях (т.е. цифры на шкале соответствуют диапазону от 0,6 до 1,7 ppm. Разные значки соответствуют разным местам взятия колонок льда (красные значки — Антарктида, синие — Гренландия). Рис. с сайта www-lgge.ujf-grenoble.fr
Изменения содержания метана в атмосфере с 900-го до 2000 г. нашей эры (по данным анализа пузырьков воздуха, запечатанного во льду Антарктиды и Гренландии). Синяя линия в правой, самой верхней части графика соответствует измерениям в атмосфере на Северном полюсе. Значения концентрации метана по оси Y — в миллионных частях (т.е. цифры на шкале соответствуют диапазону от 0,6 до 1,7 ppm. Разные значки соответствуют разным местам взятия колонок льда (красные значки — Антарктида, синие — Гренландия). Рис. с сайта www-lgge.ujf-grenoble.fr

Чтобы разобраться в причинах наблюдаемых явлений, Филипп Буске (Philippe Bousquet) из Лаборатории изучения климата и окружающей среды (Жиф-сюр-Иветт близ Парижа) совместно с большой группой исследователей из Франции, США, Нидерландов, ЮАР и Австралии детально проанализировали изменения в содержании метана в атмосфере на разных широтах в период с 1984-го по 2003 год. При этом они использовали так называемую «инверсионную модель», то есть двигались от конечного результата — наблюдаемого количества метана — к исходным разнонаправленным процессам его поступления в атмосферу и изъятия из нее. Авторы пришли к выводу, что основная причина межгодовых различий в поступлении метана — это изменение состояния болот. Похолодание ведет к ослаблению эмиссии метана, но и сильная жара также не способствует его накоплению, так как многие болота просто высыхают.

Резкое снижение темпов роста содержания метана в атмосфере в 1991-93 годах (см. рисунок из обсуждаемой статьи) стало итогом взаимодействия трех факторов. Во-первых, мощнейшее извержение филиппинского вулкана Пинатубо в июне 1991 года привело к попаданию в атмосферу огромного количества аэрозолей, что сильно ослабило поток ультрафиолетового излучения, необходимого для образования гидроксильного радикала — главного окислителя метана, и, соответственно, способствовало накоплению этого газа. Во-вторых, в Северном полушарии, опять же из-за извержения вулкана Пинатубо, наступило заметное похолодание (что вело к ослаблению эмиссии метана из болот). В-третьих, в это время наблюдался резкий спад в экономике бывшего СССР, из-за чего на большой территории уменьшилась антропогенная эмиссия метана. Суммарное воздействие второго и третьего фактора, ведущих к уменьшению поступления метана в атмосферу, оказалось более значимым, чем влияние первого фактора, ведущего к накоплению метана.

Колебания прироста содержания метана (в частях на миллион за год) в период с 1985-го по 2003 год. Отдельно приведены значения для высоких и умеренных широт южного полушария (красная линия), высоких и умеренных широт северного полушария (зеленая линия), тропической зоны (красная линия) и для всего земного шара (черная линия). Светло-серыми полосами выделены периоды Эль-Ниньо (нередко сопровождаются засухами); темно-серая область — это период последствий крупнейшего извержения вулкана Пинатубо, выбросившего в атмосферу огромное количество пепла и аэрозолей. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature
Колебания прироста содержания метана (в частях на миллион за год) в период с 1985-го по 2003 год. Отдельно приведены значения для высоких и умеренных широт южного полушария (красная линия), высоких и умеренных широт северного полушария (зеленая линия), тропической зоны (красная линия) и для всего земного шара (черная линия). Светло-серыми полосами выделены периоды Эль-Ниньо (нередко сопровождаются засухами); темно-серая область — это период последствий крупнейшего извержения вулкана Пинатубо, выбросившего в атмосферу огромное количество пепла и аэрозолей. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Наблюдаемое в 1997-98 годах увеличение содержания метана связано прежде всего с резкой климатической аномалией. Мощное Эль-Ниньо и сильнейшая засуха в Индонезии, сопровождающаяся крупными торфяными пожарами, способствовали поступлению в атмосферу большого количества метана. Параллельно сократилось окисление метана гидроксильным радикалом, так как последний расходовался также на окисление монооксида углерода — газа, который в большом количестве образовывался в результате тех же пожаров.

В 1999 году эмиссия из антропогенных источников снова возросла (экономический бум в Китае), но это не привело к серьезному изменению содержания СН4, поскольку сопровождалось снижением эмиссии из заболоченных территорий. Если же эмиссия из болот вновь возрастет до уровня 1997-98 года, то за счет антропогенных источников рост концентрации метана продолжится. Таким образом, наблюдавшееся недавно снижение темпов накопления метана в атмосфере есть временное явление, вызванное чисто случайным стечением обстоятельств — как природных, так и связанных с деятельностью человека.

Источник: P. Bousquet, P. Ciais, J. B. Miller, E. J. Dlugokencky, D. A. Hauglustaine, C. Prigent, G. R. Van der Werf, P. Peylin, E.-G. Brunke, C. Carouge, R. L. Langenfelds, J. Lathière, F. Papa, M. Ramonet, M. Schmidt, L. P. Steele, S. C. Tyler and J. White. Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric methane variability // Nature. 2006. V. 443. P. 439-443.

См. также:
Таяние вечной мерзлоты ведет к выбросу в атмосферу миллионов тонн метана, «Элементы», 11.09.2006.
Растения выделяют метан. Биохимики и климатологи в ужасе, «Элементы», 16.01.2006.

Алексей Гиляров


Комментировать



Последние новости: КлиматЭкологияАлексей Гиляров

26.09
Муравьи-листорезы при уходе за потомством используют противогрибковый препарат
12.07
Антропогенные факторы стали причиной исчезновения двух видов австралийских грызунов
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
4.05
Рост концентрации CO2 в атмосфере способствует увеличению растительного покрова
24.02
Борнео — центр эндемизма птиц современной Индонезии
22.01
Дельфины помогают олушам ловить сардин
11.01
Голоценовые биосообщества изменились после расселения человека по Земле
27.11
Глобальная температура в 2015 году с запасом побьет прошлогодний рекорд
26.11
Коммуны миролюбивых пауков погибают быстрее, чем агрессивных

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия