Выделение метана из сибирских талых озер ускорило окончание ледникового периода

Талые озера, называемые также термокарстовыми, — один из важнейших источников парниковых газов. На снимке: талые озера в Северном Квебеке (Канада). Фото с сайта www.cen.ulaval.ca
Талые озера, называемые также термокарстовыми, — один из важнейших источников парниковых газов. На снимке: талые озера в Северном Квебеке (Канада). Фото с сайта www.cen.ulaval.ca

Эколог Сергей Зимов вместе с американскими коллегами недавно обнаружил, что из озер, образующихся в результате таяния вечной мерзлоты на севере Сибири, в атмосферу ежегодно поступает около 4 млн тонн метана, что способствует дальнейшему потеплению климата. В новом исследовании Зимов и его коллеги показали, что тот же механизм работал и во время великого потепления на рубеже плейстоцена и голоцена (14–9 тысяч лет назад).

«Элементы» уже сообщали об исследованиях Сергея Зимова и его коллег, вскрывших важный механизм положительной обратной связи между потеплением в Арктике и выделением парниковых газов из термокарстовых озер, образующихся в результате таяния вечной мерзлоты (см.: Таяние вечной мерзлоты ведет к выбросу в атмосферу миллионов тонн метана, «Элементы», 11.09.2006). Напомним вкратце суть открытия. Обширные площади на севере Сибири заняты так называемой едомой — разновидностью вечной мерзлоты, отличающейся очень высоким содержанием льда (50–90%) и органики плейстоценового возраста (до 2%). Эта органика захоронилась в мерзлоте в те времена, когда на месте нынешних пустынных тундр, болот и тайги простирались высокопродуктивные «мамонтовые степи», кормившие многомиллионные стада крупных травоядных. При таянии едомы образуются озера, на дне которых в бескислородных условиях древняя органика перерабатывается микробами, выделяющими в качестве отходов жизнедеятельности метан. В результате талые озера северной Сибири становятся настоящими фабриками по производству метана — мощного парникового газа, накопление которого в атмосфере ведет к еще большему потеплению климата.

В новой статье, опубликованной в журнале Science, Сергей Зимов и его коллеги из США и Великобритании приводят аргументы в пользу того, что данный механизм положительной обратной связи начал работать уже во время глобального потепления, которое привело к отступлению ледников в Евразии и Америке 14–9 тысяч лет назад. Именно в это время, на рубеже плейстоценовой и голоценовой эпох, произошла крупнейшая экологическая катастрофа — гибель экосистемы мамонтовых степей и массовое вымирание крупных животных в Евразии и Америке (см.: Массовое вымирание крупных животных в конце плейстоцена).

В ходе послойного изучения химического состава антарктических и гренландских льдов было установлено, что во время великого потепления на рубеже плейстоцена и голоцена наблюдался ряд резких (происходивших в течение нескольких десятков лет) подъемов среднегодовых температур, за которыми следовали более медленные, растягивавшиеся на 200–300 лет, периоды роста концентрации метана в атмосфере. Сравнение содержания метана в антарктических и гренландских льдах также показало, что в Северном полушарии метана выделялось значительно больше, чем в Южном. В бореально-арктической зоне существовал какой-то особый источник атмосферного метана, который работал наиболее активно в период от 11,5 до 9 тысяч лет назад.

Ранее были предложены две гипотезы о причинах роста содержания атмосферного метана в конце плейстоцена. Согласно первой из них, метан выделялся из метангидратов, содержащихся в морских донных отложениях. Вторая гипотеза предполагает, что главным источником метана были северные болота. Зимов и его коллеги предлагают третью гипотезу, согласно которой важную роль в повышении концентрации метана сыграли термокарстовые озера. Они существенно отличаются от болот по своим физическим и экологическим характеристикам и практически не учитываются в имеющихся моделях.

Для подтверждения своих идей авторы приводят большой набор фактов. Они отмечают, что во время последнего ледникового максимума (15 000 лет назад), когда уровень моря был на 120 м ниже нынешнего, едома была распространена гораздо шире, чем сейчас, поскольку она, вдобавок к своей нынешней территории на северо-востоке Северной Сибири (около 1 млн км2), занимала еще примерно 0,9 млн км2 обнаженного арктического шельфа. Талые озера, образующиеся на едоме, раз возникнув, продолжают расширяться и углубляться в течение долгого времени. Срок жизни термокарстового озера колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч лет (чтобы определить срок жизни озера, авторы сравнивали радиоуглеродные датировки самых нижних и самых верхних слоев озерных отложений). В некоторых низменных районах Северо-Восточной Сибири до 100% всей территории «перепахано» такими озерами — как современными, так и существовавшими в прошлом.

Авторы оценили скорость появления новых талых озер в конце плейстоцена — голоцене на основе радиоуглеродных датировок остатков животных и растений, происходящих из нижней (самой древней) части озерных отложений. Часть датировок авторы получили сами, часть взяли из литературы. В общей сложности удалось датировать моменты появления 83 озер. Полученные даты находятся в интервале от 40 до 27 000 лет назад. Судя по этим данным, больше всего термокарстовых озер появилось в период от 14 до 9 тысяч лет назад, причем скорость появления озер неплохо коррелирует с концентрацией атмосферного метана (см. рис.). Авторы оценивали именно скорость появления новых озер, а не их суммарное количество или площадь, поскольку, как показали их измерения, эмиссия метана зависит не столько от площади озера, сколько от его возраста: больше всего метана производят самые молодые, только что образовавшиеся озера.

По расчетам авторов, в начальный период массового образования термокарстовых озер 14–13 тысяч лет назад они выделяли около 11 тераграммов (1 Тг = 1 × 1012 г = 1 млн тонн) метана в год. В течение последующих 1500 лет эмиссия метана талыми озерами составляла 8–9 млн тонн в год, после чего скорость образования талых озер резко подскочила, и в течение 2,5 тысяч лет (от 11,5 до 9 тысяч лет назад) они выделяли примерно 26 млн тонн метана в год. После этого образование талых озер замедлилось. Эмиссия метана снизилась и в течение последних 9 тысяч лет колебалась от 2 до 6 млн тонн в год. В самое последнее время в связи с потеплением в Арктике процесс начал снова активизироваться: в 1974 году талые озера северо-востока Сибири произвели 2,4 млн тонн метана, в 2000-м — уже 3,8 млн тонн.

Вверху: содержание метана в гренландских льдах (черная линия) и антарктических (серая линия). Внизу: скорость появления термокарстовых озер. По горизонтальной оси: время в тысячах лет назад. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Вверху: содержание метана в гренландских льдах (черная линия) и антарктических (серая линия). Внизу: скорость появления термокарстовых озер. По горизонтальной оси: время в тысячах лет назад. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Авторы дополнили свою аргументацию лабораторными экспериментами, еще раз подтвердившими, что вытопленная из едомы плейстоценовая органика действительно очень активно превращается в метан в условиях, характерных для придонной части талых озер.

Таким образом, наблюдаемый в наши дни рост метаногенеза в талых озерах Сибири не является чем-то принципиально новым — это лишь очередная активизация процесса, начавшегося 14 тысяч лет назад. Однако если эта тенденция продолжится, она может внести значительный вклад в ускорение глобального потепления. Около 500 миллиардов тонн органического углерода по-прежнему вморожено в сибирскую едому, и если значительная часть этого углерода уйдет в атмосферу в виде метана, последствия могут быть даже опаснее для человечества, чем вымирание мамонтовой фауны и других крупных животных 10 тысяч лет назад.

Источник: K. M. Walter, M. E. Edwards, G. Grosse, S. A. Zimov, F. S. Chapin. Thermokarst Lakes as a Source of Atmospheric CH4 During the Last Deglaciation // Science. 2007. V. 318. P. 633–636.

См. также:
1) Таяние вечной мерзлоты ведет к выбросу в атмосферу миллионов тонн метана, «Элементы», 11.09.2006.
2) Хороший забор — главное условие восстановления мамонтовых степей, «Элементы», 06.12.2006.

Александр Марков


5
Показать комментарии (5)
Свернуть комментарии (5)

  • Василич  | 02.11.2007 | 12:26 Ответить
    Страшно аж жуть. 500 млрд. т метана.
    Бедная тундра - два месяца лета гвашит метаном, а 10 месяцев зимы ждет китайцев..... Вот уж если понаедут, то выбросов метана мало не покажется.... Целесообразно Сергею Зимову вместе с американскими коллегами провести исследования на тему изменения интенсивности выделения метана от жизнедеятельности китайцев на берегах северно ледовитого и индийского океанов....
    Ответить
    • britvin > Василич | 02.11.2007 | 17:30 Ответить
      Не совсем понял я Вашу иронию по адресу исследований С.Зимова, и в связи с этим вопрос (наверняка Вы в курсе): велика ли доля озёрного метана в ежегодной порции парниковых газов?
      Ответить
      • Василич > britvin | 04.11.2007 | 12:13 Ответить
        Вы абсолютно правильно обозначили вопрос, ответ на который и должна содержать статья о результатах исследования выделения озерного метана в тундровой местности.
        То есть, результат летней "активности" озер, на фоне зимнего периода, когда они целиком промерзают, а также в целом на фоне этих процессов, протекающих на территории тундры, где кроме выделения метана из талых озер идут активные процессы поглощения углерода. Эти процессы наряду с 'дыханием' океанов влияют на сезонную амплитуду 'пилы' в ежегодных графиках содержания углекислого газа в атмосфере земли.
        Но к сожалению, на фоне интересных результатов исследований, и я их не подвергаю сомнению, выводы в статье, содержащиеся в последнем абзаце статьи, и вызвали иронию.
        С таким же успехом можно делать выводы о том, что китайцы в своей жизнедеятельности выделяют определенное количество метана и если в процессе глобального потепления все они начнут размножаться в нашей тундре то : 'последствия могут быть даже опаснее для человечества, чем вымирание мамонтовой фауны и других крупных животных 10 тысяч лет назад'.
        Подобными однобокими и тенденциозными выводами, к результатам научных исследований, как правило и оперируют киотские лохотронщики, нейтрализуя учет поглотительного потенциала стран 'доноров' углерода.
        Типа,: мы знаем, что территории глобальных стоков углерода расположены в на северо восточных территориях Евро Азии и севера Америки. Но талые термокарстовые озера в Канаде и России являются источниками метана, грозящими всему человечеству глобальным потеплением. Поэтому жители Канады и России, проживающие на крайнем севере должны сократить свои выбросы также как и жители Китая (предлагаемый китайцами способ распределение прав на выбросы по численности населения), проживающие на берегу индийского океана, и оказать этим жителям Китая технологическую помощь в том, чтобы они меньше пукали:
        Ответить
        • Алексей Гиляров > Василич | 04.11.2007 | 20:16 Ответить
          Полагаю, что на сайте ЭЛЕМЕНТЫ все же следует избегать оскорбительных выпадов против представителей каких-либо национальностей или религий. Пора осознать, что мы все - и китайцы, и американские индейцы, и жители Западной Европы, и все все остальные, находимся на одном корабле, и что МЫ ВСЕ несем ответственность за наше общее будущее. Давайте перестанем делить жителей Земли на "наших" и "не наших"! А что касается выделения метана, то его эмиссия в год оценивается в 500-600 млн тонн за год. Заболоченные земли вносят значительный вклад в этот процесс. Оценки находятся между 92 и 237 млн тонн. Цифра в 145 млн тонн принималась как вполне реальная. Эти все оценки опубликованы до появления той работы в Science, о которой идет речь в заметке А.Маркова, но вклад оттаивающих болот на общем фоне не очень значительный. Вот термиты, которые "портят воздух", также как мы с вами, выделяют метана гораздо больше - около 20 млн. тонн в год. Жвачные животные - от 80 до 110 млн тонн. Но во всех этих случаях метан - продукт метаболизма не животных, а метаногенных бактерий, живущих в кишечнике и участвующих в окончательной деструкции органического вещества в отсутствие кислорода. Что касается тундры как места "стока" углерода (связывания СО2 в ходе фотосинтеза и вывода его из оборота), то он не может быть большим, т.к. чистая первичная продукция за год (NPP) этого биома крайне низкая...
          Ответить
          • Василич > Алексей Гиляров | 06.11.2007 | 13:31 Ответить
            Название представителей различных стран по их национальности не является оскорблением, так что не надо "пузыриться"....
            Можно согласиться что "корабль" один, только места на этом корабле у всех народов разные..... И призыв .."МЫ ВСЕ несем ответственность за наше будущее" напоминает мне о временах безответственности в недалеком прошлом России....
            И позволю Вам напомнить: принцип 2 Декларации ООН по охране окружающей среды (Рио-де-Жанейро, 1992г.):
            'В соответствии с Уставом Организации Объединенных Наций и принципами международного права государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные ресурсы согласно своей политике в области окружающей среды и развития и несут ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или контроля не наносила ущерба окружающей среде других государств или районов за пределами действия национальной юрисдикции.'
            Так что при общей заботе о Земле каждый должен нести ответственность за собственную деятельность...
            По поводу тундры места "стока" углерода. Чистая первичная продукция (NPP) может и низка, но зато хорошие условия консервации этого продукта, в отличие от тропиков....
            Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»