Колебания метана в атмосфере: человек или природа — кто кого
|
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).
|
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.
|
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. Lathiere, 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.
