Выделение метана из сибирских талых озер ускорило окончание ледникового периода
|
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.
|
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.
