Около четверти территории Северного полушария покрыта вечной мерзлотой. Теперь эти вечно мерзлые пласты почвы, камней и отложений на самом деле не такие уж и постоянные: они оттаивают с нарастающей скоростью.
Изменение климата, вызванное деятельностью человека, нагревает эти земли, тает лед и разрыхляет почву. Это может звучать как обычная весенняя оттепель, но колыхание вечной мерзлоты может нанести серьезный ущерб: леса падают; дороги разрушаются; и, по иронии судьбы, более теплая почва выделяет еще больше парниковых газов, что может усугубить последствия изменения климата.
С первыми признаками оттепели ученые бросились следить за выбросами двух самых влиятельных антропогенных (антропогенных) парниковых газов (углекислого газа и метана). Но до недавнего времени угроза третьего по величине (закиси азота) по большей части игнорировалась..
В последнем отчете Агентства по охране окружающей среды (EPA) (от 2010 г.) агентство оценивает эти выбросы как «незначительные». Возможно, из-за того, что газ трудно измерить, немногие исследования опровергают это утверждение.
Теперь недавняя статья показывает, что выбросы закиси азота от таяния вечной мерзлоты Аляски примерно в двенадцать раз выше, чем предполагалось ранее. «Гораздо меньшее увеличение содержания закиси азота повлекло бы за собой такое же изменение климата, какое вызвал бы большой шлейф CO2», - говорит Джордан Уилкерсон, первый автор и аспирант лаборатории Джеймса Г. Андерсон, профессор атмосферной химии Филипа С. Уэлда в Гарварде.
Поскольку закись азота примерно в 300 раз сильнее углекислого газа, это открытие может означать, что Арктика и наш глобальный климат находятся в большей опасности, чем мы думали.
В августе 2013 года сотрудники лаборатории Андерсона (до Вилкерсона) и ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) отправились на Северный склон Аляски. Они привезли с собой самолет, достаточно большой для одного (маленького) пилота.
Летя низко, не выше 50 метров над землей, самолет собрал данные о четырех различных парниковых газах на площади около 310 квадратных километров, что в 90 раз больше Центрального парка. Используя метод вихревой ковариации, который измеряет вертикальную скорость ветра и концентрацию газовых примесей в атмосфере, команда смогла определить, поднялось ли больше газа вверх, чем вниз.
В этом случае то, что поднимается, не всегда опускается: парниковые газы поднимаются в атмосферу, где они улавливают тепло и нагревают планету. И вторая, особая угроза, представляет собой закись азота: в стратосфере солнечный свет и кислород объединяются, чтобы преобразовать газ в оксиды азота, которые разъедают озон. По данным EPA, уровень газа в атмосфере повышается, и молекулы могут оставаться в атмосфере до 114 лет.
На Аляске полевая группа Андерсона сосредоточилась на двуокиси углерода, метане и водяном паре (природный парниковый газ). Но в их маленьком самолете тоже обнаружили уровень закиси азота.
Когда Вилкерсон присоединился к лаборатории в 2013 году, данные о закиси азота были еще необработанными, нетронутыми. Итак, он спросил, может ли он проанализировать цифры в качестве побочного проекта. Конечно, сказал Андерсон, продолжайте. Оба они ожидали, что данные подтвердят то, что все, казалось, уже знали: закись азота не представляет реальной угрозы из-за вечной мерзлоты.
Уилкерсон провел расчеты. Он проверил свои данные. Он отправил его Рональду Добози, второму автору статьи, специалисту по атмосферным исследованиям и эксперту по вихревой ковариации в Окриджских ассоциированных университетах (ORAU) при NOAA. «Я сомневался, что из этого что-то выйдет», - говорит Добоси.
После тройных проверок Вилкерсону пришлось признать: «Это широко распространенные, довольно высокие выбросы». Всего за один месяц самолет зафиксировал достаточное количество закиси азота, чтобы выполнить ожидаемый лимит на целый год.
Тем не менее, в ходе исследования были собраны данные только о выбросах за август. И хотя их самолет покрыл больше земли, чем любое другое предыдущее исследование, данные представляют только 310 из 14,5 миллионов квадратных километров в Арктике, как если бы мы использовали участок размером с Род-Айленд для представления всех Соединенных Штатов..
Тем не менее, несколько недавних исследований подтверждают выводы Вилкерсона. Другие исследователи использовали камеры - закрытые контейнеры размером с пирог, установленные в тундре, - для мониторинга выбросов газа в течение месяцев и даже лет.
Другие исследования извлекают цилиндрические «ядра» из вечной мерзлоты. Вернувшись в лабораторию, исследователи нагревают керны в контролируемой среде и измеряют, сколько газа выделяет торф. Чем сильнее нагревали почву, тем больше вытекало закиси азота.
И камеры, и ядра покрывают даже меньшую площадь (не более 50 квадратных метров), чем бортовая система Андерсона. Но вместе все три указывают на один и тот же вывод: вечная мерзлота выделяет гораздо больше закиси азота, чем ожидалось ранее.«Это делает выводы более серьезными», - говорит Вилкерсон.
Уилкерсон надеется, что эти новые данные вдохновят на дальнейшие исследования. «Мы не знаем, насколько еще он увеличится, - говорит он, - и мы не знали, что это вообще значимо, пока не появилось это исследование».
Прямо сейчас башни вихревой ковариации - та же технология, которую команда Андерсона использовала в своем самолете - отслеживают выбросы углекислого газа и метана в Арктике. Андерсон был первым, кто использовал ковариацию вихрей в воздухе для сбора данных об уровнях закиси азота в регионе. И, за исключением небольших, но важных камерных и основных исследований, никто не наблюдает за самым мощным парниковым газом.
Поскольку Арктика нагревается почти в два раза быстрее, чем остальная часть планеты, по прогнозам, вечная мерзлота будет таять со все возрастающей скоростью. Эти теплые температуры также могут принести в регион больше растительности. Поскольку растения потребляют азот, они могут помочь снизить уровень закиси азота в будущем. Но чтобы понять, как растения могут снизить риск, исследователям нужно больше данных о самом риске.
На своем месте Уилкерсон надеется, что исследователи поторопятся и соберут эти данные, будь то самолет, башня, камера или ядро. А еще лучше, все четыре. «К этому нужно относиться серьезнее, чем сейчас», - говорит он.
Вечная мерзлота может застрять в вечном цикле изменения климата: по мере того, как планета нагревается, вечная мерзлота тает, нагревая планету, тая иней, и так далее и тому подобное. Чтобы выяснить, как замедлить этот цикл, нам сначала нужно понять, насколько плоха ситуация.