В 2011 году группа исследователей во главе с Василием Петренко, доцентом кафедры наук о Земле и окружающей среде Рочестерского университета, провела семь недель в Антарктиде, собирая и изучая 2000-фунтовые образцы ледяных кернов того времени. почти 12 000 лет назад. Древний воздух, запертый во льду, обнаружил удивительные новые данные о метане, которые могут помочь информировать сегодняшних политиков, когда они рассматривают способы уменьшить глобальное потепление.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи сообщают о двух важных выводах, касающихся метана, мощного парникового газа и в значительной степени способствующего глобальному потеплению:
- Во-первых, риск того, что потепление вызовет выброс метана из крупных природных резервуаров древнего углерода, представляется низким.
- Во-вторых, люди, вероятно, выделяют в атмосферу больше метана за счет использования и добычи ископаемого топлива, чем ученые считали ранее.
Сокращение выбросов метана от ископаемого топлива, таким образом, может быть еще более важным фактором в снижении глобального потепления.
«Наши результаты показывают, что антропогенные (техногенные) выбросы метана из ископаемого топлива даже больше, чем считалось ранее», - говорит Петренко. «Это означает, что у нас есть еще больше рычагов для борьбы с глобальным потеплением за счет сокращения выбросов метана в результате использования ископаемого топлива».
Сегодняшняя атмосфера содержит метан, который выбрасывается естественным образом - из-за заболоченных территорий, лесных пожаров или просачивания океана и суши - и метан, выбрасываемый в результате деятельности человека, такой как добыча и использование ископаемого топлива, животноводство и создание свалок с антропогенным выбросом метана. составляет 60 и более процентов от общего количества.
Ученые могут точно измерить общий уровень метана в атмосфере и то, как он изменился за последние несколько десятилетий.
Вызов? Разбивая эту сумму на конкретные источники
«Мы довольно мало знаем о том, сколько метана поступает из различных источников и как они меняются в ответ на промышленную и сельскохозяйственную деятельность или из-за климатических явлений, таких как засухи», - говорит Хинрих Шефер, атмосферный ученый из Национального Институт водных и атмосферных исследований (NIWA) в Новой Зеландии, где проходила ключевая часть обработки проб. «Это затрудняет понимание того, на какие источники мы должны обратить особое внимание, чтобы снизить уровень метана».
Ученые могут использовать измерения различных изотопов метана (молекулы метана с атомами немного отличающейся массы) для определения некоторых источников. Но даже такой подход не всегда работает, потому что изотопные «сигнатуры» некоторых источников могут быть очень похожими. Например, ископаемый метан - это метан, выбрасываемый из древних месторождений углеводородов, которые обычно обнаруживаются в местах, богатых ископаемым топливом. Ископаемый метан, который естественным образом просачивается из этих мест - «геологический метан» - имеет изотопную сигнатуру, идентичную ископаемому метану, выделяемому людьми при бурении газовых скважин.
Разделение природных и антропогенных источников и оценка того, сколько человек выбрасывает, оказалось трудным делом.
Чтобы лучше понять природные и антропогенные компоненты ископаемого метана, Петренко и его команда обратились к прошлому.
Являясь частью Департамента наук о Земле и окружающей среде Университета Рочестера и Центра энергетики и окружающей среды, лаборатория Петренко занимается изучением того, как природные и антропогенные парниковые газы реагируют на изменение климата. Они анализируют, как прошлые изменения климата повлияли на парниковые газы с течением времени, и как эти газы могут реагировать на повышение температуры в будущем.
В данном случае Петренко и его сотрудники из нескольких американских и международных лабораторий при поддержке Национального научного фонда изучили прошлые атмосферные данные, используя ледяные керны, извлеченные из ледника Тейлора в Антарктиде. Возраст этих ядер составляет почти 12 000 лет.
Каждый год, когда в Антарктиде выпадает снег, текущий слой снега давит на предыдущий слой, уплотняясь в течение сотен или тысяч лет, чтобы в конечном итоге сформировать слои льда. Эти слои льда содержат пузырьки воздуха, похожие на крошечные капсулы времени; с помощью вакуумных насосов и плавильных камер исследователи могут извлекать древний воздух, содержащийся в этих пузырьках, и изучать химический состав древней атмосферы.
Люди не использовали ископаемое топливо в качестве основного источника энергии до промышленной революции в 18 веке. Из-за этого ледяные керны возрастом 12 000 лет не содержат ископаемого метана, образовавшегося в результате деятельности человека; Уровни ископаемого метана основаны исключительно на выбросах метана из природных источников. Считается, что естественные геологические выбросы метана в прошлом сравнимы с естественными выбросами сегодня, поэтому изучение ледяных кернов позволяет исследователям очень точно измерить эти уровни, отдельно от их антропогенных аналогов..
«Возвращение назад, до любой антропогенной деятельности - до промышленной революции - упрощает картину и позволяет очень точно оценить естественные геологические источники», - говорит Петренко.
Естественные геологические уровни метана, измеренные исследовательской группой, были в три-четыре раза ниже, чем предполагалось ранее. Если естественные геологические выбросы метана ниже ожидаемых, то антропогенные выбросы ископаемого метана должны быть выше ожидаемых - по оценке Петренко, на 25 и более процентов.
Исследование также предполагает, что риск выброса метана из природных древних резервуаров углерода ниже, чем считалось ранее. Ученые высказали предположение, что глобальное потепление может привести к выбросу метана из очень больших древних резервуаров углерода, таких как вечная мерзлота и газовые гидраты - льдоподобные формы метана в отложениях на дне океана. Они становятся менее стабильными при повышении температуры. Если бы изменение климата из-за сжигания ископаемого топлива вызвало большие выбросы метана в атмосферу из этих старых резервуаров углерода, это привело бы к еще большему потеплению.
«Древние пробы воздуха показывают, что такого рода сценарии относительно естественных выбросов метана не так важны, чтобы их учитывать при планировании будущего», - говорит Петренко. «Напротив, антропогенные выбросы ископаемого топлива кажутся даже больше, чем мы думали ранее, поэтому снижение этих уровней имеет больше рычагов для смягчения последствий глобального потепления».