Океанские отложения являются огромным хранилищем мощного парникового газа метана.
В океанских отложениях вблизи континентов лежат древние резервуары метана, называемые гидратами метана. Эти льдоподобные структуры из воды и метана заключают в себе столько метана, что многие исследователи рассматривают их как потенциальный источник энергии и фактор изменения окружающей среды. В ответ на потепление океанских вод гидраты могут разлагаться, выделяя газ метан. Ученые предупредили, что выброс даже части гигантского резервуара может значительно усугубить продолжающееся изменение климата.
Однако метан действует как парниковый газ только в том случае, если и когда он достигает атмосферы - сценарий, который мог бы произойти только в том случае, если бы высвобожденный метан перемещался из точки выброса на морском дне в поверхностные воды и атмосферу.
Помня об этом, ученый-эколог Кэти Спарроу '17 (доктор философии) решила изучить происхождение метана в Северном Ледовитом океане.
Хотя логичным подозреваемым в выбросах метана в Арктике является разложение гидратов, существует несколько других потенциальных источников метана. Наша цель состояла в том, чтобы определить источник метана в Северном Ледовитом океане, чтобы определить, выделялся ли древний метан со дна моря. и если он выживет, чтобы быть выброшенным в атмосферу», - говорит Спарроу, которая провела исследование, опубликованное в журнале Science Advances, в рамках своего докторского исследования в Университете Рочестера..
Воробей; ее советник Джон Кесслер, адъюнкт-профессор наук о Земле и окружающей среде; и группа ученых из университетов Рочестера, Калифорнийского Ирвина, Миннесоты, Дулута и Колорадо-Боулдер, а также Геологической службы США и Национального управления океанических и атмосферных исследований провела полевые исследования недалеко от берега Северного склона Аляски, недалеко от Прадхо-Бей.. Воробей называет это место «эпицентром» выбросов метана в океан в результате потепления океана. В некоторых частях Северного Ледовитого океана мелководные районы вблизи континентов могут быть одним из мест, где гидраты метана разрушаются в настоящее время из-за процессов потепления за последние 15 000 лет. Помимо гидратов метана, богатая углеродом вечная мерзлота, возраст которой составляет десятки тысяч лет и которая встречается по всей Арктике на суше и в донных отложениях, может производить метан, когда этот материал оттаивает в ответ на потепление. В сочетании с агрессивным потеплением, происходящим в Арктике, и мелководьем любой выброс метана проходит короткий путь от выброса на морское дно до выброса в атмосферу.
Исследователи использовали радиоуглеродный анализ для определения происхождения метана в своих образцах. Применив разработанную ими технику, которая включает сбор метана примерно из десяти тысяч галлонов морской воды на образец, они сделали удивительное открытие: метан из древних источников действительно выбрасывается в океан; но очень немногие выживают, чтобы быть выброшенными в атмосферу, даже на удивительно малых глубинах.
«Мы действительно наблюдаем выбросы древнего метана с морского дна в вышележащую морскую воду, что подтверждает прошлые подозрения», - говорит Кесслер. «Но мы обнаружили, что этот древний сигнал метана в значительной степени исчезает и заменяется другим источником метана по мере приближения к поверхностным водам». Вместо этого метан на поверхности образуется из недавно образовавшегося органического вещества или из атмосферы.
Хотя исследователи не изучали в этом исследовании, что препятствует попаданию метана, выделяемого с морского дна, в атмосферу, они подозревают, что он подвергается биологическому разложению микроорганизмами в океане, прежде чем попадет в поверхностные воды. Михай Леонте, кандидат наук в исследовательской группе Кесслера, наблюдал этот процесс, при котором микробы агрессивно разлагают метан по мере увеличения выбросов метана, в статье, опубликованной в прошлом году..
Мы обнаружили, что очень мало древнего метана достигает поверхностных вод даже на относительно небольшой глубине в 100 футов. Экспоненциально меньшее количество метана сможет достичь атмосферы в водах глубиной в тысячи футов на самом краю мелководных морей вблизи континентов, то есть в той части океана, где находится основная масса гидратов метана», - говорит Спарроу. данные свидетельствуют о том, что даже если увеличивающееся количество метана высвобождается из разлагающихся гидратов по мере изменения климата, катастрофические выбросы в атмосферу не являются неотъемлемым результатом».
Результаты Спэрроу и Кесслера о роли древних источников метана согласуются с выводами их коллеги из Рочестера Василия Петренко, адъюнкт-профессора наук о земле и окружающей среде, который также датировал метан радиоуглеродным методом. Однако если Воробей и Кесслер датировали метан, обнаруженный в современной морской воде, то Петренко радиоуглеродным методом датировал метан из древней атмосферы, которая сохранилась во льдах арктических ледников..
«Петренко и его соавторы изучили быстрое потепление в прошлом, которое служит современным аналогом», - говорит Воробей.«Они обнаружили, что выбросы метана из древних источников метана во время этого потепления были минимальными по сравнению с современными источниками, такими как водно-болотные угодья».
Кесслер добавляет: «Наши результаты согласуются с этим выводом, показывая, что древние выбросы метана в атмосферу в области, которая сегодня испытывает одно из самых сильных потеплений, на самом деле довольно малы, особенно по сравнению с более прямыми выбросами от деятельность человека."
Это исследование в основном финансировалось Национальным научным фондом при дополнительном содействии Министерства энергетики, Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства и Университета Миннесоты.